טסלה מוטורס עשויה לשקול להחליף מגנטים נדירים של אדמה במגנטים של פריטים בעלי ביצועים נמוכים

עקב בעיות שרשרת האספקה ​​ובעיות סביבתיות, מחלקת מערכת ההינע של טסלה עובדת קשה כדי להסיר מגנטים של אדמה נדירה ממנועים ומחפשת פתרונות חלופיים.

טסלה עדיין לא המציאה חומר מגנט חדש לגמרי, כך שייתכן שהיא תסתפק בטכנולוגיה קיימת, ככל הנראה באמצעות פריט זול וקל לייצור.

על ידי מיקום מדוקדק של מגנטים של פריט והתאמת היבטים אחרים של תכנון המנוע, מדדי ביצועים רבים שלאדמה נדירהניתן לשכפל מנועי הנעה. במקרה זה, משקל המנוע עולה רק בכ-30%, וזה עשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכולל של המכונית.

4. חומרי מגנט חדשים צריכים להיות בעלי שלושת המאפיינים הבסיסיים הבאים: 1) עליהם להיות בעלי מגנטיות; 2) להמשיך ולשמור על מגנטיות בנוכחות שדות מגנטיים אחרים; 3) עמידות בטמפרטורות גבוהות.

על פי Tencent Technology News, יצרנית הרכבים החשמליים טסלה הצהירה כי יסודות אדמה נדירים לא ישמשו עוד במנועי מכוניותיה, מה שאומר שמהנדסי טסלה יצטרכו לשחרר את מלוא היצירתיות שלהם במציאת פתרונות חלופיים.

בחודש שעבר, אילון מאסק פרסם את "החלק השלישי של תוכנית האב" באירוע יום המשקיעים של טסלה. ביניהם, יש פרט קטן שעורר סנסציה בתחום הפיזיקה. קולין קמפבל, בכיר במחלקת מערכת ההינע של טסלה, הודיע ​​כי צוותו מסיר מגנטים של אדמה נדירה ממנועים עקב בעיות בשרשרת האספקה ​​וההשפעה השלילית המשמעותית של ייצור מגנטים של אדמה נדירה.

כדי להשיג מטרה זו, קמפבל הציג שתי שקופיות הכוללות שלושה חומרים מסתוריים שסומנו בחוכמה כטסלה נדירה 1, טסלה נדירה 2, וטסלה נדירה 3. השקופית הראשונה מייצגת את המצב הנוכחי של טסלה, שבו כמות הטסלות הנדירות בהן משתמשת החברה בכל רכב נעה בין חצי קילוגרם ל-10 גרם. בשקופית השנייה, השימוש בכל היסודות הנדירים צומצם לאפס.

עבור מגנטיולוגים החוקרים את הכוח הקסום הנוצר מתנועה אלקטרונית בחומרים מסוימים, זהותה של אדמה נדירה 1 ניתנת לזיהוי בקלות, שהיא ניאודימיום. כאשר מוסיפים אותה ליסודות נפוצים כמו ברזל ובורון, מתכת זו יכולה לסייע ביצירת שדה מגנטי חזק ותמיד פעיל. אך מעט חומרים הם בעלי איכות זו, ואפילו פחות יסודות אדמה נדירים מייצרים שדות מגנטיים שיכולים להזיז מכוניות טסלה במשקל של מעל 2000 קילוגרמים, כמו גם דברים רבים אחרים, החל מרובוטים תעשייתיים ועד מטוסי קרב. אם טסלה מתכננת להסיר ניאודימיום ויסודות אדמה נדירים אחרים מהמנוע, באיזה מגנט היא תשתמש במקום זאת?

עבור פיזיקאים, דבר אחד בטוח: טסלה לא המציא סוג חדש לגמרי של חומר מגנטי. אנדי בלקבורן, סגן נשיא בכיר לאסטרטגיה ב-NIron Magnets, אמר: "בעוד למעלה מ-100 שנה, ייתכן שיהיו לנו רק הזדמנויות ספורות לרכוש מגנטים עסקיים חדשים." NIron Magnets היא אחת הסטארט-אפים הבודדים שמנסים לנצל את ההזדמנות הבאה.

בלקברן ואחרים מאמינים שסביר יותר שטסלה החליט להסתפק במגנט הרבה פחות חזק. מבין האפשרויות הרבות, המועמד הברור ביותר הוא פריט: חומר קרמי המורכב מברזל וחמצן, מעורבב עם כמות קטנה של מתכת כמו סטרונציום. הוא גם זול וגם קל לייצור, ומאז שנות ה-50, דלתות מקררים ברחבי העולם מיוצרות בדרך זו.

אבל מבחינת נפח, המגנטיות של פריט היא רק עשירית מזו של מגנטים של ניאודימיום, מה שמעלה שאלות חדשות. מנכ"ל טסלה, אילון מאסק, תמיד היה ידוע כבעל חוסר פשרות, אבל אם טסלה רוצה לעבור לפריט, נראה שיש לעשות כמה ויתורים.

קל להאמין שסוללות הן הכוח של כלי רכב חשמליים, אך במציאות, נהיגה אלקטרומגנטית היא זו שמניעה כלי רכב חשמליים. לא במקרה, גם חברת טסלה וגם היחידה המגנטית "טסלה" נקראות על שם אותו אדם. כאשר אלקטרונים זורמים דרך הסלילים במנוע, הם יוצרים שדה אלקטרומגנטי שמניע את הכוח המגנטי ההפוך, וגורם לציר המנוע להסתובב יחד עם הגלגלים.

