Vanwege toeleveringsketen- en milieuproblemen werkt de aandrijflijnafdeling van Tesla hard aan het verwijderen van zeldzame aardmagneten uit motoren en zoekt ze naar alternatieve oplossingen.
Tesla heeft nog geen volledig nieuw magneetmateriaal uitgevonden, dus het kan genoegen nemen met bestaande technologie, hoogstwaarschijnlijk met behulp van goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen ferriet.
Door ferrietmagneten zorgvuldig te positioneren en andere aspecten van het motorontwerp aan te passen, kunnen veel prestatie-indicatoren worden verbeterdzeldzame aardeaandrijfmotoren kunnen worden gerepliceerd. In dit geval neemt het gewicht van de motor slechts met ongeveer 30% toe, wat een klein verschil kan zijn in vergelijking met het totale gewicht van de auto.
4. Nieuwe magneetmaterialen moeten de volgende drie basiskenmerken hebben: 1) ze moeten magnetisme hebben; 2) Blijf het magnetisme behouden in de aanwezigheid van andere magnetische velden; 3) Bestand tegen hoge temperaturen.
Volgens Tencent Technology News heeft fabrikant van elektrische voertuigen Tesla verklaard dat zeldzame aardelementen niet langer zullen worden gebruikt in zijn automotoren, wat betekent dat de ingenieurs van Tesla hun creativiteit volledig zullen moeten ontketenen bij het vinden van alternatieve oplossingen.
Vorige maand publiceerde Elon Musk het “Derde Deel van het Masterplan” tijdens het Tesla Investor Day-evenement. Onder hen is er een klein detail dat voor sensatie heeft gezorgd op het gebied van de natuurkunde. Colin Campbell, een senior executive op de aandrijflijnafdeling van Tesla, kondigde aan dat zijn team zeldzame aardmagneten uit motoren verwijdert vanwege problemen met de toeleveringsketen en de aanzienlijke negatieve impact van de productie van zeldzame aardmagneten.
Om dit doel te bereiken presenteerde Campbell twee dia's met drie mysterieuze materialen, slim gelabeld als zeldzame aardmetalen 1, zeldzame aardmetalen 2 en zeldzame aardmetalen 3. De eerste dia geeft de huidige situatie van Tesla weer, waarbij de hoeveelheid zeldzame aardmetalen die het bedrijf in elk voertuig gebruikt, wordt weergegeven. varieert van een halve kilogram tot 10 gram. Op de tweede dia is het gebruik van alle zeldzame aardelementen tot nul teruggebracht.
Voor magnetologen die de magische kracht bestuderen die wordt gegenereerd door elektronische beweging in bepaalde materialen, is de identiteit van zeldzame aarde 1 gemakkelijk herkenbaar, namelijk neodymium. Wanneer dit metaal wordt toegevoegd aan gewone elementen zoals ijzer en boor, kan het helpen een sterk, altijd aanwezig magnetisch veld te creëren. Maar weinig materialen hebben deze kwaliteit, en nog minder zeldzame aardelementen genereren magnetische velden die Tesla-auto's met een gewicht van meer dan 2000 kilogram kunnen verplaatsen, evenals vele andere dingen, van industriële robots tot straaljagers. Als Tesla van plan is neodymium en andere zeldzame aardelementen uit de motor te verwijderen, welke magneet zal het dan gebruiken?
Voor natuurkundigen is één ding zeker: Tesla heeft geen compleet nieuw type magnetisch materiaal uitgevonden. Andy Blackburn, Executive Vice President Strategy bij NIron Magnets, zei: “Over meer dan 100 jaar hebben we misschien maar een paar kansen om nieuwe bedrijfsmagneten te verwerven.” NIron Magnets is een van de weinige startups die de volgende kans probeert te grijpen.
Blackburn en anderen achten het waarschijnlijker dat Tesla besloten heeft genoegen te nemen met een veel minder krachtige magneet. Van de vele mogelijkheden is ferriet de meest voor de hand liggende kandidaat: een keramiek bestaande uit ijzer en zuurstof, gemengd met een kleine hoeveelheid metaal zoals strontium. Het is zowel goedkoop als gemakkelijk te vervaardigen, en sinds de jaren vijftig worden koelkastdeuren over de hele wereld op deze manier vervaardigd.
Maar qua volume is het magnetisme van ferriet slechts een tiende van dat van neodymiummagneten, wat nieuwe vragen oproept. Elon Musk, CEO van Tesla, staat altijd bekend als compromisloos, maar als Tesla wil overstappen op ferriet, lijkt het erop dat er enkele concessies moeten worden gedaan.
Het is gemakkelijk te geloven dat batterijen de kracht van elektrische voertuigen vormen, maar in werkelijkheid is het elektromagnetisch rijden dat elektrische voertuigen aandrijft. Het is geen toeval dat zowel Tesla Company als de magnetische eenheid “Tesla” naar dezelfde persoon zijn vernoemd. Wanneer elektronen door de spoelen in een motor stromen, genereren ze een elektromagnetisch veld dat de tegenovergestelde magnetische kracht aandrijft, waardoor de motoras met de wielen meedraait.
