Dėl tiekimo grandinės ir aplinkosaugos problemų „Tesla“ jėgos agregatų skyrius deda daug pastangų, kad iš variklių pašalintų retųjų žemių magnetus, ir ieško alternatyvių sprendimų.
„Tesla“ dar neišrado visiškai naujos magnetinės medžiagos, todėl gali apsieiti su esama technologija, greičiausiai naudodama pigų ir lengvai pagaminamą feritą.
Kruopščiai išdėstant ferito magnetus ir koreguojant kitus variklio konstrukcijos aspektus, daugelis variklio našumo rodikliųretųjų žemiųPavaros variklius galima atkartoti. Tokiu atveju variklio svoris padidėja tik apie 30 %, o tai gali būti nedidelis skirtumas, palyginti su bendru automobilio svoriu.
4. Naujos magnetinės medžiagos turi turėti šias tris pagrindines savybes: 1) jos turi būti magnetiškos; 2) išlaikyti magnetizmą esant kitiems magnetiniams laukams; 3) atlaikyti aukštą temperatūrą.
„Tencent Technology News“ duomenimis, elektromobilių gamintoja „Tesla“ pareiškė, kad jos automobilių varikliuose nebebus naudojami retųjų žemių elementai, o tai reiškia, kad „Tesla“ inžinieriai turės iki galo išlaisvinti savo kūrybiškumą ieškodami alternatyvių sprendimų.
Praėjusį mėnesį Elonas Muskas „Tesla“ investuotojų dienos renginyje paskelbė „Trečiąją pagrindinio plano dalį“. Tarp jų yra ir maža detalė, sukėlusi sensaciją fizikos srityje. Colinas Campbellas, vyresnysis „Tesla“ jėgos agregatų skyriaus vadovas, paskelbė, kad jo komanda dėl tiekimo grandinės problemų ir didelio neigiamo retųjų žemių magnetų gamybos poveikio iš variklių pašalina retųjų žemių magnetus.
Siekdamas šio tikslo, Campbellas pristatė dvi skaidres, kuriose vaizduojamos trys paslaptingos medžiagos, sumaniai pavadintos kaip retosios žemės 1, retosios žemės 2 ir retosios žemės 3. Pirmojoje skaidrėje pavaizduota dabartinė „Tesla“ situacija, kai kiekvienoje transporto priemonėje bendrovės naudojamų retųjų žemių elementų kiekis svyruoja nuo pusės kilogramo iki 10 gramų. Antrojoje skaidrėje visų retųjų žemių elementų naudojimas sumažintas iki nulio.
Magnetologams, tyrinėjantiems magišką galią, kurią sukuria elektroninis judėjimas tam tikrose medžiagose, retųjų žemių 1 metalas lengvai atpažįstamas – tai neodimis. Pridėjus šio metalo prie tokių įprastų elementų kaip geležis ir boras, jis gali padėti sukurti stiprų, visada veikiantį magnetinį lauką. Tačiau nedaug medžiagų turi tokią savybę, ir dar mažiau retųjų žemių elementų sukuria magnetinius laukus, kurie galėtų judinti „Tesla“ automobilius, sveriančius daugiau nei 2000 kilogramų, taip pat daugelį kitų daiktų – nuo pramoninių robotų iki naikintuvų. Jei „Tesla“ planuoja pašalinti neodimį ir kitus retųjų žemių elementus iš variklio, kokį magnetą ji naudos vietoj jo?
Fizikams vienas dalykas yra tikras: „Tesla“ neišrado visiškai naujo tipo magnetinės medžiagos. Andy Blackburnas, „NIron Magnets“ strategijos vykdomasis viceprezidentas, sakė: „Per daugiau nei 100 metų galbūt turėsime tik kelias galimybes įsigyti naujų verslo magnetų.“ „NIron Magnets“ yra viena iš nedaugelio startuolių, bandančių pasinaudoti kita proga.
Blackburnas ir kiti mano, kad labiau tikėtina, jog „Tesla“ nusprendė pasitenkinti daug silpnesniu magnetu. Iš daugelio galimybių akivaizdžiausias kandidatas yra feritas: keramika, sudaryta iš geležies ir deguonies, sumaišytos su nedideliu kiekiu metalo, pavyzdžiui, stroncio. Jis yra ir pigus, ir lengvai pagaminamas, o nuo šeštojo dešimtmečio šaldytuvų durelės visame pasaulyje gaminamos tokiu būdu.
Tačiau tūrio atžvilgiu ferito magnetizmas tesiekia dešimtadalį neodimio magnetų, o tai kelia naujų klausimų. „Tesla“ generalinis direktorius Elonas Muskas visada garsėjo savo bekompromisiškumu, tačiau jei „Tesla“ ketina pereiti prie ferito, panašu, kad reikia padaryti tam tikrų nuolaidų.
Lengva patikėti, kad elektrinių transporto priemonių galia yra baterijos, tačiau iš tikrųjų elektrines transporto priemones varo elektromagnetinė pavara. Neatsitiktinai tiek „Tesla“ kompanija, tiek magnetinis blokas „Tesla“ pavadinti to paties asmens vardu. Kai elektronai teka per variklio rites, jie sukuria elektromagnetinį lauką, kuris sukelia priešingą magnetinę jėgą, todėl variklio velenas sukasi kartu su ratais.
