211service.com
Chiński monopol ziem rzadkich
Przez trzy tygodnie Chiny zablokowały dostawy minerałów ziem rzadkich do Japonii, co zwiększyło pilność wysiłków zmierzających do złamania kontroli Pekinu nad tymi minerałami. Chiny wytwarzają obecnie prawie całą światową dostawę pierwiastków ziem rzadkich, które mają kluczowe znaczenie dla szerokiej gamy technologii , w tym dysków twardych, paneli słonecznych i silników do pojazdów hybrydowych.
Atrakcyjny materiał: Neodym (pokazany tutaj) jest jednym z pierwiastków ziem rzadkich, które są kluczowe w wytwarzaniu bardzo silnych magnesów do kompaktowych silników elektrycznych.
W odpowiedzi na dominację Chin w produkcji naukowcy opracowują nowe materiały, które mogą zastąpić minerały ziem rzadkich lub zmniejszyć ich zapotrzebowanie. Jednak opracowanie materiałów i technologii prawdopodobnie zajmie lata, a istniejące alternatywy wymagają kompromisów.
Chiny najwyraźniej zablokowały dostawy do Japonii w odpowiedzi na terytorialną kłótnię na Morzu Południowochińskim. Pekin zaprzeczył embargo, ale brak dostaw może wkrótce zakłócić produkcję w Japonii, powiedział we wtorek dziennikarzom minister handlu i przemysłu Akihiro Ohata.
Ziemie rzadkie zawierają 17 pierwiastków, takich jak terb, który jest używany do wytwarzania zielonych luminoforów do płaskich telewizorów, laserów i wysokowydajnych lamp fluorescencyjnych. Inny z tych pierwiastków, neodym, jest kluczem do magnesów trwałych używanych do produkcji silników elektrycznych o wysokiej sprawności. Chociaż znacznie ponad 90 procent minerałów jest produkowanych w Chinach, można je znaleźć w wielu miejscach na całym świecie i, pomimo swojej nazwy, w rzeczywistości występują obficie w skorupie ziemskiej (nazwa jest pozostałością po XIX wieku). konwencja stulecia). W ostatnich latach tania chińska produkcja i obawy związane z ochroną środowiska spowodowały, że dostawcy spoza Chin zaprzestali działalności.
Dla niektórych technologii istnieją alternatywy dla pierwiastków ziem rzadkich. Jednym z przykładów jest silnik indukcyjny używany przez Silniki Tesli w całkowicie elektrycznym Roadsterze. Wykorzystuje elektromagnesy zamiast trwałych magnesów ziem rzadkich. Ale takie silniki są większe i cięższe niż te, które wykorzystują magnesy ziem rzadkich. Z reguły w małych i średnich silnikach cewkę elektromagnetyczną można zastąpić magnesem trwałym z ziem rzadkich o wielkości zaledwie 10 procent, co pomogło uczynić silniki z magnesami trwałymi preferowaną opcją dla Toyoty i innych hybryd producenci pojazdów. W przypadku Tesli technologia silnika indukcyjnego była warta kompromisu, dając samochodowi wyższą moc maksymalną w większej liczbie warunków, co jest najwyższym priorytetem dla pojazdu, który może wystrzelić od zera do 60 mil na godzinę w 3,7 sekundy. Zmienność kosztów związana z magnesami trwałymi ziem rzadkich była problemem, mówi JB Straubel, dyrektor ds. technologii w Tesli. Nie mogliśmy przewidzieć napięć geopolitycznych.
Coraz więcej producentów idzie w ślady Tesli, by unikać materiałów ziem rzadkich, chociaż posunięcie to oznacza poświęcenie miejsca i zwiększenie masy pojazdów. Tydzień po tym, jak zaczęła się burza w Chinach, zespół badawczy w Japonii ogłosił, że: zrobił silnik pojazdu hybrydowego wolne od materiałów ziem rzadkich, a Hitachi ma ogłosił podobne starania . Elektryczny pojazd BMW Mini E wykorzystuje silniki indukcyjne, a Tesla dostarcza swoje układy napędowe do nadchodzącego elektrycznego RAV 4 Toyoty. Biorąc pod uwagę niestabilność materiałów ziem rzadkich oraz zalety silników indukcyjnych w zastosowaniach o wysokiej wydajności, firmy samochodowe mają sens poważnie zastanowić się nad zastosowaniem silników indukcyjnych, mówi Wally Rippel, starszy naukowiec w AC Propulsion. Rippel pracował wcześniej nad projektami silników indukcyjnych w Tesli i GM, gdzie pomagał w opracowaniu nowatorskiego EV1.
