نظرًا لسلسلة التوريد والمشكلات البيئية، يعمل قسم توليد الحركة في Tesla جاهدًا لإزالة المغناطيسات الأرضية النادرة من المحركات ويبحث عن حلول بديلة.
لم تخترع تسلا بعد مادة مغناطيسية جديدة تمامًا، لذلك قد تكتفي بالتكنولوجيا الحالية، على الأرجح باستخدام الفريت الرخيص وسهل التصنيع.
من خلال وضع مغناطيس الفريت بعناية وضبط الجوانب الأخرى لتصميم المحرك، يتم تحسين العديد من مؤشرات الأداءالأرض النادرةيمكن تكرار محركات القيادة. وفي هذه الحالة لا يزيد وزن المحرك إلا بنسبة 30% تقريبًا، وهو ما قد يكون فرقًا بسيطًا مقارنة بالوزن الإجمالي للسيارة.
4. يجب أن تتمتع المواد المغناطيسية الجديدة بالخصائص الأساسية الثلاث التالية: 1) يجب أن تتمتع بالمغناطيسية؛ 2) الاستمرار في الحفاظ على المغناطيسية في ظل وجود مجالات مغناطيسية أخرى؛ 3) يتحمل درجات الحرارة العالية.
وفقًا لـ Tencent Technology News، ذكرت شركة تصنيع السيارات الكهربائية Tesla أن العناصر الأرضية النادرة لن يتم استخدامها بعد الآن في محركات سياراتها، مما يعني أنه سيتعين على مهندسي Tesla إطلاق العنان لإبداعهم بالكامل في إيجاد حلول بديلة.
في الشهر الماضي، أصدر إيلون ماسك "الجزء الثالث من الخطة الرئيسية" في حدث يوم مستثمر تسلا. من بينها، هناك تفاصيل صغيرة أحدثت ضجة كبيرة في مجال الفيزياء. أعلن كولين كامبل، أحد كبار المسؤولين التنفيذيين في قسم توليد القوة في شركة تيسلا، أن فريقه يقوم بإزالة المغناطيسات الأرضية النادرة من المحركات بسبب مشكلات سلسلة التوريد والتأثير السلبي الكبير لإنتاج مغناطيسات أرضية نادرة.
ولتحقيق هذا الهدف، قدم كامبل شريحتين تتضمن ثلاث مواد غامضة تم تصنيفها بذكاء على أنها أتربة نادرة 1، وأتربة نادرة 2، وأتربة نادرة 3. وتمثل الشريحة الأولى الوضع الحالي لشركة تسلا، حيث توضح كمية العناصر الأرضية النادرة التي تستخدمها الشركة في كل مركبة. يتراوح من نصف كيلو جرام إلى 10 جرام. في الشريحة الثانية، تم تقليل استخدام جميع العناصر الأرضية النادرة إلى الصفر.
بالنسبة لعلماء المغناطيسية الذين يدرسون القوة السحرية الناتجة عن الحركة الإلكترونية في مواد معينة، يمكن التعرف بسهولة على هوية الأرض النادرة 1، وهي النيوديميوم. عند إضافته إلى عناصر مشتركة مثل الحديد والبورون، يمكن أن يساعد هذا المعدن في إنشاء مجال مغناطيسي قوي دائمًا. لكن القليل من المواد تتمتع بهذه الجودة، وعدد أقل من العناصر الأرضية النادرة يولد مجالات مغناطيسية يمكنها تحريك سيارات تسلا التي يزيد وزنها عن 2000 كيلوغرام، بالإضافة إلى أشياء أخرى كثيرة بدءًا من الروبوتات الصناعية وحتى الطائرات المقاتلة. إذا كانت تسلا تخطط لإزالة النيوديميوم والعناصر الأرضية النادرة الأخرى من المحرك، فما هو المغناطيس الذي ستستخدمه بدلاً من ذلك؟
بالنسبة للفيزيائيين، هناك شيء واحد مؤكد: أن تسلا لم يخترع نوعًا جديدًا تمامًا من المواد المغناطيسية. قال آندي بلاكبيرن، نائب الرئيس التنفيذي للاستراتيجية في شركة NIron Magnets: "في أكثر من 100 عام، قد لا يكون لدينا سوى عدد قليل من الفرص للحصول على نقاط جذب أعمال جديدة." تعد NIron Magnets واحدة من الشركات الناشئة القليلة التي تحاول اغتنام الفرصة التالية.
يعتقد بلاكبيرن وآخرون أنه من المرجح أن تكون شركة تيسلا قد قررت الاكتفاء بمغناطيس أقل قوة بكثير. من بين العديد من الاحتمالات، فإن المرشح الأكثر وضوحًا هو الفريت: وهو عبارة عن سيراميك يتكون من الحديد والأكسجين، ممزوجًا بكمية صغيرة من المعدن مثل السترونتيوم. إنها رخيصة الثمن وسهلة التصنيع، ومنذ الخمسينيات من القرن الماضي، تم تصنيع أبواب الثلاجات حول العالم بهذه الطريقة.
ولكن من حيث الحجم، فإن مغناطيسية الفريت لا تتجاوز عُشر مغناطيسية مغناطيس النيوديميوم، مما يثير أسئلة جديدة. كان الرئيس التنفيذي لشركة Tesla Elon Musk معروفًا دائمًا بعدم المساومة، ولكن إذا أرادت Tesla التحول إلى الفريت، فيبدو أنه يجب تقديم بعض التنازلات.
