Λόγω ζητημάτων που αφορούν την αλυσίδα εφοδιασμού και το περιβάλλον, το τμήμα κινητήρων της Tesla εργάζεται σκληρά για την αφαίρεση των μαγνητών σπάνιων γαιών από τους κινητήρες και αναζητά εναλλακτικές λύσεις.
Η Tesla δεν έχει ακόμη εφεύρει ένα εντελώς νέο υλικό μαγνήτη, επομένως μπορεί να αξιοποιήσει την υπάρχουσα τεχνολογία, πιθανότατα χρησιμοποιώντας φθηνό και εύκολα κατασκευασμένο φερρίτη.
Με την προσεκτική τοποθέτηση μαγνητών φερρίτη και την προσαρμογή άλλων πτυχών του σχεδιασμού του κινητήρα, πολλοί δείκτες απόδοσηςσπάνιες γαίεςΟι κινητήρες κίνησης μπορούν να αναπαραχθούν. Σε αυτήν την περίπτωση, το βάρος του κινητήρα αυξάνεται μόνο κατά περίπου 30%, κάτι που μπορεί να είναι μια μικρή διαφορά σε σύγκριση με το συνολικό βάρος του αυτοκινήτου.
4. Τα νέα μαγνητικά υλικά πρέπει να έχουν τα ακόλουθα τρία βασικά χαρακτηριστικά: 1) πρέπει να έχουν μαγνητισμό· 2) να συνεχίζουν να διατηρούν τον μαγνητισμό τους παρουσία άλλων μαγνητικών πεδίων· 3) να μπορούν να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες.
Σύμφωνα με το Tencent Technology News, ο κατασκευαστής ηλεκτρικών οχημάτων Tesla δήλωσε ότι τα στοιχεία σπάνιων γαιών δεν θα χρησιμοποιούνται πλέον στους κινητήρες των αυτοκινήτων του, πράγμα που σημαίνει ότι οι μηχανικοί της Tesla θα πρέπει να απελευθερώσουν πλήρως τη δημιουργικότητά τους στην εξεύρεση εναλλακτικών λύσεων.
Τον περασμένο μήνα, ο Έλον Μασκ κυκλοφόρησε το «Τρίτο Μέρος του Γενικού Σχεδίου» στην εκδήλωση Tesla Investor Day. Ανάμεσά τους, υπάρχει μια μικρή λεπτομέρεια που έχει προκαλέσει αίσθηση στον τομέα της φυσικής. Ο Κόλιν Κάμπελ, ανώτερο στέλεχος στο τμήμα κινητήρων της Tesla, ανακοίνωσε ότι η ομάδα του αφαιρεί μαγνήτες σπάνιων γαιών από τους κινητήρες λόγω προβλημάτων στην αλυσίδα εφοδιασμού και των σημαντικών αρνητικών επιπτώσεων της παραγωγής μαγνητών σπάνιων γαιών.
Για να επιτύχει αυτόν τον στόχο, ο Campbell παρουσίασε δύο διαφάνειες που περιλάμβαναν τρία μυστηριώδη υλικά, τα οποία χαρακτηρίστηκαν έξυπνα ως σπάνιες γαίες 1, σπάνιες γαίες 2 και σπάνιες γαίες 3. Η πρώτη διαφάνεια αντιπροσωπεύει την τρέχουσα κατάσταση της Tesla, όπου η ποσότητα των σπάνιων γαιών που χρησιμοποιούνται από την εταιρεία σε κάθε όχημα κυμαίνεται από μισό κιλό έως 10 γραμμάρια. Στη δεύτερη διαφάνεια, η χρήση όλων των σπάνιων γαιών έχει μειωθεί στο μηδέν.
Για τους μαγνητολόγους που μελετούν τη μαγική δύναμη που παράγεται από την ηλεκτρονική κίνηση σε ορισμένα υλικά, η ταυτότητα της σπάνιας γαίας 1 είναι εύκολα αναγνωρίσιμη, η οποία είναι το νεοδύμιο. Όταν προστίθεται σε κοινά στοιχεία όπως ο σίδηρος και το βόριο, αυτό το μέταλλο μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία ενός ισχυρού, πάντα ενεργού μαγνητικού πεδίου. Αλλά λίγα υλικά έχουν αυτή την ιδιότητα, και ακόμη λιγότερα στοιχεία σπάνιων γαιών παράγουν μαγνητικά πεδία που μπορούν να κινήσουν αυτοκίνητα Tesla βάρους άνω των 2000 κιλών, καθώς και πολλά άλλα πράγματα, από βιομηχανικά ρομπότ μέχρι μαχητικά αεροσκάφη. Εάν η Tesla σχεδιάζει να αφαιρέσει το νεοδύμιο και άλλα στοιχεία σπάνιων γαιών από τον κινητήρα, ποιον μαγνήτη θα χρησιμοποιήσει αντ' αυτού;
Για τους φυσικούς, ένα πράγμα είναι σίγουρο: ο Τέσλα δεν εφηύρε έναν εντελώς νέο τύπο μαγνητικού υλικού. Ο Άντι Μπλάκμπερν, Εκτελεστικός Αντιπρόεδρος Στρατηγικής της NIron Magnets, δήλωσε: «Σε πάνω από 100 χρόνια, μπορεί να έχουμε μόνο λίγες ευκαιρίες να αποκτήσουμε νέους επιχειρηματικούς μαγνήτες». Η NIron Magnets είναι μία από τις λίγες νεοσύστατες επιχειρήσεις που προσπαθούν να εκμεταλλευτούν την επόμενη ευκαιρία.
