טסלה מוטורס עשויה לשקול להחליף מגנטים נדירים של כדור הארץ בפריטים בעלי ביצועים נמוכים

בשל שרשרת האספקה ​​ובעיות סביבתיות, מחלקת הכוח של טסלה עובדת קשה כדי להסיר מגנטים של אדמה נדירה מהמנועים ומחפשת פתרונות חלופיים.

טסלה עדיין לא המציאה חומר מגנט חדש לחלוטין, כך שהיא עשויה להסתפק בטכנולוגיה קיימת, ככל הנראה באמצעות פריט זול ומיוצר בקלות.

על ידי מיקום קפדני של מגנטי פריט והתאמת היבטים אחרים של עיצוב מנוע, מדדי ביצועים רבים שלאדמה נדירהניתן לשכפל מנועי הנעה. במקרה זה, משקל המנוע גדל רק בכ-30%, מה שעשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכולל של המכונית.

4. חומרים מגנטים חדשים צריכים להיות בעלי שלושת המאפיינים הבסיסיים הבאים: 1) הם צריכים להיות בעלי מגנטיות; 2) המשך לשמור על מגנטיות בנוכחות שדות מגנטיים אחרים; 3) יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות.

לפי Tencent Technology News, יצרנית הרכבים החשמליים טסלה הצהירה כי אלמנטים נדירים של אדמה לא ישמשו עוד במנועי המכוניות שלה, מה שאומר שהמהנדסים של טסלה יצטרכו לשחרר את היצירתיות שלהם במלואה 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, מנהל בכיר במחלקת הכוח של טסלה, הודיע ​​שהצוות שלו מסיר מהמנועים מגנטים של אדמה נדירה עקב בעיות בשרשרת האספקה ​​וההשפעה השלילית המשמעותית של ייצור מגנטים נדירים.

כדי להשיג מטרה זו, קמפבל הציג שתי שקופיות הכוללות שלושה חומרים מסתוריים שסומנו בחוכמה כאדמה נדירה 1, אדמה נדירה 2 ואדמה נדירה 3. השקף הראשון מייצג את המצב הנוכחי של טסלה, שבו כמות כדורי הארץ הנדירים בשימוש החברה בכל רכב נע בין חצי קילוגרם ל-10 גרם. בשקופית השנייה, השימוש בכל יסודות כדור הארץ הנדירים הצטמצם לאפס.

למגנטולוגים החוקרים את הכוח הקסום שנוצר על ידי תנועה אלקטרונית בחומרים מסוימים, ניתן לזהות בקלות את זהותו של אדמה נדירה 1, שהיא ניאודימיום. כאשר מוסיפים אלמנטים נפוצים כגון ברזל ובורון, מתכת זו יכולה לעזור ליצור שדה מגנטי חזק ותמיד על. אבל לחומרים מעטים יש את האיכות הזו, ואפילו פחות מרכיבי אדמה נדירים מייצרים שדות מגנטיים שיכולים להזיז מכוניות טסלה במשקל של למעלה מ-2000 קילוגרמים, כמו גם דברים רבים אחרים מרובוטים תעשייתיים ועד מטוסי קרב. אם טסלה מתכננת להסיר מהמנוע ניאודימיום ואלמנטים נדירים אחרים של אדמה, באיזה מגנט היא תשתמש במקום זאת?

עבור הפיזיקאים, דבר אחד בטוח: טסלה לא המציאה סוג חדש לחלוטין של חומר מגנטי. אנדי בלקבורן, סגן נשיא בכיר לאסטרטגיה ב-NIron Magnets, אמר: "בעוד למעלה מ-100 שנים, אולי יהיו לנו רק כמה הזדמנויות לרכוש מגנטים עסקיים חדשים". NIron Magnets הוא אחד הסטארט-אפים הבודדים שמנסים לנצל את ההזדמנות הבאה.

בלקבורן ואחרים מאמינים שסביר יותר שטסלה החליטה להסתפק במגנט הרבה פחות חזק. מבין האפשרויות הרבות, המועמד הברור ביותר הוא פריט: קרמיקה המורכבת מברזל וחמצן, מעורבת בכמות קטנה של מתכת כמו סטרונציום. הוא גם זול וגם קל לייצור, ומאז שנות ה-50 מיוצרות כך דלתות מקררים ברחבי העולם.

אבל מבחינת נפח, המגנטיות של פריט היא רק עשירית מזו של מגנטים ניאודימיום, מה שמעלה שאלות חדשות. מנכ"ל טסלה אילון מאסק תמיד היה ידוע כבלתי מתפשר, אבל אם טסלה תעבור לפריט, נראה שחייבים לעשות כמה ויתורים.

קל להאמין שסוללות הן הכוח של כלי רכב חשמליים, אבל במציאות, הנהיגה האלקטרומגנטית היא שמניעה רכבים חשמליים. זה לא מקרי שגם חברת טסלה וגם היחידה המגנטית "טסלה" נקראות על שמו של אותו אדם. כאשר אלקטרונים זורמים דרך הסלילים במנוע, הם יוצרים שדה אלקטרומגנטי המניע את הכוח המגנטי ההפוך, וגורם לציר המנוע להסתובב עם הגלגלים.

