211service.com
Čínský monopol vzácných zemin
Čína na tři týdny zablokovala dodávky minerálů vzácných zemin do Japonska, což je krok, který zvýšil naléhavost úsilí o prolomení kontroly Pekingu nad těmito minerály. Čína nyní produkuje téměř všechny světové zásoby vzácných zemin, které jsou klíčové pro širokou škálu technologií, včetně pevných disků, solárních panelů a motorů pro hybridní vozidla.
Atraktivní materiál: Neodym (zde zobrazen) je jedním z prvků vzácných zemin, které jsou klíčové pro výrobu velmi silných magnetů pro kompaktní elektromotory.
V reakci na dominanci Číny ve výrobě vyvíjejí výzkumníci nové materiály, které by mohly buď nahradit minerály vzácných zemin, nebo snížit jejich potřebu. Vývoj materiálů a technologií však pravděpodobně potrvá roky a stávající alternativy přicházejí s kompromisy.
Čína zřejmě zablokovala dodávky Japonska v reakci na územní spory v Jihočínském moři. Peking embargo popřel, ale nedostatek dodávek může brzy narušit výrobu v Japonsku, řekl v úterý novinářům ministr obchodu a průmyslu Akihiro Ohata.
Vzácné zeminy obsahují 17 prvků, jako je terbium, které se používá k výrobě zelených fosforů pro ploché televizory, lasery a vysoce účinné zářivky. Další z těchto prvků, neodym, je klíčový pro permanentní magnety používané k výrobě vysoce účinných elektromotorů. Přestože se více než 90 procent nerostů vyrábí v Číně, nacházejí se na mnoha místech po celém světě a navzdory svému názvu se ve skutečnosti hojně vyskytují v zemské kůře (název je pozůstatkem z 19. konvence století). Nízkonákladová čínská výroba a obavy o životní prostředí v posledních letech způsobily, že dodavatelé mimo Čínu ukončili provoz.
Pro některé technologie existují alternativy vzácných zemin. Jedním z příkladů je indukční motor používaný společností Tesla Motors ve svém plně elektrickém Roadsteru. Používá elektromagnety spíše než permanentní magnety vzácných zemin. Ale takové motory jsou větší a těžší než ty, které používají magnety vzácných zemin. Obecně platí, že u motorů malých a středních rozměrů lze elektromagnetickou cívku nahradit permanentním magnetem ze vzácných zemin o velikosti pouhých 10 procent, díky čemuž jsou motory s permanentními magnety preferovanou volbou pro Toyotu a další hybridy. výrobci vozidel. V případě Tesly stála za kompromis technologie indukčního motoru, která vozu poskytla vyšší maximální výkon ve více podmínkách, což je nejvyšší priorita pro vozidlo, které dokáže raketově zrychlit z nuly na 60 mph za 3,7 sekundy. Nestálost nákladů na permanentní magnety ze vzácných zemin byla znepokojivá, říká JB Straubel, technologický ředitel společnosti Tesla. Nemohli jsme předvídat geopolitické napětí.
Více výrobců následuje vedení společnosti Tesla, aby se vyhýbalo materiálům vzácných zemin, ačkoli tento krok znamená obětování prostoru a zvýšení hmotnosti vozidel. Týden poté, co začalo oprašování Číny, to oznámil výzkumný tým v Japonsku vyrobil motor pro hybridní vozidlo bez materiálů vzácných zemin a Hitachi má oznámili podobné snahy . Elektromobil Mini E od BMW používá indukční motory a Tesla dodává své hnací ústrojí do připravovaného elektrického RAV 4 od Toyoty. Vzhledem k nestálosti dodávek vzácných zemin a výhodám, které indukční motory nabízejí ve vysoce výkonných aplikacích, dává automobilovým společnostem smysl vážně se zamyslete nad použitím indukčních motorů, říká Wally Rippel, vedoucí vědecký pracovník společnosti AC Propulsion. Rippel dříve pracoval na návrzích indukčních motorů ve společnostech Tesla a GM, kde pomáhal vyvinout klíčový EV1.
Zatímco automobilky zkoumají alternativní motory, výzkumníci v USA a jinde se také snaží vymyslet náhrady za materiály vzácných zemin a postupují politické snahy o zvýšení dodávek vzácných zemin ze zemí mimo Čínu.
V USA čínská dominance těžby nerostů vzácných zemin podnítila prudký nárůst finančních prostředků zaměřených na vývoj permanentních magnetů, které využívají méně materiálů vzácných zemin, pokud vůbec nějaké, jako je téměř 7 milionů dolarů od Agentury pro pokročilé výzkumné projekty pro energii ( ARPA-E). V jednom z těchto projektů výzkumníci University of Nebraska pracují pro vylepšení permanentních magnetů vyrobených ze slitiny železa a kobaltu nebo FeCo. Tato třída materiálů se dnes prodává, ale poskytuje polovinu nebo méně výkonu nejlepších magnetů na bázi vzácných zemin. Výzkumníci z Nebrasky se zaměří na způsoby, jak dotovat strukturní matrici těchto slitin stopami jiných prvků, a tak přeuspořádat jejich molekulární geometrii tak, aby vytvořily silnější a odolnější permanentní magnetické materiály.
Ve spolupráci s výzkumníky z Nebrasky ve stejném programu ARPA-E výzkumníci z University of Delaware vyvíjejí nanokompozity, které využívají mnohem méně cenných materiálů vzácných zemin, ale teoreticky se ukázalo, že generují magnetickou sílu dvakrát silnější než dnešní nejlepší. permanentní magnety. Laboratoř míchá částice o velikosti pouhých 20 až 30 nanometrů magnetických materiálů vzácných zemin s doplňkem jiných než vzácných zemin (cín kobalt). Předchozí snahy vyrobit tento materiál nebyly schopny přesně zarovnat nanočástice, což podstatně snížilo jejich magnetický výkon. Namísto hromadného míchání materiálu, jako je míchání těsta, tým vyvíjí proces, který řídí zarovnání částic jejich sestavováním do pravidelných polí.
GE Global Research, Niskayuna, New York, je pronásleduje nanokompozity podobné těm, které jsou vyvíjeny v Delaware, rovněž s financováním ARPA-E. Projekt si klade za cíl s využitím metod vyvinutých interně postavit nový materiál prostřednictvím zarovnání nanoprášků. Tyto materiály jsou vnitřně nestabilní, takže kontrola jejich montáže je na hranici výrobních procesů v nanoměřítku, říká Luana Iorio, manažerka společnosti GE High Temperature Alloys and Processing Laboratory, která vede výzkum. GE odhaduje, že její nanokompozity by mohly poskytnout o 35 procent větší magnetickou sílu než současné nejlepší permanentní magnety, a přitom využít 40 procent objemově vzácných zemin. Iorio doufá, že do dvou let bude projekt schopen vytvořit vzorky nového materiálu o průměru několika centimetrů.
Přesto může trvat roky, než tyto snahy přinesou ovoce, honba za nečínskými zdroji minerálů přitahuje pozornost v blízké budoucnosti. V Kalifornii se společnost Molycorp Minerals snaží znovu otevřít doly na vzácné zeminy, které byly uzavřeny v roce 2002, a to kvůli nízkým cenám a obavám o životní prostředí. V posledních týdnech byly v Sněmovně a Senátu USA předloženy návrhy zákonů zaměřené na oživení dodavatelského řetězce vzácných zemin v USA, včetně těžby, rafinace a výroby. Třetí návrh zákona ve sněmovně je užší a zaměřuje se na poskytování úvěrových záruk na obnovení těžby.