Esta historia fue publicada originalmente por Molienda. Regístrese en Grist’s boletín semanal aquí.
Para más de una década, una empresa australiana llamada Arafura Rare Earths ha estado buscando clientes dispuestos a comprar metales de tierras raras de mina en desarrollo en el Territorio Norte del país. En abril, consiguió uno de sus mayores clientes hasta el momento.
SiemensGamesa, uno de los más grandes fabricantes de turbinas eólicas marinas en el mundo, firmado un acuerdo comprar cientos de toneladas de tierras raras de Arafura, a partir de 2026, para fabricar imanes gigantes para sus turbinas marítimas. La razón ¿Un importante fabricante firmó un contrato con una empresa minera que todavía no extrae nada? Como afirma el CEO Jochen Eickholt le dijo a Reuters, Siemens Gamesa depende casi al 100 por ciento de China para los imanes de tierras raras, y sus clientes quieren cambiar eso.
Las tierras raras son una grupo de 17 elementos con propiedades químicas que los hacen útiles para una variedad de aplicaciones de alta tecnología. Debido a la buena suerte geológica y a las primeras inversiones en fabricación, hoy China domina la cadena de suministro de tierras raras, produciendo más de la mitad de las tierras raras brutas del mundo y más del 90 por ciento de los poderosos imanes de tierras raras usados en electrónica de consumo, motores de vehículos eléctricos y generadores de turbinas eólicas marinas . Mientras los imanes dentro de los teléfonos inteligente podría pesar un par de gramos, quienes están dentro de las turbinas eólicas pueden inclinar la balanza varias toneladas. Dado el grande y necesidades de tierras raras de rápido crecimiento, Las empresas eólicas europeas y estadounidenses están ansiosas por asegurar el suministro futuro, así como los proveedores de los países que tienen mejores relaciones con el Oeste.
Ya hay varios grandes mineros de tierras raras fuera de China, incluidos MP Materials de California y Australia. Lynas Tierras raras, y las naciones occidentales están trabajando para establecer procesamiento adicional y fabricación de imanes capacidad. Pero queda por ver si las cadenas de suministro emergentes podrán producir imanes a la escala y al costo necesarios para ayudar a que la energía eólica marina florezca.
“El mundo está tratando de ponerse al día y es un juego caro” David Abraham, analista de tierras raras y autor de Los elementos del poder, le dijo a Grist.
Para comprender por qué la industria eólica marina necesita metales de tierras raras, es necesario comprender cómo funciona una turbina.
Las turbinas eólicas son esencialmente torres de acero rematadas con palas largas en forma de hélice. A medida que sopla el viento, esas palas giran alrededor del cubo del rotor, que hace girar un generador para producir electricidad. La mayoría de las turbinas terrestres utilizan un generador electromagnético, en el cual bobinas de cobre giran a través de un campo magnético para producir electricidad. Pero otra opción, popular en la energía eólica marina, es un generador de imán permanente, que contiene un enorme anillo de Imanes de tierras raras que giran con el rotor para producir electricidad.
Hay muchas razones por las que el sector eólico marino ha adoptado generadores de imanes permanentes, pero una clave es su eficiencia. El generador de imán permanente es realmente bastante bueno: la densidad de potencia es mejor que la que podemos obtener con una máquina enrollada en cobre”, Michael Derby. , gerente de programa de la Oficina de Tecnologías de Energía Eólica del Departamento de Energía de EE. UU., o DOE, le dijo a Grist.
Los generadores de imanes permanentes más eficientes, dijo Derby, pueden ser “más pequeños y, por lo tanto, más livianos y potencialmente menos costosos”, todo lo cual los hace atractivos. a los promotores que construyen máquinas enormes y costosas en el océano. Esto es especialmente cierto debido a otra tendencia en la energía eólica marina: el uso de un diseño de turbina de “accionamiento directo”, en el que el generador se conecta directamente al rotor, en lugar de conectarse a través de una caja de cambios intermedia que acelera la rotación del generador.
La caja de cambios es un componente que requiere mucho mantenimiento, y su eliminación tiene ventajas en alta mar, donde no es fácil realizar reparaciones de rutina. Pero faltan generadores. una caja de cambios gira más lentamente, lo que significa que deben ser físicamente más grandes para producir la misma potencia. En este caso, cada pequeña ventaja de rendimiento que puedes conseguir» mediante el uso de un generador de imán permanente «realmente se manifiesta», dijo Derby.
Sin embargo, los generadores de imanes permanentes tienen un gran inconveniente: necesitan lote de tierras raras. Una gran turbina eólica marina de accionamiento directo equipada con uno de estos generadores puede contener más de 5 toneladas de imanes, Según Alla Kolesnikova, los datos y los análisis de la firma de investigación de minerales críticos Adamas Intelligence, mientras que las tierras raras solo representan unas 30 Por ciento del peso de estos imanes, que todavía pueden sumar cientos de libras del metal de tierras raras neodimio, y a menudo, cantidades más pequeñas de disprosio y terbio, tierras raras pesadas, por megavatio de electricidad producida.
