מנועי טסלה עשויים לשקול להחליף מגנטים אדמה נדירים בפריטים בעלי ביצועים נמוכים

בשל סוגיות שרשרת האספקה ​​והסביבה, מחלקת ההנעה של טסלה עובדת קשה כדי להסיר מגנטים אדמה נדירים ממנועים ומחפשת פתרונות אלטרנטיביים.

טסלה טרם המציאה חומר מגנט חדש לחלוטין, ולכן היא עשויה להסתפק בטכנולוגיה קיימת, ככל הנראה באמצעות פריט זול ומיוצר בקלות.

על ידי מיקום בזהירות של מגנטים של פריט והתאמת היבטים אחרים של תכנון מוטורי, מחווני ביצועים רבים שלכדור הארץ הנדירניתן לשכפל מנועי כונן. במקרה זה, משקל המנוע רק עולה בכ- 30%, מה שעשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכללי של המכונית.

4. חומרי מגנט 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.

על פי נתוני Tencent Technology News, יצרנית הרכב החשמלי טסלה הצהירה כי אלמנטים נדירים של כדור הארץ כבר לא ישמשו במנועי המכוניות שלה, מה שאומר שהמהנדסים של טסלה יצטרכו לשחרר את היצירתיות שלהם במלואם במציאת פתרונות אלטרנטיביים.

בחודש שעבר פרסמה אלון מאסק את "החלק השלישי של תוכנית האב" באירוע יום המשקיעים של טסלה. ביניהם יש פרט קטן שגרם לתחושה בתחום הפיזיקה. קולין קמפבל, בכיר בכיר במחלקת ההפעלה של טסלה, הודיע ​​כי צוותו מסיר מגנטים אדמה נדירים ממנועים בגלל סוגיות שרשרת האספקה ​​וההשפעה השלילית המשמעותית של ייצור מגנטים אדמה נדירים.

כדי להשיג מטרה זו, קמפבל הציג שתי שקופיות בהן היו מעורבים שלושה חומרים מסתוריים שתויגו בחוכמה כאדמה נדירה 1, אדמה 2 נדירה, וכדור הארץ הנדיר 3. השקופית הראשונה מייצגת את מצבה הנוכחי של טסלה, שם כמות האדמה הנדירה המשמשת את החברה בכל רכב נעה בין חצי קילוגרם ל -10 גרם. בשקופית השנייה השימוש בכל יסודות האדמה הנדירים הצטמצם לאפס.

עבור מגנטולוגים החוקרים את הכוח הקסום שנוצר על ידי תנועה אלקטרונית בחומרים מסוימים, ניתן לזהות בקלות את זהותו של כדור הארץ הנדיר 1, שהיא ניאודימיום. כאשר מתווספים לאלמנטים נפוצים כמו ברזל ובורון, מתכת זו יכולה לעזור ליצור שדה מגנטי חזק, תמיד על שדה מגנטי. אך מעט חומרים הם בעלי איכות זו, ופחות אלמנטים אדמה נדירים מייצרים שדות מגנטיים שיכולים להזיז מכוניות טסלה במשקל של 2000 קילוגרמים, כמו גם דברים רבים אחרים, מרובוטים תעשייתיים למטוסי קרב. אם טסלה מתכננת להסיר ניאודימיום ואלמנטים אדמה נדירים אחרים מהמנוע, באיזה מגנט הוא ישתמש במקום?

עבור פיזיקאים, דבר אחד בטוח: טסלה לא המציאה סוג חדש לחלוטין של חומר מגנטי. אנדי בלקברן, סמנכ"ל אסטרטגיה ב- Niron Magnets, אמר, "בעוד למעלה ממאה שנה, ייתכן שיש לנו רק כמה הזדמנויות לרכוש מגנטים עסקיים חדשים." Niron Magnets הוא אחד הסטארט -אפים הבודדים שמנסים לנצל את ההזדמנות הבאה.

בלקברן ואחרים מאמינים שסביר יותר כי טסלה החליטה להסתפק במגנט הרבה פחות חזק. בין אפשרויות רבות, המועמד הברור ביותר הוא פריט: קרמיקה המורכבת מברזל וחמצן, מעורבבת עם כמות קטנה של מתכת כמו סטרונציום. זה גם זול וקל לייצור, ומאז שנות החמישים, דלתות המקרר ברחבי העולם יוצרו בדרך זו.

אך מבחינת נפח, המגנטיות של פריט היא רק עשירית זו של מגנטים של ניאודימיום, מה שמעלה שאלות חדשות. מנכ"ל טסלה, אלון מאסק, תמיד היה ידוע כבלתי מתפשר, אך אם טסלה תעבור לפריט, נראה שיש לעשות ויתורים מסוימים.

