Vanwege problemen met de toeleveringsketen en het milieu werkt de aandrijflijnafdeling van Tesla hard aan het verwijderen van zeldzame-aardemagneten uit motoren en is op zoek naar alternatieve oplossingen.
Tesla heeft nog geen geheel nieuw magneetmateriaal uitgevonden, dus het bedrijf zal het moeten doen met bestaande technologie, waarschijnlijk met behulp van goedkoop en eenvoudig te produceren ferriet.
Door ferrietmagneten zorgvuldig te positioneren en andere aspecten van het motorontwerp aan te passen, kunnen veel prestatie-indicatoren vanzeldzame aardeAandrijfmotoren kunnen worden nagebootst. In dat geval neemt het gewicht van de motor slechts met ongeveer 30% toe, wat een klein verschil kan zijn ten opzichte van het totale gewicht van de auto.
4. Nieuwe magneetmaterialen moeten aan de volgende drie basiseigenschappen voldoen: 1) ze moeten magnetisch zijn; 2) ze moeten magnetisch blijven, ook als er andere magnetische velden aanwezig zijn; 3) ze moeten hoge temperaturen kunnen weerstaan.
Volgens Tencent Technology News heeft de elektrische autofabrikant Tesla verklaard dat er geen zeldzame aardmetalen meer worden gebruikt in de motoren van zijn auto's. Dit betekent dat Tesla's ingenieurs al hun creativiteit de vrije loop moeten laten bij het vinden van alternatieve oplossingen.
Vorige maand presenteerde Elon Musk het "Derde Deel van het Masterplan" tijdens de Tesla Investor Day. Een van de details is een klein detail dat voor ophef heeft gezorgd in de natuurkunde. Colin Campbell, een senior executive bij Tesla's aandrijflijnafdeling, kondigde aan dat zijn team zeldzame-aardemagneten uit motoren verwijdert vanwege problemen met de toeleveringsketen en de aanzienlijke negatieve impact van de productie van zeldzame-aardemagneten.
Om dit doel te bereiken, presenteerde Campbell twee dia's met drie mysterieuze materialen, slim gelabeld als zeldzame aarde 1, zeldzame aarde 2 en zeldzame aarde 3. De eerste dia geeft Tesla's huidige situatie weer, waarbij de hoeveelheid zeldzame aarde die het bedrijf in elk voertuig gebruikt varieert van een halve kilo tot 10 gram. Op de tweede dia is het gebruik van alle zeldzame aarde-elementen tot nul gereduceerd.
Voor magnetologen die de magische kracht bestuderen die wordt gegenereerd door elektrische beweging in bepaalde materialen, is de identiteit van zeldzame aarde 1 gemakkelijk te herkennen: neodymium. Wanneer dit metaal wordt toegevoegd aan veelvoorkomende elementen zoals ijzer en boor, kan het bijdragen aan het creëren van een sterk, altijd aanwezig magnetisch veld. Maar weinig materialen hebben deze eigenschap, en nog minder zeldzame aarde-elementen genereren magnetische velden die Tesla-auto's 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 aarde-elementen uit de motor te verwijderen, welke magneet zal het dan in plaats daarvan gebruiken?
Voor natuurkundigen is één ding zeker: Tesla heeft geen compleet nieuw type magnetisch materiaal uitgevonden. Andy Blackburn, Executive Vice President of Strategy bij NIron Magnets, zei: "Over meer dan 100 jaar hebben we misschien nog 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 denken dat het waarschijnlijker is dat Tesla heeft besloten 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 produceren, en sinds de jaren 50 worden koelkastdeuren over de hele wereld op deze manier geproduceerd.
Maar qua volume is het magnetisme van ferriet slechts een tiende van dat van neodymiummagneten, wat nieuwe vragen oproept. Tesla-CEO Elon Musk staat al jaren bekend om zijn compromisloze karakter, maar als Tesla overstapt op ferriet, lijken er concessies gedaan te moeten worden.
Het is gemakkelijk te geloven dat batterijen de krachtbron zijn van elektrische voertuigen, maar in werkelijkheid zijn het elektromagnetische aandrijvingen die elektrische voertuigen aandrijven. Het is geen toeval dat zowel Tesla Company als de magnetische eenheid "Tesla" naar dezelfde persoon vernoemd zijn. Wanneer elektronen door de spoelen in een motor stromen, genereren ze een elektromagnetisch veld dat de tegengestelde magnetische kracht aandrijft, waardoor de as van de motor met de wielen meedraait.
