Kvôli problémom s dodávateľským reťazcom a životným prostredím oddelenie pohonných jednotiek spoločnosti Tesla usilovne pracuje na odstránení magnetov zo vzácnych zemín z motorov a hľadá alternatívne riešenia.
Tesla zatiaľ nevynašla úplne nový magnetický materiál, takže si možno vystačí s existujúcou technológiou, s najväčšou pravdepodobnosťou s použitím lacného a ľahko vyrobiteľného feritu.
Starostlivým umiestnením feritových magnetov a nastavením ďalších aspektov konštrukcie motora sa môže zmeniť mnoho výkonnostných ukazovateľov...vzácnych zemínPohonné motory je možné replikovať. V tomto prípade sa hmotnosť motora zvýši iba o približne 30 %, čo môže byť malý rozdiel v porovnaní s celkovou hmotnosťou vozidla.
4. Nové magnetické materiály musia mať nasledujúce tri základné vlastnosti: 1) musia mať magnetické vlastnosti; 2) musia si zachovať magnetizmus aj v prítomnosti iných magnetických polí; 3) musia odolávať vysokým teplotám.
Podľa Tencent Technology News výrobca elektromobilov Tesla uviedol, že v motoroch svojich automobilov už nebude používať prvky vzácnych zemín, čo znamená, že inžinieri Tesly budú musieť naplno popustiť uzdu svojej kreativite pri hľadaní alternatívnych riešení.
Minulý mesiac Elon Musk na podujatí Tesla Investor Day zverejnil „Tretiu časť hlavného plánu“. Medzi nimi je aj malý detail, ktorý spôsobil senzáciu vo fyzike. Colin Campbell, vedúci pracovník oddelenia pohonných jednotiek spoločnosti Tesla, oznámil, že jeho tím odstraňuje magnety zo vzácnych zemín z motorov kvôli problémom v dodávateľskom reťazci a výraznému negatívnemu vplyvu výroby magnetov zo vzácnych zemín.
Aby Campbell dosiahol tento cieľ, prezentoval dva slajdy s tromi záhadnými materiálmi, dômyselne označenými ako vzácne zeminy 1, vzácne zeminy 2 a vzácne zeminy 3. Prvý slajd predstavuje súčasnú situáciu spoločnosti Tesla, kde sa množstvo vzácnych zemín používaných spoločnosťou v každom vozidle pohybuje od pol kilogramu do 10 gramov. Na druhom slajde bolo použitie všetkých prvkov vzácnych zemín znížené na nulu.
Pre magnetológov, ktorí študujú magickú silu generovanú elektronickým pohybom v určitých materiáloch, je identita vzácneho kovu 1 ľahko rozpoznateľná, a to je neodým. Keď sa tento kov pridá k bežným prvkom, ako je železo a bór, môže pomôcť vytvoriť silné, neustále aktívne magnetické pole. Len málo materiálov má však túto vlastnosť a ešte menej prvkov vzácnych zemín vytvára magnetické polia, ktoré dokážu pohybovať autami Tesla s hmotnosťou viac ako 2 000 kilogramov, ako aj mnohými ďalšími vecami od priemyselných robotov až po stíhačky. Ak Tesla plánuje odstrániť neodým a iné prvky vzácnych zemín z motora, ktorý magnet použije namiesto toho?
Pre fyzikov je jedna vec istá: Tesla nevynašiel úplne nový typ magnetického materiálu. Andy Blackburn, výkonný viceprezident pre stratégiu v spoločnosti NIron Magnets, povedal: „Za viac ako 100 rokov budeme mať možno len niekoľko príležitostí na získanie nových obchodných magnetov.“ NIron Magnets je jedným z mála startupov, ktoré sa snažia využiť ďalšiu príležitosť.
Blackburn a ďalší sa domnievajú, že je pravdepodobnejšie, že sa Tesla rozhodol vystačiť s oveľa menej silným magnetom. Spomedzi mnohých možností je najzrejmejším kandidátom ferit: keramika zložená zo železa a kyslíka zmiešaná s malým množstvom kovu, ako je stroncium. Je lacná a ľahko sa vyrába a od 50. rokov 20. storočia sa týmto spôsobom vyrábajú dvere chladničiek po celom svete.
Čo sa týka objemu, magnetizmus feritu je len desatinou magnetizmu neodýmových magnetov, čo vyvoláva nové otázky. Generálny riaditeľ Tesly Elon Musk bol vždy známy svojou nekompromisnosťou, ale ak má Tesla prejsť na ferit, zdá sa, že bude potrebné urobiť určité ústupky.
Je ľahké uveriť, že batérie sú pohonom elektrických vozidiel, ale v skutočnosti ich poháňa elektromagnetický pohon. Nie je náhoda, že spoločnosť Tesla aj magnetická jednotka „Tesla“ sú pomenované po tej istej osobe. Keď elektróny prúdia cievkami v motore, generujú elektromagnetické pole, ktoré poháňa opačnú magnetickú silu, čo spôsobuje, že hriadeľ motora sa otáča spolu s kolesami.