עבור הגלגלים האחוריים של מכוניות טסלה, כוחות אלה מסופקים על ידי מנועים בעלי מגנטים קבועים, חומר מוזר בעל שדה מגנטי יציב וללא קלט זרם, הודות לסיבוב חכם של אלקטרונים סביב אטומים. טסלה החלה להוסיף מגנטים אלה למכוניות רק לפני כחמש שנים, על מנת להאריך את טווח הנסיעה ולהגדיל את המומנט מבלי לשדרג את הסוללה. לפני כן, החברה השתמשה במנועי אינדוקציה המיוצרים סביב אלקטרומגנטים, המייצרים מגנטיות על ידי צריכת חשמל. דגמים המצוידים במנועים קדמיים עדיין משתמשים במצב זה.

המהלך של טסלה לנטוש את חומרי האדמה הנדירים והמגנטים נראה קצת מוזר. חברות רכב נוטות להיות אובססיביות ליעילות, במיוחד במקרה של כלי רכב חשמליים, שם הן עדיין מנסות לשכנע נהגים להתגבר על הפחד שלהם מטווח. אבל ככל שיצרניות הרכב מתחילות להרחיב את היקף הייצור של כלי רכב חשמליים, פרויקטים רבים שנחשבו בעבר כלא יעילים מדי צצים מחדש.

עובדה זו גרמה ליצרניות רכב, כולל טסלה, לייצר יותר מכוניות המשתמשות בסוללות ליתיום ברזל פוספט (LFP). בהשוואה לסוללות המכילות יסודות כמו קובלט וניקל, לדגמים אלו טווח נסיעה קצר יותר. זוהי טכנולוגיה ישנה יותר עם משקל רב יותר וקיבולת אחסון נמוכה יותר. כיום, לדגם 3 המונע על ידי כוח במהירות נמוכה יש טווח נסיעה של כ-438 קילומטרים (272 מייל), בעוד שדגם S המצויד בסוללות מתקדמות יותר יכול להגיע ל-640 קילומטרים (400 מייל). עם זאת, השימוש בסוללת ליתיום ברזל פוספט עשוי להיות בחירה עסקית הגיונית יותר, משום שהוא נמנע משימוש בחומרים יקרים ואף מסוכנים פוליטית.

עם זאת, לא סביר שטסלה פשוט תחליף מגנטים במשהו גרוע יותר, כמו פריט, מבלי לבצע שינויים אחרים. פיזיקאית מאוניברסיטת אופסלה, אלינה וישנה, ​​אמרה: "תישא מגנט ענק במכונית שלך. למרבה המזל, מנועים חשמליים הם מכונות מורכבות למדי עם רכיבים רבים אחרים שניתן תיאורטית לסדר מחדש כדי להפחית את ההשפעה של שימוש במגנטים חלשים יותר."

חברת החומרים Proterial קבעה לאחרונה במודלים ממוחשבים כי ניתן לשכפל מדדי ביצועים רבים של מנועי הנעה עשויים מתכות נדירות על ידי מיקום מדוקדק של מגנטים של פריט והתאמת היבטים אחרים של תכנון המנוע. במקרה זה, משקל המנוע גדל רק בכ-30%, דבר שעשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכולל של המכונית.

למרות כאבי הראש הללו, לחברות רכב עדיין יש סיבות רבות לנטוש את שוק יסודות אדמה נדירה, בתנאי שהן יכולות לעשות זאת. ערך שוק יסודות אדמה נדירה כולו דומה לזה של שוק הביצים בארצות הברית, ותיאורטית, ניתן לכרות, לעבד ולהמיר יסודות אדמה נדירה למגנטים ברחבי העולם, אך במציאות, תהליכים אלה מציבים אתגרים רבים.

אנליסט מינרלים ובלוגר פופולרי בתחום תצפיות על אדמות נדירות, תומאס קרומר, אמר: "מדובר בתעשייה של 10 מיליארד דולר, אך ערך המוצרים שנוצרים מדי שנה נע בין 2 טריליון דולר ל-3 טריליון דולר, וזהו מנוף עצום. אותו הדבר נכון לגבי מכוניות. גם אם הן מכילות רק כמה קילוגרמים של חומר זה, הסרתן פירושה שמכוניות לא יוכלו עוד לפעול אלא אם כן מוכנים לעצב מחדש את כל המנוע.

ארצות הברית ואירופה מנסות לגוון את שרשרת האספקה ​​הזו. מכרות האדמה הנדירה בקליפורניה, שנסגרו בתחילת המאה ה-21, נפתחו מחדש לאחרונה וכיום מספקים 15% ממשאבי האדמה הנדירה בעולם. בארצות הברית, סוכנויות ממשלתיות (במיוחד משרד ההגנה) צריכות לספק מגנטים רבי עוצמה לציוד כמו מטוסים ולוויינים, והן נלהבות להשקיע בשרשראות אספקה ​​מקומיות ובאזורים כמו יפן ואירופה. אך בהתחשב בעלויות, בטכנולוגיה הנדרשת ובבעיות סביבתיות, זהו תהליך איטי שיכול להימשך מספר שנים או אפילו עשרות שנים.