Voor de achterwielen van Tesla's worden deze krachten geleverd door motoren met permanente magneten, een vreemd materiaal met een stabiel magnetisch veld en geen stroomtoevoer, dankzij de slimme rotatie van elektronen rond atomen. Tesla begon pas zo'n vijf jaar geleden met het toevoegen van deze magneten aan auto's om de actieradius te vergroten en het koppel te verhogen zonder de accu te vervangen. Voorheen gebruikte het bedrijf inductiemotoren die rond elektromagneten waren gebouwd, die magnetisme opwekken door elektriciteit te verbruiken. De modellen met voorwielmotoren maken nog steeds gebruik van deze modus.
Tesla's besluit om zeldzame aardmetalen en magneten te laten vallen lijkt wat vreemd. Autofabrikanten zijn vaak geobsedeerd door efficiëntie, vooral in het geval van elektrische auto's, waar ze nog steeds proberen bestuurders te overtuigen hun angst voor actieradius te overwinnen. Maar nu autofabrikanten de productieschaal van elektrische auto's beginnen uit te breiden, duiken veel projecten die voorheen als te inefficiënt werden beschouwd, weer op.
Dit heeft autofabrikanten, waaronder Tesla, ertoe aangezet om meer auto's te produceren met lithium-ijzerfosfaat (LFP)-accu's. Vergeleken met accu's die elementen zoals kobalt en nikkel bevatten, hebben deze modellen vaak een kortere actieradius. Dit is een oudere technologie met een hoger gewicht en een lagere opslagcapaciteit. Momenteel heeft de Model 3, aangedreven door lagesnelheidsaccu's, een actieradius van ongeveer 438 kilometer, terwijl de Model S, uitgerust met geavanceerdere accu's, een actieradius van 640 kilometer kan halen. Het gebruik van lithium-ijzerfosfaataccu's kan echter een verstandigere zakelijke keuze zijn, omdat hiermee het gebruik van duurdere en zelfs politiek riskante materialen wordt vermeden.
Het is echter onwaarschijnlijk dat Tesla magneten zomaar zal vervangen door iets slechters, zoals ferriet, zonder verdere aanpassingen door te voeren. Natuurkundige Alaina Vishna van de Universiteit van Uppsala zei: "Je hebt straks een enorme magneet in je auto. Gelukkig zijn elektromotoren vrij 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-aardemotoren kunnen worden gereproduceerd 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 mogelijk een klein verschil is ten opzichte van het totale gewicht van de auto.
Ondanks deze problemen hebben autofabrikanten nog steeds veel redenen om zeldzame aardmetalen te laten vallen, mits ze dat kunnen. De waarde van de gehele markt voor zeldzame aardmetalen is vergelijkbaar met die van de Amerikaanse eierenmarkt, en theoretisch gezien kunnen zeldzame aardmetalen wereldwijd worden gewonnen, verwerkt en omgezet in magneten, maar in werkelijkheid brengen deze processen veel uitdagingen met zich mee.
Mineralenanalist en populaire blogger over zeldzame aarden, Thomas Krumer, zei: "Dit is een industrie van 10 miljard dollar, maar de waarde van de producten die jaarlijks worden geproduceerd, varieert van 2 tot 3 biljoen dollar, wat een enorme hefboom is. Hetzelfde geldt voor auto's. Zelfs als ze maar een paar kilo van deze stof bevatten, betekent het verwijderen ervan 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-aardemijnen in Californië, die begin 21e eeuw werden gesloten, zijn onlangs heropend en leveren momenteel 15% van de zeldzame-aardebronnen wereldwijd. In de Verenigde Staten moeten overheidsinstanties (met name het Ministerie van Defensie) krachtige magneten leveren voor apparatuur zoals vliegtuigen en satellieten, en ze investeren enthousiast in toeleveringsketens in eigen land en in regio's zoals Japan en Europa. Maar gezien de kosten, de benodigde technologie en milieuproblemen is dit een langzaam proces dat jaren of zelfs decennia kan duren.
Geplaatst op: 11 mei 2023