טסלה הודיעה זה עתה כי הדור הבא של מנועי מגנט קבוע המוגדרים על כלי הרכב החשמליים שלהם לא ישתמש בחומרי אדמה נדירים כלל!
הסלוגן של טסלה: מגנטים קבועים של אדמה נדירים בוטלו לחלוטין
זה אמיתי?
למעשה, בשנת 2018, 93% מכלי הרכב החשמליים בעולם היו מצוידים במערכת הנעה המונעת על ידי מנוע מגנט קבוע העשוי מכדורי אדמה נדירים. בשנת 2020, 77% משוק הרכב החשמלי העולמי משתמש במנועי מגנט קבועים. משקיפים של תעשיית הרכב החשמלי מאמינים שכאשר סין הפכה לאחד משווקי הרכב החשמלי הגדולים ביותר, וסין שלטה במידה רבה באספקת כדורי אדמה נדירים, לא סביר שסין תעבור ממכונות מגנט קבוע. אבל מה המצב של טסלה ואיך היא חושבת על זה? בשנת 2018, טסלה השתמשה במנוע סינכרוני מגנט קבוע משובץ לראשונה בדגם 3, תוך שמירה על מנוע האינדוקציה על הציר הקדמי. נכון לעכשיו, טסלה משתמשת בשני סוגים של מנועים בכלי הרכב החשמליים שלה מדגם S ו-X, האחד הוא מנוע מגנט קבוע של אדמה נדירה והשני הוא מנוע אינדוקציה. מנועי אינדוקציה יכולים לספק יותר כוח, ומנועי אינדוקציה עם מגנטים קבועים יעילים יותר ויכולים לשפר את טווח הנסיעה ב-10%.
אם כבר מדברים על זה, עלינו להזכיר כיצד נוצר מנוע המגנט הקבוע של כדור הארץ הנדיר. כולם יודעים שמגנטיות מייצרת חשמל וחשמל מייצר מגנטיות, ויצירת מנוע בלתי נפרדת משדה מגנטי. לכן, ישנן שתי דרכים לספק שדה מגנטי: עירור ומגנט קבוע. מנועי DC, מנועים סינכרוניים ומנועים מיניאטוריים מיוחדים רבים דורשים כולם שדה מגנטי DC. השיטה המסורתית היא להשתמש בסליל מופעל (נקרא קוטב מגנטי) עם ליבת ברזל כדי להשיג שדה מגנטי, אך החיסרון הגדול ביותר של שיטה זו הוא שלזרם יש איבוד אנרגיה בהתנגדות הסליל (יצירת חום), ובכך מפחית יעילות מנוע והגדלת עלויות התפעול. בזמן הזה, אנשים חשבו - אם יש שדה מגנטי קבוע, וכבר לא משתמשים בחשמל ליצירת מגנטיות, אז המדד הכלכלי של המנוע ישתפר. אז בסביבות שנות ה-80, הופיעו מגוון חומרי מגנט קבוע, ולאחר מכן הם יושמו על מנועים, ויצרו מנועי מגנט קבוע.
מנוע מגנט קבוע של אדמה נדירה לוקח את ההובלה אז אילו חומרים יכולים ליצור מגנטים קבועים? גולשים רבים חושבים שיש רק סוג אחד של חומר. למעשה, ישנם ארבעה סוגים עיקריים של מגנטים שיכולים ליצור שדה מגנטי קבוע, כלומר: קרמיקה (פריט), ניקל אלומיניום קובלט (AlNiCo), קובלט סמריום (SmCo) ובורון ברזל ניאודימיום (NdFeB). סגסוגות מגנטים מיוחדות של ניאודימיום כולל טרביום ודיספרוסיום פותחו עם טמפרטורות קירי גבוהות יותר, המאפשרות להם לעמוד בטמפרטורות גבוהות יותר של עד 200 מעלות צלזיוס.
