풍력 터빈은 매우 강력한 영구자석을 이용해 전기를 생산하지만, 채굴과 재활용이 어려운 희토류 원소를 포함하고 있습니다.
많은 풍력 터빈에는 희토류 원소를 사용하는 영구 자석이 장착되어 있습니다. 사진: 라비흐 샤샤
IFL Science는 3월 3일 풍력 터빈이 환경적으로 매우 저렴하다고 보도했습니다. 풍력 터빈의 "회수 기간"은 터빈이 생산 과정에서 발생하는 오염 물질을 상쇄할 만큼 충분한 청정 에너지를 생산하는 데 걸리는 시간으로, 1년 미만입니다. 가동 중에는 오염 물질을 거의 배출하지 않으며, 효율성도 매우 높아 터빈 하나로 매달 평균적인 미국 가정 약 940가구에 전력을 공급할 수 있습니다.
하지만 풍력 터빈은 재활용이 매우 어려운 것으로 악명 높으며, 그 안에 있는 희토류도 마찬가지입니다. 미국 에너지부 풍력에너지기술국 최고기술책임자(CTO)인 타일러 크리스토펠은 "현재 풍력 터빈에서 나오는 희토류는 거의 재활용되지 않고 있는 것으로 알고 있습니다."라고 말했습니다.
이 통계는 놀랍지 않습니다. 전 세계적으로 전문가들은 세륨, 란탄, 네오디뮴과 같은 희토류 원소의 재활용률이 1% 미만이라고 추정합니다. 희토류 원소는 이름에서 알 수 있듯이 유용한 양을 찾기가 매우 어렵습니다.
일반적으로 금속은 용암류, 열수 활동, 조산 등 다양한 지질학적 과정으로 인해 지구 지각에 축적됩니다. 그러나 희토류 원소의 특이한 화학적 특성 때문에 이러한 특수한 조건에서는 함께 축적되지 않습니다. 희토류 원소의 흔적이 지구 곳곳에 흩어져 있어 채굴 효율이 낮습니다.
때로는 산성 지하 환경에서 특정 지역의 희토류 원소 함량이 약간 더 높을 수 있습니다. 하지만 이러한 위치를 찾는 것은 첫 번째 과제일 뿐입니다. 순수한 원소를 추출하는 것이 어려워 채굴 과정이 더욱 복잡해집니다. 현재 중국은 전 세계 희토류 생산량의 약 70%를 차지하고 있습니다.
희토류 원소는 점점 더 중요해지고 있습니다. 산업용부터 노트북이나 스마트폰 같은 개인용 기기에 이르기까지 모든 분야에서 중요한 역할을 합니다. 물론 풍력 터빈에도 사용됩니다.
메인 대학교 부교수인 크리스틴 베카시는 2022년 연구에서 "풍력 터빈 날개가 회전하면서 운동 에너지가 생성됩니다. 영구 자석 발전기는 서로 반대 극성을 가진 두 개의 영구 자석의 상호작용을 통해 이 운동 에너지를 전기로 변환합니다."라고 기술했습니다.
"다른 자석도 같은 역할을 할 수 있지만, 영구 자석은 효율이 높고, 크기가 작으며, 고장 날 수 있는 움직이는 부품이 적고, 외부 충전이 필요 없다는 등 여러 장점이 있습니다. 바람이 모든 일을 대신해 주죠."라고 그녀는 설명합니다.
이러한 자석에는 희토류 원소가 들어 있으며, 보통 네오디뮴이나 사마륨이 사용됩니다. 이들은 가장 강력한 자석이지만, 파괴될 수 없는 것은 아닙니다. 과열, 부식, 우발적인 충격 또는 자기장 문제로 인해 자성을 잃을 수 있습니다. 따라서 풍력 터빈의 보수 작업(노후 부품 교체, 발전기와 같은 부품 업그레이드, 희토류 자석 교체)은 거의 끊임없이 이루어져야 합니다.
이 문제를 해결하기 위해 미국 에너지부는 작년에 터빈 부품을 효율적으로 재활용하는 방법을 찾기 위한 공모전을 시작했습니다. 지난달, 1단계 공모전에서 20개의 수상자가 발표되었는데, 그중 4개는 자석 재활용에 중점을 두었습니다.
크리스토펠은 미국이 풍력 발전에 더 많은 투자를 하고 희토류 기반 기술이 계속 발전함에 따라 희토류 재활용이 훨씬 더 시급한 문제가 될 것이라고 말했습니다. "이번 수상은 자원 집약도가 낮고 탄소 배출량이 적은 자석 활용 방식으로 이어질 수 있는 재활용 기술을 장려하는 데 도움이 될 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다.
투 타오 ( IFL Science 에 따르면)
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