Tesla เพิ่งประกาศว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรรุ่นต่อไปที่กำหนดค่าบนยานพาหนะไฟฟ้าจะไม่ใช้วัสดุจากแร่หายากเลย!
สโลแกนของเทสลา: แม่เหล็กถาวรที่หายากของโลกจะถูกกำจัดออกไปโดยสิ้นเชิง
นี่เป็นเรื่องจริงเหรอ?
ในความเป็นจริง ในปี 2018 ยานพาหนะไฟฟ้า 93% ของโลกได้รับการติดตั้งระบบส่งกำลังที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่ทำจากแร่หายากในปี 2020 77% ของตลาดรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรผู้สังเกตการณ์อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าเชื่อว่าเนื่องจากจีนได้กลายเป็นหนึ่งในตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุด และจีนได้ควบคุมการจัดหาแร่หายากเป็นส่วนใหญ่ จึงไม่น่าเป็นไปได้ที่จีนจะเปลี่ยนจากเครื่องจักรแม่เหล็กถาวรแต่สถานการณ์ของ Tesla คืออะไร และเขาคิดอย่างไร? ในปี 2018 เทสลาใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบฝังเป็นครั้งแรกในรุ่น 3 โดยที่ยังคงรักษามอเตอร์เหนี่ยวนำไว้ที่เพลาหน้าปัจจุบัน Tesla ใช้มอเตอร์สองประเภทในรถยนต์ไฟฟ้ารุ่น S และ X ประเภทหนึ่งคือมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากและอีกประเภทหนึ่งเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำมอเตอร์เหนี่ยวนำสามารถให้กำลังได้มากขึ้น และมอเตอร์เหนี่ยวนำที่มีแม่เหล็กถาวรจะมีประสิทธิภาพมากกว่าและสามารถปรับปรุงระยะการขับขี่ได้ 10%
ต้นกำเนิดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร เมื่อพูดถึงเรื่องนี้ เราต้องพูดถึงว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรของแรร์เอิร์ธเกิดขึ้นได้อย่างไรทุกคนรู้ดีว่าแม่เหล็กก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า และไฟฟ้าก่อให้เกิดแม่เหล็ก และการสร้างมอเตอร์ก็แยกออกจากสนามแม่เหล็กไม่ได้ดังนั้นจึงมีสองวิธีในการสร้างสนามแม่เหล็ก: การกระตุ้นและแม่เหล็กถาวร มอเตอร์กระแสตรง มอเตอร์ซิงโครนัส และมอเตอร์พิเศษขนาดเล็กจำนวนมากล้วนต้องการสนามแม่เหล็กกระแสตรงวิธีการดั้งเดิมคือการใช้ขดลวดที่มีพลังงาน (เรียกว่าขั้วแม่เหล็ก) กับแกนเหล็กเพื่อให้ได้สนามแม่เหล็ก แต่ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของวิธีนี้คือกระแสไฟฟ้ามีการสูญเสียพลังงานในความต้านทานของขดลวด (การสร้างความร้อน) จึงช่วยลด ประสิทธิภาพของมอเตอร์และต้นทุนการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้น ในเวลานี้ ผู้คนต่างคิดว่า ถ้ามีสนามแม่เหล็กถาวร และไม่มีการใช้ไฟฟ้าเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กอีกต่อไป ดัชนีทางเศรษฐกิจของมอเตอร์ก็จะดีขึ้นดังนั้นในช่วงทศวรรษปี 1980 จึงมีวัสดุแม่เหล็กถาวรหลายชนิดปรากฏขึ้น จากนั้นจึงนำไปใช้กับมอเตอร์ ทำให้เกิดมอเตอร์แม่เหล็กถาวร
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรชนิดแรร์เอิร์ธเป็นผู้นำ แล้ววัสดุอะไรที่สามารถผลิตแม่เหล็กถาวรได้?ชาวเน็ตหลายคนคิดว่ามีเนื้อหาประเภทเดียวเท่านั้นในความเป็นจริง มีแม่เหล็กสี่ประเภทหลักที่สามารถสร้างสนามแม่เหล็กถาวรได้ ได้แก่ เซรามิก (เฟอร์ไรต์) โคบอลต์นิกเกิลอลูมิเนียม (AlNiCo) ซาแมเรียมโคบอลต์ (SmCo) และโบรอนเหล็กนีโอดิเมียม (NdFeB)โลหะผสมแม่เหล็กนีโอไดเมียมชนิดพิเศษ รวมถึงเทอร์เบียมและดิสโพรเซียมได้รับการพัฒนาโดยมีอุณหภูมิคูรีที่สูงขึ้น จึงสามารถทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้สูงสุดถึง 200°C
ก่อนทศวรรษ 1980 วัสดุแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่เป็นแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรต์และแม่เหล็กถาวรอัลนิโก แต่การคงอยู่ของวัสดุเหล่านี้ไม่ได้แข็งแกร่งมาก ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจึงค่อนข้างอ่อนแอไม่เพียงเท่านั้น แรงบีบบังคับของแม่เหล็กถาวรทั้งสองชนิดนี้ยังอยู่ในระดับต่ำ และเมื่อแม่เหล็กเหล่านี้สัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก ก็จะได้รับผลกระทบและล้างอำนาจแม่เหล็กได้ง่าย ซึ่งจำกัดการพัฒนาของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร เรามาพูดถึงแม่เหล็กหายากกันดีกว่าในความเป็นจริง แม่เหล็กหายากของโลกแบ่งออกเป็นสองประเภทคือแม่เหล็กถาวร: ธาตุหายากเบาและธาตุหนักหนักปริมาณสำรองธาตุหายากทั่วโลกประกอบด้วยธาตุหายากเบาประมาณ 85% และธาตุหายากหนัก 15%หลังมีแม่เหล็กที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานในยานยนต์หลายประเภทหลังจากทศวรรษ 1980 แม่เหล็กถาวรชนิดหายากของโลกที่มีประสิทธิภาพสูง - NdFeB ปรากฏขึ้น วัสดุดังกล่าวมีการกักเก็บที่สูงกว่า เช่นเดียวกับการบีบบังคับและการผลิตพลังงานที่สูงกว่า แต่โดยทั่วไปแล้วอุณหภูมิคูรีจะต่ำกว่าทางเลือกอื่นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากของโลกที่ทำจากมันมีข้อดีหลายประการ เช่น ประสิทธิภาพสูง ไม่มีขดลวดกระตุ้น ดังนั้นจึงไม่มีการสูญเสียพลังงานในการกระตุ้นการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์นั้นใกล้เคียงกับของเครื่องปรับอากาศ ซึ่งช่วยลดการเหนี่ยวนำของมอเตอร์และปรับปรุงตัวประกอบกำลังเป็นเพราะความหนาแน่นของพลังงานที่ดีกว่าและประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของธาตุหายาก จึงมีการออกแบบมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้าที่แตกต่างกันมากมาย และมอเตอร์แม่เหล็กถาวรของธาตุหายากที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เทสลาต้องการกำจัด การพึ่งพาธาตุหายากของจีน?