עבור הגלגלים האחוריים של מכוניות טסלה, הכוחות הללו מסופקים על ידי מנועים עם מגנטים קבועים, חומר מוזר עם שדה מגנטי יציב וללא קלט זרם, הודות לסיבוב החכם של אלקטרונים סביב אטומים. טסלה החלה להוסיף את המגנטים הללו למכוניות רק לפני כחמש שנים, על מנת להרחיב את הטווח ולהגדיל את המומנט מבלי לשדרג את הסוללה. לפני כן, החברה השתמשה במנועי אינדוקציה שיוצרו סביב אלקטרומגנטים, היוצרים מגנטיות על ידי צריכת חשמל. דגמים אלה המצוידים במנועים קדמיים עדיין משתמשים במצב זה.

המהלך של טסלה לנטוש כדורי אדמה נדירים ומגנטים נראה קצת מוזר. חברות רכב אובססיביות לא פעם לגבי יעילות, במיוחד במקרה של כלי רכב חשמליים, שם הן עדיין מנסות לשכנע נהגים להתגבר על הפחד שלהם מטווח נסיעה. אבל כשיצרניות הרכב מתחילות להרחיב את היקף הייצור של כלי רכב חשמליים, פרויקטים רבים שנחשבו בעבר לא יעילים מדי צצים מחדש.

זה גרם ליצרניות הרכב, כולל טסלה, לייצר יותר מכוניות באמצעות סוללות ליתיום ברזל פוספט (LFP). בהשוואה לסוללות המכילות אלמנטים כמו קובלט וניקל, לדגמים אלו יש לרוב טווח קצר יותר. זוהי טכנולוגיה ישנה יותר עם משקל גדול יותר ויכולת אחסון נמוכה יותר. נכון להיום, לדגם 3 המופעל על ידי כוח במהירות נמוכה יש טווח של 272 מיילים (כ-438 קילומטרים), בעוד שדגם S המרוחק המצויד בסוללות מתקדמות יותר יכול להגיע ל-400 מייל (640 קילומטרים). עם זאת, השימוש בסוללת ליתיום ברזל פוספט עשוי להיות בחירה עסקית הגיונית יותר, מכיוון שהיא נמנעת משימוש בחומרים יקרים יותר ואף מסוכנים מבחינה פוליטית.

עם זאת, לא סביר שטסלה פשוט תחליף מגנטים במשהו גרוע יותר, כמו פריט, מבלי לבצע שינויים אחרים. הפיזיקאית של אוניברסיטת אופסלה, אלאינה וישנה, ​​אמרה, "אתה תישא מגנט ענק במכונית שלך. למרבה המזל, מנועים חשמליים הם מכונות מורכבות למדי עם רכיבים רבים אחרים שניתן לארגן מחדש באופן תיאורטי כדי להפחית את ההשפעה של שימוש במגנטים חלשים יותר.

בדגמי מחשב, חברת החומרים Proterial קבעה לאחרונה שניתן לשכפל אינדיקטורים רבים של מנועי כונן אדמה נדירים על ידי מיקום קפדני של מגנטי פריט והתאמת היבטים אחרים של עיצוב המנוע. במקרה זה, משקל המנוע גדל רק בכ-30%, מה שעשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכולל של המכונית.

למרות כאבי הראש הללו, לחברות הרכב עדיין יש סיבות רבות לנטוש יסודות אדמה נדירים, בתנאי שהן יכולות לעשות זאת. ערכו של שוק האדמה הנדירה כולו דומה לזה של שוק הביצים בארצות הברית, ובאופן תיאורטי ניתן לכרות, לעבד ולהמיר יסודות אדמה נדירים למגנטים ברחבי העולם, אך למעשה, תהליכים אלו מציבים אתגרים רבים.

אנליסט מינרלים והבלוגר הפופולרי של תצפית אדמה נדירה, תומס קרומר, אמר: "זו תעשייה של 10 מיליארד דולר, אבל הערך של המוצרים שנוצרים בכל שנה נע בין 2 טריליון ל-3 טריליון דולר, שזה מנוף עצום. אותו דבר לגבי מכוניות. גם אם הם מכילים רק כמה קילוגרמים מהחומר הזה, הסרתם פירושה שמכוניות לא יכולות יותר לרוץ אלא אם כן אתה מוכן לעצב מחדש את המנוע כולו

ארצות הברית ואירופה מנסות לגוון את שרשרת האספקה ​​הזו. מכרות כדור הארץ הנדירים בקליפורניה, שנסגרו בתחילת המאה ה-21, נפתחו לאחרונה מחדש ומספקים כיום 15% ממשאבי כדור הארץ הנדירים בעולם. בארצות הברית, סוכנויות ממשלתיות (בעיקר משרד ההגנה) צריכות לספק מגנטים רבי עוצמה לציוד כמו מטוסים ולוויינים, והן מתלהבות להשקיע בשרשרת אספקה ​​מקומית ובאזורים כמו יפן ואירופה. אך בהתחשב בעלות, בטכנולוגיה הנדרשת ובנושאים סביבתיים, זהו תהליך איטי שיכול להימשך מספר שנים ואף עשורים.