לפני שנות ה-80, חומרי המגנט הקבוע היו בעיקר מגנטים קבועים של פריט ומגנטים קבועים של אלניקו, אך הישארותם של חומרים אלו אינה חזקה במיוחד, ולכן השדה המגנטי שנוצר חלש יחסית. לא רק זה, אלא שכוח הכפייה של שני סוגי המגנטים הקבועים הללו נמוך, וברגע שהם נתקלים בשדה מגנטי חיצוני, הם מושפעים בקלות ומתבטלים, מה שמגביל את התפתחותם של מנועי מגנט קבוע. בואו נדבר על מגנטים נדירים של כדור הארץ. למעשה, מגנטים של אדמה נדירה מתחלקים לשני סוגים של מגנטים קבועים: אדמה נדירה קלה ואדמה נדירה כבדה. עתודות אדמה נדירות עולמיות מורכבות מכ-85% כדורי אדמה נדירים קלים ו-15% אדמה נדירים כבדים. האחרון מציע מגנטים בדירוג טמפרטורה גבוהה המתאימים ליישומי רכב רבים. לאחר שנות ה-80, הופיע מגנט קבוע של אדמה נדירה עם ביצועים גבוהים - NdFeB מגנט קבוע. לחומרים כאלה יש רזולוציה גבוהה יותר, כמו גם כוח כפייה והפקת אנרגיה גבוהים יותר, אבל בדרך כלל טמפרטורות קירי נמוכות יותר מאשר חלופות. למנוע המגנט הקבוע של כדור הארץ הנדיר העשוי ממנו יתרונות רבים, כגון יעילות גבוהה, ללא סליל עירור, כך שאין איבוד אנרגיית עירור; החדירות המגנטית היחסית קרובה לזו של מכונת האוויר, מה שמפחית את השראות המנוע ומשפר את גורם ההספק. בדיוק בגלל צפיפות ההספק והיעילות הטובים יותר של מנועי מגנט קבוע של כדור הארץ נדיר, יש הרבה עיצובים שונים של מנועי הנעה חשמליים, והפופולריים ביותר הם מנועי מגנט קבוע של אדמה נדירה. טסלה רוצה להיפטר תלות באדמת אדמה סינית נדירה?
כולם יודעים שסין מספקת את הרוב המכריע של משאבי אדמה נדירים בעולם. גם ארצות הברית ראתה זאת בשנים האחרונות. הם לא רוצים להיות מוגבלים על ידי סין באספקת כדורי אדמה נדירים. לכן, לאחר כניסתו של ביידן לתפקיד, הוא ניסה להגדיל את השתתפותו בשרשרת האספקה של אדמה נדירה. זה אחד מסדר העדיפויות של הצעת תשתית בסך 2 טריליון דולר. MP Materials, שקנתה מכרה שנסגר בעבר בקליפורניה ב-2017, מתמודדת על שחזור שרשרת האספקה של כדורי הארץ הנדירים בארה"ב, עם התמקדות בניאודימיום ופראזודימיום, ומקווה להפוך ליצרנית בעלות הנמוכה ביותר. לינאס קיבלה מימון ממשלתי לבניית מפעל לעיבוד אדמה נדירה קלה בטקסס ויש לה חוזה נוסף עבור מתקן כבד להפרדת אדמה נדירה בטקסס. למרות שארה"ב עשתה מאמצים רבים כל כך, אנשי התעשייה מאמינים שבטווח הקצר, במיוחד מבחינת עלות, סין תשמור על עמדה דומיננטית באספקת כדורי אדמה נדירים, וארה"ב לא יכולה להתנער ממנה כלל.
אולי טסלה ראתה זאת, והם שקלו להשתמש במגנטים קבועים שאינם משתמשים בכדורי אדמה נדירים כלל כמנועים. זו הנחה נועזת, או בדיחה, אנחנו עדיין לא יודעים. אם טסלה נוטשת את מנועי המגנט הקבועים ועוברת חזרה למנועי אינדוקציה, נראה שזה לא הסגנון שלהם לעשות דברים. וטסלה רוצה להשתמש במנועי מגנט קבוע, וזנוחה לחלוטין מגנטים קבועים נדירים של כדור הארץ, אז יש שתי אפשרויות: האחת היא להשיג תוצאות חדשניות על המגנטים הקבועים הקרמיים (פריט) ו-AlNiCo המקוריים, השנייה היא שהמגנטים הקבועים עשויים מ חומרים אחרים מסגסוגת אדמה נדירה יכולים גם לשמור על אותו אפקט כמו מגנטים קבועים אדמה נדירים. אם זה לא שני אלה, כנראה שטסלה משחקת עם מושגים. Da Vukovich, נשיא Alliance LLC, אמר פעם כי "בשל המאפיינים של מגנטים נדירים של כדור הארץ, שום חומר מגנט אחר לא יכול להתאים לביצועי החוזק הגבוה שלהם. אתה לא באמת יכול להחליף מגנטים נדירים של אדמה".
לא משנה אם טסלה משחקת במושגים או באמת רוצה להיפטר מהתלות שלה באספקת כדור הארץ הנדיר של סין במונחים של מנועי מגנט קבוע, העורך מאמין שמשאבי אדמה נדירים הם יקרים מאוד, ועלינו לפתח אותם בצורה רציונלית, ולשלם יותר תשומת לב לדורות הבאים. במקביל, החוקרים צריכים להגביר את מאמצי המחקר שלהם. בואו לא נגיד אם הניסוח של טסלה טוב או לא, לפחות הוא נתן לנו כמה רמזים והשראות.
