Tesla właśnie ogłosiła, że następna generacja silników z magnesami trwałymi skonfigurowanych w jej pojazdach elektrycznych w ogóle nie będzie wykorzystywać materiałów ziem rzadkich!
Hasło Tesli: Magnesy trwałe ziem rzadkich są całkowicie wyeliminowane
czy to jest prawdziwe?
W rzeczywistości w 2018 r. 93% pojazdów elektrycznych na świecie było wyposażonych w układ napędowy napędzany silnikiem z magnesami trwałymi wykonanymi z pierwiastków ziem rzadkich. W 2020 r. 77% światowego rynku pojazdów elektrycznych wykorzystuje silniki z magnesami trwałymi. Obserwatorzy branży pojazdów elektrycznych uważają, że ponieważ Chiny stały się jednym z największych rynków pojazdów elektrycznych, a Chiny w dużej mierze kontrolowały dostawy pierwiastków ziem rzadkich, jest mało prawdopodobne, aby Chiny przestawiły się z maszyn z magnesami trwałymi. Ale jaka jest sytuacja Tesli i jak ona o tym myśli? W 2018 roku Tesla po raz pierwszy w Modelu 3 zastosowała wbudowany silnik synchroniczny z magnesami trwałymi, zachowując jednocześnie silnik indukcyjny na przedniej osi. Obecnie Tesla wykorzystuje w swoich pojazdach elektrycznych Model S i X dwa typy silników: jeden to silnik z magnesami trwałymi ziem rzadkich, a drugi to silnik indukcyjny. Silniki indukcyjne mogą zapewnić większą moc, a silniki indukcyjne z magnesami trwałymi są bardziej wydajne i mogą poprawić zasięg jazdy o 10%.
Pochodzenie silnika z magnesami trwałymi Skoro o tym mowa, musimy wspomnieć, jak powstał silnik z magnesami trwałymi ziem rzadkich. Wszyscy wiedzą, że magnetyzm generuje prąd, a elektryczność generuje magnetyzm, a wytwarzanie silnika jest nierozerwalnie związane z polem magnetycznym. Dlatego istnieją dwa sposoby zapewnienia pola magnetycznego: wzbudzenie i magnes trwały. Silniki prądu stałego, silniki synchroniczne i wiele miniaturowych silników specjalnych wymagają pola magnetycznego prądu stałego. Tradycyjna metoda polega na użyciu cewki pod napięciem (zwanej biegunem magnetycznym) z żelaznym rdzeniem w celu uzyskania pola magnetycznego, ale największą wadą tej metody jest to, że prąd powoduje utratę energii w rezystancji cewki (wytwarzanie ciepła), co zmniejsza wydajność silnika i rosnące koszty eksploatacji. W tym czasie ludzie myśleli – jeśli istnieje stałe pole magnetyczne, a energia elektryczna nie jest już wykorzystywana do wytwarzania magnetyzmu, wówczas poprawi się wskaźnik ekonomiczny silnika. Tak więc około lat 80. XX wieku pojawiły się różne materiały z magnesami trwałymi, które następnie zastosowano w silnikach, tworząc silniki z magnesami trwałymi.
Prym wiodą silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich Z jakich materiałów można zatem wytwarzać magnesy trwałe? Wielu internautów uważa, że istnieje tylko jeden rodzaj materiału. W rzeczywistości istnieją cztery główne typy magnesów, które mogą generować trwałe pole magnetyczne, a mianowicie: ceramiczne (ferryt), aluminium, nikiel, kobalt (AlNiCo), samar-kobalt (SmCo) i neodymowo-żelazowo-borowy (NdFeB). Specjalne stopy magnesów neodymowych, w tym terb i dysproz, zostały opracowane przy wyższych temperaturach Curie, co pozwala im wytrzymać wyższe temperatury do 200°C.
