Din cauza problemelor legate de lanțul de aprovizionare și de mediu, departamentul de sisteme de propulsie al Tesla depune eforturi mari pentru a elimina magneții de pământuri rare din motoare și caută soluții alternative.
Tesla nu a inventat încă un material magnetic complet nou, așa că s-ar putea să se mulțumească cu tehnologia existentă, cel mai probabil folosind ferită ieftină și ușor de fabricat.
Prin poziționarea atentă a magneților de ferită și ajustarea altor aspecte ale designului motorului, mulți indicatori de performanță aipământ rarMotoarele de acționare pot fi replicate. În acest caz, greutatea motorului crește doar cu aproximativ 30%, ceea ce poate fi o mică diferență în comparație cu greutatea totală a mașinii.
4. Noile materiale magnetice trebuie să aibă următoarele trei caracteristici de bază: 1) trebuie să aibă magnetism; 2) Să își mențină magnetismul în prezența altor câmpuri magnetice; 3) Să poată rezista la temperaturi ridicate.
Conform Tencent Technology News, producătorul de vehicule electrice Tesla a declarat că elementele din pământuri rare nu vor mai fi utilizate în motoarele sale auto, ceea ce înseamnă că inginerii Tesla vor trebui să își dezlănțuie pe deplin creativitatea în găsirea de soluții alternative.
Luna trecută, Elon Musk a lansat „A treia parte a Planului General” la evenimentul Tesla Investor Day. Printre acestea, există un mic detaliu care a făcut senzație în domeniul fizicii. Colin Campbell, un director executiv senior în departamentul de sisteme de propulsie al Tesla, a anunțat că echipa sa elimină magneții din pământuri rare din motoare din cauza problemelor legate de lanțul de aprovizionare și a impactului negativ semnificativ al producerii de magneți din pământuri rare.
Pentru a atinge acest obiectiv, Campbell a prezentat două diapozitive care implică trei materiale misterioase, etichetate ingenios drept pământuri rare 1, pământuri rare 2 și pământuri rare 3. Primul diapozitiv reprezintă situația actuală a companiei Tesla, unde cantitatea de pământuri rare utilizate de companie în fiecare vehicul variază de la jumătate de kilogram la 10 grame. Pe al doilea diapozitiv, utilizarea tuturor elementelor de pământuri rare a fost redusă la zero.
Pentru magnetologii care studiază puterea magică generată de mișcarea electronică în anumite materiale, identitatea pământului rar 1 este ușor de recunoscut, și anume neodim. Atunci când este adăugat la elemente comune precum fierul și borul, acest metal poate ajuta la crearea unui câmp magnetic puternic, mereu activ. Dar puține materiale au această calitate și chiar mai puține elemente de pământuri rare generează câmpuri magnetice care pot mișca mașini Tesla cu o greutate de peste 2000 de kilograme, precum și multe alte lucruri, de la roboți industriali la avioane de vânătoare. Dacă Tesla intenționează să elimine neodimul și alte elemente de pământuri rare din motor, ce magnet va folosi în schimb?
Pentru fizicieni, un lucru este sigur: Tesla nu a inventat un tip complet nou de material magnetic. Andy Blackburn, vicepreședinte executiv de strategie la NIron Magnets, a declarat: „În peste 100 de ani, s-ar putea să avem doar câteva oportunități de a achiziționa noi magneți de afaceri.” NIron Magnets este unul dintre puținele startup-uri care încearcă să profite de următoarea oportunitate.
Blackburn și alții cred că este mai probabil ca Tesla să fi decis să se mulțumească cu un magnet mult mai puțin puternic. Printre multe posibilități, cel mai evident candidat este ferita: o ceramică compusă din fier și oxigen, amestecată cu o cantitate mică de metal, cum ar fi stronțiul. Este atât ieftină, cât și ușor de fabricat, iar din anii 1950, ușile frigiderelor din întreaga lume au fost fabricate în acest mod.
Însă, în ceea ce privește volumul, magnetismul feritei este doar o zecime din cel al magneților din neodim, ceea ce ridică noi întrebări. CEO-ul Tesla, Elon Musk, a fost întotdeauna cunoscut pentru intransigența sa, dar dacă Tesla va trece la ferită, se pare că trebuie făcute unele concesii.
Este ușor de crezut că bateriile sunt puterea vehiculelor electrice, dar, în realitate, acționarea electromagnetică este cea care acționează asupra vehiculelor electrice. Nu este o coincidență faptul că atât compania Tesla, cât și unitatea magnetică „Tesla” sunt numite după aceeași persoană. Când electronii curg prin bobinele unui motor, aceștia generează un câmp electromagnetic care acționează forța magnetică opusă, determinând arborele motorului să se rotească odată cu roțile.
