قد تفكر محركات Tesla في استبدال مغناطيس الأرض النادر مع الفريت منخفض الأداء

بسبب سلسلة التوريد والقضايا البيئية ، تعمل قسم توليد الطاقة في Tesla بجد لإزالة مغناطيس الأرض النادر من المحركات ويبحث عن حلول بديلة.

لم يخترع Tesla بعد مادة مغناطيس جديدة تمامًا ، لذلك قد تجعل التكنولوجيا الحالية ، على الأرجح باستخدام الفريت الرخيصة والسهلة المصنعة.

من خلال وضع مغناطيس الفريت بعناية وضبط الجوانب الأخرى لتصميم المحركات ، العديد من مؤشرات الأداءأرض نادرةيمكن تكرار محركات القيادة. في هذه الحالة ، يزداد وزن المحرك فقط بنحو 30 ٪ ، وهو ما قد يكون فرقًا صغيرًا مقارنة بالوزن الكلي للسيارة.

4. تحتاج مواد المغناطيس الجديدة إلى الحصول على الخصائص الأساسية الثلاثة التالية: 1) يحتاجون إلى المغناطيسية ؛ 2) الاستمرار في الحفاظ على المغناطيسية في وجود حقول مغناطيسية أخرى ؛ 3) يمكن تحمل درجات حرارة عالية.

وفقًا لـ Tencent Technology News ، صرحت شركة Tesla ، الشركة المصنعة للسيارات الكهربائية ، بأن العناصر الأرضية النادرة لن يتم استخدامها في محركات سياراتها ، مما يعني أن مهندسي Tesla سيتعين عليهم إطلاق إبداعهم تمامًا في العثور على حلول بديلة.

في الشهر الماضي ، أصدر Elon Musk "الجزء الثالث من الخطة الرئيسية" في حدث يوم Tesla Investor Day. من بينها ، هناك تفاصيل صغيرة تسببت في ضجة كبيرة في مجال الفيزياء. أعلن كولن كامبل ، كبير المسؤولين التنفيذيين في قسم توليد القوة في تسلا ، أن فريقه يزيل مغناطيس الأرض النادر من المحركات بسبب مشكلات سلسلة التوريد والتأثير السلبي الكبير لإنتاج مغناطيسات أرضية نادرة.

ولتحقيق هذا الهدف ، قدمت كامبل شريحتين شاركت في ثلاث مواد غامضة تم تصنيفها بذكاء على أنها أرض نادرة 1 ، و Rare Earth 2 ، و Rare Earth 3. تمثل الشريحة الأولى الوضع الحالي في تسلا ، حيث تتراوح كمية الأرض النادرة التي تستخدمها الشركة في كل مركبة من نصف كيلوغرام إلى 10 غرامات. في الشريحة الثانية ، تم تخفيض استخدام جميع العناصر الأرضية النادرة إلى الصفر.

بالنسبة لعلماء المغناطيسية الذين يدرسون الطاقة السحرية الناتجة عن الحركة الإلكترونية في مواد معينة ، يمكن التعرف بسهولة على هوية الأرض النادرة 1 ، وهي النيوديميوم. عند إضافته إلى العناصر الشائعة مثل الحديد والبورون ، يمكن أن يساعد هذا المعدن في إنشاء حقل مغناطيسي قوي. لكن عدد قليل من المواد لها هذه الجودة ، وحتى عدد أقل من العناصر الأرضية النادرة تولد حقول مغناطيسية يمكنها تحريك سيارات تسلا التي تزيد وزنها عن 2000 كيلوغرام ، بالإضافة إلى العديد من الأشياء الأخرى من الروبوتات الصناعية إلى الطائرات المقاتلة. إذا خططت Tesla لإزالة النيوديميوم وعناصر الأرض النادرة الأخرى من المحرك ، فما هو المغناطيس الذي سيستخدمه بدلاً من ذلك؟

بالنسبة للفيزيائيين ، هناك شيء واحد مؤكد: لم تخترع تسلا نوعًا جديدًا تمامًا من المواد المغناطيسية. وقال آندي بلاكبيرن ، نائب الرئيس التنفيذي للاستراتيجية في نيرون المغناطس ، "في أكثر من 100 عام ، قد يكون لدينا فقط بعض الفرص لاكتساب مغناطيس أعمال جديد." Niron Magnets هي واحدة من الشركات الناشئة القليلة التي تحاول اغتنام الفرصة التالية.

