Vegna framboðskeðjunnar og umhverfismála vinnur drifbúnaðardeild Tesla hörðum höndum að því að fjarlægja sjaldgæfa jarðsegla úr mótorum og leitar að öðrum lausnum.
Tesla hefur ekki enn fundið upp alveg nýtt segulefni, svo það gæti þurft að nýta sér núverandi tækni, líklega með því að nota ódýrt og auðframleitt ferrít.
Með því að staðsetja ferrítsegla vandlega og aðlaga aðra þætti mótorhönnunar, eru margir afkastavísarsjaldgæf jarðefniHægt er að endurskapa drifmótora. Í þessu tilviki eykst þyngd mótorsins aðeins um 30%, sem gæti verið lítill munur miðað við heildarþyngd bílsins.
4. Ný segulefni þurfa að hafa eftirfarandi þrjá grunneiginleika: 1) þau þurfa að hafa segulmögnun; 2) halda áfram að viðhalda segulmögnun í návist annarra segulsviða; 3) Þola hátt hitastig.
Samkvæmt Tencent Technology News hefur rafmagnsbílaframleiðandinn Tesla lýst því yfir að sjaldgæf jarðefni verði ekki lengur notuð í bílamótorum sínum, sem þýðir að verkfræðingar Tesla þurfa að leysa úr læðingi sköpunargáfu sína til að finna aðrar lausnir.
Í síðasta mánuði kynnti Elon Musk „þriðja hluta aðaláætlunarinnar“ á fjárfestadegi Tesla. Meðal þeirra er lítill smáatriði sem hefur vakið athygli á sviði eðlisfræði. Colin Campbell, framkvæmdastjóri í drifbúnaðardeild Tesla, tilkynnti að teymi hans væri að fjarlægja sjaldgæfa jarðsegla úr mótorum vegna vandamála í framboðskeðjunni og verulegra neikvæðra áhrifa af framleiðslu á sjaldgæfum jarðseglum.
Til að ná þessu markmiði kynnti Campbell tvær glærur sem sýna þrjú dularfull efni, snjallt merkt sem sjaldgæf jarðefni 1, sjaldgæf jarðefni 2 og sjaldgæf jarðefni 3. Fyrsta glæran sýnir núverandi stöðu Tesla, þar sem magn sjaldgæfra jarðefna sem fyrirtækið notar í hverjum bíl er á bilinu hálfs kílógramms til 10 grömm. Á annarri glærunni hefur notkun allra sjaldgæfra jarðefna verið minnkuð niður í núll.
Segulfræðingar sem rannsaka töfraafl rafeinda í ákveðnum efnum geta auðveldlega greint hver sjaldgæfur jarðmálmur 1 er, sem er neodymium. Þegar þessum málmi er bætt við algeng frumefni eins og járn og bór getur hann hjálpað til við að skapa sterkt, stöðugt segulsvið. En fá efni hafa þennan eiginleika og enn færri sjaldgæfir jarðmálmar mynda segulsvið sem geta hreyft Tesla-bíla sem vega yfir 2000 kíló, sem og margt annað, allt frá iðnaðarvélmennum til orrustuþotna. Ef Tesla hyggst fjarlægja neodymium og önnur sjaldgæf jarðmálmar úr mótornum, hvaða segul mun fyrirtækið nota í staðinn?
Fyrir eðlisfræðinga er eitt víst: Tesla fann ekki upp alveg nýja tegund af segulmagnað efni. Andy Blackburn, framkvæmdastjóri stefnumótunar hjá NIron Magnets, sagði: „Eftir meira en 100 ár gætum við aðeins haft fá tækifæri til að eignast nýja segla.“ NIron Magnets er eitt af fáum sprotafyrirtækjum sem reyna að grípa næsta tækifæri.
Blackburn og fleiri telja líklegra að Tesla hafi ákveðið að nota mun minna öflugan segul. Meðal margra möguleika er augljósasti kosturinn ferrít: keramik úr járni og súrefni, blandað saman við lítið magn af málmi eins og strontíum. Það er bæði ódýrt og auðvelt í framleiðslu og frá sjötta áratug síðustu aldar hafa ísskápshurðir um allan heim verið framleiddar á þennan hátt.
En hvað varðar rúmmál er segulmögnun ferríts aðeins einn tíundi af segulmögnun neodymium-segla, sem vekur upp nýjar spurningar. Elon Musk, forstjóri Tesla, hefur alltaf verið þekktur fyrir að vera ósveigjanlegur, en ef Tesla ætlar að skipta yfir í ferrít virðist sem einhverjar tilslakanir verði að gera.
Það er auðvelt að trúa því að rafhlöður séu drifkraftur rafknúinna ökutækja, en í raun er það rafsegulfræðilegur akstur sem knýr rafknúin ökutæki. Það er engin tilviljun að bæði Tesla fyrirtækið og segulmagnaða einingin „Tesla“ eru nefnd eftir sama einstaklingnum. Þegar rafeindir flæða í gegnum spólur í mótor mynda þær rafsegulsvið sem knýr gagnstæða segulkraftinn, sem veldur því að ás mótorsins snýst með hjólunum.
