Tarneahela ja keskkonnaprobleemide tõttu teeb Tesla jõuülekande osakond kõvasti tööd, et eemaldada mootoritest haruldaste muldmetallide magnetid, ja otsib alternatiivseid lahendusi.
Tesla pole veel täiesti uut magnetmaterjali leiutanud, seega võib ta hakkama saada olemasoleva tehnoloogiaga, kasutades tõenäoliselt odavat ja hõlpsasti toodetavat ferriiti.
Ferriitmagnetite hoolika paigutamise ja mootori konstruktsiooni muude aspektide reguleerimise abil saab parandada paljusid jõudlusnäitajaidharuldane muldAjamimootoreid saab kopeerida. Sellisel juhul suureneb mootori kaal vaid umbes 30%, mis võib olla väike erinevus võrreldes auto kogukaaluga.
4. Uutel magnetmaterjalidel peavad olema järgmised kolm põhiomadust: 1) neil peab olema magnetism; 2) nad peavad säilitama magnetismi ka teiste magnetväljade juuresolekul; 3) nad peavad taluma kõrgeid temperatuure.
Tencent Technology Newsi teatel on elektriautode tootja Tesla teatanud, et haruldasi muldmetalle enam oma automootorites ei kasutata, mis tähendab, et Tesla insenerid peavad alternatiivsete lahenduste leidmisel oma loovuse täielikult vallandama.
Eelmisel kuul avaldas Elon Musk Tesla investoripäeval üritusel „Peaplaani kolmanda osa“. Nende hulgas on väike detail, mis on füüsika valdkonnas sensatsiooni tekitanud. Tesla jõuülekande osakonna tippjuht Colin Campbell teatas, et tema meeskond eemaldab mootoritest haruldaste muldmetallide magnetid tarneahela probleemide ja haruldaste muldmetallide magnetite tootmise olulise negatiivse mõju tõttu.
Selle eesmärgi saavutamiseks esitles Campbell kahte slaidi, mis hõlmasid kolme salapärast materjali, mis on nutikalt märgistatud kui haruldane muldmetall 1, haruldane muldmetall 2 ja haruldane muldmetall 3. Esimene slaid kujutab Tesla praegust olukorda, kus ettevõtte poolt igas sõidukis kasutatavate haruldaste muldmetallide kogus jääb vahemikku pool kilogrammi kuni 10 grammi. Teisel slaidil on kõigi haruldaste muldmetallide kasutamine vähendatud nullini.
Magnetoloogidele, kes uurivad teatud materjalides elektroonilise liikumise tekitatud maagilist jõudu, on haruldase muldmetalli 1 identiteet kergesti äratuntav – see on neodüüm. Kui seda metalli lisada tavalistele elementidele nagu raud ja boor, aitab see luua tugeva ja pidevalt sisse lülitatud magnetvälja. Kuid vähestel materjalidel on see omadus ja veelgi vähem haruldasi muldmetalle tekitab magnetvälju, mis suudaksid liigutada üle 2000 kilogrammi kaaluvaid Tesla autosid, aga ka paljusid muid asju, alates tööstusrobotitest kuni hävituslennukiteni. Kui Tesla plaanib mootorist neodüümi ja muud haruldased muldmetallid eemaldada, siis millist magnetit ta selle asemel kasutab?
Füüsikute jaoks on üks asi kindel: Tesla ei leiutanud täiesti uut tüüpi magnetilist materjali. Andy Blackburn, NIron Magnetsi strateegia asepresident, ütles: „Üle 100 aasta jooksul on meil uute ärimagnetite omandamiseks ehk vaid üksikuid võimalusi.“ NIron Magnets on üks väheseid idufirmasid, mis püüab järgmist võimalust haarata.
Blackburn ja teised usuvad, et Tesla on tõenäolisemalt otsustanud leppida palju nõrgema magnetiga. Paljude võimaluste hulgast on kõige ilmsemaks kandidaadiks ferriit: keraamika, mis koosneb rauast ja hapnikust, millele on lisatud väike kogus metalli, näiteks strontsiumi. See on nii odav kui ka lihtne toota ning alates 1950. aastatest on külmikute uksi üle maailma sel viisil valmistatud.
Kuid mahu poolest on ferriidi magnetism vaid kümnendik neodüümmagnetite omast, mis tekitab uusi küsimusi. Tesla tegevjuht Elon Musk on alati olnud tuntud oma kompromissituse poolest, kuid kui Tesla kavatseb ferriidile üle minna, näib, et tuleb teha mõningaid järeleandmisi.
On lihtne uskuda, et elektriautode jõuallikaks on akud, aga tegelikult on elektriautode liikumapanev jõud elektromagnetiline. Pole juhus, et nii Tesla ettevõte kui ka magnetiline seade „Tesla“ on nimetatud sama inimese järgi. Kui elektronid voolavad läbi mootori mähiste, tekitavad nad elektromagnetvälja, mis tekitab vastupidise magnetilise jõu, pannes mootori võlli pöörlema koos ratastega.
