Zbog problema s opskrbnim lancem i okolišem, Teslin odjel za pogonske sklopove naporno radi na uklanjanju rijetkih zemnih magneta iz motora i traži alternativna rješenja.
Tesla još nije izumio potpuno novi magnetski materijal, pa bi se mogao zadovoljiti postojećom tehnologijom, najvjerojatnije koristeći jeftin i lako proizvediv ferit.
Pažljivim pozicioniranjem feritnih magneta i podešavanjem drugih aspekata dizajna motora, mnogi pokazatelji performansirijetka zemljaPogonski motori mogu se replicirati. U tom slučaju, težina motora povećava se samo za oko 30%, što može biti mala razlika u usporedbi s ukupnom težinom automobila.
4. Novi magnetski materijali moraju imati sljedeće tri osnovne karakteristike: 1) moraju imati magnetizam; 2) Moraju održavati magnetizam u prisutnosti drugih magnetskih polja; 3) Moraju biti otporni na visoke temperature.
Prema Tencent Technology Newsu, proizvođač električnih vozila Tesla izjavio je da se rijetki zemni elementi više neće koristiti u motorima njegovih automobila, što znači da će Teslini inženjeri morati u potpunosti osloboditi svoju kreativnost u pronalaženju alternativnih rješenja.
Prošlog mjeseca, Elon Musk je na događaju Tesla Investor Day objavio „Treći dio Master plana“. Među njima je i mali detalj koji je izazvao senzaciju u području fizike. Colin Campbell, viši rukovoditelj u Teslinom odjelu za pogonske sklopove, najavio je da njegov tim uklanja rijetke zemne magnete iz motora zbog problema u lancu opskrbe i značajnog negativnog utjecaja proizvodnje rijetkih zemnih magneta.
Kako bi postigao taj cilj, Campbell je predstavio dva slajda s tri misteriozna materijala domišljato označena kao rijetke zemlje 1, rijetke zemlje 2 i rijetke zemlje 3. Prvi slajd predstavlja trenutnu situaciju u Tesli, gdje se količina rijetkih zemalja koje tvrtka koristi u svakom vozilu kreće od pola kilograma do 10 grama. Na drugom slajdu, upotreba svih elemenata rijetkih zemalja svedena je na nulu.
Za magnetologe koji proučavaju magičnu moć generiranu elektroničkim kretanjem u određenim materijalima, identitet rijetkozemnog elementa 1 je lako prepoznatljiv, a to je neodimij. Kada se doda uobičajenim elementima poput željeza i bora, ovaj metal može pomoći u stvaranju snažnog, uvijek aktivnog magnetskog polja. Ali malo materijala ima tu kvalitetu, a još manje rijetkozemnih elemenata generira magnetska polja koja mogu pokretati Tesla automobile težine preko 2000 kilograma, kao i mnoge druge stvari, od industrijskih robota do borbenih zrakoplova. Ako Tesla planira ukloniti neodimij i druge rijetkozemne elemente iz motora, koji će magnet umjesto toga koristiti?
Za fizičare je jedno sigurno: Tesla nije izumio potpuno novu vrstu magnetskog materijala. Andy Blackburn, izvršni potpredsjednik za strategiju u NIron Magnetsu, rekao je: „Za više od 100 godina možda ćemo imati samo nekoliko prilika za stjecanje novih poslovnih magneta.“ NIron Magnets jedan je od rijetkih startupova koji pokušavaju iskoristiti sljedeću priliku.
Blackburn i drugi vjeruju da je vjerojatnije da se Tesla odlučio zadovoljiti mnogo manje snažnim magnetom. Među mnogim mogućnostima, najočitiji kandidat je ferit: keramika sastavljena od željeza i kisika, pomiješana s malom količinom metala poput stroncija. Jeftin je i jednostavan za proizvodnju, a od 1950-ih vrata hladnjaka diljem svijeta proizvode se na ovaj način.
No, što se tiče volumena, magnetizam ferita je samo desetina magnetizma neodimskih magneta, što postavlja nova pitanja. Izvršni direktor Tesle Elon Musk oduvijek je bio poznat po svojoj beskompromisnosti, ali ako Tesla želi prijeći na ferit, čini se da se moraju napraviti neki ustupci.
Lako je povjerovati da su baterije pokretačka snaga električnih vozila, ali u stvarnosti, elektromagnetski pogon pokreće električna vozila. Nije slučajno da su i tvrtka Tesla i magnetska jedinica „Tesla“ nazvani po istoj osobi. Kada elektroni teku kroz zavojnice u motoru, oni generiraju elektromagnetsko polje koje pokreće suprotnu magnetsku silu, uzrokujući rotaciju osovine motora s kotačima.