Ο Μπλάκμπερν και άλλοι πιστεύουν ότι είναι πιο πιθανό ο Τέσλα να έχει αποφασίσει να αρκεστεί σε έναν πολύ λιγότερο ισχυρό μαγνήτη. Μεταξύ πολλών πιθανοτήτων, ο πιο προφανής υποψήφιος είναι ο φερρίτης: ένα κεραμικό που αποτελείται από σίδηρο και οξυγόνο, αναμεμειγμένο με μια μικρή ποσότητα μετάλλου όπως το στρόντιο. Είναι και φθηνό και εύκολο στην κατασκευή, και από τη δεκαετία του 1950, οι πόρτες ψυγείων σε όλο τον κόσμο κατασκευάζονται με αυτόν τον τρόπο.
Αλλά όσον αφορά τον όγκο, ο μαγνητισμός του φερρίτη είναι μόνο το ένα δέκατο αυτού των μαγνητών νεοδυμίου, γεγονός που εγείρει νέα ερωτήματα. Ο Διευθύνων Σύμβουλος της Tesla, Έλον Μασκ, ήταν πάντα γνωστός για την ασυμβίβαστη στάση του, αλλά αν η Tesla πρόκειται να στραφεί στον φερρίτη, φαίνεται ότι πρέπει να γίνουν κάποιες παραχωρήσεις.
Είναι εύκολο να πιστέψει κανείς ότι οι μπαταρίες είναι η κινητήρια δύναμη των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά στην πραγματικότητα, η ηλεκτρομαγνητική οδήγηση είναι αυτή που κινεί τα ηλεκτρικά οχήματα. Δεν είναι τυχαίο ότι τόσο η εταιρεία Tesla όσο και η μαγνητική μονάδα «Tesla» έχουν το όνομά τους από το ίδιο πρόσωπο. Όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα από τα πηνία ενός κινητήρα, παράγουν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που ασκεί την αντίθετη μαγνητική δύναμη, προκαλώντας την περιστροφή του άξονα του κινητήρα μαζί με τους τροχούς.
Για τους πίσω τροχούς των αυτοκινήτων Tesla, αυτές οι δυνάμεις παρέχονται από κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες, ένα παράξενο υλικό με σταθερό μαγνητικό πεδίο και χωρίς είσοδο ρεύματος, χάρη στην έξυπνη περιστροφή των ηλεκτρονίων γύρω από τα άτομα. Η Tesla άρχισε να προσθέτει αυτούς τους μαγνήτες στα αυτοκίνητα μόλις πριν από περίπου πέντε χρόνια, προκειμένου να επεκτείνει την αυτονομία και να αυξήσει τη ροπή χωρίς να αναβαθμίσει την μπαταρία. Πριν από αυτό, η εταιρεία χρησιμοποιούσε επαγωγικούς κινητήρες κατασκευασμένους γύρω από ηλεκτρομαγνήτες, οι οποίοι παράγουν μαγνητισμό καταναλώνοντας ηλεκτρική ενέργεια. Τα μοντέλα που είναι εξοπλισμένα με μπροστινούς κινητήρες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αυτήν τη λειτουργία.
Η κίνηση της Tesla να εγκαταλείψει τις σπάνιες γαίες και τους μαγνήτες φαίνεται λίγο περίεργη. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες συχνά έχουν εμμονή με την αποδοτικότητα, ειδικά στην περίπτωση των ηλεκτρικών οχημάτων, όπου εξακολουθούν να προσπαθούν να πείσουν τους οδηγούς να ξεπεράσουν τον φόβο τους για την αυτονομία. Αλλά καθώς οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αρχίζουν να επεκτείνουν την κλίμακα παραγωγής ηλεκτρικών οχημάτων, πολλά έργα που προηγουμένως θεωρούνταν πολύ αναποτελεσματικά επανεμφανίζονται.
