جيمس ماكنزي يلقي نظرة على عمل شركة HyProMag المنفصلة عن جامعة برمنغهام، والتي طورت تقنية لإعادة تدوير المغناطيسات الأرضية النادرة
لقد ذهبت مؤخرًا في مهمة تجارية إلى كندا بتمويل من Innovate UK، حيث التقيت آلان والتون - عالم مواد شارك في تأسيس شركة تسمى HyProMag. انبثقت شركة HyProMag من جامعة برمنجهام في عام 2018، وطوَّرت تقنية لإعادة تدوير المغناطيسات الأرضية النادرة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في توربينات الرياح، ومحركات السيارات الكهربائية، وأجزاء أخرى من "الاقتصاد الأخضر".
بعد أن تمت دعوتي للقيام بجولة في منشأة إعادة التدوير النموذجية لشركة HyProMag في حرم جامعة برمنغهام، رأيت أن التكنولوجيا كانت تتشكل لتكون قصة نجاح عظيمة في المملكة المتحدة. اذن متى عالم الفيزياء أرسل لي بيان صحفي معلنة أنه من المقرر أن تبدأ الشركة الإنتاج التجاري في حديقة تيسلي للطاقة في برمنغهام بحلول منتصف عام 2024، كنت أعلم أن حدسي كان له ما يبرره.
المغناطيس الدائم للأتربة النادرة – كما وصفته في عمودي قبل شهور قليلة – عبارة عن سبائك من عناصر مثل النيوديميوم والسماريوم والسيريوم. ومع التحول إلى اقتصاد "الطاقة النظيفة" الآن على قدم وساق، أصبح الطلب على العناصر الأرضية النادرة مرتفعا. وتشير التقديرات إلى أن السوق سينمو بمعدل سبعة أضعاف بين عامي 2021 و2040.
والمشكلة هي أن نحو 80% إلى 90% من النيوديميوم الموجود في العالم يتم تصنيعه حاليًا أو التحكم فيه بواسطة شركات صينية. وهذا ما دفع بعض الدول، مثل الولايات المتحدة، إلى القيام بذلك تجديد إنتاجهم الخاص من المغناطيس الدائم. ولكن هناك طريقة أخرى لتأمين الإمدادات من العناصر الأرضية النادرة وهي إعادة تدوير المواد. وهذا هو السبب في أن التشغيل الوشيك لمنشأة HyProMag أمر مثير للاهتمام، خاصة وأن عمليتها تتسم بالكفاءة في استخدام الطاقة.
استخراج العناصر
هناك الكثير من الطرق الممكنة لاستخراج العناصر الأرضية النادرة من النفايات أو من المنتجات التي وصلت إلى نهاية عمرها الافتراضي. لقد ركز معظم العمل حتى الآن على الحصول على العناصر الفردية عن طريق إذابة المغناطيسات أولًا، ثم استعادة العناصر الأرضية النادرة من تيارات النفايات السائلة التي تعود إلى سلسلة التوريد في وقت مبكر من عملية صنع المغناطيس.
تعزيز الاقتصاد الأخضر: البحث عن المغناطيس بدون أتربة نادرة
يُطلق على هذا النهج في كثير من الأحيان اسم إعادة التدوير "الحلقة الطويلة" حيث يتم تفكيك كل شيء باستخدام تقنيات مختلفة واستعادته كأكاسيد أرضية نادرة. يجب بعد ذلك تحويل هذه الأكاسيد إلى معادن قبل صبها في سبائك وتقسيمها إلى مسحوق سبيكة ناعم لصنع المغناطيس. تعد إعادة التدوير ذات الحلقة الطويلة عملية مهمة ولكنها كثيفة الاستخدام للطاقة ومكلفة.