من السهل الاعتقاد بأن البطاريات هي قوة المركبات الكهربائية، ولكن في الواقع، فإن القيادة الكهرومغناطيسية هي التي تقود المركبات الكهربائية. وليس من قبيل الصدفة أن تحمل كل من شركة تيسلا والوحدة المغناطيسية "تسلا" اسم الشخص نفسه. عندما تتدفق الإلكترونات عبر الملفات في المحرك، فإنها تولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يدفع القوة المغناطيسية المعاكسة، مما يتسبب في دوران عمود المحرك مع العجلات.
بالنسبة للعجلات الخلفية لسيارات تسلا، يتم توفير هذه القوى بواسطة محركات ذات مغناطيس دائم، وهي مادة غريبة ذات مجال مغناطيسي مستقر ولا يوجد بها مدخل تيار، وذلك بفضل الدوران الذكي للإلكترونات حول الذرات. بدأت شركة تسلا بإضافة هذه المغناطيسات إلى السيارات منذ حوالي خمس سنوات فقط، من أجل توسيع النطاق وزيادة عزم الدوران دون ترقية البطارية. قبل ذلك، استخدمت الشركة المحركات الحثية المصنعة حول المغناطيسات الكهربائية، والتي تولد المغناطيسية عن طريق استهلاك الكهرباء. لا تزال تلك الطرازات المجهزة بمحركات أمامية تستخدم هذا الوضع.
يبدو تحرك تسلا للتخلي عن العناصر الأرضية النادرة والمغناطيسات غريبًا بعض الشيء. غالباً ما تكون شركات السيارات مهووسة بالكفاءة، خاصة في حالة السيارات الكهربائية، حيث لا تزال تحاول إقناع السائقين بالتغلب على خوفهم من المدى. ولكن مع بدء شركات تصنيع السيارات في توسيع نطاق إنتاج السيارات الكهربائية، فإن العديد من المشاريع التي كانت تعتبر في السابق غير فعالة للغاية بدأت تظهر من جديد.
وقد دفع هذا شركات صناعة السيارات، بما في ذلك تسلا، إلى إنتاج المزيد من السيارات باستخدام بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP). بالمقارنة مع البطاريات التي تحتوي على عناصر مثل الكوبالت والنيكل، غالبًا ما يكون لهذه النماذج مدى أقصر. هذه تقنية قديمة ذات وزن أكبر وسعة تخزين أقل. في الوقت الحاضر، يبلغ مدى الطراز 3 الذي يعمل بالطاقة منخفضة السرعة 272 ميلاً (حوالي 438 كيلومترًا)، في حين يمكن للطراز S البعيد المزود ببطاريات أكثر تقدمًا أن يصل إلى 400 ميل (640 كيلومترًا). ومع ذلك، فإن استخدام بطارية ليثيوم فوسفات الحديد قد يكون خيارًا تجاريًا أكثر منطقية، لأنه يتجنب استخدام مواد أكثر تكلفة وحتى محفوفة بالمخاطر السياسية.
ومع ذلك، من غير المرجح أن تقوم تسلا ببساطة باستبدال المغناطيس بشيء أسوأ، مثل الفريت، دون إجراء أي تغييرات أخرى. وقالت عالمة الفيزياء بجامعة أوبسالا ألينا فيشنا: "سوف تحمل مغناطيسًا ضخمًا في سيارتك. ولحسن الحظ، فإن المحركات الكهربائية عبارة عن آلات معقدة للغاية تحتوي على العديد من المكونات الأخرى التي يمكن إعادة ترتيبها نظريًا لتقليل تأثير استخدام مغناطيس أضعف.
في نماذج الكمبيوتر، قررت شركة المواد Proterial مؤخرًا أن العديد من مؤشرات الأداء لمحركات الدفع الأرضية النادرة يمكن تكرارها عن طريق وضع مغناطيسات الفريت بعناية وضبط الجوانب الأخرى لتصميم المحرك. وفي هذه الحالة لا يزيد وزن المحرك إلا بحوالي 30%، وهو ما قد يكون فرقًا بسيطًا مقارنة بالوزن الإجمالي للسيارة.
على الرغم من هذه المشاكل، لا يزال لدى شركات السيارات أسباب كثيرة للتخلي عن العناصر الأرضية النادرة، بشرط أن تتمكن من القيام بذلك. إن قيمة سوق العناصر الأرضية النادرة بأكملها مماثلة لقيمة 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.
قال توماس كرومر، محلل المعادن والمدون المشهور لمراقبة الأرض النادرة: "هذه صناعة تبلغ قيمتها 10 مليارات دولار، لكن قيمة المنتجات التي يتم إنشاؤها كل عام تتراوح من 2 تريليون دولار إلى 3 تريليون دولار، وهو مبلغ ضخم. الشيء نفسه ينطبق على السيارات. وحتى لو كانت تحتوي فقط على بضعة كيلوغرامات من هذه المادة، فإن إزالتها تعني أن السيارات لن تتمكن من العمل إلا إذا كنت على استعداد لإعادة تصميم المحرك بالكامل
وتحاول الولايات المتحدة وأوروبا تنويع سلسلة التوريد هذه. تم مؤخرًا إعادة فتح مناجم الأتربة النادرة في كاليفورنيا، والتي تم إغلاقها في أوائل القرن الحادي والعشرين، وهي توفر حاليًا 15% من موارد الأرض النادرة في العالم. وفي الولايات المتحدة، تحتاج الوكالات الحكومية (وخاصة وزارة الدفاع) إلى توفير مغناطيسات قوية لمعدات مثل الطائرات والأقمار الصناعية، وهي متحمسة للاستثمار في سلاسل التوريد محليا وفي مناطق مثل اليابان وأوروبا. ولكن بالنظر إلى التكلفة والتكنولوجيا المطلوبة والقضايا البيئية، فهذه عملية بطيئة يمكن أن تستمر لعدة سنوات أو حتى عقود.
وقت النشر: 11-مايو-2023