Tesla je upravo najavio da sljedeća generacija motora s trajnim magnetima konfiguriranih na njihovim električnim vozilima uopće neće koristiti materijale rijetke zemlje!
Teslin slogan: Trajni magneti rijetke zemlje potpuno su eliminirani
je li ovo stvarno?
Zapravo, 2018. godine 93% svjetskih električnih vozila bilo je opremljeno pogonskim sklopom koji je pokretao motor s trajnim magnetima izrađen od rijetkih zemalja. Godine 2020. 77% globalnog tržišta električnih vozila koristi motore s trajnim magnetima. Promatrači industrije električnih vozila vjeruju da je malo vjerojatno da će Kina prijeći sa strojeva s trajnim magnetima, budući da je Kina postala jedno od najvećih tržišta električnih vozila, a Kina uvelike kontrolira opskrbu rijetkim metalima. Ali kakva je Teslina situacija i kako o tome razmišlja? Godine 2018. Tesla je prvi put upotrijebio ugrađeni sinkroni motor s trajnim magnetom u Modelu 3, dok je zadržao indukcijski motor na prednjoj osovini. Trenutno Tesla koristi dvije vrste motora u svojim električnim vozilima Model S i X, jedan je motor s trajnim magnetima od rijetkih zemalja, a drugi je indukcijski motor. Indukcijski motori mogu pružiti veću snagu, a indukcijski motori s trajnim magnetima su učinkovitiji i mogu povećati domet vožnje za 10%.
Podrijetlo motora s permanentnim magnetima Govoreći o ovome, moramo spomenuti kako je nastao motor s trajnim magnetima rijetke zemlje. Svatko zna da magnetizam stvara elektricitet, a elektricitet stvara magnetizam, a stvaranje motora je neodvojivo od magnetskog polja. Stoga postoje dva načina za stvaranje magnetskog polja: uzbudni i stalni magnet. Istosmjerni motori, sinkroni motori i mnogi minijaturni specijalni motori zahtijevaju istosmjerno magnetsko polje. Tradicionalna metoda je korištenje zavojnice pod naponom (zvane magnetski pol) sa željeznom jezgrom za dobivanje magnetskog polja, ali najveći nedostatak ove metode je taj što struja ima gubitak energije u otporu zavojnice (stvaranje topline), čime se smanjuje učinkovitost motora i povećanje operativnih troškova. U to su vrijeme ljudi mislili - ako postoji trajno magnetsko polje, a električna energija se više ne koristi za stvaranje magnetizma, tada će se ekonomski indeks motora poboljšati. Tako su se oko 1980-ih pojavili različiti materijali s trajnim magnetima, a zatim su primijenjeni na motore, stvarajući motore s trajnim magnetima.
Motor s trajnim magnetom od rijetke zemlje preuzima vodstvo Koji materijali mogu napraviti trajne magnete? Mnogi korisnici interneta misle da postoji samo jedna vrsta materijala. Zapravo, postoje četiri glavne vrste magneta koji mogu generirati trajno magnetsko polje, a to su: keramika (ferit), aluminij nikal kobalt (AlNiCo), samarij kobalt (SmCo) i neodimij željezo bor (NdFeB). Posebne legure neodimijskog magneta uključujući terbij i disprozij razvijene su s višim Curiejevim temperaturama, što im omogućuje da izdrže više temperature do 200°C.