קל להאמין שסוללות הן כוחם של כלי רכב חשמליים, אך במציאות, נהיגה אלקטרומגנטית היא שמניעה כלי רכב חשמליים. אין זה מקרה שחברת טסלה וגם היחידה המגנטית "טסלה" נקראים על שם אותו אדם. כאשר אלקטרונים זורמים דרך הסלילים במנוע, הם מייצרים שדה אלקטרומגנטי המניע את הכוח המגנטי הנגדי, וגורם לפיר המנוע להסתובב עם הגלגלים.

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

המעבר של טסלה לנטוש אדמות ומגנטים נדירים נראה קצת מוזר. חברות רכב לרוב אובססיביות ליעילות, במיוחד במקרה של כלי רכב חשמליים, שם הם עדיין מנסים לשכנע את הנהגים להתגבר על הפחד שלהם מטווח. אולם כאשר יצרני הרכב מתחילים להרחיב את סולם הייצור של כלי רכב חשמליים, פרויקטים רבים שנחשבו בעבר לא יעילים מדי הם עולים מחדש.

זה הניע את יצרני המכוניות, כולל טסלה, לייצר מכוניות נוספות באמצעות סוללות ליתיום ברזל פוספט (LFP). בהשוואה לסוללות המכילות אלמנטים כמו קובלט וניקל, לדגמים אלה יש לעתים קרובות טווח קצר יותר. זוהי טכנולוגיה ישנה יותר עם משקל גדול יותר ויכולת אחסון נמוכה יותר. נכון לעכשיו, לדגם 3 המופעל על ידי כוח במהירות נמוכה יש טווח של 272 מיילים (כ -438 ק"מ), ואילו הדגם המרוחק המצויד בסוללות מתקדמות יותר יכול להגיע ל -400 מיילים (640 ק"מ). עם זאת, השימוש בסוללת ליתיום ברזל פוספט עשוי להיות בחירה עסקית הגיונית יותר, מכיוון שהיא נמנעת משימוש בחומרים יקרים יותר ואפילו מסוכנים פוליטית.

עם זאת, סביר להניח כי טסלה לא תחליף מגנטים במשהו גרוע יותר, כמו פריט, מבלי לבצע שינויים אחרים. הפיזיקאי של אוניברסיטת אופסלה, אלינה וישנה, ​​אמר, "אתה תשא 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.

במודלים ממוחשבים, חברת החומרים Proterial קבעה לאחרונה כי ניתן לשכפל מדדי ביצועים רבים של מנועי כונן אדמה נדירים על ידי מיקום בקפידה של מגנטים של פריט והתאמת היבטים אחרים של תכנון מוטורי. במקרה זה, משקל המנוע רק עולה בכ- 30%, מה שעשוי להיות הבדל קטן בהשוואה למשקל הכללי של המכונית.

למרות כאבי ראש אלה, לחברות מכוניות עדיין יש סיבות רבות לנטוש אלמנטים של אדמה נדירים, בתנאי שהם יכולים לעשות זאת. הערך של שוק האדמה הנדיר כולו דומה לזה של שוק הביציות בארצות הברית, ובאופן תיאורטי, ניתן לכרות, לעבד, לעבד ולהמיר אלמנטים אדמה נדירים למגנטים ברחבי העולם, אך במציאות, תהליכים אלה מציגים אתגרים רבים.

אנליסט מינרלי ובלוגר התצפית הנדיר של כדור הארץ, תומאס קרומר, אמר, "מדובר בתעשייה של 10 מיליארד דולר, אך שווי המוצרים שנוצרו בכל שנה נע בין 2 טריליון דולר ל -3 טריליון דולר, שהוא מנוף ענק. כך גם למכוניות. גם אם הם מכילים רק כמה קילוגרמים מהחומר הזה, הסרתם פירושה שמכוניות כבר לא יכולות לרוץ אלא אם כן אתה מוכן לתכנן מחדש את כל המנוע

ארצות הברית ואירופה מנסות לגוון את שרשרת האספקה ​​הזו. מכרות האדמה הנדירות בקליפורניה, שנסגרו בראשית המאה ה -21, נפתחו לאחרונה מחדש וכיום מספקים 15% ממשאבי האדמה הנדירים בעולם. בארצות הברית, סוכנויות ממשלתיות (במיוחד משרד ההגנה) צריכות לספק מגנטים חזקים לציוד כמו מטוסים ולוויינים, והן מתלהבות מהשקעה בשרשראות אספקה ​​באופן מקומי ובאזורים כמו יפן ואירופה. אך בהתחשב בעלות, טכנולוגיה חובה וסוגיות סביבתיות, זהו תהליך איטי שיכול להימשך מספר שנים ואף עשרות שנים.