Pentru roțile din spate ale mașinilor Tesla, aceste forțe sunt furnizate de motoare cu magneți permanenți, un material ciudat cu un câmp magnetic stabil și fără curent de intrare, datorită rotirii inteligente a electronilor în jurul atomilor. Tesla a început să adauge acești magneți la mașini abia acum aproximativ cinci ani, pentru a extinde autonomia și a crește cuplul fără a moderniza bateria. Înainte de aceasta, compania folosea motoare cu inducție fabricate în jurul unor electromagneți, care generează magnetism consumând electricitate. Modelele echipate cu motoare frontale utilizează încă acest mod.
Mișcarea Tesla de a abandona pământurile rare și magneții pare puțin ciudată. Companiile auto sunt adesea obsedate de eficiență, mai ales în cazul vehiculelor electrice, unde încă încearcă să-i convingă pe șoferi să-și depășească teama de autonomie. Dar, pe măsură ce producătorii de automobile încep să extindă scara de producție a vehiculelor electrice, multe proiecte care anterior erau considerate prea ineficiente reapar.
Acest lucru i-a determinat pe producătorii de automobile, inclusiv Tesla, să producă mai multe mașini folosind baterii litiu-fier-fosfat (LFP). Comparativ cu bateriile care conțin elemente precum cobaltul și nichelul, aceste modele au adesea o autonomie mai scurtă. Aceasta este o tehnologie mai veche, cu o greutate mai mare și o capacitate de stocare mai mică. În prezent, Model 3 alimentat de energie electrică la viteză mică are o autonomie de aproximativ 438 de kilometri, în timp ce Model S, echipat cu baterii mai avansate, poate ajunge la 640 de kilometri. Cu toate acestea, utilizarea bateriilor litiu-fier-fosfat poate fi o alegere comercială mai sensibilă, deoarece evită utilizarea unor materiale mai scumpe și chiar mai riscante din punct de vedere politic.
Cu toate acestea, este puțin probabil ca Tesla să înlocuiască pur și simplu magneții cu ceva mai slab, cum ar fi ferita, fără a face alte modificări. Fizicianul Alaina Vishna de la Universitatea din Uppsala a declarat: „Veți purta un magnet imens în mașină. Din fericire, motoarele electrice sunt mașini destul de complexe, cu multe alte componente care pot fi teoretic rearanjate pentru a reduce impactul utilizării unor magneți mai slabi.”
În modele computerizate, compania de materiale Proterial a stabilit recent că mulți indicatori de performanță ai motoarelor din pământuri rare pot fi reproducuți prin poziționarea atentă a magneților de ferită și ajustarea altor aspecte ale designului motorului. În acest caz, greutatea motorului crește doar cu aproximativ 30%, ceea ce poate reprezenta o mică diferență în comparație cu greutatea totală a mașinii.
În ciuda acestor dureri de cap, companiile auto au încă multe motive să abandoneze elementele de pământuri rare, cu condiția să poată face acest lucru. Valoarea întregii piețe de pământuri rare este similară cu cea a pieței de ouă din Statele Unite și, teoretic, elementele de pământuri rare pot fi minate, procesate și transformate în magneți la nivel mondial, dar, în realitate, aceste procese prezintă multe provocări.
Analistul de minerale și popularul blogger specializat în observarea pământurilor rare, Thomas Krumer, a declarat: „Aceasta este o industrie de 10 miliarde de dolari, dar valoarea produselor create în fiecare an variază între 2 și 3 trilioane de dolari, ceea ce reprezintă o pârghie uriașă. Același lucru este valabil și pentru mașini. Chiar dacă acestea conțin doar câteva kilograme din această substanță, eliminarea lor înseamnă că mașinile nu mai pot funcționa decât dacă sunteți dispus să reproiectați întregul motor.”
Statele Unite și Europa încearcă să diversifice acest lanț de aprovizionare. Minele de pământuri rare din California, care au fost închise la începutul secolului al XXI-lea, s-au redeschis recent și furnizează în prezent 15% din resursele de pământuri rare ale lumii. În Statele Unite, agențiile guvernamentale (în special Departamentul Apărării) trebuie să furnizeze magneți puternici pentru echipamente precum avioane și sateliți și sunt entuziasmate să investească în lanțuri de aprovizionare la nivel intern și în regiuni precum Japonia și Europa. Însă, având în vedere costurile, tehnologia necesară și problemele de mediu, acesta este un proces lent care poate dura câțiva ani sau chiar decenii.
Data publicării: 11 mai 2023