ทุกคนรู้ดีว่าจีนเป็นแหล่งทรัพยากรแร่หายากส่วนใหญ่ในโลกสหรัฐอเมริกาก็เห็นสิ่งนี้เช่นกันในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาพวกเขาไม่ต้องการถูกจีนจำกัดในการจัดหาธาตุหายากดังนั้น หลังจากที่ไบเดนเข้ารับตำแหน่ง เขาจึงพยายามเพิ่มการมีส่วนร่วมในห่วงโซ่อุปทานของธาตุหายากนี่เป็นหนึ่งในลำดับความสำคัญของข้อเสนอโครงสร้างพื้นฐานมูลค่า 2 ล้านล้านดอลลาร์MP Materials ซึ่งซื้อเหมืองที่ปิดไปก่อนหน้านี้ในแคลิฟอร์เนียเมื่อปี 2560 กำลังแข่งขันเพื่อฟื้นฟูห่วงโซ่อุปทานแร่หายากของสหรัฐฯ โดยมุ่งเน้นไปที่นีโอไดเมียมและพราซีโอไดเมียม และหวังว่าจะเป็นผู้ผลิตที่มีต้นทุนต่ำที่สุดLynas ได้รับเงินทุนจากรัฐบาลเพื่อสร้างโรงงานแปรรูปแร่หายากชนิดเบาในเท็กซัส และมีสัญญาอีกฉบับสำหรับโรงงานแยกแร่โลหะหนักในเท็กซัสแม้ว่าสหรัฐอเมริกาได้ใช้ความพยายามมากมาย แต่ผู้คนในอุตสาหกรรมเชื่อว่าในระยะสั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของต้นทุน จีนจะรักษาตำแหน่งที่โดดเด่นในการจัดหาแร่หายาก และสหรัฐอเมริกาไม่สามารถสั่นคลอนได้เลย
บางทีเทสลาอาจเห็นสิ่งนี้ และพวกเขาคิดว่าจะใช้แม่เหล็กถาวรที่ไม่ใช้ธาตุหายากเป็นมอเตอร์เลยนี่เป็นข้อสันนิษฐานที่ชัดเจนหรือเป็นเรื่องตลกเรายังไม่รู้หาก Tesla ละทิ้งมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและเปลี่ยนกลับไปใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำ ดูเหมือนว่านี่จะไม่ใช่สไตล์ในการทำสิ่งต่างๆ ของพวกเขาและเทสลาต้องการใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวร และละทิ้งแม่เหล็กถาวรชนิดแรร์เอิร์ธโดยสิ้นเชิง ดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้สองประการ วิธีหนึ่งคือการได้ผลลัพธ์ที่เป็นนวัตกรรมบนเซรามิกดั้งเดิม (เฟอร์ไรต์) และแม่เหล็กถาวร AlNiCo อย่างที่สองคือแม่เหล็กถาวรที่ทำจาก วัสดุโลหะผสมที่ไม่ใช่ธาตุหายากอื่น ๆ ยังสามารถรักษาผลเช่นเดียวกับแม่เหล็กถาวรธาตุหายากหากไม่ใช่สองสิ่งนี้ แสดงว่า Tesla มีแนวโน้มที่จะเล่นกับแนวคิดDa Vukovich ประธานของ Alliance LLC เคยกล่าวไว้ว่า "เนื่องจากคุณลักษณะของแม่เหล็กหายาก จึงไม่มีวัสดุแม่เหล็กอื่นใดที่สามารถเทียบได้กับประสิทธิภาพที่มีความแข็งแรงสูงได้คุณไม่สามารถแทนที่แม่เหล็กหายากได้จริงๆ”
ไม่ว่า Tesla กำลังเล่นกับแนวคิดหรือต้องการยกเลิกการพึ่งพาการจัดหาธาตุหายากของจีนในแง่ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร บรรณาธิการเชื่อว่าทรัพยากรธาตุหายากนั้นมีค่ามาก และเราควรพัฒนาทรัพยากรเหล่านี้อย่างมีเหตุผลและจ่ายเงินเพิ่ม ให้ความสนใจต่อคนรุ่นอนาคตขณะเดียวกันนักวิจัยจำเป็นต้องเพิ่มความพยายามในการวิจัยด้วยอย่าบอกว่าสูตรของ Tesla ดีหรือไม่ อย่างน้อยก็ให้คำแนะนำและแรงบันดาลใจแก่เราบ้าง