Ponieważ producenci samochodów badają alternatywne silniki, naukowcy w USA i innych krajach również próbują opracować zamienniki dla materiałów ziem rzadkich, a wysiłki polityczne zmierzają do zwiększenia dostaw metali ziem rzadkich spoza Chin.
W Stanach Zjednoczonych chińska dominacja w produkcji minerałów ziem rzadkich spowodowała wzrost funduszy skoncentrowanych na rozwoju magnesów trwałych, które zużywają mniej, jeśli w ogóle, materiałów ziem rzadkich, takich jak prawie 7 milionów dolarów z Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych ds. Energii ( ARPA-E). W jednym z tych projektów naukowcy z University of Nebraska pracują do wzmocnienia magnesów trwałych wykonanych ze stopu żelaza i kobaltu lub FeCo. Ta klasa materiałów jest obecnie sprzedawana, ale zapewnia połowę lub mniej mocy najlepszych magnesów z metali ziem rzadkich. Naukowcy z Nebraski skoncentrują się na sposobach domieszkowania matrycy strukturalnej tych stopów śladami innych pierwiastków, zmieniając w ten sposób ich geometrię molekularną, aby stworzyć mocniejsze i trwalsze materiały magnetyczne trwałe.
Współpracując z naukowcami z Nebraski w tym samym programie ARPA-E, naukowcy z University of Delaware opracowują nanokompozyty, które wykorzystują znacznie mniej cennych materiałów ziem rzadkich, ale teoretycznie wykazano, że generują siły magnetyczne dwa razy silniejsze niż dzisiejsze najlepsze magnesy trwałe. Laboratorium miesza cząstki o wielkości zaledwie 20 do 30 nanometrów materiałów magnetycznych ziem rzadkich z dopełniaczem nie ziem rzadkich (kobalt cyny). Wcześniejsze wysiłki na rzecz wytworzenia tego materiału nie były w stanie precyzyjnie ustawić nanocząstek, co znacznie zmniejszyło ich działanie magnetyczne. Zamiast przygotowywać materiał luzem, jak mieszanie ciasta, zespół opracowuje proces kontrolowania wyrównania cząstek poprzez łączenie ich w regularne układy.
Firma GE Global Research w Niskayuna w stanie Nowy Jork jest ściganie nanokompozyty podobne do tych opracowywanych w Delaware, również dzięki finansowaniu ARPA-E. Wykorzystując metody opracowane we własnym zakresie, projekt ma na celu: zbudować nowy materiał poprzez wyrównanie nanoproszków. Materiały te są samoistnie niestabilne, więc kontrolowanie ich montażu jest na pograniczu procesów produkcyjnych w nanoskali, mówi Luana Iorio, kierownik w Laboratorium Wysokotemperaturowych Stopów i Przetwarzania w GE, który kieruje badaniami. Firma GE szacuje, że jej nanokompozyty mogą zapewnić o 35 procent większą siłę magnetyczną niż dzisiejsze najlepsze magnesy trwałe, jednocześnie wykorzystując objętościowo 40 procent pierwiastków ziem rzadkich. Iorio ma nadzieję, że w ciągu dwóch lat w ramach projektu uda się stworzyć próbki nowego materiału o średnicy kilku centymetrów.
Jednak ponieważ wysiłki te mogą przynosić owoce, mogą minąć lata, polowanie na niechińskie źródła minerałów przyciąga uwagę w najbliższym czasie. W Kalifornii Molycorp Minerals chce ponownie otworzyć kopalnie metali ziem rzadkich, które zamknięto w 2002 r., pośród niskich cen i obaw o środowisko. W ostatnich tygodniach w Izbie i Senacie USA pojawiły się rachunki mające na celu ożywienie łańcucha dostaw metali ziem rzadkich w USA, w tym wydobycia, rafinacji i produkcji. Trzeci projekt ustawy, w Izbie, jest węższy i koncentruje się na oferowaniu gwarancji kredytowych na wznowienie wydobycia.