Nuove tecniche e progetti per gestire i limiti dei generatori eolici
Maggiore è l’energia magnetica immagazzinata in un magnete, più facile risulta estrarre energia elettrica da una turbina eolica collegata a un generatore a magneti permanenti. «In termini di valore, due terzi del mercato dei magneti permanenti è dominato da magneti contenenti elementi di terre rare (REE, Rare Earth Elements)», osserva José Manuel Martín, coordinatore del progetto NEOHIRE finanziato dall’UE. «Durante l’ultimo decennio, sono stati dedicati notevoli sforzi di ricerca allo sviluppo di turbine eoliche altamente efficienti e affidabili che utilizzassero magneti permanenti per affrontare tre barriere principali». La prima è una forte dipendenza dalla Cina per l’approvvigionamento e i suoi alti prezzi dei REE. La seconda è l’enorme difficoltà nel sostituire i REE nei magneti permanenti. Infine, il raggiungimento di un riciclaggio dei REE su larga scala commercialmente fattibile pone diverse sfide.
Nuovi generatori a magneti permanenti con prestazioni migliorate
NEOHIRE si è posto l’obiettivo di ridurre l’uso di REE e altre materie prime essenziali, quali cobalto e gallio, nei magneti permanenti utilizzati per i generatori eolici (WTG, Wind Turbine Generators). I partner del progetto hanno sviluppato un nuovo concetto per i magneti al neodimio legati (NdFeB) che sono in grado di sostituire gli attuali magneti sinterizzati allo stato dell’arte per le turbine eoliche. Essi hanno anche ideato nuove tecniche di riciclaggio per materie prime essenziali da rifiuti di magneti permanenti attuali e futuri. «In questo modo, la domanda esterna dell’UE di REE e materie prime essenziali per magneti permanenti nei WTG potrebbe essere ridotta del 30 %», spiega Martín. «Si tratta del risultato di una forte riduzione del REE neodimio e della completa eliminazione del REE disprosio e del cobalto e gallio necessari per produrre i magneti permanenti NEOHIRE per turbine eoliche». Il team di NEOHIRE ha ottenuto una polvere anisotropa dalla polvere isotropa atomizzata a gas del precursore. La nuova polvere non contiene terre rare pesanti, cobalto o gallio nella sua composizione. Il riciclaggio diretto dei magneti sinterizzati a fine vita produce una polvere anisotropa le cui proprietà sono paragonabili alle polveri isotrope commerciali. Gli scienziati hanno prodotto 5 kg di polvere riciclata da idrogenazione-disproporzione-desorbimento-ricombinazione e un prototipo per convalidare l’approccio del progetto. Hanno proposto una progettazione alternativa per un WTG ad alta velocità. I magneti N40TH sinterizzati del design originale sono stati sostituiti con magneti NEOHIRE legati. Ciò ha comportato una riduzione del 30 % di NdFeB nei WTG. La nuova forma di magnete permanente e il nuovo design elettromagnetico dei WTG hanno aumentato la potenza elettrica erogabile nei WTG NdFeB dagli attuali 2,74 MW a 3,56 MW, per 1 t di neodimio.
Magneti legati di nuova generazione
Inoltre, i membri del team hanno sviluppato metodi di riciclaggio sia per i magneti NdFeB legati con resina che per quelli sinterizzati. Una valutazione della sostenibilità del ciclo di vita ha rivelato che l’impatto ambientale del riciclaggio e della produzione dei magneti NEOHIRE è inferiore all’impatto dei magneti sinterizzati attualmente in uso. Inoltre, i magneti NEOHIRE possono essere considerati componenti non critici per fatica. «NEOHIRE aiuterà a mitigare le future strozzature nella catena di distribuzione dei materiali», conclude Martín. «La dipendenza dell’UE da fornitori esterni per materie prime fondamentali quali disprosio, neodimio, cobalto e gallio sarà ridotta». Ciò aumenterà la competitività e la sostenibilità del settore europeo dell’energia eolica, creando al contempo posti di lavoro. Il progetto avrà anche un impatto sui settori in cui vengono utilizzati magneti NdFeB, quali componenti automobilistici e aeronautici, dispositivi medici e riciclaggio dei metalli.
Parole chiave
NEOHIRE, magnete, PM, REE, WTG, turbina eolica, magnete permanente, elemento delle terre rare, generatore eolico, NdFeB, neodimio