Fyrir afturhjól Tesla-bíla eru þessir kraftar veittir af mótorum með varanlegum seglum, undarlegu efni með stöðugt segulsvið og engum strauminntaki, þökk sé snjallri snúningi rafeinda í kringum frumeindir. Tesla byrjaði ekki að bæta þessum seglum við bíla fyrr en fyrir um fimm árum, til að auka drægni og tog án þess að uppfæra rafhlöðuna. Áður en þetta gerðist notaði fyrirtækið rafmótora sem voru framleiddir í kringum rafsegla, sem mynda segulmagn með því að neyta rafmagns. Þær gerðir sem eru búnar frammótorum nota enn þennan ham.
Það virðist nokkuð undarlegt að Tesla skuli hætta að nota sjaldgæfar jarðmálma og segla. Bílaframleiðendur eru oft helteknir af hagkvæmni, sérstaklega þegar kemur að rafknúnum ökutækjum, þar sem þeir eru enn að reyna að sannfæra ökumenn um að sigrast á ótta sínum við drægni. En þegar bílaframleiðendur byrja að auka framleiðslumagn rafknúinna ökutækja eru mörg verkefni sem áður voru talin of óhagkvæm að koma upp á yfirborðið.
Þetta hefur hvatt bílaframleiðendur, þar á meðal Tesla, til að framleiða fleiri bíla með litíum-járnfosfat (LFP) rafhlöðum. Í samanburði við rafhlöður sem innihalda frumefni eins og kóbalt og nikkel hafa þessar gerðir oft styttri drægni. Þetta er eldri tækni með meiri þyngd og minni geymslurými. Eins og er hefur Model 3, sem er knúinn áfram af lághraðaafli, drægni upp á 272 mílur (um það bil 438 kílómetra), en fjarstýrða Model S, sem er búin fullkomnari rafhlöðum, getur náð 400 mílum (640 kílómetra). Hins vegar gæti notkun litíum-járnfosfat rafhlöðu verið skynsamlegri viðskiptakostur, þar sem hún forðast notkun dýrari og jafnvel pólitískt áhættusamra efna.
Hins vegar er ólíklegt að Tesla muni einfaldlega skipta út seglum fyrir eitthvað verra, eins og ferrít, án þess að gera aðrar breytingar. Eðlisfræðingurinn Alaina Vishna við Háskólann í Uppsala sagði: „Þú munt bera risastóran segul í bílnum þínum. Sem betur fer eru rafmótorar frekar flóknar vélar með mörgum öðrum íhlutum sem hægt er að endurraða til að draga úr áhrifum þess að nota veikari segla.“
Í tölvulíkönum komst efnisfyrirtækið Proterial nýlega að þeirri niðurstöðu að hægt væri að endurtaka marga afköstsvísa drifmótora úr sjaldgæfum jarðmálmum með því að staðsetja ferrítsegla vandlega og aðlaga aðra þætti mótorhönnunar. Í þessu tilfelli eykst þyngd mótorsins aðeins um 30%, sem gæti verið lítill munur miðað við heildarþyngd bílsins.
Þrátt fyrir þessa höfuðverki hafa bílaframleiðendur enn margar ástæður til að hætta að nota sjaldgæfa jarðmálma, að því gefnu að þeir geti það. Virði alls markaðarins fyrir sjaldgæfa jarðmálma er svipað og eggjamarkaðurinn í Bandaríkjunum, og í orði kveðnu er hægt að grafa sjaldgæfa jarðmálma, vinna þá og breyta þeim í segla um allan heim, en í raun og veru bjóða þessi ferli upp á margar áskoranir.
Thomas Krumer, sérfræðingur í steinefnum og vinsæll bloggari sem sérhæfir sig í athugunum á sjaldgæfum jarðefnum, sagði: „Þetta er 10 milljarða dollara iðnaður, en verðmæti þeirra vara sem framleiddar eru á hverju ári er á bilinu 2 til 3 billjónir dollara, sem er gríðarlegur lyftistöng. Hið sama á við um bíla. Jafnvel þótt þeir innihaldi aðeins nokkur kíló af þessu efni, þýðir það að þegar þeir eru fjarlægðir geta bílar ekki lengur gengið nema maður sé tilbúinn að endurhanna alla vélina.
Bandaríkin og Evrópa eru að reyna að auka fjölbreytni í þessari framboðskeðju. Námur fyrir sjaldgæfa jarðmálma í Kaliforníu, sem voru lokaðar snemma á 21. öld, hafa nýlega opnað aftur og sjá nú fyrir 15% af sjaldgæfum jarðmálmaauðlindum heimsins. Í Bandaríkjunum þurfa ríkisstofnanir (sérstaklega varnarmálaráðuneytið) að útvega öfluga segla fyrir búnað eins og flugvélar og gervihnetti, og þær eru áhugasamar um að fjárfesta í framboðskeðjum innanlands og á svæðum eins og Japan og Evrópu. En miðað við kostnað, nauðsynlega tækni og umhverfismál er þetta hægfara ferli sem getur varað í nokkur ár eða jafnvel áratugi.
Birtingartími: 11. maí 2023