Bakit naging kritikal na bottleneck ang mabibigat na rare earth
Nasa puso ng mga motor ng de-kuryente at hybrid na sasakyan ang mga magnet. Neodymium iron boron ang pinakamalalakas na komersiyal na magnet. Nakapagbibigay ang mga ito ng mataas na torque sa mga compact na motor. Ngunit may kapalit ito. Nagsisimulang humina ang mga neodymium magnet sa matataas na temperatura. Upang malabanan ang init, tradisyonal na nagdaragdag ang mga tagagawa ng kaunting mabibigat na rare earth element, pangunahin ang dysprosium at terbium. Pinatataas ng dalawang elementong ito ang coercivity, o ang paglaban sa pagka-demagnetize, kaya napapanatili ng mga magnet ang kanilang magnetic field kapag umiinit nang husto ang traction motor.
Mga Nilalaman
Nakatuon sa iilang lugar ang suplay ng mabibigat na rare earth. Malaking bahagi ng mga rare earth ore sa mundo ang minina ng China, karamihan ng mga oxide at metal ang pinoproseso nito, at humigit-kumulang 90 porsiyento ng mga magnet na ginagamit sa mga kotse at elektronikong kagamitan ang ginagawa roon, ayon sa mga survey ng industriya at kamakailang mga ulat. Kapag humihigpit ang mga restriksiyon sa pag-export, mabilis itong nararamdaman ng mga supply chain. Nitong mga nakaraang buwan, naghanap nang mabilisan ang mga automaker ng mga alternatibong suplay ng materyales para sa magnet. Pansamantalang itinigil ng Suzuki Motor ang operasyon ng ilang linya ng pag-aasemble dahil sa kakulangan ng materyales, at nagbabala ang mga supplier sa posibleng kakapusan na maihahambing sa kakulangan ng semiconductor. Iniulat ng Reuters na labis na nababahala ang mga automaker at gumagawa ng piyesa dahil sa mga bottleneck sa suplay ng rare earth.
Ang pangako ng mga bagong magnet ng Japan
Kumikilos ang mga espesyalista sa materyales sa Japan upang putulin ang ugnayan ng performance ng motor at ng mabibigat na rare earth metal. Sinabi ng Proterial, na dating Hitachi Metals, na nakabuo ito ng mga neodymium magnet para sa traction motor na napapanatili ang performance nang walang mabibigat na rare earth. Ayon sa kumpanya, sa mas mahigpit na pagkontrol sa mga dumi at sa microstructure habang pinoproseso, nakakagawa ito ng mga grado ng magnet na sapat ang lakas para sa mga de-kuryente at hybrid na sasakyan.
Inilalarawan sa mga teknikal na detalyeng inilathala ng mga sangguniang pang-industriya ang dalawang bagong sintered neodymium grade na hindi gumagamit ng dysprosium at terbium. Para sa mga motor pangmaneho, electric power steering at compressor ang isang grado, na may residual magnetic flux density na B_r na humigit-kumulang 1.40 tesla at intrinsic coercivity na H_cJ na hindi bababa sa 1671 kiloampere bawat metro. Para naman sa mga aplikasyong nangangailangan ng mas mataas na torque ang ikalawang grado; itinaas nito ang B_r sa humigit-kumulang 1.42 tesla at may H_cJ na hindi bababa sa 1830 kiloampere bawat metro. Sa madaling salita, ipinapakita ng B_r kung gaano karaming magnetic flux ang maibibigay ng magnet, samantalang ipinapakita ng H_cJ kung gaano ito kahirap i-demagnetize sa mataas na temperatura.
Ayon sa Proterial, mayroon nang mga sample na galing sa linya ng maramihang produksyon para sa unang grado, at magiging handa para sa pagsa-sample pagsapit ng Abril 2026 ang bersiyong mas matibay sa init. Daan-daang patent na may kaugnayan sa sintered neodymium magnet ang hawak ng kumpanya. Itinampok din nito ang ginagawa nitong high-flux soft magnetic alloy, na maaaring magpababa ng timbang at pagkawala ng enerhiya sa ilang motor core. Para sa mga traction motor, ang pangunahing balita ay naalis ang mabibigat na rare earth habang natutugunan ang mahahalagang pamantayan sa torque at temperatura.
