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Jul 28, 2023

Des solutions justes et durables pour l'extraction et le recyclage des éléments de terres rares dans les éoliennes

Le vent est dans nos voiles pour le voyage vers un avenir énergétique propre. Vent

Le vent est dans nos voiles pour le voyage vers un avenir énergétique propre. L'énergie éolienne est actuellement la plus grande source d'énergie renouvelable aux États-Unis, et l'industrie se développe rapidement. Les entreprises d'énergie éolienne s'engagent fermement à assurer le cycle de vie durable et responsable de leurs éoliennes et progressent vers la réalisation de chaînes d'approvisionnement entièrement circulaires. Pour comprendre à quoi ressemble cette chaîne d'approvisionnement, consultez Comment sont fabriquées les éoliennes, et pour une plongée approfondie dans les pales d'éoliennes, lisez "Qu'advient-il des pales d'éoliennes à la fin de leur cycle de vie?"

Un composant des éoliennes que je n'ai pas encore exploré sont les petits mais puissants éléments de terres rares. Les éléments de terres rares, ou ETR, sont des éléments importants des aimants permanents d'une éolienne, situés au centre des pales dans le boîtier électrique (appelé la nacelle). Les aimants permanents sont principalement utilisés pour augmenter la production d'électricité et réduire la maintenance dans les grandes éoliennes offshore. 76 % des éoliennes offshore et 32 % des éoliennes terrestres utilisent actuellement des aimants permanents en terre rare.

Le type d'aimants le plus couramment utilisé dans les applications éoliennes sont les aimants néodyme-fer-bore (NdFeB). Ces aimants contiennent généralement quatre éléments de terres rares : le néodyme et le praséodyme renforcent l'aimant, tandis que le dysprosium et le terbium le rendent résistant à la démagnétisation à haute température. La Banque mondiale prévoit que la demande de néodyme pour les technologies énergétiques en 2050 représentera 37 % de la production totale de néodyme en 2018. On estime que la demande mondiale de néodyme pour les éoliennes augmentera de 48 % d'ici 2050. Les éléments de terres rares sont essentiels à l'avenir des énergies renouvelables et sont les principaux « métaux critiques » utilisés dans les éoliennes. Leur approvisionnement implique également des préoccupations sociales et environnementales de la chaîne d'approvisionnement.

Approfondissons, puis explorons des solutions pour assurer une chaîne d'approvisionnement circulaire en éléments de terres rares pour les éoliennes.

Dans l'ensemble, les éléments de terres rares comprennent 17 éléments du tableau périodique. Célèbre, leur nom est un abus de langage. Ils ne sont pas « rares » ; ils sont aussi abondants sur la Terre que le cuivre. Mais ils s'agglutinent rarement pour faciliter l'extraction, et lorsqu'ils le font, ils sont souvent très concentrés au même endroit.

Notre monde technologique moderne ne fonctionnerait pas sans éléments de terres rares. En quantités essentielles mais minuscules, ils sont comme de petits super-héros alchimiques, alimentant presque tous les appareils qui alimentent nos vies numériques. Avant de plonger dans leurs applications d'énergie renouvelable, quelques faits amusants :

Les éléments de terres rares font tourner les engrenages de l'industrie de l'énergie éolienne. Cependant, l'extraction d'éléments de terres rares en grandes quantités est difficile, et le monde a besoin de plus pour satisfaire la demande croissante. Selon un rapport du Centre commun de recherche de 2020, en supposant la réalisation de 100% d'énergie renouvelable d'ici 2050, ainsi que la demande croissante d'éléments de terres rares d'autres secteurs et seulement de petites améliorations technologiques, la demande de terbium en 2030 pourrait légèrement dépasser l'offre prévue, la demande de praséodyme pourrait atteindre plus de 175% de l'offre, et la demande de néodyme et de dysprosium pourrait dépasser 250% de l'offre prévue.

L'extraction d'éléments de terres rares peut également impliquer de graves menaces pour la santé humaine et environnementale. Le fluorure et l'arsenic découverts lors de l'extraction d'éléments de terres rares peuvent entraîner une baisse des taux de natalité et provoquer des maladies telles que la fluorose squelettique, qui provoque une déformation de la structure osseuse. À Baotou, en Mongolie intérieure, 1 habitant de Baotou sur 7, une ville de plusieurs millions d'habitants, est atteint d'un cancer. Un grand lac de déchets d'éléments de terres rares est situé à vingt minutes du centre-ville.