يعتقد بلاكبيرن وآخرون أنه من المرجح أن تسلا قررت أن تفعل بمغناطيس أقل قوة. من بين العديد من الاحتمالات ، المرشح الأكثر وضوحًا هو الفريت: خزف يتكون من الحديد والأكسجين ، مختلط بكمية صغيرة من المعدن مثل السترونتيوم. إنها رخيصة وسهلة التصنيع ، ومنذ الخمسينيات من القرن الماضي ، تم تصنيع أبواب الثلاجة في جميع أنحاء العالم بهذه الطريقة.

ولكن من حيث الحجم ، فإن مغنطيسية الفريت ليست سوى عُشر مغناطيس النيوديميوم ، مما يثير أسئلة جديدة. كان الرئيس التنفيذي لشركة Tesla Elon Musk معروفًا دائمًا بأنه لا هوادة فيه ، ولكن إذا كانت Tesla تتحول إلى الفريت ، فيبدو أنه يجب تقديم بعض التنازلات.

من السهل تصديق أن البطاريات هي قوة السيارات الكهربائية ، ولكن في الواقع ، فإن القيادة الكهرومغناطيسية هي التي تدفع السيارات الكهربائية. ليس من قبيل الصدفة أن يتم تسمية كل من شركة Tesla والوحدة المغناطيسية "Tesla" على اسم نفس الشخص. عندما تتدفق الإلكترونات عبر الملفات في محرك ، فإنها تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يدفع القوة المغناطيسية المعاكسة ، مما يتسبب في تدوير رمح المحرك بالعجلات.

بالنسبة للعجلات الخلفية لسيارات Tesla ، يتم توفير هذه القوى بواسطة المحركات ذات المغناطيس الدائم ، ومواد غريبة مع مجال مغناطيسي مستقر ولا يوجد مدخلات حالية ، وذلك بفضل الدوران الذكي للإلكترونات حول الذرات. بدأت Tesla فقط في إضافة هذه المغناطيس إلى السيارات منذ حوالي خمس سنوات ، من أجل تمديد المدى وزيادة عزم الدوران دون ترقية البطارية. قبل ذلك ، استخدمت الشركة محركات التعريفية المصنعة حول المغناطيسات الكهرومغنسية ، والتي تولد المغناطيسية عن طريق استهلاك الكهرباء. لا تزال هذه النماذج المزودة بالمحركات الأمامية تستخدم هذا الوضع.

يبدو أن تحرك تسلا للتخلي عن الأرض والمغناطيس النادرة. غالبًا ما تكون شركات السيارات مهووسة بالكفاءة ، خاصة في حالة السيارات الكهربائية ، حيث ما زالوا يحاولون إقناع السائقين بالتغلب على خوفهم من النطاق. ولكن مع بدء تشغيل الشركات المصنعة للسيارات في توسيع نطاق إنتاج السيارات الكهربائية ، فإن العديد من المشاريع التي كانت تعتبر غير فعالة من قبل.