Voor de achterwielen van Tesla-auto's worden deze krachten geleverd door motoren met permanente magneten, een vreemd materiaal met een stabiel magnetisch veld en geen stroomtoevoer, dankzij de slimme spin van elektronen rond atomen. Tesla begon deze magneten pas ongeveer vijf jaar geleden toe te voegen aan auto's, om het bereik te vergroten en het koppel te vergroten zonder de batterij te upgraden. Voordien gebruikte het bedrijf inductiemotoren die waren vervaardigd rond elektromagneten, die magnetisme opwekken door elektriciteit te verbruiken. De modellen die zijn uitgerust met motoren aan de voorzijde gebruiken deze modus nog steeds.
De stap van Tesla om zeldzame aardmetalen en magneten achterwege te laten lijkt een beetje vreemd. Autobedrijven zijn vaak geobsedeerd door efficiëntie, vooral in het geval van elektrische voertuigen, waar ze bestuurders nog steeds proberen te overtuigen hun angst voor bereik te overwinnen. Maar nu autofabrikanten de productieschaal van elektrische voertuigen beginnen uit te breiden, komen veel projecten die voorheen als te inefficiënt werden beschouwd weer naar boven.
Dit heeft autofabrikanten, waaronder Tesla, ertoe aangezet om meer auto’s te produceren met behulp van lithium-ijzerfosfaat (LFP)-batterijen. Vergeleken met batterijen die elementen als kobalt en nikkel bevatten, hebben deze modellen vaak een kleiner bereik. Dit is een oudere technologie met een groter gewicht en een lagere opslagcapaciteit. Momenteel heeft de Model 3, aangedreven door lage snelheid, een bereik van 272 mijl (ongeveer 438 kilometer), terwijl de externe Model S, uitgerust met meer geavanceerde batterijen, een bereik van 400 mijl (640 kilometer) kan halen. Het gebruik van lithium-ijzerfosfaatbatterijen kan echter een verstandigere zakelijke keuze zijn, omdat hierdoor het gebruik van duurdere en zelfs politiek risicovolle materialen wordt vermeden.
Het is echter onwaarschijnlijk dat Tesla de magneten eenvoudigweg zal vervangen door iets ergers, zoals ferriet, zonder andere wijzigingen aan te brengen. Natuurkundige Alaina Vishna van de Universiteit van Uppsala zei: “Je draagt een enorme magneet in je auto. Gelukkig zijn elektromotoren behoorlijk complexe machines met veel andere componenten die theoretisch kunnen worden herschikt om de impact van het gebruik van zwakkere magneten te verminderen.
In computermodellen heeft materiaalbedrijf Proterial onlangs vastgesteld dat veel prestatie-indicatoren van zeldzame aardmetalen aandrijfmotoren kunnen worden gerepliceerd door ferrietmagneten zorgvuldig te positioneren en andere aspecten van het motorontwerp aan te passen. In dit geval neemt het gewicht van de motor slechts met ongeveer 30% toe, wat een klein verschil kan zijn vergeleken met het totale gewicht van de auto.
Ondanks deze kopzorgen hebben autobedrijven nog steeds veel redenen om zeldzame aardmetalen achterwege te laten, op voorwaarde dat ze dat kunnen. De waarde van de hele markt voor zeldzame aardmetalen is vergelijkbaar met die van de eierenmarkt in de Verenigde Staten, en theoretisch kunnen zeldzame aardelementen wereldwijd worden gedolven, verwerkt en omgezet in magneten, maar in werkelijkheid brengen deze processen veel uitdagingen met zich mee.
Mineralenanalist en populaire blogger voor observatie van zeldzame aardmetalen Thomas Krumer zei: “Dit is een industrie van $10 miljard, maar de waarde van de producten die elk jaar worden gecreëerd varieert van $2 biljoen tot $3 biljoen, wat een enorme hefboom is. Hetzelfde geldt voor auto's. Ook al bevatten ze maar een paar kilo van deze stof, het verwijderen ervan betekent dat auto’s niet meer kunnen rijden, tenzij je bereid bent de hele motor opnieuw te ontwerpen
De Verenigde Staten en Europa proberen deze toeleveringsketen te diversifiëren. De zeldzame aardmetalenmijnen in Californië, die aan het begin van de 21e eeuw werden gesloten, zijn onlangs heropend en leveren momenteel 15% van de zeldzame aardmetalen in de wereld. In de Verenigde Staten moeten overheidsinstanties (vooral het ministerie van Defensie) krachtige magneten leveren voor apparatuur zoals vliegtuigen en satellieten, en ze zijn enthousiast over het investeren in toeleveringsketens in eigen land en in regio's als Japan en Europa. Maar gezien de kosten, de vereiste technologie en milieukwesties is dit een langzaam proces dat enkele jaren of zelfs tientallen jaren kan duren.
Posttijd: 11 mei 2023