با توجه به مسائل مربوط به زنجیره تأمین و محیط زیست، بخش پیشرانه تسلا سخت در تلاش است تا آهنرباهای کمیاب را از موتورها حذف کند و به دنبال راه‌حل‌های جایگزین است.
تسلا هنوز یک ماده مغناطیسی کاملاً جدید اختراع نکرده است، بنابراین ممکن است با فناوری موجود، به احتمال زیاد با استفاده از فریت ارزان و به راحتی تولید شده، این کار را انجام دهد.
با قرار دادن دقیق آهنرباهای فریت و تنظیم سایر جنبه‌های طراحی موتور، بسیاری از شاخص‌های عملکردخاک کمیابموتورهای محرک را می‌توان تکثیر کرد. در این حالت، وزن موتور فقط حدود 30٪ افزایش می‌یابد که ممکن است در مقایسه با وزن کلی خودرو، تفاوت کمی باشد.
۴. مواد مغناطیسی جدید باید سه ویژگی اساسی زیر را داشته باشند: ۱) باید خاصیت مغناطیسی داشته باشند؛ ۲) در حضور سایر میدان‌های مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی خود را حفظ کنند؛ ۳) بتوانند در دماهای بالا مقاومت کنند.
طبق گزارش Tencent Technology News، شرکت تسلا، تولیدکننده خودروهای برقی، اعلام کرده است که دیگر از عناصر کمیاب خاکی در موتورهای خودروهایش استفاده نخواهد کرد، به این معنی که مهندسان تسلا باید خلاقیت خود را برای یافتن راه‌حل‌های جایگزین به طور کامل آزاد کنند.
ماه گذشته، ایلان ماسک «بخش سوم طرح جامع» را در رویداد روز سرمایه‌گذاران تسلا منتشر کرد. در میان آنها، یک نکته کوچک وجود دارد که در حوزه فیزیک سر و صدا به پا کرده است. کالین کمپبل، مدیر ارشد بخش پیشرانه تسلا، اعلام کرد که تیمش به دلیل مشکلات زنجیره تأمین و تأثیر منفی قابل توجه تولید آهنرباهای عناصر کمیاب، در حال حذف آهنرباهای عناصر کمیاب از موتورها است.
برای دستیابی به این هدف، کمپبل دو اسلاید شامل سه ماده مرموز را که هوشمندانه با عنوان‌های خاک کمیاب ۱، خاک کمیاب ۲ و خاک کمیاب ۳ برچسب‌گذاری شده بودند، ارائه داد. اسلاید اول وضعیت فعلی تسلا را نشان می‌دهد، جایی که میزان خاک‌های کمیاب مورد استفاده این شرکت در هر وسیله نقلیه از نیم کیلوگرم تا ۱۰ گرم متغیر است. در اسلاید دوم، استفاده از تمام عناصر خاکی کمیاب به صفر کاهش یافته است.
برای مغناطیس‌شناسانی که قدرت جادویی تولید شده توسط حرکت الکترونیکی در مواد خاص را مطالعه می‌کنند، هویت عنصر خاکی کمیاب ۱ به راحتی قابل تشخیص است که همان نئودیمیم است. این فلز وقتی به عناصر رایجی مانند آهن و بور اضافه می‌شود، می‌تواند به ایجاد یک میدان مغناطیسی قوی و همیشه فعال کمک کند. اما مواد کمی این کیفیت را دارند و حتی تعداد کمتری از عناصر خاکی کمیاب میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کنند که می‌توانند ماشین‌های تسلا با وزن بیش از ۲۰۰۰ کیلوگرم و همچنین بسیاری از چیزهای دیگر از ربات‌های صنعتی گرفته تا جت‌های جنگنده را حرکت دهند. اگر تسلا قصد دارد نئودیمیم و سایر عناصر خاکی کمیاب را از موتور حذف کند، به جای آن از کدام آهنربا استفاده خواهد کرد؟
برای فیزیکدانان، یک چیز قطعی است: تسلا نوع کاملاً جدیدی از ماده مغناطیسی را اختراع نکرد. اندی بلکبرن، معاون اجرایی استراتژی در NIron Magnets، گفت: «در بیش از ۱۰۰ سال، ممکن است فقط چند فرصت برای به دست آوردن آهنرباهای تجاری جدید داشته باشیم.» NIron Magnets یکی از معدود استارت‌آپ‌هایی است که سعی در استفاده از فرصت بعدی دارد.
