De nouvelles techniques et conceptions pour pallier les limitations des générateurs éoliens
Plus la quantité d’énergie magnétique stockée par un aimant est grande, plus il est facile d’extraire l’énergie électrique d’une éolienne connectée à un générateur à aimants permanents (AP). «En termes de valeur, les aimants contenant des éléments de terres rares (ETR) dominent les deux tiers du marché des AP», fait remarquer José Manuel Martín, coordinateur du projet NEOHIRE, financé par l’UE. «Au cours de la dernière décennie, des efforts de recherche considérables ont été consacrés au développement de turbines éoliennes fiables et à haut rendement énergétique qui utilisent des aimants permanents pour surmonter trois obstacles principaux.» Le premier obstacle est la forte dépendance vis-à-vis de la Chine en ce qui concerne l’approvisionnement et les prix élevés que le pays pratique pour les ETR. Le deuxième est l’extrême difficulté à trouver des substituts aux ETR dans les AP. Le troisième et dernier obstacle tient au fait que la mise en place d’un système de recyclage des ETR à grande échelle et commercialement viable pose plusieurs défis.
De nouveaux générateurs à aimants permanents aux performances accrues
NEOHIRE avait pour ambition de limiter l’utilisation des ETR et d’autres matières premières critiques comme le cobalt et le gallium dans les AP utilisés pour les générateurs éoliens. Les partenaires du projet ont élaboré un nouveau concept d’aimants au néodyme (NdFeB) liés à même de remplacer les aimants frittés de pointe actuellement utilisés dans les éoliennes. Ils ont également conçu de nouvelles techniques de recyclage pour les matières premières critiques issues des déchets d’AP actuels et futurs. «Ces avancées permettent de réduire de 30 % la demande extérieure de l’UE en ETR et en matières premières critiques pour les AP dans les générateurs éoliens», explique José Manuel Martín. «Cela est le fruit d’une forte réduction de la quantité de néodyme (ETR) utilisée et de l’élimination complète du dysprosium (ETR), du cobalt et du gallium nécessaires à la fabrication des AP de NEOHIRE pour les éoliennes.» L’équipe de NEOHIRE a obtenu une poudre anisotrope à partir d’une poudre isotrope atomisée par gaz d’un précurseur. La composition de cette nouvelle poudre ne contient pas de terres rares lourdes, de cobalt ou de gallium. Le recyclage direct des aimants frittés en fin de vie produit une poudre anisotrope dont les propriétés sont comparables à celles des poudres isotropes disponibles sur le marché. Les scientifiques ont produit 5 kg de poudre recyclée par traitement HDDR (hydrogénation-disproportionation-désorption-recombinaison) et un prototype pour valider l’approche du projet. Ils ont proposé une autre conception pour une éolienne à grande vitesse. Les aimants N40TH frittés du concept d’origine ont été remplacés par des aimants NEOHIRE liés, ce qui a permis de réduire de 30 % la quantité de NdFeB utilisée dans les générateurs éoliens. Grâce à la nouvelle forme de leurs AP et conception électromagnétique, les éoliennes NdFeB sont capables de délivrer une plus grande puissance électrique, passant de 2,74 MW à 3,56 MW, pour 1 t de néodyme.
Des aimants liés de nouvelle génération
Les membres de l’équipe ont également développé des méthodes de recyclage pour les aimants NdFeB liés par résine et frittés. Une évaluation de la durabilité du cycle de vie a révélé que l’impact environnemental du recyclage et de la production des aimants NEOHIRE est inférieur à celui des aimants frittés utilisés à l’heure actuelle. De plus, les aimants NEOHIRE peuvent être considérés comme des composants non soumis à la fatigue de manière critique. «NEOHIRE contribuera à atténuer les futurs goulets d’étranglement dans la chaîne d’approvisionnement des matériaux», conclut José Manuel Martín. «La dépendance de l’UE vis-à-vis des fournisseurs extérieurs pour les matières premières critiques comme le dysprosium, le néodyme, le cobalt et le gallium s’en verra réduite.» Cela renforcera la compétitivité et la durabilité de la filière éolienne européenne, tout en créant de nouveaux emplois. Le projet aura également un impact sur les secteurs qui utilisent des composants intégrant des aimants NdFeB, comme les pièces automobiles et aéronautiques et les appareils médicaux, ainsi que le recyclage des métaux.
Mots‑clés
NEOHIRE, aimant, AP, ETR, éolienne, aimant permanent, élément des terres rares, générateur éolien, NdFeB, néodyme