Pre zadné kolesá automobilov Tesla tieto sily zabezpečujú motory s permanentnými magnetmi, čo je zvláštny materiál so stabilným magnetickým poľom a bez vstupného prúdu vďaka šikovnému otáčaniu elektrónov okolo atómov. Tesla začala pridávať tieto magnety do automobilov len asi pred piatimi rokmi, aby predĺžila dojazd a zvýšila krútiaci moment bez modernizácie batérie. Predtým spoločnosť používala indukčné motory vyrobené okolo elektromagnetov, ktoré generujú magnetizmus spotrebou elektriny. Modely vybavené prednými motormi stále používajú tento režim.
Krok spoločnosti Tesla, ktorý sa zrieka vzácnych zemín a magnetov, sa zdá byť trochu zvláštny. Automobilky sú často posadnuté efektivitou, najmä v prípade elektromobilov, kde sa stále snažia presvedčiť vodičov, aby prekonali strach z dojazdu. Ale keďže výrobcovia automobilov začínajú rozširovať rozsah výroby elektromobilov, opäť sa objavuje mnoho projektov, ktoré boli predtým považované za príliš neefektívne.
To prinútilo výrobcov automobilov vrátane Tesly vyrábať viac automobilov s použitím lítium-železitophosfátových (LFP) batérií. V porovnaní s batériami obsahujúcimi prvky ako kobalt a nikel majú tieto modely často kratší dojazd. Ide o staršiu technológiu s väčšou hmotnosťou a nižšou úložnou kapacitou. V súčasnosti má Model 3 poháňaný nízkorýchlostným pohonom dojazd približne 438 kilometrov, zatiaľ čo diaľkovo ovládaný Model S vybavený pokročilejšími batériami môže dosiahnuť 640 kilometrov. Použitie lítium-železitophosfátových batérií však môže byť rozumnejšou obchodnou voľbou, pretože sa vyhýba použitiu drahších a dokonca politicky rizikových materiálov.
Je však nepravdepodobné, že by Tesla jednoducho nahradila magnety niečím horším, napríklad feritom, bez toho, aby vykonala akékoľvek ďalšie zmeny. Fyzička z Univerzity v Uppsale Alaina Vishna povedala: „V aute budete nosiť obrovský magnet. Našťastie sú elektromotory pomerne zložité stroje s mnohými ďalšími komponentmi, ktoré sa teoreticky dajú preskupiť, aby sa znížil vplyv používania slabších magnetov.“
V počítačových modeloch spoločnosť Proterial, ktorá sa zaoberá materiálmi, nedávno zistila, že mnohé výkonnostné ukazovatele motorov s pohonom z kovov vzácnych zemín je možné replikovať starostlivým umiestnením feritových magnetov a úpravou ďalších aspektov konštrukcie motora. V tomto prípade sa hmotnosť motora zvýši iba o približne 30 %, čo môže byť malý rozdiel v porovnaní s celkovou hmotnosťou automobilu.
Napriek týmto problémom majú automobilky stále veľa dôvodov na to, aby sa vzdali prvkov vzácnych zemín, pokiaľ to dokážu. Hodnota celého trhu so vzácnymi zeminami je podobná hodnote trhu s vajíčkami v Spojených štátoch a teoreticky sa prvky vzácnych zemín dajú ťažiť, spracovávať a premieňať na magnety na celom svete, ale v skutočnosti tieto procesy predstavujú mnoho výziev.
Analytik minerálov a populárny bloger zaoberajúci sa pozorovaním vzácnych zemín Thomas Krumer povedal: „Toto je odvetvie s hodnotou 10 miliárd dolárov, ale hodnota produktov vytvorených každý rok sa pohybuje od 2 biliónov do 3 biliónov dolárov, čo je obrovská páka. To isté platí pre autá. Aj keď obsahujú len niekoľko kilogramov tejto látky, ich odstránenie znamená, že autá už nemôžu jazdiť, pokiaľ nie ste ochotní prepracovať celý motor.“
Spojené štáty a Európa sa snažia diverzifikovať tento dodávateľský reťazec. Kalifornské bane na vzácne zeminy, ktoré boli zatvorené začiatkom 21. storočia, sa nedávno znovu otvorili a v súčasnosti dodávajú 15 % svetových zdrojov vzácnych zemín. V Spojených štátoch musia vládne agentúry (najmä ministerstvo obrany) poskytovať silné magnety pre zariadenia, ako sú lietadlá a satelity, a s nadšením investujú do dodávateľských reťazcov na domácom trhu a v regiónoch, ako je Japonsko a Európa. Vzhľadom na náklady, požadované technológie a environmentálne problémy je to však pomalý proces, ktorý môže trvať niekoľko rokov alebo dokonca desaťročí.
Čas uverejnenia: 11. mája 2023