بلکبرن و دیگران معتقدند که به احتمال زیاد تسلا تصمیم گرفته است که با یک آهنربای بسیار کم‌قدرت‌تر کار کند. در میان بسیاری از احتمالات، واضح‌ترین گزینه فریت است: سرامیکی متشکل از آهن و اکسیژن که با مقدار کمی فلز مانند استرانسیوم مخلوط شده است. این ماده هم ارزان است و هم ساخت آن آسان است و از دهه ۱۹۵۰، درهای یخچال در سراسر جهان به این روش ساخته شده‌اند.
اما از نظر حجم، خاصیت مغناطیسی فریت تنها یک دهم آهنرباهای نئودیمیوم است که سوالات جدیدی را مطرح می‌کند. ایلان ماسک، مدیرعامل تسلا، همیشه به خاطر سازش‌ناپذیری‌اش شناخته شده است، اما اگر قرار است تسلا به فریت روی بیاورد، به نظر می‌رسد که باید برخی امتیازات داده شود.
باور اینکه باتری‌ها نیروی محرکه خودروهای الکتریکی هستند، آسان است، اما در واقع، این نیروی محرکه الکترومغناطیسی است که خودروهای الکتریکی را به حرکت در می‌آورد. تصادفی نیست که هم شرکت تسلا و هم واحد مغناطیسی «تسلا» به نام یک شخص نامگذاری شده‌اند. وقتی الکترون‌ها از طریق سیم‌پیچ‌ها در یک موتور جریان می‌یابند، یک میدان الکترومغناطیسی تولید می‌کنند که نیروی مغناطیسی مخالف را به حرکت در می‌آورد و باعث می‌شود شفت موتور با چرخ‌ها بچرخد.
برای چرخ‌های عقب خودروهای تسلا، این نیروها توسط موتورهایی با آهنرباهای دائمی، ماده‌ای عجیب با میدان مغناطیسی پایدار و بدون ورودی جریان، به لطف چرخش هوشمندانه الکترون‌ها به دور اتم‌ها، تأمین می‌شوند. تسلا حدود پنج سال پیش شروع به اضافه کردن این آهنرباها به خودروها کرد تا برد و گشتاور را بدون ارتقاء باتری افزایش دهد. پیش از این، این شرکت از موتورهای القایی ساخته شده با آهنرباهای الکتریکی استفاده می‌کرد که با مصرف برق، مغناطیس تولید می‌کنند. مدل‌هایی که به موتورهای جلو مجهز هستند، هنوز از این حالت استفاده می‌کنند.
اقدام تسلا برای کنار گذاشتن عناصر خاکی کمیاب و آهنرباها کمی عجیب به نظر می‌رسد. شرکت‌های خودروسازی اغلب وسواس زیادی روی بهره‌وری دارند، به خصوص در مورد خودروهای برقی، جایی که هنوز در تلاشند رانندگان را متقاعد کنند تا بر ترس خود از برد مسافتی غلبه کنند. اما با شروع گسترش مقیاس تولید خودروهای برقی توسط تولیدکنندگان خودرو، بسیاری از پروژه‌هایی که قبلاً بسیار ناکارآمد تلقی می‌شدند، دوباره مطرح می‌شوند.
