Ze względu na problemy z łańcuchem dostaw i kwestie ochrony środowiska dział układów napędowych firmy Tesla intensywnie pracuje nad usunięciem magnesów ziem rzadkich z silników i poszukuje alternatywnych rozwiązań.
Tesla nie wynalazł jeszcze zupełnie nowego materiału magnetycznego, więc może zadowolić się istniejącą technologią, najprawdopodobniej wykorzystując tani i łatwy w produkcji ferryt.
Dzięki starannemu rozmieszczeniu magnesów ferrytowych i dostosowaniu innych aspektów konstrukcji silnika, wiele wskaźników wydajnościziemia rzadkasilniki napędowe mogą być replikowane. W tym przypadku masa silnika wzrasta tylko o około 30%, co może być niewielką różnicą w porównaniu do całkowitej masy samochodu.
4. Nowe materiały magnetyczne muszą mieć trzy podstawowe cechy: 1) muszą wykazywać właściwości magnetyczne; 2) muszą zachowywać właściwości magnetyczne w obecności innych pól magnetycznych; 3) muszą wytrzymywać wysokie temperatury.
Według serwisu Tencent Technology News, producent samochodów elektrycznych Tesla oświadczył, że w silnikach swoich samochodów nie będą już stosowane metale ziem rzadkich, co oznacza, że inżynierowie Tesli będą musieli w pełni wykorzystać swoją kreatywność w poszukiwaniu alternatywnych rozwiązań.
W zeszłym miesiącu Elon Musk opublikował „Trzecią część planu głównego” podczas wydarzenia Tesla Investor Day. Wśród nich jest mały szczegół, który wywołał sensację w dziedzinie fizyki. Colin Campbell, starszy dyrektor w dziale układów napędowych Tesli, ogłosił, że jego zespół usuwa magnesy ziem rzadkich z silników z powodu problemów z łańcuchem dostaw i znacznego negatywnego wpływu produkcji magnesów ziem rzadkich.
Aby osiągnąć ten cel, Campbell zaprezentował dwa slajdy obejmujące trzy tajemnicze materiały, sprytnie oznaczone jako metal ziem rzadkich 1, metal ziem rzadkich 2 i metal ziem rzadkich 3. Pierwszy slajd przedstawia obecną sytuację Tesli, w której ilość metali ziem rzadkich używanych przez firmę w każdym pojeździe waha się od pół kilograma do 10 gramów. Na drugim slajdzie wykorzystanie wszystkich pierwiastków ziem rzadkich zostało zredukowane do zera.
Magnetolodzy badający magiczną moc generowaną przez ruch elektroniczny w niektórych materiałach łatwo rozpoznają tożsamość pierwiastka ziem rzadkich 1, którym jest neodym. Po dodaniu do powszechnych pierwiastków, takich jak żelazo i bor, metal ten może pomóc stworzyć silne, zawsze aktywne pole magnetyczne. Jednak niewiele materiałów ma taką jakość, a jeszcze mniej pierwiastków ziem rzadkich generuje pola magnetyczne, które mogą poruszać samochody Tesla ważące ponad 2000 kilogramów, a także wiele innych rzeczy, od robotów przemysłowych po myśliwce. Jeśli Tesla planuje usunąć neodym i inne pierwiastki ziem rzadkich z silnika, jakiego magnesu użyje zamiast tego?
Dla fizyków jedno jest pewne: Tesla nie wynalazł zupełnie nowego rodzaju materiału magnetycznego. Andy Blackburn, wiceprezes ds. strategii w NIron Magnets, powiedział: „Za ponad 100 lat możemy mieć tylko kilka okazji do pozyskania nowych magnesów biznesowych”. NIron Magnets jest jednym z niewielu startupów, które próbują wykorzystać kolejną okazję.
Blackburn i inni uważają, że bardziej prawdopodobne jest, że Tesla zdecydował się na znacznie słabszy magnes. Spośród wielu możliwości najbardziej oczywistym kandydatem jest ferryt: ceramika składająca się z żelaza i tlenu, zmieszana z niewielką ilością metalu, takiego jak stront. Jest zarówno tani, jak i łatwy w produkcji, a od lat 50. drzwi lodówek na całym świecie są produkowane w ten sposób.
Ale jeśli chodzi o objętość, magnetyzm ferrytu stanowi zaledwie jedną dziesiątą magnetyzmu magnesów neodymowych, co rodzi nowe pytania. Prezes Tesli Elon Musk zawsze był znany ze swojej bezkompromisowości, ale jeśli Tesla ma przejść na ferryt, wydaje się, że trzeba pójść na pewne ustępstwa.
Łatwo uwierzyć, że baterie są siłą napędową pojazdów elektrycznych, ale w rzeczywistości to napęd elektromagnetyczny napędza pojazdy elektryczne. Nieprzypadkowo zarówno Tesla Company, jak i jednostka magnetyczna „Tesla” zostały nazwane na cześć tej samej osoby. Kiedy elektrony przepływają przez cewki w silniku, generują pole elektromagnetyczne, które napędza przeciwną siłę magnetyczną, powodując obrót wału silnika wraz z kołami.
