Zaradi težav z dobavno verigo in okoljem si Teslin oddelek za pogonske sklope močno prizadeva za odstranitev magnetov iz redkih zemelj iz motorjev in išče alternativne rešitve.
Tesla še ni izumil povsem novega magnetnega materiala, zato se bo morda zadovoljil z obstoječo tehnologijo, najverjetneje z uporabo poceni in enostavno izdelanega ferita.
S skrbnim pozicioniranjem feritnih magnetov in prilagajanjem drugih vidikov zasnove motorja se lahko izboljšajo številni kazalniki delovanjaredka zemljaPogonske motorje je mogoče replicirati. V tem primeru se teža motorja poveča le za približno 30 %, kar je lahko majhna razlika v primerjavi s skupno težo avtomobila.
4. Novi magnetni materiali morajo imeti naslednje tri osnovne lastnosti: 1) imeti morajo magnetizem; 2) ohraniti morajo magnetizem tudi v prisotnosti drugih magnetnih polj; 3) prenesti morajo visoke temperature.
Po poročanju Tencent Technology News je proizvajalec električnih vozil Tesla izjavil, da v motorjih svojih avtomobilov ne bo več uporabljal redkih zemeljskih elementov, kar pomeni, da bodo morali Teslini inženirji v celoti sprostiti svojo ustvarjalnost pri iskanju alternativnih rešitev.
Prejšnji mesec je Elon Musk na dogodku Tesla Investor Day predstavil »Tretji del glavnega načrta«. Med njimi je majhna podrobnost, ki je povzročila senzacijo na področju fizike. Colin Campbell, višji vodstveni delavec v Teslinem oddelku za pogonske sklope, je napovedal, da njegova ekipa zaradi težav v dobavni verigi in znatnega negativnega vpliva proizvodnje magnetov iz redkih zemelj iz motorjev odstranjuje magnete iz redkih zemelj.
Da bi dosegel ta cilj, je Campbell predstavil dva diapozitiva s tremi skrivnostnimi materiali, domiselno označenimi kot redke zemlje 1, redke zemlje 2 in redke zemlje 3. Prvi diapozitiv predstavlja trenutno stanje Tesle, kjer se količina redkih zemelj, ki jih podjetje uporablja v vsakem vozilu, giblje od pol kilograma do 10 gramov. Na drugem diapozitivu je uporaba vseh redkih zemelj zmanjšana na nič.
Za magnetologe, ki preučujejo magično moč, ki jo ustvarja elektronsko gibanje v določenih materialih, je identiteta redke zemeljske kovine 1 zlahka prepoznavna, in sicer neodim. Ko jo dodamo običajnim elementom, kot sta železo in bor, lahko ta kovina pomaga ustvariti močno, vedno prisotno magnetno polje. Toda le malo materialov ima to lastnost, še manj pa redkih zemeljskih elementov ustvarja magnetna polja, ki lahko premikajo avtomobile Tesla, težje od 2000 kilogramov, pa tudi številne druge stvari, od industrijskih robotov do lovskih letal. Če Tesla namerava iz motorja odstraniti neodim in druge redke zemeljske elemente, kateri magnet bo namesto tega uporabila?
Za fizike je eno gotovo: Tesla ni izumil povsem nove vrste magnetnega materiala. Andy Blackburn, izvršni podpredsednik za strategijo pri NIron Magnets, je dejal: »V več kot 100 letih bomo morda imeli le nekaj priložnosti za pridobitev novih poslovnih magnetov.« NIron Magnets je eno redkih zagonskih podjetij, ki poskušajo izkoristiti naslednjo priložnost.
Blackburn in drugi menijo, da je bolj verjetno, da se je Tesla odločil za veliko manj močan magnet. Med številnimi možnostmi je najbolj očiten kandidat ferit: keramika, sestavljena iz železa in kisika, pomešana z majhno količino kovine, kot je stroncij. Je poceni in enostaven za izdelavo, od petdesetih let prejšnjega stoletja pa se vrata hladilnikov po vsem svetu izdelujejo na ta način.
Kar zadeva prostornino, pa je magnetizem ferita le desetina magnetov neodimskih magnetov, kar sproža nova vprašanja. Izvršni direktor Tesle Elon Musk je bil vedno znan po svoji brezkompromisnosti, a če se bo Tesla odločila za ferit, se zdi, da bo treba narediti nekaj koncesij.
Zlahka bi verjeli, da so baterije pogon električnih vozil, toda v resnici električna vozila poganja elektromagnetni pogon. Ni naključje, da sta tako podjetje Tesla kot magnetna enota »Tesla« poimenovana po isti osebi. Ko elektroni tečejo skozi tuljave v motorju, ustvarijo elektromagnetno polje, ki poganja nasprotno magnetno silo, zaradi česar se gred motorja vrti skupaj s kolesi.