Αυτό έχει ωθήσει τους κατασκευαστές αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένης της Tesla, να παράγουν περισσότερα αυτοκίνητα χρησιμοποιώντας μπαταρίες λιθίου-σιδήρου φωσφορικού (LFP). Σε σύγκριση με τις μπαταρίες που περιέχουν στοιχεία όπως το κοβάλτιο και το νικέλιο, αυτά τα μοντέλα έχουν συχνά μικρότερη αυτονομία. Πρόκειται για μια παλαιότερη τεχνολογία με μεγαλύτερο βάρος και χαμηλότερη χωρητικότητα αποθήκευσης. Προς το παρόν, το Model 3 που τροφοδοτείται από χαμηλή ταχύτητα έχει αυτονομία 272 μιλίων (περίπου 438 χιλιομέτρων), ενώ το τηλεχειριστήριο Model S που είναι εξοπλισμένο με πιο προηγμένες μπαταρίες μπορεί να φτάσει τα 400 μίλια (640 χιλιόμετρα). Ωστόσο, η χρήση μπαταρίας λιθίου-σιδήρου φωσφορικού μπορεί να είναι μια πιο λογική επιχειρηματική επιλογή, επειδή αποφεύγει τη χρήση πιο ακριβών και ακόμη και πολιτικά επικίνδυνων υλικών.
Ωστόσο, είναι απίθανο η Tesla να αντικαταστήσει απλώς τους μαγνήτες με κάτι χειρότερο, όπως ο φερρίτης, χωρίς να κάνει άλλες αλλαγές. Η φυσικός Alaina Vishna, από το Πανεπιστήμιο της Ουψάλα, δήλωσε: «Θα κουβαλάτε έναν τεράστιο μαγνήτη στο αυτοκίνητό σας. Ευτυχώς, οι ηλεκτροκινητήρες είναι αρκετά πολύπλοκες μηχανές με πολλά άλλα εξαρτήματα που θεωρητικά μπορούν να αναδιαταχθούν για να μειωθεί ο αντίκτυπος της χρήσης ασθενέστερων μαγνητών».
Σε υπολογιστικά μοντέλα, η εταιρεία υλικών Proterial διαπίστωσε πρόσφατα ότι πολλοί δείκτες απόδοσης κινητήρων σπάνιων γαιών μπορούν να αναπαραχθούν τοποθετώντας προσεκτικά τους μαγνήτες φερρίτη και προσαρμόζοντας άλλες πτυχές του σχεδιασμού του κινητήρα. Σε αυτήν την περίπτωση, το βάρος του κινητήρα αυξάνεται μόνο κατά περίπου 30%, κάτι που μπορεί να είναι μια μικρή διαφορά σε σύγκριση με το συνολικό βάρος του αυτοκινήτου.
Παρά τους πονοκεφάλους αυτούς, οι αυτοκινητοβιομηχανίες εξακολουθούν να έχουν πολλούς λόγους να εγκαταλείψουν τα στοιχεία σπάνιων γαιών, εφόσον μπορούν να το κάνουν. Η αξία ολόκληρης της αγοράς σπάνιων γαιών είναι παρόμοια με αυτήν της αγοράς αυγών στις Ηνωμένες Πολιτείες και, θεωρητικά, τα στοιχεία σπάνιων γαιών μπορούν να εξορυχθούν, να υποστούν επεξεργασία και να μετατραπούν σε μαγνήτες παγκοσμίως, αλλά στην πραγματικότητα, αυτές οι διαδικασίες παρουσιάζουν πολλές προκλήσεις.
Ο αναλυτής ορυκτών και δημοφιλής blogger παρατήρησης σπάνιων γαιών, Thomas Krumer, δήλωσε: «Πρόκειται για μια βιομηχανία 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων, αλλά η αξία των προϊόντων που παράγονται κάθε χρόνο κυμαίνεται από 2 τρισεκατομμύρια έως 3 τρισεκατομμύρια δολάρια, κάτι που αποτελεί τεράστιο μοχλό. Το ίδιο ισχύει και για τα αυτοκίνητα. Ακόμα κι αν περιέχουν μόνο λίγα κιλά αυτής της ουσίας, η αφαίρεσή τους σημαίνει ότι τα αυτοκίνητα δεν μπορούν πλέον να λειτουργήσουν, εκτός αν είστε διατεθειμένοι να επανασχεδιάσετε ολόκληρο τον κινητήρα».
Οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ευρώπη προσπαθούν να διαφοροποιήσουν αυτήν την αλυσίδα εφοδιασμού. Τα ορυχεία σπάνιων γαιών της Καλιφόρνια, τα οποία έκλεισαν στις αρχές του 21ου αιώνα, άνοιξαν πρόσφατα ξανά και αυτή τη στιγμή προμηθεύουν το 15% των παγκόσμιων πόρων σπάνιων γαιών. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι κυβερνητικές υπηρεσίες (ειδικά το Υπουργείο Άμυνας) πρέπει να παρέχουν ισχυρούς μαγνήτες για εξοπλισμό όπως αεροπλάνα και δορυφόρους και είναι ενθουσιώδεις για τις επενδύσεις σε αλυσίδες εφοδιασμού στην εγχώρια αγορά και σε περιοχές όπως η Ιαπωνία και η Ευρώπη. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη το κόστος, την απαιτούμενη τεχνολογία και τα περιβαλλοντικά ζητήματα, πρόκειται για μια αργή διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει αρκετά χρόνια ή και δεκαετίες.
Ώρα δημοσίευσης: 11 Μαΐου 2023