وقد دفع هذا مصنعين للسيارات ، بما في ذلك Tesla ، إلى إنتاج المزيد من السيارات باستخدام بطاريات الفوسفات الحديد الليثيوم (LFP). بالمقارنة مع البطاريات التي تحتوي على عناصر مثل الكوبالت والنيكل ، غالبًا ما يكون لهذه النماذج نطاق أقصر. هذه تقنية أقدم مع وزن أكبر وسعة تخزين أقل. في الوقت الحاضر ، يتراوح طراز 3 مدعوم من الطاقة منخفضة السرعة من 272 ميلًا (حوالي 438 كيلومترًا) ، في حين أن الطراز البعيد المجهز ببطاريات أكثر تقدمًا يمكن أن يصل إلى 400 ميل (640 كيلومترًا). ومع ذلك ، فإن استخدام بطارية فوسفات الحديد الليثيوم قد يكون اختيارًا أكثر عقلانية للأعمال ، لأنه يتجنب استخدام مواد أكثر تكلفة وحتى مخاطرة سياسية.

ومع ذلك ، من غير المرجح أن تحل تسلا ببساطة استبدال المغناطيس بشيء أسوأ ، مثل الفريت ، دون إجراء أي تغييرات أخرى. قالت الفيزيائية في جامعة أوبسالا ألينا فيشنا ، "ستحمل مغناطيسًا ضخمًا في سيارتك. لحسن الحظ ، تعد المحركات الكهربائية آلات معقدة للغاية مع العديد من المكونات الأخرى التي يمكن إعادة ترتيبها نظريًا لتقليل تأثير استخدام المغناطيس الأضعف.

في نماذج الكمبيوتر ، قررت شركة Material Company مؤخرًا أن العديد من مؤشرات الأداء لمحركات محرك الأرض النادرة يمكن تكرارها عن طريق وضع مغناطيس الفريت بعناية وضبط جوانب أخرى من تصميم المحرك. في هذه الحالة ، يزداد وزن المحرك فقط بنحو 30 ٪ ، وهو ما قد يكون فرقًا صغيرًا مقارنة بالوزن الكلي للسيارة.

على الرغم من هذه الصداع ، لا يزال أمام شركات السيارات العديد من الأسباب للتخلي عن عناصر الأرض النادرة ، شريطة أن تتمكن من القيام بذلك. تشبه قيمة سوق الأرض النادرة بأكملها قيمة سوق البيض في الولايات المتحدة ، ومن الناحية النظرية ، يمكن استخراج العناصر الأرضية النادرة ومعالجتها وتحويلها إلى مغناطيس في جميع أنحاء العالم ، ولكن في الواقع ، تمثل هذه العمليات العديد من التحديات.

وقال توماس كرومر ، المحلل المعدني ومدوي مراقبة الأرض النادرة ، "هذه صناعة بقيمة 10 مليارات دولار ، لكن قيمة المنتجات التي يتم إنشاؤها كل عام تتراوح بين 2 تريليون دولار إلى 3 تريليونات دولار ، وهي رافعة ضخمة. الشيء نفسه ينطبق على السيارات. حتى لو كانت تحتوي فقط على بضعة كيلوغرامات من هذه المادة ، فإن إزالتها تعني أن السيارات لم تعد قادرة على التشغيل إلا إذا كنت على استعداد لإعادة تصميم المحرك بأكمله

تحاول الولايات المتحدة وأوروبا تنويع سلسلة التوريد هذه. أعدت مناجم الأرض النادرة في كاليفورنيا ، التي تم إغلاقها في أوائل القرن الحادي والعشرين ، مؤخرًا وتزويد حاليًا 15 ٪ من موارد الأرض النادرة في العالم. في الولايات المتحدة ، تحتاج الوكالات الحكومية (وخاصة وزارة الدفاع) إلى توفير مغناطيسات قوية للمعدات مثل الطائرات والأقمار الصناعية ، وهي متحمسة للاستثمار في سلاسل التوريد محليًا وفي مناطق مثل اليابان وأوروبا. لكن بالنظر إلى التكلفة والتكنولوجيا المطلوبة والقضايا البيئية ، فهذه عملية بطيئة يمكن أن تستمر لعدة سنوات أو حتى عقود.