Neodyymi ja muut harvinaiset maametallit mahdollistavat moottoreita, joilla on suuri teho ja suuri vääntötiheys. Onneksi nämä tärkeät ainesosat eivät ole niin harvinaisia kuin niiden nimet saattavat vihjata. Vastatakseen tulevaisuudessa jatkuvasti kasvavaan kysyntään tutkijat ovat alkaneet tutkia uusia kierrätysmenetelmiä.
Sähköautojen osalta avainsana "harvinainen maametalli" ilmestyy pian. Kemisteille "harvinainen maametalli" tarkoittaa yhtä 17 "harvinaisesta maametallista" jaksollisessa taulukossa, kuten lantaani, praseodyymi, neodyymi, terbium, dysprosium ja lutetium. Jotkut niistä ovat tärkeitä sähköajoneuvojen moottoreissa ja akuissa. Esimerkiksi vetomoottorien magneeteissa se sisältää raudan lisäksi noin 30 prosenttia harvinaisia maametalleja. Harvinaisia maametalleja ovat pääasiassa neodyymi, mutta myös dysprosium ja terbium. Niiden etu: Jopa erittäin pienikokoiset magneetit voivat tuottaa voimakkaita magneettikenttiä, jotka ovat erittäin hyödyllisiä sähkökäyttöjärjestelmille.
"Magnetteissa olevien harvinaisten maametallien ansiosta kestomagneettisynkronimoottoreilla voidaan saavuttaa erittäin suuri teho- ja vääntömomenttitiheys, mikä lisää koko käyttöjärjestelmän tehokkuutta." Raphael Piotuch, Porsche Engineeringin sähkömoottoreiden projektiinsinööri Dr. Rafal Piotuch (Dr. Rafal Piotuch) selitti: "Muut magneettimateriaalit, kuten ferriitti, eivät vaadi harvinaisten maametallien käyttöä, mutta ne johtavat painonpuutteeseen ja asennustila moottorissa." Jotkut sähköajoneuvot käyttävät asynkronisia moottoreita korvaamaan kestomagneettisynkronisen moottorin. Kumpikaan ei kuitenkaan voi saavuttaa harvinaisten maametallien magneeteilla käytettävien moottoreiden suurta tehotiheyttä ja suorituskykyä. Tästä syystä varsinkin urheiluautoissa neodyymi, dysprosium ja terbium eivät todennäköisesti vaihdeta niin pian.
Kysymys kuuluu edelleen: ovatko harvinaiset maametallit todella harvinaisia? Ei, ne eivät ole harvinaisia, ja jotkut harvinaiset maametallit ovat jopa runsaammin maan päällä kuin lyijy; vuonna 2021 maailmanlaajuisesti tuotettiin lähes 280,{2}} tonnia harvinaisten maametallien oksideja. "Harvinaisten maametallien louhinta on kuitenkin erittäin työvoimavaltaista", selittää Matthias Böger, Porsche Engineeringin sähkömoottorien laskemiseen erikoistunut projektiinsinööri. "Harvinaiset maametallit uutetaan malmeista monimutkaisessa prosessissa. Harvinaisten maametallien oksidit erotetaan malmista, joka sitten muunnetaan puhtaiksi metalleiksi."
Lisäksi: mineraaliesiintymien jakautuminen maailmassa ei ole tasaista, ja muutama maa on hallinnut suuren osan mineraaliesiintymistä. Harvinaisten maametallien kysyntä voi tulevaisuudessa kasvaa jyrkästi. On arvioitu, että vuoteen 2040 mennessä pelkästään vetomoottoreiden maailmanlaajuinen kysyntä kasvaa 20-kertaiseksi vuoden 2018 kysyntään verrattuna. Lisäksi tuulivoimalat tarvitsevat näitä raaka-aineita, ja kysynnän tällä alalla odotetaan kasvavan 4-kertaiseksi saman ajanjakson aikana. Neodyymin ja muiden harvinaisten maametallien kierrätysmenetelmistä on parhaillaan meneillään intensiivistä tutkimusta pitkän aikavälin vakaan saannin varmistamiseksi.
Tekijänoikeustiedot
Alkuperäinen artikkeli julkaistiin alun perin Porsche Engineering -lehden "Porsche Engineering" numerossa 1 2023.
Teksti: Christian Buck
Kuva: Oriana Fenwick
Tekijänoikeus: Kaikki tässä artikkelissa julkaistut kuvat, videot ja äänitiedostot ovat tekijänoikeuden alaisia. Kopioiminen kokonaan tai osittain ei ole sallittua ilman Dr. Ing. hc F. Porsche AG. Ota yhteyttä newsroom@porsche.com saadaksesi lisätietoja.
