Toimitusketjuun ja ympäristöön liittyvien ongelmien vuoksi Teslan voimansiirto-osasto tekee kovasti töitä poistaakseen harvinaisten maametallien magneetit moottoreista ja etsii vaihtoehtoisia ratkaisuja.
Tesla ei ole vielä keksinyt täysin uutta magneettimateriaalia, joten se saattaa pärjätä olemassa olevalla teknologialla, todennäköisesti käyttämällä halpaa ja helposti valmistettavaa ferriittiä.
Ferriittimagneettien huolellisella sijoittamisella ja muiden moottorin suunnittelun osa-alueiden säätämisellä voidaan parantaa monia suorituskykyindikaattoreita.harvinaisten maametallienkäyttömoottoreita voidaan kopioida. Tässä tapauksessa moottorin paino kasvaa vain noin 30 %, mikä voi olla pieni ero verrattuna auton kokonaispainoon.
4. Uusilla magneettimateriaaleilla on oltava seuraavat kolme perusominaisuutta: 1) niiden on oltava magneettisia; 2) niiden on säilytettävä magneettisuutensa muiden magneettikenttien läsnä ollessa; 3) niiden on kestettävä korkeita lämpötiloja.
Tencent Technology Newsin mukaan sähköajoneuvovalmistaja Tesla on ilmoittanut, ettei sen automoottoreissa enää käytetä harvinaisia maametalleja, mikä tarkoittaa, että Teslan insinöörien on päästävä luovuutensa valloilleen vaihtoehtoisten ratkaisujen löytämiseksi.
Elon Musk julkaisi viime kuussa Tesla Investor Day -tapahtumassa "Master Planin kolmannen osan". Niiden joukossa on pieni yksityiskohta, joka on aiheuttanut sensaation fysiikan alalla. Teslan voimansiirto-osaston johtaja Colin Campbell ilmoitti, että hänen tiiminsä poistaa harvinaisten maametallien magneetit moottoreista toimitusketjuongelmien ja harvinaisten maametallien magneettien tuotannon merkittävän negatiivisen vaikutuksen vuoksi.
Tämän tavoitteen saavuttamiseksi Campbell esitteli kaksi diaa, joissa käsiteltiin kolmea salaperäistä materiaalia, jotka oli ovelasti nimetty harvinaisiksi maametalleiksi 1, harvinaisiksi maametalleiksi 2 ja harvinaisiksi maametalleiksi 3. Ensimmäinen dia kuvaa Teslan nykytilannetta, jossa yrityksen käyttämien harvinaisten maametallien määrä kussakin ajoneuvossa vaihtelee puolesta kilosta 10 grammaan. Toisella dialla kaikkien harvinaisten maametallien käyttö on vähennetty nollaan.
Magnetologeille, jotka tutkivat tiettyjen materiaalien sähköisen liikkeen tuottamaa maagista voimaa, harvinaisen maametallin 1 identiteetti on helposti tunnistettavissa, ja se on neodyymi. Lisättynä yleisiin alkuaineisiin, kuten rautaan ja booriin, tämä metalli voi auttaa luomaan vahvan, aina päällä olevan magneettikentän. Mutta harvoilla materiaaleilla on tämä ominaisuus, ja vielä harvemmat harvinaiset maametallit tuottavat magneettikenttiä, jotka voivat liikuttaa yli 2000 kilogrammaa painavia Tesla-autoja sekä monia muita asioita teollisuusroboteista hävittäjiin. Jos Tesla aikoo poistaa neodyymin ja muut harvinaiset maametallit moottorista, mitä magneettia se aikoo käyttää niiden sijaan?
Fyysikoille yksi asia on varma: Tesla ei keksinyt täysin uudenlaista magneettista materiaalia. Andy Blackburn, NIron Magnetsin strategiajohtaja, sanoi: "Yli sadan vuoden kuluttua meillä saattaa olla enää muutama tilaisuus hankkia uusia liiketoimintamagneetteja." NIron Magnets on yksi harvoista startup-yrityksistä, jotka yrittävät tarttua seuraavaan tilaisuuteen.
Blackburn ja muut uskovat, että on todennäköisempää, että Tesla on päättänyt tyytyä paljon heikompaan magneettiin. Monien mahdollisuuksien joukosta ilmeisin ehdokas on ferriitti: keraaminen materiaali, joka koostuu raudasta ja hapesta, johon on sekoitettu pieni määrä metallia, kuten strontiumia. Se on sekä halpaa että helppoa valmistaa, ja 1950-luvulta lähtien jääkaappien ovia ympäri maailmaa on valmistettu tällä tavalla.
Mutta tilavuuden suhteen ferriitin magnetismi on vain kymmenesosa neodyymimagneettien magnetismista, mikä herättää uusia kysymyksiä. Teslan toimitusjohtaja Elon Musk on aina ollut tunnettu tinkimättömyydestään, mutta jos Tesla aikoo siirtyä ferriittiin, näyttää siltä, että joitakin myönnytyksiä on tehtävä.
On helppo uskoa, että akut ovat sähköajoneuvojen voimanlähde, mutta todellisuudessa sähköajoneuvoja liikuttaa sähkömagneettinen voima. Ei ole sattumaa, että sekä Tesla-yhtiö että magneettinen yksikkö "Tesla" on nimetty saman henkilön mukaan. Kun elektronit virtaavat moottorin kelojen läpi, ne tuottavat sähkömagneettisen kentän, joka ajaa vastakkaisen magneettisen voiman, jolloin moottorin akseli pyörii pyörien mukana.
