أعلنت شركة تسلا للتو أن الجيل القادم من محركات المغناطيس الدائم التي تم تكوينها في سياراتها الكهربائية لن تستخدم المواد الأرضية النادرة على الإطلاق!
شعار تسلا: يتم التخلص تمامًا من المغناطيس الدائم للأتربة النادرة
هل هذا حقيقي؟
في الواقع، في عام 2018، تم تجهيز 93% من السيارات الكهربائية في العالم بمحرك مغناطيسي دائم مصنوع من أتربة نادرة. في عام 2020، يستخدم 77% من سوق السيارات الكهربائية العالمية محركات ذات مغناطيس دائم. يعتقد مراقبو صناعة السيارات الكهربائية أنه بما أن الصين أصبحت واحدة من أكبر أسواق السيارات الكهربائية، وتسيطر الصين إلى حد كبير على إمدادات العناصر الأرضية النادرة، فمن غير المرجح أن تتحول الصين من آلات المغناطيس الدائم. لكن ما هو وضع تسلا وكيف تفكر فيه؟ في عام 2018، استخدمت تسلا محركًا متزامنًا بمغناطيس دائم مدمج لأول مرة في الطراز 3، مع الاحتفاظ بالمحرك التعريفي على المحور الأمامي. حاليًا، تستخدم تسلا نوعين من المحركات في سياراتها الكهربائية من الطراز S وX، أحدهما محرك مغناطيسي دائم أرضي نادر والآخر محرك حثي. يمكن للمحركات الحثية توفير المزيد من الطاقة، كما أن المحركات الحثية ذات المغناطيس الدائم أكثر كفاءة ويمكنها تحسين نطاق القيادة بنسبة 10%.
أصل محرك المغناطيس الدائم بالحديث عن هذا، علينا أن نذكر كيف ظهر محرك المغناطيس الدائم للأتربة النادرة. يعلم الجميع أن المغناطيسية تولد الكهرباء والكهرباء تولد المغناطيسية، وتوليد المحرك لا ينفصل عن المجال المغناطيسي. ولذلك، هناك طريقتان لتوفير المجال المغناطيسي: الإثارة والمغناطيس الدائم. تتطلب محركات التيار المستمر والمحركات المتزامنة والعديد من المحركات الخاصة المصغرة مجالًا مغناطيسيًا للتيار المستمر. الطريقة التقليدية هي استخدام ملف منشط (يسمى القطب المغناطيسي) ذو قلب حديدي للحصول على مجال مغناطيسي، ولكن العيب الأكبر لهذه الطريقة هو أن التيار يفقد الطاقة في مقاومة الملف (توليد الحرارة)، وبالتالي يقلل كفاءة المحرك وزيادة تكاليف التشغيل. في هذا الوقت، اعتقد الناس أنه إذا كان هناك مجال مغناطيسي دائم، ولم يعد يتم استخدام الكهرباء لتوليد المغناطيسية، فسيتم تحسين المؤشر الاقتصادي للمحرك. لذا، في حوالي الثمانينيات، ظهرت مجموعة متنوعة من المواد ذات المغناطيس الدائم، ثم تم تطبيقها على المحركات، لصنع محركات ذات مغناطيس دائم.
محرك المغناطيس الدائم الأرضي النادر يأخذ زمام المبادرة إذًا ما هي المواد التي يمكنها صنع مغناطيس دائم؟ يعتقد العديد من مستخدمي الإنترنت أن هناك نوع واحد فقط من المواد. في الواقع، هناك أربعة أنواع رئيسية من المغناطيس يمكنها توليد مجال مغناطيسي دائم، وهي: السيراميك (الفريت)، وكوبالت نيكل الألومنيوم (AlNiCo)، وكوبالت السماريوم (SmCo)، وبورون حديد النيوديميوم (NdFeB). تم تطوير سبائك مغناطيس النيوديميوم الخاصة، بما في ذلك التيربيوم والديسبروسيوم، مع درجات حرارة أعلى من مادة كوري، مما يسمح لها بتحمل درجات حرارة أعلى تصل إلى 200 درجة مئوية.