„Tesla“ automobilių galiniams ratams šias jėgas sukuria varikliai su nuolatiniais magnetais – keista medžiaga, turinčia stabilų magnetinį lauką ir neturinčia srovės tiekimo dėl išmanaus elektronų sukimosi aplink atomus. „Tesla“ šiuos magnetus į automobilius pradėjo montuoti tik maždaug prieš penkerius metus, siekdama padidinti nuvažiuojamą atstumą ir sukimo momentą neatnaujindama akumuliatoriaus. Prieš tai bendrovė naudojo indukcinius variklius, pagamintus aplink elektromagnetus, kurie generuoja magnetizmą varydami elektrą. Modeliai su priekiniais varikliais vis dar naudoja šį režimą.
„Tesla“ žingsnis atsisakyti retųjų žemių elementų ir magnetų atrodo kiek keistai. Automobilių gamintojai dažnai yra apsėsti efektyvumo, ypač kalbant apie elektromobilius, kur jie vis dar bando įtikinti vairuotojus įveikti baimę dėl nuvažiuojamo atstumo. Tačiau automobilių gamintojams pradėjus plėsti elektromobilių gamybos mastą, vėl iškyla daug projektų, kurie anksčiau buvo laikomi pernelyg neefektyviais.
Tai paskatino automobilių gamintojus, įskaitant „Tesla“, gaminti daugiau automobilių, kuriuose naudojamos ličio geležies fosfato (LFP) baterijos. Palyginti su baterijomis, kuriose yra tokių elementų kaip kobaltas ir nikelis, šių modelių nuvažiuojamas atstumas dažnai yra trumpesnis. Tai senesnė technologija, sverianti daugiau ir turinti mažesnę talpą. Šiuo metu mažo greičio maitinimo šaltiniu varomas „Model 3“ gali nuvažiuoti 272 mylias (maždaug 438 kilometrus), o nuotoliniu būdu valdomas „Model S“ su pažangesnėmis baterijomis gali nuvažiuoti 400 mylių (640 kilometrų). Tačiau ličio geležies fosfato baterijos naudojimas gali būti protingesnis verslo pasirinkimas, nes taip išvengiama brangesnių ir netgi politiškai rizikingų medžiagų naudojimo.
Tačiau mažai tikėtina, kad „Tesla“ tiesiog pakeis magnetus kažkuo blogesniu, pavyzdžiui, feritu, neatlikdama jokių kitų pakeitimų. Upsalos universiteto fizikė Alaina Vishna sakė: „Savo automobilyje vešitės didžiulį magnetą. Laimei, elektros varikliai yra gana sudėtingos mašinos su daugybe kitų komponentų, kuriuos teoriškai galima pertvarkyti, kad sumažėtų silpnesnių magnetų naudojimo poveikis.“
Medžiagų kompanija „Proterial“ neseniai nustatė, kad kompiuteriniuose modeliuose daugelį retųjų žemių variklių našumo rodiklių galima atkartoti kruopščiai išdėstant ferito magnetus ir koreguojant kitus variklio konstrukcijos aspektus. Šiuo atveju variklio svoris padidėja tik apie 30 %, o tai gali būti nedidelis skirtumas, palyginti su bendru automobilio svoriu.
Nepaisant šių galvos skausmų, automobilių gamintojai vis dar turi daug priežasčių atsisakyti retųjų žemių elementų, jei tik gali tai padaryti. Visos retųjų žemių rinkos vertė yra panaši į kiaušinių rinkos vertę Jungtinėse Valstijose, ir teoriškai retųjų žemių elementus galima išgauti, perdirbti ir paversti magnetais visame pasaulyje, tačiau iš tikrųjų šie procesai kelia daug iššūkių.
Mineralų analitikas ir populiarus retųjų žemių stebėjimo tinklaraštininkas Thomas Krumeris teigė: „Tai 10 milijardų dolerių vertės pramonė, tačiau kasmet sukuriamų produktų vertė svyruoja nuo 2 iki 3 trilijonų dolerių, o tai yra didžiulis svertas. Tas pats pasakytina ir apie automobilius. Net jei juose yra tik keli kilogramai šios medžiagos, jos pašalinimas reiškia, kad automobiliai nebegalės važiuoti, nebent būsite pasirengę perprojektuoti visą variklį.“
Jungtinės Valstijos ir Europa bando diversifikuoti šią tiekimo grandinę. Kalifornijos retųjų žemių kasyklos, kurios buvo uždarytos XXI amžiaus pradžioje, neseniai vėl atidarytos ir šiuo metu tiekia 15 % pasaulio retųjų žemių išteklių. Jungtinėse Valstijose vyriausybinės agentūros (ypač Gynybos departamentas) turi tiekti galingus magnetus tokiai įrangai kaip lėktuvai ir palydovai, todėl jos entuziastingai investuoja į tiekimo grandines šalies viduje ir tokiuose regionuose kaip Japonija ir Europa. Tačiau atsižvelgiant į sąnaudas, reikalingas technologijas ir aplinkosaugos problemas, tai yra lėtas procesas, kuris gali trukti kelerius metus ar net dešimtmečius.
Įrašo laikas: 2023 m. gegužės 11 d.