Tesla-autojen takapyörille nämä voimat tuotetaan kestomagneeteilla varustetuilla moottoreilla. Kestomagneetit ovat outoa materiaalia, jolla on vakaa magneettikenttä eikä virtaa atomien ympärille pyörivien elektronien ansiosta. Tesla alkoi lisätä näitä magneetteja autoihin vasta noin viisi vuotta sitten laajentaakseen toimintasädettä ja lisätäkseen vääntömomenttia päivittämättä akkua. Ennen tätä yritys käytti sähkömagneettien ympärille valmistettuja induktiomoottoreita, jotka tuottavat magnetismia kuluttamalla sähköä. Etumoottorilla varustetut mallit käyttävät edelleen tätä tilaa.
Teslan päätös luopua harvinaisista maametalleista ja magneeteista tuntuu hieman oudolta. Autoyhtiöt ovat usein pakkomielteisiä tehokkuudesta, erityisesti sähköajoneuvojen tapauksessa, joissa ne yrittävät edelleen saada kuljettajat voittamaan toimintamatkan pelon. Mutta kun autonvalmistajat alkavat laajentaa sähköajoneuvojen tuotantomittakaavaa, monet aiemmin liian tehottomina pidetyt projektit ovat uudelleen esiin nousseet.
Tämä on saanut autonvalmistajat, mukaan lukien Teslan, tuottamaan enemmän autoja, joissa käytetään litiumrautafosfaattiakkuja (LFP). Verrattuna kobolttia ja nikkeliä sisältäviin akkuihin, näillä malleilla on usein lyhyempi toimintasäde. Tämä on vanhempi tekniikka, jolla on suurempi paino ja pienempi tallennuskapasiteetti. Tällä hetkellä hitaalla virralla toimivan Model 3:n toimintasäde on 272 mailia (noin 438 kilometriä), kun taas edistyneemmillä akuilla varustettu kauko-ohjattava Model S voi saavuttaa 400 mailia (640 kilometriä). Litiumrautafosfaattiakun käyttö voi kuitenkin olla järkevämpi liiketoimintavaihtoehto, koska se välttää kalliimpien ja jopa poliittisesti riskialttiiden materiaalien käytön.
Tesla ei kuitenkaan todennäköisesti korvaa magneetteja jollain huonommalla, kuten ferriitillä, tekemättä muita muutoksia. Uppsalan yliopiston fyysikko Alaina Vishna sanoi: "Kuljetat autossasi valtavaa magneettia. Onneksi sähkömoottorit ovat melko monimutkaisia koneita, joissa on monia muita komponentteja, jotka voidaan teoriassa järjestää uudelleen heikompien magneettien käytön vaikutusten vähentämiseksi."
Tietokonemalleissa materiaaliyritys Proterial totesi hiljattain, että monet harvinaisten maametallien moottoreiden suorituskykyindikaattorit voidaan toistaa sijoittamalla ferriittimagneetit huolellisesti ja säätämällä muita moottorin suunnittelun osa-alueita. Tässä tapauksessa moottorin paino kasvaa vain noin 30 %, mikä voi olla pieni ero verrattuna auton kokonaispainoon.
Näistä päänsäryistä huolimatta autovalmistajilla on edelleen monia syitä luopua harvinaisista maametalleista, kunhan ne voivat tehdä niin. Koko harvinaisten maametallien markkinoiden arvo on samanlainen kuin Yhdysvaltojen munamarkkinoiden, ja teoriassa harvinaisia maametalleja voidaan louhia, käsitellä ja muuntaa magneeteiksi maailmanlaajuisesti, mutta todellisuudessa nämä prosessit tuovat mukanaan monia haasteita.
Mineraalianalyytikko ja suosittu harvinaisten maametallien havaintoja tekevä bloggaaja Thomas Krumer sanoi: ”Tämä on 10 miljardin dollarin teollisuudenala, mutta vuosittain luotavien tuotteiden arvo vaihtelee 2–3 biljoonan dollarin välillä, mikä on valtava vipuvaikutus. Sama pätee autoihin. Vaikka ne sisältäisivät vain muutaman kilogramman tätä ainetta, niiden poistaminen tarkoittaa, että autot eivät voi enää kulkea, ellet ole valmis suunnittelemaan koko moottoria uudelleen.”
Yhdysvallat ja Eurooppa pyrkivät monipuolistamaan tätä toimitusketjua. Kalifornian harvinaisten maametallien kaivokset, jotka suljettiin 2000-luvun alussa, ovat äskettäin avanneet ovensa uudelleen ja toimittavat tällä hetkellä 15 % maailman harvinaisten maametallien varoista. Yhdysvalloissa valtion virastojen (erityisesti puolustusministeriön) on tarjottava tehokkaita magneetteja laitteille, kuten lentokoneille ja satelliiteille, ja ne ovat innokkaita investoimaan toimitusketjuihin kotimaassa ja alueilla, kuten Japanissa ja Euroopassa. Mutta ottaen huomioon kustannukset, tarvittavan teknologian ja ympäristöongelmat, tämä on hidas prosessi, joka voi kestää useita vuosia tai jopa vuosikymmeniä.
Julkaisun aika: 11.5.2023