مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

بررسی نقش و اهمیت مواد معدنی و عناصر خاکی کمیاب در صنعت انرژی بادی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس‌ارشد، پژوهشکدهٔ انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
2 استادیار، پژوهشکدهٔ انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
چکیده
انرژی بادی در گذار انرژی از سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های تجدیدپذیر سهم مهمی ایفا می‌کند. مطالعهٔ حاضر به بررسی نقش و اهمیت مواد معدنی و عناصر خاکی کمیاب در آیندهٔ صنعت انرژی بادی می‌پردازد و اهمیت مواد کافی برای شتاب در گذار انرژی مورد اشاره بررسی خواهد شد. در این خصوص، ضمن بهره‌گیری از پژوهش‌های انجام‌شده، به‌کمک دو سناریوی آژانس بین‌المللی انرژی به پیش‌بینی مقدار مورد نیاز مواد معدنی و همچنین عناصر خاکی کمیاب در افق سال‌های 2030 و 2040 پرداخته می‌شود. بررسی انجام‌شده نشان می‌دهد مواد معدنی مس، روی، منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن از مواد اصلی مورد نیاز در صنعت انرژی بادی هستند، به‌گونه‌ای که سهم دو فلز روی و مس، در مقایسه با دیگر مواد، قابل‌توجه است. در زمینهٔ عناصر خاکی کمیاب، مواد نئودیمیم، پرازئودیمیم، دیسپروزیم و تربیوم اهمیت قابل‌توجهی دارند، به‌نحوی که سهم نئودیمیم در مقایسه با سایر عناصر کمیاب بیشتر است. به‌منظور تأمین ایمن مواد مورد اشاره و نیل به اهداف کشورها در دهه‌های آتی، اهمیت تحقیق و توسعه دربارهٔ فناوری‌های جدید با هدف کاهش نیاز به مواد مذکور و همچنین بازیافت آن‌ها بسیار مهم است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

On the Role and Importance of Mineral Materials and Rare-Earth Elements in the Wind Energy Industry

نویسندگان English

Zari Behniafar 1
Abolfazl Pourrajabian 2
1 Master, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
چکیده English

Wind energy plays an important role in the transition from fossil fuels to renewable energies. The study examines the role and importance of minerals and rare earth elements in the future of the wind energy industry. Following the investigation of the conducted studies and the literature survey, the required amount of minerals and also rare earth elements are predicted in the horizon of 2030 and 2040 using the two scenarios of the International Energy Agency (IEA). The investigation shows that the copper, zinc, manganese, chromium, nickel and molybdenum are the main materials required in the wind energy industry but the contribution of the zinc and copper is significant compared to other materials. In the field of rare earth elements, neodymium, praseodymium, dysprosium and terbium are of significant importance but the contribution of neodymium is higher with respect to other rare elements. In order to achieve the goals of the countries in the coming decades, the importance of research and development on new technologies with the aim of reducing the need for the mentioned materials and also their recycling is very important.

کلیدواژه‌ها English

Wind Energy
Wind Turbine
Mineral Materials
Rare-earth Elements
  1. Barteková, E. (2016). The role of rare earth supply risk in low-carbon technology innovation. In Rare Earths Industry (pp. 153-169). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-802328-0.00010-3
  2. Bobba, Carrara, S., Huisman, J., Mathieux, F., & Pavel, C. (2020). Critical Raw Materials for Strategic Technologies and Sectors in the EU. A Foresight Study. https://iris.polito.it/handle/11583/2974405
  3. Carrara, S., Alves Dias, P., Plazzotta, B., & Pavel, C. (2020). Raw Materials Demand for Wind and Solar PV Technologies in the Transition Towards a Decarbonised Energy System. Publications Office of the European Union, Luxembourg. https://doi.org/10.2760/160859
  4. Elia, A., Taylor, M., Gallachóir, B. Ó., & Rogan, F. (2020). Wind Turbine Cost Reduction: A Detailed Bottomup Analysis of Innovation Drivers. Energy Policy, 147, 111912.https://doi.org/10.1016/j.enpol.2020.111912
  5. Elshkaki, A., & Graedel, T. E. (2014). Dysprosium, the Balance Problem, and Wind Power Technology. Applied Energy 136, 548-559. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.09.064
  6. Golroudbary, S. R., Makarava, I., Kraslawski, A., & Repo, E. (2022). Global Environmental Cost of Using Rare Earth Elements in Green Energy Technologies. Science of The Total Environment, 832, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155022
  7. IEA (2020c). World Energy Outlook 2020.https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2020
  8. International Energy Agency (2021). The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions. Retrieved from https://www.iea.org
  9. IRENA (International Renewable Energy Agency) (2019). Renewable Power Generation Costs in 2018. https://www.irena.org/publications/2019/May/Renewable-power-generation-costs-in-2018
  10. Kamran, M., Raugei, M., & Hutchinson, A. (2023). Critical Elements for a Successful Energy Transition: A Systematic Review. Renewable and Sustainable Energy Transition, https://doi.org/10.1016/j.rset.2023.100068
  11. Manberger, A., & Stenqvist, B. (2018). Global Metal Flows in the Renewable Energy Transition: Exploring the Effects of Substitutes, Technological Mix and Development. Energy Policy, 119, 226-241. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.04.056
  12. Pales, A. F., & Bennett, S. (2020). Energy technology perspectives 2020. Tech. Rep.). International Energy Agency.https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020
  13. Pavel, C. C., Lacal-Arántegui, R., Marmier, A., Schüler, D., Tzimas, E., Buchert, M., Jenseit, W., & Blagoeva, D. (2017). Substitution Strategies for Reducing the Use of Rare Earths in Wind Turbines. Resources Policy, 52, 349-357. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2017.04.010
  14. Savvidou, G., & Johnsson, F. (2023). Material Requirements, Circularity Potential and Embodied Emissions Associated with Wind Energy. Sustainable Production and Consumption, 40, 471-487. https://doi.org/10.1016/j.spc.2023.07.012
  15. Van Nielen, S. S., Sprecher, B., Verhagen, T. J., & Kleijn, R. (2023). Towards neodymium recycling: Analysis of the Availability and Recyclability of European Waste Flows. Journal of Cleaner Production, 394, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.136252
  16. Verma, S., Paul, A. R., & Haque, N. (2022). Assessment of Materials and Rare Earth Metals Demand for Sustainable Wind Energy Growth in India. Minerals, 12(5), 647. https://doi.org/10.3390/min12050647
  17. Wang, S., Hausfather, Z., Davis, S., Lloyd, J., Olson, E. B., Liebermann, L., Núñez-Mujica, G. D., & McBride, J. (2023). Future Demand for Electricity Generation Materials Under Different Climate Mitigation Scenarios. Joule, 7(2), 309-332. https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.01.001
دوره 13، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 1-9

  • تاریخ دریافت 22 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری 30 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 03 تیر 1403