Przed latami 80. XX wieku materiałami z magnesów trwałych były głównie magnesy trwałe ferrytowe i magnesy trwałe alnico, ale remanencja tych materiałów nie jest zbyt silna, więc generowane pole magnetyczne jest stosunkowo słabe. Co więcej, siła koercji tych dwóch rodzajów magnesów trwałych jest niska, a gdy napotkają zewnętrzne pole magnetyczne, łatwo ulegają wpływowi i rozmagnesowaniu, co ogranicza rozwój silników z magnesami trwałymi. Porozmawiajmy o magnesach ziem rzadkich. W rzeczywistości magnesy ziem rzadkich dzielą się na dwa rodzaje magnesów trwałych: lekkie ziem rzadkich i ciężkie ziem rzadkich. Globalne rezerwy pierwiastków rzadkich składają się z około 85% lekkich pierwiastków ziem rzadkich i 15% ciężkich pierwiastków ziem rzadkich. Ta ostatnia oferuje magnesy odporne na wysokie temperatury, odpowiednie do wielu zastosowań motoryzacyjnych. Po latach 80. XX wieku pojawił się wysokowydajny materiał z magnesami trwałymi ziem rzadkich - magnes trwały NdFeB. Takie materiały mają wyższą remanencję, a także wyższą koercję i produkcję energii, ale generalnie niższe temperatury Curie niż alternatywy. Wykonany z niego silnik z magnesami trwałymi ziem rzadkich ma wiele zalet, takich jak wysoka wydajność, brak cewki wzbudzenia, dzięki czemu nie występują straty energii wzbudzenia; względna przenikalność magnetyczna jest zbliżona do przepuszczalności maszyny pneumatycznej, co zmniejsza indukcyjność silnika i poprawia współczynnik mocy. Właśnie ze względu na lepszą gęstość mocy i wydajność silników z magnesami trwałymi ziem rzadkich istnieje wiele różnych konstrukcji elektrycznych silników napędowych, a najbardziej popularne są silniki z magnesami trwałymi ziem rzadkich. Tesla chce się pozbyć Uzależnienie od chińskich pierwiastków ziem rzadkich?
Wszyscy wiedzą, że Chiny dostarczają zdecydowaną większość zasobów pierwiastków ziem rzadkich na świecie. W ostatnich latach zauważyły to także Stany Zjednoczone. Nie chcą, aby Chiny ograniczały ich dostawy pierwiastków ziem rzadkich. Dlatego po objęciu urzędu Biden próbował zwiększyć swój udział w łańcuchu dostaw pierwiastków ziem rzadkich. Jest to jeden z priorytetów propozycji infrastruktury wartej 2 biliony dolarów. Firma MP Materials, która w 2017 r. kupiła wcześniej zamkniętą kopalnię w Kalifornii, stara się odbudować łańcuch dostaw pierwiastków ziem rzadkich w USA, koncentrując się na neodymie i prazeodymie, i ma nadzieję zostać producentem oferującym najniższe koszty. Lynas otrzymała fundusze rządowe na budowę zakładu przetwarzania lekkich pierwiastków ziem rzadkich w Teksasie i ma kolejny kontrakt na instalację separacji ciężkich pierwiastków ziem rzadkich w Teksasie. Choć Stany Zjednoczone poczyniły tak wiele wysiłków, ludzie w branży wierzą, że w krótkiej perspektywie, zwłaszcza pod względem kosztów, Chiny utrzymają dominującą pozycję w dostawach pierwiastków ziem rzadkich, a Stany Zjednoczone w ogóle nie mogą się jej zachwiać.
Być może Tesla to zauważył i rozważał zastosowanie magnesów trwałych, które w ogóle nie wykorzystują metali ziem rzadkich jako silników. To odważne założenie lub żart, wciąż nie wiemy. Jeśli Tesla porzuci silniki z magnesami trwałymi i wróci do silników indukcyjnych, nie wydaje się, aby taki był ich styl działania. Tesla chce używać silników z magnesami trwałymi i całkowicie rezygnuje z magnesów trwałych ziem rzadkich, więc są dwie możliwości: jedna polega na uzyskaniu innowacyjnych wyników na oryginalnych magnesach trwałych ceramicznych (ferrytowych) i AlNiCo, druga polega na tym, że magnesy trwałe wykonane z inne materiały ze stopów metali ziem rzadkich mogą również zachować ten sam efekt, co magnesy trwałe z metali ziem rzadkich. Jeśli nie te dwa, Tesla prawdopodobnie bawi się koncepcjami. Da Vukovich, prezes Alliance LLC, powiedział kiedyś, że „ze względu na właściwości magnesów ziem rzadkich żaden inny materiał magnesu nie może się równać z ich wysoką wytrzymałością. Tak naprawdę nie można zastąpić magnesów ziem rzadkich”.
Niezależnie od tego, czy Tesla bawi się koncepcjami, czy naprawdę chce pozbyć się swojej zależności od chińskich dostaw pierwiastków ziem rzadkich w zakresie silników z magnesami trwałymi, redaktor uważa, że zasoby pierwiastków ziem rzadkich są bardzo cenne i powinniśmy je racjonalnie rozwijać i płacić więcej uwagę na przyszłe pokolenia. Jednocześnie badacze muszą zwiększyć wysiłki badawcze. Nie oceniajmy, czy formuła Tesli jest dobra, czy nie, przynajmniej dała nam pewne wskazówki i inspiracje.