W przypadku tylnych kół samochodów Tesla siły te są dostarczane przez silniki z magnesami trwałymi, dziwnym materiałem o stabilnym polu magnetycznym i bez prądu wejściowego, dzięki sprytnemu obrotowi elektronów wokół atomów. Tesla zaczęła dodawać te magnesy do samochodów dopiero około pięć lat temu, aby wydłużyć zasięg i zwiększyć moment obrotowy bez ulepszania akumulatora. Wcześniej firma używała silników indukcyjnych wytwarzanych wokół elektromagnesów, które generują magnetyzm poprzez zużycie energii elektrycznej. Modele wyposażone w silniki przednie nadal korzystają z tego trybu.
Decyzja Tesli o porzuceniu metali ziem rzadkich i magnesów wydaje się nieco dziwna. Firmy samochodowe często są zafascynowane wydajnością, szczególnie w przypadku pojazdów elektrycznych, gdzie wciąż próbują przekonać kierowców, aby przezwyciężyli strach przed zasięgiem. Jednak w miarę jak producenci samochodów zaczynają rozszerzać skalę produkcji pojazdów elektrycznych, wiele projektów, które wcześniej uważano za zbyt nieefektywne, powraca.
Skłoniło to producentów samochodów, w tym Teslę, do produkcji większej liczby samochodów z bateriami litowo-żelazowo-fosforanowymi (LFP). W porównaniu do baterii zawierających pierwiastki takie jak kobalt i nikiel, te modele często mają krótszy zasięg. Jest to starsza technologia o większej wadze i mniejszej pojemności magazynowania. Obecnie Model 3 zasilany energią przy niskiej prędkości ma zasięg 272 mil (około 438 kilometrów), podczas gdy zdalny Model S wyposażony w bardziej zaawansowane baterie może osiągnąć 400 mil (640 kilometrów). Jednak użycie baterii litowo-żelazowo-fosforanowej może być bardziej rozsądnym wyborem biznesowym, ponieważ pozwala uniknąć stosowania droższych, a nawet politycznie ryzykownych materiałów.
Jednak mało prawdopodobne jest, aby Tesla po prostu wymieniła magnesy na coś gorszego, na przykład ferryt, bez wprowadzania żadnych innych zmian. Fizyk z University of Uppsala, Alaina Vishna, powiedział: „Będziesz przewozić w swoim samochodzie ogromny magnes. Na szczęście silniki elektryczne to dość złożone maszyny z wieloma innymi komponentami, które teoretycznie można przearanżować, aby zmniejszyć wpływ stosowania słabszych magnesów.
W modelach komputerowych firma materiałowa Proterial niedawno ustaliła, że wiele wskaźników wydajności silników napędowych z metali ziem rzadkich można odtworzyć poprzez ostrożne pozycjonowanie magnesów ferrytowych i dostosowanie innych aspektów konstrukcji silnika. W tym przypadku masa silnika wzrasta tylko o około 30%, co może być niewielką różnicą w porównaniu z całkowitą masą samochodu.
Mimo tych problemów firmy samochodowe nadal mają wiele powodów, aby porzucić metale ziem rzadkich, pod warunkiem, że mogą to zrobić. Wartość całego rynku metali ziem rzadkich jest podobna do wartości rynku jaj w Stanach Zjednoczonych, a teoretycznie metale ziem rzadkich można wydobywać, przetwarzać i przekształcać w magnesy na całym świecie, ale w rzeczywistości procesy te stwarzają wiele wyzwań.
Analityk minerałów i popularny bloger zajmujący się obserwacją pierwiastków ziem rzadkich Thomas Krumer powiedział: „To branża warta 10 miliardów dolarów, ale wartość produktów tworzonych każdego roku waha się od 2 do 3 bilionów dolarów, co jest ogromną dźwignią. To samo dotyczy samochodów. Nawet jeśli zawierają tylko kilka kilogramów tej substancji, usunięcie ich oznacza, że samochody nie mogą już jeździć, chyba że jesteś gotów przeprojektować cały silnik
Stany Zjednoczone i Europa próbują zdywersyfikować ten łańcuch dostaw. Kalifornijskie kopalnie metali ziem rzadkich, które zamknięto na początku XXI wieku, niedawno zostały ponownie otwarte i obecnie dostarczają 15% światowych zasobów metali ziem rzadkich. W Stanach Zjednoczonych agencje rządowe (zwłaszcza Departament Obrony) muszą dostarczać silne magnesy do sprzętu, takiego jak samoloty i satelity, i są entuzjastycznie nastawione do inwestowania w łańcuchy dostaw w kraju i w regionach takich jak Japonia i Europa. Jednak biorąc pod uwagę koszty, wymaganą technologię i kwestie środowiskowe, jest to powolny proces, który może trwać kilka lat, a nawet dekad.
Czas publikacji: 11-05-2023