Неодим та інші рідкоземельні елементи забезпечують двигуни з високою потужністю та високим крутним моментом. На щастя, ці життєво важливі інгредієнти не такі вже й рідкісні, як випливає з назви. Щоб задовольнити постійно зростаючий попит у майбутньому, вчені почали досліджувати нові методи переробки.
Поки справа стосується електромобілів, незабаром з’явиться ключове слово «рідкісноземельні землі». Для хіміків «рідкісноземельні метали» означає один із 17 «рідкісноземельних металів» у періодичній таблиці, таких як лантан, празеодим, неодим, тербій, диспрозій і лютецій. Деякі з них відіграють важливу роль у двигунах та акумуляторах електромобілів. Наприклад, в магнітах тягових двигунів, крім заліза, міститься ще близько 30 відсотків рідкоземельних металів. Рідкоземельні метали тут в основному неодим, а також диспрозій і тербій. Їхня перевага: навіть магніти надзвичайно малих розмірів можуть створювати потужні магнітні поля, які є дуже корисними для систем електроприводу.
«Завдяки рідкоземельним металам у магнітах синхронні двигуни з постійними магнітами можуть досягати надзвичайно високої потужності та крутного моменту, тим самим підвищуючи ефективність усієї системи приводу». Рафаель Піотух, інженер проекту електродвигунів у Porsche Engineering, доктор Рафал Піотух (Dr. Rafal Piotuch) пояснив: «Інші магнітні матеріали, такі як ферит, не вимагають використання рідкоземельних елементів, але вони призведуть до нестачі ваги. і місце для встановлення в двигуні». Деякі електромобілі використовують асинхронні двигуни для заміни синхронного двигуна з постійними магнітами. Однак жодна з них не може досягти високої питомої потужності та продуктивності двигунів, які використовують магніти з рідкоземельних металів. З цієї причини, особливо в спортивних автомобілях, неодим, диспрозій і тербій, ймовірно, не будуть замінені так скоро.
Залишається відкритим питання: чи справді рідкісні землі рідкісні? Ні, вони не рідкісні, і деяких рідкоземельних елементів на Землі навіть більше, ніж свинцю; у 2021 році у всьому світі було вироблено майже 280000 тонн рідкоземельних оксидів. «Однак видобуток рідкісноземельних елементів є дуже трудомістким», — пояснює Матіас Бегер, інженер проекту, що спеціалізується на обчисленні електродвигунів Porsche Engineering. «Рідкісноземельні елементи виділяються з руд у складному процесі. Оксиди рідкоземельних елементів відокремлюються від руди, яка потім перетворюється на чисті метали».
Крім того, розподіл родовищ корисних копалин у світі неоднорідний, і кілька країн освоюють значну частину родовищ корисних копалин. Майбутній ринковий попит на рідкоземельні елементи може різко зрости. За оцінками, до 2040 року світовий попит лише на тягові двигуни зросте у 20 разів порівняно з попитом у 2018 році. Крім того, вітряні генератори також потребують цієї сировини, і очікується, що попит у цій галузі зросте в 4 рази за той самий період. Щоб забезпечити довгострокову стабільність поставок, зараз проводяться інтенсивні дослідження методів переробки неодиму та інших рідкоземельних елементів.
Інформація про авторські права
Оригінальна стаття була вперше опублікована в номері 1 2023 журналу Porsche Engineering "Porsche Engineering"
Текст: Крістіан Бак
Фото: Оріана Фенвік
Авторські права: Усі зображення, відео та аудіофайли, опубліковані в цій статті, захищені авторським правом. Повне або часткове відтворення заборонено без письмової згоди Dr. Ing. hc F. Porsche AG. Щоб отримати додаткову інформацію, зв’яжіться з newsroom@porsche.com.