En 2010, la Chine produisait 95% des éléments de terres rares, mais depuis 2016, l'extraction d'éléments de terres rares a diminué à 60% de la production mondiale actuelle. Quinze pour cent des éléments de terres rares sont produits aux États-Unis et 9 % au Myanmar, où l'exploitation minière - en particulier l'exploitation minière illégale et non réglementée - a augmenté depuis le coup d'État militaire de 2021. Les groupes environnementaux basés à Kachin estiment qu'il existe plus de 100 mines d'éléments de terres rares dans les cantons de Pangwa et Chipwe, appartenant à des milices affiliées à l'armée du Myanmar. Les déchets radioactifs des mines polluent le sol et les cours d'eau de dizaines de villages voisins. Un militant de Pangwa a déclaré à Radio Free Asia plus tôt cette année : « Ces mineurs nettoient généralement le sol puis creusent des trous. Après cela, ils versent du liquide traité chimiquement dans les trous. Lorsqu'ils ont terminé, ils ne couvrent pas les trous dans le sol, provoquant des glissements de terrain lorsque les pluies arrivent.

L'approvisionnement en éléments de terres rares de manière éthique et durable représente un défi de taille. De nombreux gouvernements, l'industrie minière et les entreprises d'énergie renouvelable se sont engagés à y faire face. En plus d'accroître la surveillance et la transparence des chaînes d'approvisionnement en éléments de terres rares, l'une des nombreuses solutions viables pour atténuer l'extraction des éléments de terres rares consiste à recycler les aimants permanents.

Aujourd'hui, le monde recycle une petite quantité d'éléments de terres rares à partir de produits finis, mais le recyclage pourrait aider à répondre aux besoins d'environ 30 % de la demande future en néodyme, praséodyme et dysprosium.

Le recyclage des éléments de terres rares est actuellement réalisé par une combinaison de procédés, y compris l'hydrométallurgie (lixiviation acide pour extraire les oxydes et les sels de terres rares), la pyrométallurgie (grillage et fusion à haute température) ou l'électrochimie (utilisation de l'électricité pour séparer les matériaux en fonction de leurs différentes capacités à gagner ou à perdre des électrons). Quelques entreprises, dont Noveon Magnetics et REEcycle au Texas, ainsi que HyProMag au Royaume-Uni, sont les premières à entrer dans le domaine du recyclage des éléments de terres rares. Alternativement, le projet REEgain basé au Royaume-Uni expérimente l'utilisation de bactéries et de micro-organismes pour absorber les éléments de terres rares des produits.

Même avec des recherches continues sur les matériaux de substitution, l'avenir des énergies renouvelables impliquera probablement de nombreux éléments de terres rares. Leur approvisionnement de manière aussi durable, éthique et circulaire que possible est, et doit être, une priorité pour l'industrie de l'énergie propre. Les parties prenantes, des gouvernements à l'industrie, en passant par les consommateurs, peuvent soutenir des stratégies telles que

Les éléments de terres rares ne sont pas techniquement "rares", pas plus que les solutions créatives pour un approvisionnement durable. Associez ces idées brillantes à des solutions de pales d'éoliennes circulaires, et nous nous dirigeons vers un cycle de vie d'éoliennes circulaires !

Comment sont fabriquées les éoliennes ? Que se passe-t-il lorsque les éoliennes arrivent en fin de vie ? D'où viennent leurs matières premières et, lorsqu'ils prendront leur retraite, pouvons-nous transformer ces matériaux en d'autres produits utiles ou en lames recyclées ? Comment pouvons-nous évoluer vers une chaîne d'approvisionnement durable et responsable de l'énergie éolienne et garantir que tous les matériaux bouclent la boucle ? Cliquez sur les liens ci-dessous pour obtenir des réponses :

Comment sont fabriquées les éoliennes

Que deviennent les pales d'éoliennes à la fin de leur cycle de vie ?

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Publié dans:Énergie

Mots clés:Exploitation minière, métaux de terres rares, recyclage des technologies d'énergie propre, énergie renouvelable, cycle de vie des énergies renouvelables, énergie éolienne, énergie éolienne, éoliennes

A propos de l'auteur

Charlie Hoffs a été boursier d'été Schneider UCS 2022 à Cambridge, Massachusetts. Elle a obtenu son baccalauréat en génie chimique de l'Université de Stanford en 2022 et poursuit actuellement une maîtrise en recherche sur la santé communautaire et la prévention à Stanford. En avril 2020, elle a cofondé et continue de co-diriger unBox, une organisation dirigée par des jeunes qui travaille à unir et à donner aux jeunes les moyens de lutter contre l'insécurité alimentaire aux États-Unis.

Rachel Cleetus Directrice des politiques

John Rogers Responsable analytique de la campagne énergétique

Maria Chavez Analyste énergétique