Esas cantidades se multiplican rápidamente si se considera el número de turbinas eólicas marinas necesarias para ayudar a las naciones a alcanzar sus objetivos climáticos.
Tomemos como ejemplo a Estados Unidos, donde la administración Biden se ha fijado el objetivo de instalar 30 gigavatios de energía eólica marina, suficiente para alimentar unos 10 millones. hogares, para 2030, para ayudar a la nación a alcanzar emisiones netas cero para 2050. trabajo de modelaje por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables encontró que en un escenario donde Estados Unidos alcanza ese objetivo para 2050, la demanda de neodimio de la industria eólica consumirá más del 90 por ciento del neodimio producido nacionalmente en 2020. Y el viento es solo una aplicación; el neodimio también es necesario para los imanes Se utiliza en motores de automóviles eléctricos, electrónica de consumo y tecnologías de defensa. Para 2050, “habrá una mayor demanda de todo”, Derby. le dijo a Grist.
Ante el aumento de la demanda no sólo en Estados Unidos sino a nivel mundial, Adamas Intelligence pronosticado recientemente El mundo podría enfrentar un déficit de 90.000 toneladas métricas por año de óxido de neodimio-praseodimio, la aleación de tierras raras utilizada para fabricar imanes. para 2040.
Los suministros limitados de tierras raras son una preocupación para la industria eólica. Otra es la realidad de que casi todo el procesamiento de tierras raras y la fabricación de imanes tiene lugar en China hoy. Daan de Jonge, un analista de tierras raras de la firma de investigación Benchmark Mineral Intelligence, dijo que las tierras raras Las industrias dependientes están cada vez más preocupadas por cómotensiones entre Estados Unidos y China”podría afectar los suministros futuros. Una interrupción de los suministros de minerales críticos no tendría precedentes: a principios de este verano, después de que los fabricantes de semiconductores estadounidenses y europeos restringió la venta de chips avanzados a China a ralentizar el avance de la tecnología militar del país, China tomó represalias estableciendo restricciones a las exportaciones de galio y germanio, dos metales utilizados en la fabricación de semiconductores.
La industria eólica, afirmó De Jonge, puede estar especialmente interesada en asegurar su cadena de suministro a largo plazo, ya que las plantas eólicas marinas pueden tomar años para desarrollar.
Algunas, como Siemens Gamesa, han tomado medidas para encontrar nuevos proveedores. A través de su reciente contrato con Arafura, el fabricante de aerogeneradores comprará varios cientos de toneladas de óxido de neodimio-praseodimio anualmente durante cinco años una vez que la mina de tierras raras de la empresa esté en funcionamiento, con la opción de Ampliar el contrato dos años más. En una declaración enviada por correo electrónico, Maximilian Schnippering, director de Sostenibilidad de Siemens Gamesa, describió este acuerdo como parte de un esfuerzo mayor para construir “cadenas de suministro sostenibles y resilientes”. Siemens Gamesa se negó a responder preguntas sobre la cantidad de sus productos raros. La Tierra necesita que el nuevo acuerdo de extracción apoye o por qué eligió a Arafura en lugar de un productor de tierras raras más establecido. Arafura no responder a una solicitud de comentario.
SiemensGamesa no es el único fabricante de aerogeneradores que apuesta por Arafura. En 2022, GE Renewable Energy, el tercer mayor fabricante de aerogeneradores de el mundo ese año, firmado un memorando de entendimiento con Arafura para “cooperar conjuntamente en el establecimiento de una cadena de suministro sostenible » para óxido de neodimio-praseodimio. En una informe del inversor publicado en junio, Arafura dijo que ha»continuado negociaciones detalladas con GE este año, «con miras a finalizar un acuerdo de compra eso contribuirá a las actividades de fabricación de turbinas eólicas de GE”.
Un portavoz de GE le dijo a Grist que si bien la compañía tiene “una diversidad de proveedores en este momento”, está “tomando medidas como ésta para construir resiliencia y competitividad adicionales en el sistema”. El portavoz se negó a indicar cuándo podría llegar a una decisión final para comprar tierras raras. de Arafura, o en qué cantidades.
De Jonge dijo que la mina de tierras raras planificada por Arafura “cumple muchos requisitos” para compañías como Siemens Gamesa y GE. La compañía apunta a hacer ambas cosas Minería y refinación de tierras raras en el sitio, lo que hace un “socio de descarga “más fácil’que la mayoría de las otras minas, que también necesitarán algunos acuerdos con procesadores”. (Sin embargo, los fabricantes de turbinas eólicas aún necesitarán encontrar instalaciones separadas para convertir las tierras raras refinadas de Arafaura en imanes .) Además, Arafura ya ha asegurado muchos de los permisos que necesita, incluidas las aprobaciones ambientales federales y del Territorio del Norte y Acuerdo de título nativo que proporciona compensación financiera a los grupos aborígenes locales. Pero de Jonge advirtió que Arafura todavía necesita “una gran inversión de capital” para comenzar realmente. minería y cumplir con sus ambiciosos objetivos de producción dependerá de la empresa que recaude los fondos necesarios.