Prije 1980-ih, trajni magnetski materijali uglavnom su bili feritni trajni magneti i alnico trajni magneti, ali remanencija ovih materijala nije jako jaka, tako da je generirano magnetsko polje relativno slabo. I ne samo to, nego je koercitivna sila ovih dviju vrsta trajnih magneta niska, a nakon što naiđu na vanjsko magnetsko polje, lako ih se utječe i demagnetiziraju, što ograničava razvoj motora s trajnim magnetima. Razgovarajmo o magnetima rijetkih zemalja. Zapravo, magneti za rijetke zemlje dijele se na dvije vrste trajnih magneta: lagani rijetki i teški rijetki. Globalne rezerve rijetkih zemalja sastoje se od približno 85% lakih rijetkih zemalja i 15% teških rijetkih zemalja. Potonji nudi magnete za visoke temperature prikladne za mnoge automobilske primjene. Nakon 1980-ih pojavio se visokoučinkoviti trajni magnet od rijetke zemlje - NdFeB trajni magnet. Takvi materijali imaju veću remanenciju, kao i veću koercitivnost i proizvodnju energije, ali općenito niže Curiejeve temperature od alternativa. Motor s trajnim magnetom od rijetkih zemalja napravljen od njega ima mnoge prednosti, kao što je visoka učinkovitost, nema pobudne zavojnice, tako da nema gubitka energije pobude; relativna magnetska propusnost je bliska onoj zračnog stroja, što smanjuje induktivitet motora i poboljšava faktor snage. Upravo zbog bolje gustoće snage i učinkovitosti motora s trajnim magnetima rijetkih zemalja postoji mnogo različitih izvedbi elektromotora, a najpopularniji su motori s trajnim magnetima rijetkih zemalja. Tesle se želi riješiti Ovisnost o kineskim rijetkim zemljama?
Svi znaju da Kina osigurava veliku većinu resursa rijetkih zemalja u svijetu. Sjedinjene Države također su to vidjele posljednjih godina. Oni ne žele da ih Kina ograničava u opskrbi rijetkim metalima. Stoga je Biden, nakon što je preuzeo dužnost, pokušao povećati svoje sudjelovanje u opskrbnom lancu rijetke zemlje. To je jedan od prioriteta infrastrukturnog prijedloga vrijednog 2 bilijuna dolara. MP Materials, koji je 2017. kupio prethodno zatvoreni rudnik u Kaliforniji, natječe se za obnovu opskrbnog lanca rijetkih zemalja u SAD-u, s fokusom na neodim i prazeodim, i nada se da će postati proizvođač s najnižim troškovima. Lynas je dobio državna sredstva za izgradnju tvornice za preradu lakih rijetkih zemalja u Teksasu i ima još jedan ugovor za postrojenje za odvajanje teških rijetkih zemalja u Teksasu. Iako su Sjedinjene Države uložile toliko napora, ljudi u industriji vjeruju da će Kina kratkoročno, osobito u pogledu troškova, zadržati dominantan položaj u opskrbi rijetkim metalima, a Sjedinjene Države to uopće ne mogu uzdrmati.
Možda je Tesla to vidio, pa su razmatrali korištenje trajnih magneta koji uopće ne koriste rijetke zemlje kao motore. Ovo je hrabra pretpostavka, ili šala, još uvijek ne znamo. Ako Tesla napusti motore s trajnim magnetima i vrati se na indukcijske motore, čini se da to nije njihov način rada. I Tesla želi koristiti motore s permanentnim magnetima, i potpuno napušta trajne magnete rijetke zemlje, tako da postoje dvije mogućnosti: jedna je imati inovativne rezultate na izvornoj keramici (feritu) i AlNiCo permanentnim magnetima, druga je da trajni magneti napravljeni od drugi materijali od legura rijetkih zemalja također mogu zadržati isti učinak kao trajni magneti rijetkih zemalja. Ako nisu ovo dvoje, onda se Tesla vjerojatno igra s konceptima. Da Vukovich, predsjednik Alliance LLC, jednom je rekao da “zbog karakteristika magneta rijetkih zemalja, niti jedan drugi magnetni materijal ne može se mjeriti s njihovom visokom snagom. Ne možete stvarno zamijeniti magnete rijetkih zemalja”.
Bez obzira na to igra li se Tesla konceptima ili se doista želi osloboditi ovisnosti o kineskoj opskrbi rijetkim zemljama u smislu motora s permanentnim magnetima, urednik smatra da su resursi rijetkih zemalja vrlo dragocjeni te da ih treba racionalno razvijati i plaćati više pažnju budućim generacijama. Istodobno, istraživači trebaju povećati svoje istraživačke napore. Nemojmo govoriti je li Teslina formulacija dobra ili ne, barem nam je dala neke natuknice i inspiraciju.