Naghahanda ang kumpanya ng lokal na produksyon sa Kumagaya sa Prepektura ng Saitama at sa Yabu sa Prepektura ng Hyogo. Kapag nagkaroon ng mga kontrata, magkakaroon ng lokal na mapagkukunan ng mga magnet para sa traction motor sa panahong naghahanap ang mga kompanya ng sasakyan ng suplay na hindi gaanong bulnerable sa mga pagbabago ng patakaran sa Beijing.
Nagsisimula nang makakuha ng traksyon ang Daido Steel
Nakakomersiyalisa na ang Daido Steel at subsidiary nitong Daido Electronics ng mga neodymium magnet para sa mga hybrid na hindi gumagamit ng mabibigat na rare earth. Pinipino ng kanilang pamamaraan ang laki ng butil sa loob ng magnet, kaya nagiging mas maliliit ang mga kristal na butil. Pinatataas nito ang coercivity at pinatatatag ang performance kapag umiinit ang motor. Ginamit ng Honda ang mga magnet na ito sa mga hybrid model noong 2016, na kauna-unahan para sa isang pangunahing automaker.
Muli na namang dumarami ang mga senyales ng pagtaas ng demand. Iniulat ng Daido Steel na dumarami ang mga katanungan mula sa mga automaker sa Japan at Estados Unidos tungkol sa paggamit ng mga magnet sa hybrid at de-kuryenteng sasakyang de-baterya. Upang matugunan ang inaasahang mga order, planong maglaan ng kumpanya ng 5 bilyong yen para sa planta ng Daido Electronics sa Nakatsugawa sa Prepektura ng Gifu. Layunin nitong itaas ang kapasidad sa humigit-kumulang 45 tonelada kada buwan pagsapit ng tagsibol ng 2026 at sa humigit-kumulang 150 tonelada sa taong piskal na 2030.
Isinusulong din ng kumpanya ang teknolohiya ng hot-deformed magnet na hindi gumagamit ng mabibigat na rare earth at mas kaunti ang konsumo ng kuryente sa paggawa kumpara sa karaniwang proseso ng sintering. Maaari nitong bawasan ang carbon emissions sa pabrika at ang pagdepende sa mga bahaging pinakamatindi ang kakulangan sa merkado ng rare earth. Ipinamamahagi ng Daido Electronics ang produksyon at suporta sa customer sa Japan, Thailand, China at Estados Unidos, kabilang ang mga planong gumawa ng mga magnet para sa traction motor sa Ohio.
Kakayanin ba ng mga bagong magnet ang init ng EV
Maaaring lumampas sa 150 digri Celsius ang panloob na temperatura ng mga traction motor sa pampamilyang kotse, at mas mataas pa ang temperatura sa ilang bahagi kapag umaahon sa matatarik na daan o paulit-ulit na bumibilis. Pinahihina ng init ang magnet at maaari itong magdulot ng permanenteng pagkawala ng lakas kung hindi sapat ang intrinsic coercivity. Pinatataas ng mga dagdag na mabibigat na rare earth ang H_cJ, kaya naging pamantayan ang mga ito sa mga gradong kailangang makatiis sa pinakamahirap na kondisyon.
Ayon sa Proterial, nakamit nito ang sapat na H_cJ at B_r nang walang dysprosium o terbium sa pamamagitan ng pagkontrol sa mga dumi at sa pagkakaayos ng mga kristal habang sinisinter. Tinatanggap ng mga analyst ang pag-unlad, ngunit hihintayin nila ang pagpapatunay ng mga independiyenteng ikatlong panig. Kailangang mapanatili ang performance sa libo-libong siklo ng pagbabago ng temperatura, sa buong saklaw ng bilis at karga, at matapos malantad sa halumigmig at alat na ambon. Itinatanong din sa mga unang komentaryo sa industriya kung kapantay o mas mahusay ang mga bagong magnet kaysa sa pinakamahuhusay na gradong may dysprosium, kapwa sa performance at gastos.
