Nuevas técnicas y diseños para gestionar los límites de los generadores de turbina eólica
Cuanta más energía magnética almacena un imán, más fácil resulta extraer energía eléctrica de una turbina eólica conectada a un generador de imán permanente (IP). «En cuanto al valor, en dos tercios del mercado de imanes permanentes predominan los imanes con elementos de tierras raras (ETR)», afirma José Manuel Martín, coordinador del proyecto NEOHIRE, financiado con fondos europeos. «Durante la última década se han realizado grandes esfuerzos de investigación orientados al desarrollo de turbinas eólicas fiables y altamente eficientes, mediante el uso de imanes permanentes, para abordar tres obstáculos principales». El primero es la fuerte dependencia de China en materia de suministro y sus altos precios en cuanto a los ETR. El segundo es la gran dificultad de substituir los ETR en los IP y, por último, lograr un reciclaje de los ETR que sea comercialmente viable y a gran escala plantea varios retos.
Nuevos generadores de imanes permanentes con un rendimiento mejorado
El objetivo de NEOHIRE es reducir el uso de los ETR y otras materias primas esenciales como el cobalto y el galio, en los IP usados para generadores de turbina eólica (WTG, por sus siglas en inglés). Los socios del proyecto desarrollaron un nuevo concepto para los imanes de neodimio (NdFeB) aglutinados, que son capaces de substituir los actuales y vanguardistas imanes sinterizados para las turbinas eólicas. También idearon nuevas técnicas de reciclaje para materias primas esenciales a partir de los residuos actuales y futuros de los IP. Y Martín explica: «De este modo, la demanda externa de la Unión Europea de ETR y materias primas esenciales para los IP de los WTG puede reducirse en un 30 %. Ese es el resultado de una fuerte reducción del ETR neodimio y de la total eliminación de los ETR disprosio, cobalto y galio que se necesitan a fin de fabricar los IP de NEOHIRE para las turbinas eólicas». El equipo de NEOHIRE ha obtenido un polvo anisotrópico del anterior polvo isotrópico atomizado con gas. El nuevo polvo no tiene tierras raras pesadas, cobalto ni galio en su composición. El reciclaje directo de los imanes sinterizados al fin de su vida útil produce un polvo anisotrópico cuyas propiedades se pueden comparar con los polvos isotrópicos comerciales. Los científicos produjeron 5 kg de un polvo reciclado por hidrogenación, decrepitación, desorción y recombinación, así como un prototipo para validar el enfoque del proyecto. Propusieron un diseño alternativo para los WTG de alta velocidad. Los imanes sinterizados N40TH del diseño original se substituyeron por los imanes aglutinados de NEOHIRE. Ello generó una reducción del 30 % de los NdFeB en los WTG. La nueva forma del IP y el diseño electromagnético del WTG aumentaron la energía eléctrica disponible en los WTG con NdFeB de 2,74 MW a 3,56 MW, para 1 t de neodimio.
Nueva generación de imanes aglutinados
Además, los miembros del equipo desarrollaron métodos de reciclaje para los NdFeB aglutinados con resina e imanes sinterizados. Una evaluación del ciclo de vida sostenible mostró que el impacto medioambiental del reciclaje y la producción de imanes NEOHIRE es inferior al impacto de los actuales imanes sinterizados. Es más, los imanes NEOHIRE pueden considerarse componentes no esenciales y que no presentan fatiga. «NEOHIRE ayudará a reducir los futuros obstáculos en la cadena de suministro de materiales», concluye Martín. «Se reducirá la dependencia que tiene la Unión Europea de los proveedores externos para la obtención de materias primas esenciales como el disprosio, el neodimio, el cobalto y el galio». Ello impulsará la competitividad y la sostenibilidad del sector de la energía eólica europea y, a su vez, se crearán empleos. El proyecto también repercutirá en los sectores que usan imanes de NdFeB, como los de piezas aeronáuticas y automotrices, de dispositivos médicos y de reciclaje de metales.
Palabras clave
NEOHIRE, imán, IP, ETR, WTG, turbina eólica, imán permanente, elemento de tierras raras, generador de turbina eólica, NdFeB, neodimio