Za zadnja kolesa avtomobilov Tesla te sile zagotavljajo motorji s trajnimi magneti, nenavadnim materialom s stabilnim magnetnim poljem in brez vhodnega toka, zahvaljujoč pametnemu vrtenju elektronov okoli atomov. Tesla je te magnete začela dodajati v avtomobile šele pred približno petimi leti, da bi podaljšala doseg in povečala navor brez nadgradnje baterije. Pred tem je podjetje uporabljalo indukcijske motorje, izdelane okoli elektromagnetov, ki ustvarjajo magnetizem s porabo električne energije. Modeli, opremljeni s sprednjimi motorji, še vedno uporabljajo ta način.
Teslin predlog o opustitvi redkih zemelj in magnetov se zdi nekoliko nenavaden. Avtomobilska podjetja so pogosto obsedena z učinkovitostjo, zlasti pri električnih vozilih, kjer še vedno poskušajo prepričati voznike, da premagajo strah pred dosegom. Toda ko proizvajalci avtomobilov začenjajo širiti obseg proizvodnje električnih vozil, se ponovno pojavljajo številni projekti, ki so prej veljali za preveč neučinkovite.
To je spodbudilo proizvajalce avtomobilov, vključno s Teslo, da proizvajajo več avtomobilov z litijevimi železovimi fosfatnimi (LFP) baterijami. V primerjavi z baterijami, ki vsebujejo elemente, kot sta kobalt in nikelj, imajo ti modeli pogosto krajši doseg. Gre za starejšo tehnologijo z večjo težo in manjšo zmogljivostjo shranjevanja. Trenutno ima Model 3, ki ga poganja nizka hitrost, doseg približno 438 kilometrov, medtem ko lahko daljinsko upravljani Model S, opremljen z naprednejšimi baterijami, doseže 640 kilometrov. Vendar pa je uporaba litijevih železovih fosfatnih baterij morda bolj smiselna poslovna izbira, saj se izogne uporabi dražjih in celo politično tveganih materialov.
Vendar pa Tesla verjetno ne bo magnetov preprosto zamenjala z nečim slabšim, kot je ferit, ne da bi naredila kakršne koli druge spremembe. Fizikinja z Univerze v Uppsali Alaina Vishna je dejala: »V avtomobilu boste vozili ogromen magnet. Na srečo so elektromotorji precej zapleteni stroji s številnimi drugimi komponentami, ki jih je teoretično mogoče preurediti, da se zmanjša vpliv uporabe šibkejših magnetov.«
Podjetje Proterial, ki se ukvarja z materiali, je nedavno v računalniških modelih ugotovilo, da je mogoče številne kazalnike delovanja pogonskih motorjev iz redkih zemelj posnemati s skrbnim pozicioniranjem feritnih magnetov in prilagajanjem drugih vidikov zasnove motorja. V tem primeru se teža motorja poveča le za približno 30 %, kar je lahko majhna razlika v primerjavi s skupno težo avtomobila.
Kljub tem težavam imajo avtomobilska podjetja še vedno veliko razlogov, da opustijo redke zemeljske elemente, če jim to sploh uspe. Vrednost celotnega trga redkih zemelj je podobna vrednosti trga jajc v Združenih državah Amerike, teoretično pa je redke zemeljske elemente mogoče kopati, predelovati in pretvoriti v magnete po vsem svetu, vendar v resnici ti procesi predstavljajo številne izzive.
Thomas Krumer, analitik mineralov in priljubljen bloger o opazovanju redkih zemelj, je dejal: »To je industrija vredna 10 milijard dolarjev, vendar se vrednost izdelkov, ustvarjenih vsako leto, giblje od 2 do 3 bilijone dolarjev, kar je ogromen vzvod. Enako velja za avtomobile. Tudi če vsebujejo le nekaj kilogramov te snovi, njihova odstranitev pomeni, da avtomobili ne morejo več voziti, razen če ste pripravljeni preoblikovati celoten motor.«
Združene države in Evropa poskušata diverzificirati to dobavno verigo. Kalifornijski rudniki redkih zemelj, ki so bili zaprti v začetku 21. stoletja, so se pred kratkim ponovno odprli in trenutno oskrbujejo 15 % svetovnih virov redkih zemelj. V Združenih državah Amerike morajo vladne agencije (zlasti ministrstvo za obrambo) zagotoviti močne magnete za opremo, kot so letala in sateliti, in so navdušene nad vlaganjem v dobavne verige doma in v regijah, kot sta Japonska in Evropa. Glede na stroške, potrebno tehnologijo in okoljska vprašanja pa je to počasen proces, ki lahko traja več let ali celo desetletij.
Čas objave: 11. maj 2023