Tesla autode tagarataste jaoks tekitavad need jõud püsimagnetitega mootorid – kummaline materjal, millel on stabiilne magnetväli ja voolutarve tänu elektronide nutikale pöörlemisele aatomite ümber. Tesla hakkas neid magneteid autodele lisama alles umbes viis aastat tagasi, et pikendada sõiduulatust ja suurendada pöördemomenti ilma akut uuendamata. Enne seda kasutas ettevõte elektromagnetite ümber valmistatud induktsioonmootoreid, mis tekitavad magnetismi elektrit tarbides. Eesmiste mootoritega mudelid kasutavad seda režiimi endiselt.
Tesla samm haruldaste muldmetallide ja magnetite hülgamiseks tundub pisut kummaline. Autotootjad on sageli kinnisideeks efektiivsusest, eriti elektriautode puhul, kus nad üritavad endiselt veenda juhte ületama hirmu sõiduulatuse ees. Kuid kuna autotootjad hakkavad elektriautode tootmismahtu laiendama, on paljud varem liiga ebaefektiivseks peetud projektid uuesti pinnale kerkinud.
See on ajendanud autotootjaid, sealhulgas Teslat, tootma rohkem autosid liitium-raudfosfaat (LFP) akudega. Võrreldes akudega, mis sisaldavad selliseid elemente nagu koobalt ja nikkel, on neil mudelitel sageli lühem tegevusulatus. See on vanem tehnoloogia, millel on suurem kaal ja väiksem mahutavus. Praegu on madala kiirusega toitega Model 3 tegevusulatus 272 miili (umbes 438 kilomeetrit), samas kui täiustatud akudega varustatud kaugjuhtimisega Model S suudab läbida 400 miili (640 kilomeetrit). Liitium-raudfosfaat aku kasutamine võib aga olla mõistlikum äriline valik, kuna see väldib kallimate ja isegi poliitiliselt riskantsete materjalide kasutamist.
Siiski on ebatõenäoline, et Tesla asendab magnetid lihtsalt millegi hullemaga, näiteks ferriidiga, ilma muid muudatusi tegemata. Uppsala ülikooli füüsik Alaina Vishna ütles: „Teie autos on tohutu magnet. Õnneks on elektrimootorid üsna keerulised masinad, millel on palju muid komponente, mida saab teoreetiliselt ümber paigutada, et vähendada nõrgemate magnetite kasutamise mõju.
Materjalifirma Proterial tegi arvutimudelite puhul hiljuti kindlaks, et paljusid haruldaste muldmetallide ajamimootorite jõudlusnäitajaid saab korrata ferriitmagnetite hoolika paigutamise ja mootori konstruktsiooni muude aspektide kohandamise abil. Sellisel juhul suureneb mootori kaal vaid umbes 30%, mis võib olla väike erinevus võrreldes auto kogukaaluga.
Vaatamata neile peavaludele on autotootjatel endiselt palju põhjuseid haruldastest muldmetallidest loobuda, eeldusel, et nad saavad seda teha. Kogu haruldaste muldmetallide turu väärtus on sarnane munaturu omaga Ameerika Ühendriikides ning teoreetiliselt saab haruldasi muldmetalle kaevandada, töödelda ja magnetiteks muuta kogu maailmas, kuid tegelikkuses tekitavad need protsessid palju väljakutseid.
Maavarade analüütik ja populaarne haruldaste muldmetallide vaatlusblogija Thomas Krumer ütles: „See on 10 miljardi dollari suurune tööstusharu, kuid igal aastal loodavate toodete väärtus jääb vahemikku 2–3 triljonit dollarit, mis on tohutu hoob. Sama kehtib ka autode kohta. Isegi kui need sisaldavad vaid paar kilogrammi seda ainet, tähendab nende eemaldamine seda, et autod ei saa enam sõita, kui te pole valmis kogu mootorit ümber kujundama.“
Ameerika Ühendriigid ja Euroopa püüavad seda tarneahelat mitmekesistada. California haruldaste muldmetallide kaevandused, mis suleti 21. sajandi alguses, on hiljuti taasavatud ja tarnivad praegu 15% maailma haruldaste muldmetallide ressurssidest. Ameerika Ühendriikides peavad valitsusasutused (eriti kaitseministeerium) pakkuma võimsaid magneteid sellistele seadmetele nagu lennukid ja satelliidid ning nad on entusiastlikud investeerima tarneahelatesse nii riigisiseselt kui ka sellistes piirkondades nagu Jaapan ja Euroopa. Kuid arvestades kulusid, vajalikku tehnoloogiat ja keskkonnaprobleeme, on see aeglane protsess, mis võib kesta mitu aastat või isegi aastakümneid.
Postituse aeg: 11. mai 2023