يتخذ مصنع تايسلي نهجًا مختلفًا، استنادًا إلى براءة اختراع جامعة برمنغهام معالجة الهيدروجين لخردة المغناطيس تقنية (HPMS). ويستخدم الهيدروجين كغاز معالجة لفصل المغناطيس عن تيارات النفايات كمسحوق سبيكة مغناطيسية، والتي يمكن ضغطها إلى "ملبدة" مغناطيسات أرضية نادرة. لا تتطلب الحرارة، فهي عملية سريعة نسبيًا يطلق عليها إعادة التدوير "الحلقة القصيرة".
تم شحن 259 مليون محرك أقراص ثابتة في عام 2021، مما يجعل سوق المغناطيس المعاد تدويره ضخمًا.
عندما نظرت حول خط النماذج الأولية للشركة في العام الماضي، لاحظت أنه يمكنه إعادة تدوير محركات الأقراص الثابتة (HDDs) الموجودة في أجهزة الكمبيوتر. يمكن أن يحتوي كل قرص على ما يصل إلى 16 جرامًا من المواد المغناطيسية، ربعها تقريبًا عبارة عن عناصر أرضية نادرة. وهذا ليس سوى جزء صغير من الكتلة الإجمالية للقرص، ولكن، كما تتذكرونني أشير، تم شحن عدد مذهل يبلغ 259 مليون محرك أقراص ثابتة في عام 2021، لذا فإن السوق ضخم.
تتضمن طريقة إنتاج HyProMag روبوتًا مزودًا بأجهزة استشعار للمجال المغناطيسي تحدد أولاً موقع محرك محرك الأقراص الصلبة، الذي يحتوي على المغناطيس الدائم المهم للغاية من الأرض النادرة. يتم بعد ذلك تقطيع الجزء الذي يحتوي على المحرك، وإرسال باقي القرص لإعادة التدوير التقليدية. أخيرًا يتعرض القسم الحركي للهيدروجين عند الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة عبر تقنية HPMS.
[المحتوى جزءا لا يتجزأ]
ومن المثير للدهشة أن مغناطيسات الأرض النادرة - وهي عادةً عبارة عن سبائك من النيوديميوم والحديد والبورون (NdFeB) - تتفكك لتشكل مسحوقًا. رأيت مقاطع فيديو للعملية وهو مثل مشاهدة شيء يتحول إلى الصدأ. والأهم من ذلك، أن المسحوق يصبح غير مغنطيسي بحيث تقشر أي طبقات على المغناطيس بعيدًا عن سطح المغناطيس ويمكن فصلها بسهولة.
يتم بعد ذلك غربلة مسحوق NdFeB المستخرج لإزالة الشوائب قبل إعادة معالجته إلى مواد مغناطيسية جديدة أو سبائك أرضية نادرة. تعتقد شركة HyProMag أن العملية تتطلب طاقة أقل بنسبة 15% من الطاقة اللازمة لصنع مغناطيسات أرضية نادرة من المصادر الأولية، وهو أمر مثير للإعجاب. وقد أنتجت بالفعل أكثر من 3000 مغناطيس أرضي نادر جديد في مصنعها التجريبي لشركاء المشروع والعملاء المحتملين، مع اختبار المغناطيس في مجموعة واسعة من التطبيقات في قطاعات السيارات والفضاء والإلكترونيات.
وعود الإنتاج
لكن الشركة تريد تجاوز المرحلة التجريبية وتصبح موردًا ضخمًا للمغناطيس. ولهذا السبب يعد مصنع توسيع نطاق Tyseley في غاية الأهمية. وتعتقد الشركة أنها ستكون قادرة في البداية على معالجة ما يصل إلى 20 طنًا من المغناطيسات والسبائك الأرضية النادرة سنويًا - وفي النهاية خمسة أضعاف هذه الكمية. وتخطط HyProMag أيضًا لمزيد من المرافق في ألمانيا والولايات المتحدة.