این امر تولیدکنندگان خودرو، از جمله تسلا، را بر آن داشته است تا خودروهای بیشتری با استفاده از باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (LFP) تولید کنند. در مقایسه با باتری‌های حاوی عناصری مانند کبالت و نیکل، این مدل‌ها اغلب برد کوتاه‌تری دارند. این یک فناوری قدیمی‌تر با وزن بیشتر و ظرفیت ذخیره‌سازی کمتر است. در حال حاضر، مدل ۳ که با نیروی کم سرعت کار می‌کند، بردی معادل ۲۷۲ مایل (تقریباً ۴۳۸ کیلومتر) دارد، در حالی که مدل S که از راه دور و مجهز به باتری‌های پیشرفته‌تر است، می‌تواند به ۴۰۰ مایل (۶۴۰ کیلومتر) برسد. با این حال، استفاده از باتری لیتیوم آهن فسفات ممکن است یک انتخاب تجاری معقول‌تر باشد، زیرا از استفاده از مواد گران‌تر و حتی از نظر سیاسی پرخطر جلوگیری می‌کند.
با این حال، بعید است که تسلا به سادگی آهنرباها را با چیزی بدتر، مانند فریت، بدون ایجاد هیچ تغییر دیگری جایگزین کند. آلاینا ویشنا، فیزیکدان دانشگاه اوپسالا، گفت: «شما یک آهنربای بزرگ را در ماشین خود حمل خواهید کرد. خوشبختانه، موتورهای الکتریکی ماشین‌های کاملاً پیچیده‌ای با اجزای بسیار دیگری هستند که از نظر تئوری می‌توان آنها را برای کاهش تأثیر استفاده از آهنرباهای ضعیف‌تر، دوباره تنظیم کرد.»
در مدل‌های کامپیوتری، شرکت مواد Proterial اخیراً مشخص کرده است که بسیاری از شاخص‌های عملکرد موتورهای محرک از جنس عناصر کمیاب را می‌توان با قرار دادن دقیق آهنرباهای فریت و تنظیم سایر جنبه‌های طراحی موتور، تکرار کرد. در این حالت، وزن موتور تنها حدود 30 درصد افزایش می‌یابد که ممکن است در مقایسه با وزن کلی خودرو، تفاوت کمی باشد.
با وجود این سردردها، شرکت‌های خودروسازی هنوز دلایل زیادی برای کنار گذاشتن عناصر خاکی کمیاب دارند، البته به شرطی که بتوانند این کار را انجام دهند. ارزش کل بازار عناصر خاکی کمیاب مشابه بازار تخم‌مرغ در ایالات متحده است و از لحاظ تئوری، عناصر خاکی کمیاب را می‌توان در سراسر جهان استخراج، فرآوری و به آهنربا تبدیل کرد، اما در واقعیت، این فرآیندها چالش‌های زیادی را به همراه دارند.
توماس کرومر، تحلیلگر مواد معدنی و وبلاگ نویس محبوب رصد عناصر نادر خاکی، گفت: «این یک صنعت ۱۰ میلیارد دلاری است، اما ارزش محصولاتی که هر ساله تولید می‌شوند از ۲ تا ۳ تریلیون دلار متغیر است که یک اهرم بزرگ است. همین امر در مورد خودروها نیز صدق می‌کند. حتی اگر آنها فقط حاوی چند کیلوگرم از این ماده باشند، حذف آنها به این معنی است که خودروها دیگر نمی‌توانند کار کنند، مگر اینکه مایل به طراحی مجدد کل موتور باشید.»
ایالات متحده و اروپا در تلاشند تا این زنجیره تأمین را متنوع کنند. معادن عناصر نادر خاکی کالیفرنیا که در اوایل قرن بیست و یکم بسته شده بودند، اخیراً بازگشایی شده‌اند و در حال حاضر 15٪ از منابع عناصر نادر خاکی جهان را تأمین می‌کنند. در ایالات متحده، سازمان‌های دولتی (به ویژه وزارت دفاع) نیاز به تأمین آهنرباهای قدرتمند برای تجهیزاتی مانند هواپیماها و ماهواره‌ها دارند و مشتاق سرمایه‌گذاری در زنجیره‌های تأمین در داخل کشور و در مناطقی مانند ژاپن و اروپا هستند. اما با توجه به هزینه، فناوری مورد نیاز و مسائل زیست‌محیطی، این یک فرآیند کند است که می‌تواند چندین سال یا حتی دهه‌ها طول بکشد.
زمان ارسال: ۱۱ مه ۲۰۲۳