Mga susuriin ng mga inhinyero
Iguguhit ng mga design team ang buong demagnetization curve sa mga temperaturang nararanasan habang umaandar, at pagkatapos ay susubukan kung may permanenteng pagkawala ng lakas matapos ang mga insidente ng sobrang karga. Susukatin nila ang torque at efficiency batay sa kombinasyon ng generator at inverter, hindi lamang sa mga katangian ng magnet kapag mag-isa ito. Mahalaga rin ang tibay ng materyales. Kailangang kayanin ng grado, hugis at coating ng magnet, pandikit at manggas ng rotor ang paulit-ulit na init at mekanikal na puwersa.
Kabilang din sa pagpapatunay ang pagkakapare-pareho ng produksyon. Kailangang matugunan ng isang grado ang pamantayan sa bawat buwan ng maramihang produksyon, hindi lamang sa pilot run. Hihingi ang mga supplier ng datos sa statistical process control, traceability at pagsusuri sa mga pagkasira mula sa pinabilis na life testing. Maaaring abutin ng ilang buwan ang pagsusuri sa laboratoryo, at isang taon o higit pa kapag naisama na ang mga piyesa sa mga prototype na sasakyan.
Ang pandaigdigang karera at mga alternatibo
Naging puntong nagdudulot ng presyon sa sektor ng sasakyan ang patakaran sa rare earth. Kontrolado ng China ang malaking bahagi ng pagpino at humigit-kumulang 90 porsiyento ng produksyon ng magnet. Noong bumagal kamakailan ang pag-isyu ng mga permit, pansamantalang nagsara ng mga linya ng produksyon ang ilang supplier sa Europa at nagbabala ang ilang automaker na maaaring mapahinto ang mga pabrika kung hindi maaasahan ang paghahatid ng magnet. Nagpapaalaala ito sa kakulangan ng semiconductor at nagtutulak sa mga kumpanya na pag-ibahin ang teknolohiya at lokasyon ng produksyon.
Kabilang sa mga opsiyon ang iba pang disenyo ng motor. Hindi gumagamit ng permanenteng magnet ang mga synchronous motor na may wound rotor, induction motor at switched reluctance machine. Ferrite magnet naman ang ginagamit ng ilan. Sagana ang mga ito ngunit mas mahina, kaya isinasama ang mga bagong disenyo ng hugis upang mapabuti ang performance. Nagpakilala na ng mga motor na walang magnet sa ilang modelo ang ilang tatak sa Europa. Sinabi ng Tesla na hindi gagamit ng rare earth ang susunod nitong henerasyon ng permanenteng magnet motor, na nagpasigla sa mas malawak na paghahanap ng mga bagong materyales at disenyo. Ipinakikita ng pananaliksik sa merkado na mahigit tatlong-kapat ng mga de-kuryenteng sasakyan mula 2015 hanggang 2022 ang gumagamit pa rin ng permanenteng magnet motor, kasabay ng pagbaba ng nilalamang rare earth at unti-unting pagdami ng mga alternatibo.
Nagmamadali ang mga bansang labas sa China na punan ang kakulangan. Sa India, naglilisensiya ang mga gumagawa ng motor at startup ng mga disenyo ng traction motor na walang magnet, na nakabatay sa ferrite magnet at mga prinsipyo ng reluctance. Samantala, nagsisikap ang mga lokal na recycler na bawiin ang rare earth mula sa elektronikong basura. Hindi lamang pansamantalang solusyon ang layunin. Nais nilang bumuo ng panrehiyong supply chain na makatutugon sa mabilis na paglago ng mga programa sa sasakyan.
Bumibilis ang pag-unlad ng pagreresiklo at pagtatayo ng mga bagong sentro ng pagproseso sa Hilagang Amerika. Nakipagkasundo ang Cyclic Materials na nakabase sa Ontario sa grupong kemikal na Solvay para bumili ng mga nirekober na rare earth, at namumuhunan ang Canada sa kapasidad sa pagproseso upang makapagsuplay sa mga customer sa Amerika at Europa. Ayon sa mga lider ng industriya, nagpasigla ang tensiyon sa kalakalan sa mga plano para bumuo ng nagsasariling suplay. Ipinahayag ni Pat Ryan, CEO ng UCore, ang ganitong pananaw sa isang kamakailang pahayag tungkol sa pagbabago ng patakaran.