Za stražnje kotače Teslinih automobila, te sile osiguravaju motori s permanentnim magnetima, neobičnim materijalom sa stabilnim magnetskim poljem i bez ulazne struje, zahvaljujući pametnom rotiranju elektrona oko atoma. Tesla je tek prije otprilike pet godina počela dodavati ove magnete u automobile kako bi produžila domet i povećala okretni moment bez nadogradnje baterije. Prije toga, tvrtka je koristila indukcijske motore proizvedene oko elektromagneta, koji generiraju magnetizam trošeći električnu energiju. Modeli opremljeni prednjim motorima još uvijek koriste ovaj način rada.
Teslin potez da napusti rijetke zemlje i magnete čini se pomalo čudnim. Automobilske tvrtke često su opsjednute učinkovitošću, posebno u slučaju električnih vozila, gdje još uvijek pokušavaju uvjeriti vozače da prevladaju strah od dometa. No, kako proizvođači automobila počinju širiti opseg proizvodnje električnih vozila, mnogi projekti koji su se prije smatrali previše neučinkovitima ponovno se pojavljuju.
To je potaknulo proizvođače automobila, uključujući Teslu, da proizvode više automobila koristeći litij-željezo-fosfatne (LFP) baterije. U usporedbi s baterijama koje sadrže elemente poput kobalta i nikla, ovi modeli često imaju kraći domet. Riječ je o starijoj tehnologiji s većom težinom i manjim kapacitetom pohrane. Trenutno, Model 3 pogonjen malom brzinom ima domet od 272 milje (otprilike 438 kilometara), dok daljinski upravljani Model S opremljen naprednijim baterijama može doseći 400 milja (640 kilometara). Međutim, korištenje litij-željezo-fosfatne baterije može biti razumniji poslovni izbor, jer izbjegava upotrebu skupljih, pa čak i politički rizičnijih materijala.
Međutim, malo je vjerojatno da će Tesla jednostavno zamijeniti magnete nečim gorim, poput ferita, bez ikakvih drugih promjena. Fizičarka sa Sveučilišta Uppsala, Alaina Vishna, rekla je: „U automobilu ćete nositi ogroman magnet. Srećom, elektromotori su prilično složeni strojevi s mnogim drugim komponentama koje se teoretski mogu preurediti kako bi se smanjio utjecaj korištenja slabijih magneta.“
U računalnim modelima, tvrtka za materijale Proterial nedavno je utvrdila da se mnogi pokazatelji performansi motora s rijetkim zemnim elementima mogu replicirati pažljivim pozicioniranjem feritnih magneta i podešavanjem drugih aspekata dizajna motora. U tom slučaju, težina motora povećava se samo za oko 30%, što može biti mala razlika u usporedbi s ukupnom težinom automobila.
Unatoč tim glavoboljama, automobilske tvrtke i dalje imaju mnogo razloga za odustajanje od rijetkih zemalja, pod uvjetom da to mogu učiniti. Vrijednost cijelog tržišta rijetkih zemalja slična je onoj na tržištu jaja u Sjedinjenim Državama, a teoretski, rijetki zemni elementi mogu se iskopavati, obrađivati i pretvarati u magnete diljem svijeta, ali u stvarnosti ti procesi predstavljaju mnoge izazove.
Analitičar minerala i popularni bloger o promatranju rijetkih zemalja Thomas Krumer rekao je: „Ovo je industrija vrijedna 10 milijardi dolara, ali vrijednost proizvoda koji se stvaraju svake godine kreće se od 2 bilijuna do 3 bilijuna dolara, što je ogromna poluga. Isto vrijedi i za automobile. Čak i ako sadrže samo nekoliko kilograma ove tvari, njihovo uklanjanje znači da automobili više ne mogu raditi osim ako niste spremni redizajnirati cijeli motor.“
Sjedinjene Države i Europa pokušavaju diverzificirati ovaj lanac opskrbe. Rudnici rijetkih zemalja u Kaliforniji, koji su zatvoreni početkom 21. stoljeća, nedavno su ponovno otvoreni i trenutno opskrbljuju 15% svjetskih resursa rijetkih zemalja. U Sjedinjenim Državama, vladine agencije (posebno Ministarstvo obrane) moraju osigurati snažne magnete za opremu poput zrakoplova i satelita te su oduševljene ulaganjem u lance opskrbe na domaćem tržištu i u regijama poput Japana i Europe. No, s obzirom na troškove, potrebnu tehnologiju i ekološke probleme, ovo je spor proces koji može trajati nekoliko godina ili čak desetljeća.
Vrijeme objave: 11. svibnja 2023.