هذه التكنولوجيا واعدة لأن العديد من المنتجات تحتوي على مغناطيسات أرضية نادرة، ولكن عندما يتم التخلص منها، تتمزق المغناطيسات وتتفكك. يظل المسحوق الناتج مغناطيسيًا، ويلتصق بالخردة الحديدية ومكونات النبات، ولكن يتم إعادة تدوير أقل من 1% من المغناطيس. ومع ذلك، تستطيع شركة HyProMag إزالة هذه المادة بكفاءة قبل تمزيقها، وهي تتطلع بالفعل إلى مجموعة متنوعة من مصادر الخردة المجدية اقتصاديًا.
يقول والتون: "من الصعب رؤية إعادة تدوير المغناطيسات الأرضية النادرة على نطاق واسع دون الحاجة إلى عملية فصل فعالة مثل HPMS". "يسمح لنا الخط التجريبي الحالي بمعالجة ما يصل إلى طنين من تطبيقات الخردة في عملية تشغيل واحدة، مع توسيع نطاق المصنع التجاري للسماح بأحجام دفعات أكبر بكثير." تدعي الشركة أن التحميل لإزالة المسحوق يمكن أن يتم في أقل من أربع ساعات.
ومع تزايد الطلب على العناصر الأرضية النادرة وزيادة كمية المواد المغناطيسية المستعملة المتاحة، أصبحت إعادة تدوير هذه المغناطيسات فرصة أكبر من أي وقت مضى وعملية أكثر قابلية للتطبيق من أي وقت مضى. ما عليك سوى إلقاء نظرة على نمو قطاع السيارات الكهربائية: يحتوي المحرك الكهربائي النموذجي على 2-5 كجم من المواد المغناطيسية، ومن المتوقع أن ترتفع مبيعات السيارات الكهربائية في جميع أنحاء العالم إلى 65 مليونًا سنويًا بحلول عام 2030، وفقًا لشركة أبحاث السوق. IHS ماركيت.
[المحتوى جزءا لا يتجزأ]
مصدر ضخم آخر للأتربة النادرة هو توربينات الرياح، والتي يصل الكثير منها إلى نهاية حياته بعد عقود من الاستخدام. تحتوي مولداتهم على ما يصل إلى 650 كجم من العناصر الأرضية النادرة لكل ميجاوات من قدرة المولد. وبالنظر إلى أن المملكة المتحدة تهدف إلى الحصول على ما يصل إلى 75 جيجاوات من طاقة الرياح البحرية بحلول عام 2050، فسوف يكون لديها ما يقرب من 50,000 ألف طن من المغناطيسات الأرضية النادرة في السنوات القادمة، وفقًا لـ مارتين تشيرينجتون من شركة Innovate UK، التي تديرها سلسلة توريد المواد الحرجة الدائرية برنامج (المناخ).
وكثيراً ما تحتاج مثل هذه الفرص الطويلة الأجل إلى الدعم الحكومي ــ ولم تكن إعادة تدوير المغناطيس الدائم للعناصر الأرضية النادرة استثناءً. في الواقع، بدأ البحث الأساسي وراء عمل HyProMag قبل سنوات عديدة من ظهوره. وقد استفادت الشركة أيضًا من الدعم المالي من مجموعة من المصادر، بما في ذلك مركز الأبحاث والابتكار في المملكة المتحدة قيادة الثورة الكهربائية البرنامج والاتحاد الأوروبي والمستثمرين من القطاع الخاص.
في عام 2023، شركة HyProMag المحدودة تم شراؤه من قبل الشركة الكندية ماجينيتووهو جزء من موارد مكانغو - شركة للتنقيب عن المعادن وتطويرها مدرجة في بورصتي المملكة المتحدة وكندا. لقد رأى مكانجو بوضوح إمكانات تكنولوجيا إعادة التدوير وتصنيع المغناطيس الخاصة بشركة HyProMag. إنها قصة نجاح عظيمة في المملكة المتحدة، والتي يمكن أن يكون لها إمكانات عالمية هائلة على المدى الطويل للاقتصاد الدائري.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/how-a-technique-for-recycling-rare-earth-permanent-magnets-could-transform-the-green-economy/