قبل الثمانينيات، كانت مواد المغناطيس الدائم عبارة عن مغناطيس دائم من الفريت ومغناطيس دائم النيكو، ولكن بقاء هذه المواد ليس قويًا جدًا، وبالتالي فإن المجال المغناطيسي المتولد ضعيف نسبيًا. ليس هذا فحسب، بل إن القوة القسرية لهذين النوعين من المغناطيس الدائم منخفضة، وبمجرد أن يواجهوا مجالًا مغناطيسيًا خارجيًا، يتأثرون بسهولة وتزول مغناطيسيتهم، مما يحد من تطوير محركات المغناطيس الدائم. دعونا نتحدث عن مغناطيس الأرض النادرة. في الواقع، تنقسم المغناطيسات الأرضية النادرة إلى نوعين من المغناطيس الدائم: الأرض النادرة الخفيفة والأرض النادرة الثقيلة. تتكون الاحتياطيات العالمية من الأتربة النادرة من حوالي 85% من الأتربة النادرة الخفيفة و15% من الأتربة النادرة الثقيلة. يقدم هذا الأخير مغناطيسات ذات درجة حرارة عالية مناسبة للعديد من تطبيقات السيارات. بعد الثمانينيات، ظهرت مادة المغناطيس الدائم الأرضية النادرة عالية الأداء - المغناطيس الدائم NdFeB. تتمتع هذه المواد بثبات أعلى، بالإضافة إلى قوة قهرية وإنتاج طاقة أعلى، ولكن بشكل عام درجات حرارة كوري أقل من البدائل. يتميز محرك المغناطيس الدائم الأرضي النادر بالعديد من المزايا، مثل الكفاءة العالية، وعدم وجود ملف إثارة، لذلك لا يوجد فقدان للطاقة الإثارة؛ النفاذية المغناطيسية النسبية قريبة من تلك الموجودة في آلة الهواء، مما يقلل من محاثة المحرك ويحسن عامل الطاقة. نظرًا لكثافة الطاقة الأفضل وكفاءة المحركات ذات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة، يوجد العديد من التصميمات المختلفة لمحركات الدفع الكهربائية، وأكثرها شيوعًا هي المحركات ذات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة. تسلا يريد التخلص من الاعتماد على التربة النادرة الصينية؟
يعلم الجميع أن الصين توفر الغالبية العظمى من موارد الأرض النادرة في العالم. وقد شهدت الولايات المتحدة ذلك أيضاً في السنوات الأخيرة. إنهم لا يريدون أن تقيدهم الصين في المعروض من العناصر الأرضية النادرة. لذلك، بعد تولي بايدن منصبه، حاول زيادة مشاركته في سلسلة توريد الأتربة النادرة. إنها إحدى أولويات مقترح البنية التحتية الذي تبلغ قيمته 2 تريليون دولار. تتنافس شركة MP Materials، التي اشترت منجما مغلقا سابقا في كاليفورنيا في عام 2017، على استعادة سلسلة توريد العناصر الأرضية النادرة في الولايات المتحدة، مع التركيز على النيوديميوم والبراسيوديميوم، وتأمل أن تصبح المنتج الأقل تكلفة. تلقت Lynas تمويلًا حكوميًا لبناء مصنع لمعالجة العناصر الأرضية النادرة الخفيفة في تكساس، كما أبرمت عقدًا آخر لإنشاء منشأة لفصل العناصر النادرة الثقيلة في تكساس. على الرغم من أن الولايات المتحدة بذلت الكثير من الجهود، يعتقد العاملون في الصناعة أنه على المدى القصير، وخاصة من حيث التكلفة، ستحتفظ الصين بمركز مهيمن في المعروض من العناصر الأرضية النادرة، ولا يمكن للولايات المتحدة أن تهزها على الإطلاق.
وربما رأى تسلا ذلك، ففكر في استخدام المغناطيس الدائم الذي لا يستخدم العناصر الأرضية النادرة على الإطلاق كمحركات. هذا افتراض جريء، أو مزحة، ما زلنا لا نعرف. إذا تخلت تسلا عن المحركات ذات المغناطيس الدائم وعادت إلى المحركات الحثية، فلا يبدو أن هذا هو أسلوبهم في فعل الأشياء. وتسلا يريد استخدام محركات المغناطيس الدائم، ويتخلى تمامًا عن المغناطيس الدائم الأرضي النادر، لذلك هناك احتمالان: الأول هو الحصول على نتائج مبتكرة على السيراميك الأصلي (الفريت) والمغناطيس الدائم AlNiCo، والثاني هو أن المغناطيس الدائم مصنوع من يمكن أيضًا لمواد السبائك الأرضية غير النادرة الأخرى أن تحافظ على نفس تأثير المغناطيس الدائم للأتربة النادرة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فمن المحتمل أن تسلا تتلاعب بالمفاهيم. قال دا فوكوفيتش، رئيس شركة Alliance LLC، ذات مرة: "نظرًا لخصائص المغناطيسات الأرضية النادرة، لا يمكن لأي مادة مغناطيسية أخرى أن تضاهي أدائها العالي القوة. لا يمكنك حقًا استبدال المغناطيسات الأرضية النادرة.
بغض النظر عما إذا كانت تسلا تتلاعب بالمفاهيم أو تريد حقًا التخلص من اعتمادها على إمدادات الأرض النادرة في الصين من حيث محركات المغناطيس الدائم، يعتقد المحرر أن موارد الأرض النادرة ثمينة للغاية، ويجب علينا تطويرها بعقلانية، ودفع المزيد الاهتمام بالأجيال القادمة. وفي الوقت نفسه، يحتاج الباحثون إلى زيادة جهودهم البحثية. دعونا لا نقول ما إذا كانت صياغة تسلا جيدة أم لا، على الأقل أعطتنا بعض التلميحات والإلهام.