Ese no es un problema exclusivo de Arafura: cualquiera que intente construir una nueva mina, planta procesadora o instalación magnética de tierras raras debe enormes inversiones iniciales, como lo ilustra la reciente decisión del Departamento de Defensa de EE.UU. de asignar $258 millones hacia una nueva instalación de procesamiento de tierras raras en Texas. “Para establecer estas líneas de suministro desde la minería hasta los componentes, se necesitan miles de millones de dólares”, dijo Abraham.
John Ebert, portavoz del fabricante chino de imanes de tierras raras Yunsheng, dijo que los “requisitos de cumplimiento más estrictos” del Departamento La Agencia de Protección Ambiental y otros reguladores en América del Norte y Europa agregan costos para las empresas que desean extraer y procesar tierras raras en estas regiones. Y comprar tierras raras chinas para procesarlas y fabricarlas en otro lugar no necesariamente reduce los costos. Cualquiera fuera de China que desee comprar tierras raras chinas Tierras para fabricar imanes está en desventaja debido a los impuestos al valor agregado del país, que encarecen la exportación de materias primas para fabricarlos que usarlos dentro del país, dijo de Jonge.
La estructura del negocio de la energía eólica marina plantea desafíos adicionales para los fabricantes de imanes que intentan entrar, dijo Ryan Corbett, director financiero del productor de tierras raras MP Materials, con sede en California, que está construyendo una instalación de imanes de tierras raras en Texas. Corbett explicó que debido a que la energía eólica marina Los desarrolladores normalmente venden energía a los gobiernos a un precio fijo, les gusta concertar contratos de precio fijo con sus proveedores para evitar que los costos excedan ingresos. Pero el costo de fabricar un imán de tierras raras varía a medida que cambia el precio de los metales subyacentes.
“Cuando estás en un negocio como el nuestro, con fluctuaciones significativas en los precios, eso es realmente difícil”, dijo Corbett.
Mientras que los principales actores de la energía eólica toman medidas para diversificar la cadena de suministro de tierras raras, algunos también están cubriendo sus apuestas reduciendo su producción de tierras raras. necesidades.
Muchas turbinas eólicas marinas utilizan un diseño de accionamiento directo, pero algunas incluyen una caja de cambios, lo que significa que se puede instalar un generador de imanes permanentes más pequeño. solían producir el mismo nivel de potencia. Para Vestas, un fabricante líder de turbinas eólicas marinas, las cajas de cambios suponen entre cinco y diez veces menos Las tierras raras se utilizan por megavatio de energía producida, dijo a Grist el portavoz Claes Cunliffe en un correo electrónico. En modelos recientes de turbinas, dijo Cunliffe, La empresa también está eliminando gradualmente el uso de las tierras raras pesadas disprosio y terbio. China controla casi el 100 por ciento del procesamiento de Tierras raras pesadas, que a menudo se extraen en condiciones deprimentes. Siemens Gamesa también planea eliminar el uso de tierras raras pesadas, aunque no ha fijado una fecha objetivo.
Mientras tanto, GE está realizando investigaciones en sus primeras etapas sobre generadores superconductores que eliminan por completo el uso de tierras raras. Derby del DOE, que financia esta investigación, dice que la empresa está el proceso de diseño y construcción de un generador superconductor de 17 megavatios que debería estar listo para pruebas de campo en los próximos años.
El DOE también lanzó recientemente concurso de reciclaje de aerogeneradores que otorgará premios en efectivo a grupos con nuevas ideas innovadoras sobre cómo reciclar ambos palas de turbina eólica e imanes de tierras raras. Aún no existen opciones de reciclaje a escala comercial para los imanes de turbinas eólicas. Pero con el tiempo el reciclaje podría alcanzar un importante fracción de la demanda de la industria, ofreciendo una alternativa más sostenible a la minería.
“Éste es un gran momento para que Estados Unidos adopte una producción más sustentable desde el punto de vista ambiental”, dijo Diana Bauer, subdirectora del Oficina de Tecnologías de Fabricación y Materiales Avanzados del DOE. “Debemos aprovechar la oportunidad”.
Este artículo apareció originalmente en Molienda en https://grist.org/energy/offshore-wind-turbines-need-rare-earth-metals-will-there-be-enough-to-go-around/. Grist es una organización de medios independiente y sin fines de lucro dedicada a contar historias sobre soluciones climáticas y un futuro justo. Obtenga más información en Grist.org
