Αυτοκινητοβιομηχανίες: Προς μείωση της χρήσης σπάνιων γαιών στα ηλεκτρικά οχήματα

Η προσπάθεια της αυτοκινητοβιομηχανίας να κατασκευάσει κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων με ελάχιστη έως καθόλου περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες έχει φτάσει σε υψηλές ταχύτητες, με ευρωπαϊκές, αμερικανικές και Ιαπωνικές αυτοκινητοβιομηχανίες και προμηθευτές να αγωνίζονται για εναλλακτικές σε μια περιοχή όπου κυριαρχεί η Κίνα.

Οι αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν βασιστεί ως επί το πλείστον σε κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες από σπάνια γη, οι οποίοι ήταν οι πιο αποτελεσματικοί στην παροχή της ροπής για την τροφοδοσία των EV.

Αλλά διαφορετικοί τύποι κινητήρων χωρίς μόνιμους μαγνήτες που ήταν προηγουμένως πολύ μεγάλοι και πολύ αναποτελεσματικοί ή αυτοί με πολύ μειωμένη περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες έχουν γίνει εμπορικά βιώσιμοι, προκαλώντας τη βιασύνη για εναλλακτικές λύσεις.

Ο ηγέτης της αγοράς Tesla συγκέντρωσε πρωτοσέλιδα νωρίτερα φέτος λέγοντας ότι θα κόψει τις σπάνιες γαίες από τα ηλεκτρικά της επόμενης γενιάς.

Ωστόσο, οι αυτοκινητοβιομηχανίες από τη General Motors έως την Jaguar Land Rover και μεγάλοι προμηθευτές όπως η BorgWarner ερευνούν ή έχουν αναπτύξει κινητήρες με χαμηλή έως μηδενική περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες, όπως εξωτερικά χωρίς μαγνήτες διεγερμένες σύγχρονες μηχανές (EESMs), οι οποίες δημιουργούν μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα.

Άλλοι όπως η Nissan προχωρούν περισσότερο από ό,τι είχε αναφερθεί προηγουμένως, με μια διπλή στρατηγική για την ανάπτυξη νεότερων κινητήρων EESM και επίσης για την ανάπτυξη κινητήρων μόνιμου μαγνήτη όπου η περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες θα εξαλειφθεί σταδιακά εντελώς.

Η Κίνα κυριαρχεί στην εξόρυξη και την επεξεργασία μιας ομάδας 17 μετάλλων γνωστών ως σπάνιων γαιών, αν και εταιρείες αλλού προσπαθούν να χαλαρώσουν τη λαβή της Κίνας.

Οι πρόσφατοι κινεζικοί περιορισμοί στις εξαγωγές γαλλίου και γραφίτη - που είναι κρίσιμοι για την παραγωγή EV - τόνισαν τον κίνδυνο υπερβολικής εξάρτησης από την Κίνα.

Ο Γερμανός προμηθευτής ZF έχει αναπτύξει έναν κινητήρα EESM που ο επικεφαλής τεχνολογίας Otmar Scharrer είπε ότι ταιριάζει με το μέγεθος και την απόδοση των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη.

«Αυτή είναι μια σημαντική συμβολή στο να μας κάνουμε λίγο πιο ανεξάρτητους από την Κίνα», είπε.

Η ZF βρίσκεται σε συνομιλίες με αμερικανικές, ευρωπαϊκές και κινεζικές αυτοκινητοβιομηχανίες για την προμήθεια του κινητήρα και θα μπορούσε να είναι σε μοντέλα παραγωγής EV εντός δύο ετών, δήλωσε ο Scharrer.

Εκτός από την υπερβολική εξάρτηση από την Κίνα, η διύλιση σπάνιων γαιών, όπως το νεοδύμιο και το δυσπρόσιο, περιλαμβάνει διαλύτες και τοξικά απόβλητα που έρχονται σε αντίθεση με τους στόχους βιωσιμότητας.

"Αν το καταλάβετε σωστά, έχετε ένα πολύ πιο βιώσιμο προϊόν", δήλωσε ο Ben Chiswick, διευθυντής επιχειρηματικής ανάπτυξης μηχανικής στο Drive System Design με έδρα το Ντιτρόιτ, το οποίο αναπτύσσει κινητήρες χωρίς σπάνια γη με τρεις αυτοκινητοβιομηχανίες.

Ορισμένες αυτοκινητοβιομηχανίες, όπως η BMW λένε ότι είναι ήδη εκεί μετά από χρόνια έρευνας.

"Δεν ήταν ένα home run... αλλά λειτουργεί πολύ καλά χωρίς σπάνιες γαίες", δήλωσε ο Uwe Deuke, μηχανικός που είναι υπεύθυνος για την ανάπτυξη του κινητήρα EESM της BMW για τα ηλεκτρικά της επόμενης γενιάς.

Ο μέσος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη EV χρησιμοποιεί περίπου 600 γραμμάρια (1,32 λίβρες) νεοδυμίου βαρέων σπάνιων γαιών. Οι τιμές έχουν κυμανθεί πολύ για το νεοδύμιο - περίπου στα 125 $/κιλό τώρα, έχει μειωθεί από το ανώτατο όριο των 223 $ πέρυσι, αλλά πολύ πάνω από τα 65 $ το 2020.

Η Vitesco σχεδίασε έναν κινητήρα EESM για τη Renault και έχει μια νέα έκδοση που θα κυκλοφορήσει το 2026. Ο Gerd Roesel, επικεφαλής καινοτομίας στο τμήμα ηλεκτροκίνησης του γερμανικού προμηθευτή, είπε ότι οι εναλλακτικές λύσεις χωρίς σπάνιες γαίες αποφεύγουν αυτές τις άγριες διακυμάνσεις των τιμών.

Άλλοι, όπως η αμερικανική νεοσύστατη εταιρεία Niron Magnetics, αναπτύσσουν μόνιμους μαγνήτες χωρίς σπάνιες γαίες.

Η ανακοίνωση της Tesla για την απόρριψη σπάνιων γαιών "άνοιξε τα μάτια των αγοραστών στο γεγονός ότι δεν χρειάζεστε πραγματικά σπάνιες γαίες για να φτιάξετε μαγνήτες EV", δήλωσε ο διευθύνων σύμβουλος της Niron, Jonathan Rowntree.

Ο τελευταίος γύρος χρηματοδότησης της Niron περιελάμβανε επενδύσεις από την GM και τη Stellantis .

Η Nissan χρησιμοποιεί έναν κινητήρα EESM στο crossover Ariya. Ο Shunji Oki, ειδικός ηγέτης στο τμήμα μηχανικής κινητήρων και ηλεκτροκίνητων οχημάτων της αυτοκινητοβιομηχανίας, δήλωσε ότι η Nissan αναπτύσσει καλύτερους κινητήρες EESM και μόνιμους μαγνήτες όπου οι σπάνιες γαίες θα καταργηθούν σταδιακά.

Ο James Edmondson, αναλυτής στην εταιρεία συμβούλων IDTechEx, είπε ότι οι αυτοκινητοβιομηχανίες έσπευσαν να βρουν εναλλακτικές καθώς οι τιμές των σπάνιων γαιών αυξήθηκαν, αλλά τώρα οι τιμές έχουν πέσει, παρακολουθούν στενά την Κίνα και περιμένουν να δουν εάν οι κυβερνήσεις θα αναλάβουν δράση που θα περιόριζε τη χρήση των κινεζικών σπάνιων γαιών. έκανε ο νόμος για τη μείωση του πληθωρισμού των ΗΠΑ.