ניאודימיום ואלמנטים נדירים אחרים מאפשרים מנועים בעלי הספק גבוה וצפיפות מומנט גבוהה. למרבה המזל, המרכיבים החיוניים הללו אינם נדירים כפי ששמותיהם עשויים לרמז. על מנת לעמוד בביקוש ההולך וגובר בעתיד, החלו מדענים לחקור שיטות מיחזור חדשות.
כל עוד מדובר ברכבים חשמליים, מילת המפתח "אדמה נדירה" תופיע בקרוב. עבור כימאים, "אדמה נדירה" פירושה אחת מ-17 "מתכות אדמה נדירות" בטבלה המחזורית, כגון לנתנום, פרסאודימיום, ניאודימיום, טרביום, דיספרוזיום ולוטטיום. חלקם ממלאים תפקיד חשוב במנועים ובסוללות של כלי רכב חשמליים. למשל, במגנטים של מנועי המתיחה, בנוסף לברזל, הוא מכיל גם כ-30 אחוז מתכות אדמה נדירות. מתכות האדמה הנדירות כאן הן בעיקר ניאודימיום, אך גם דיספרוזיום וטרביום. היתרון שלהם: אפילו מגנטים בעלי ממדים קטנים במיוחד יכולים ליצור שדות מגנטיים רבי עוצמה, שמועילים מאוד למערכות הנעה חשמליות.
"הודות למתכות האדמה הנדירות במגנטים, מנועים סינכרוניים של מגנט קבוע יכולים להשיג צפיפות הספק ומומנט גבוהים במיוחד, ובכך להגביר את היעילות של מערכת ההנעה כולה". רפאל פיוטש, מהנדס פרויקט למנועים חשמליים בפורשה הנדסה ד"ר רפאל פיוטש (ד"ר רפאל פיוטש) הסביר, "חומרי מגנט אחרים, כגון פריט, אינם דורשים שימוש באדמה נדירה, אך הם יובילו לחוסר משקל. ומקום התקנה במנוע." חלק מכלי רכב חשמליים משתמשים במנועים אסינכרוניים כדי להחליף מנוע סינכרוני מגנט קבוע. עם זאת, אף אחד מהם לא יכול להשיג את צפיפות ההספק והביצועים הגבוהים של מנועים באמצעות מגנטים ממתכת אדמה נדירה. מסיבה זו, במיוחד במכוניות ספורט, נאודיום, דיספרוזיום וטרביום כנראה לא יוחלפו כל כך מהר.
נותרה השאלה: האם כדורי אדמה נדירים באמת נדירים? לא, הם לא נדירים, וכמה כדורי אדמה נדירים נמצאים בשפע אפילו יותר על פני כדור הארץ מעופרת; בשנת 2021, כמעט 280,000 טונות של תחמוצות אדמה נדירות הופקו ברחבי העולם. "עם זאת, כריית אדמה נדירה היא עתירת עבודה", מסביר מתיאס בוגר, מהנדס פרויקטים המתמחה במחשוב מנועים חשמליים בפורשה הנדסה. "עפרונות נדירים מופקים מעפרות בתהליך מורכב. תחמוצות האדמה הנדירות מופרדות מהעפרה, שלאחר מכן הופכות למתכות טהורות".
יתרה מכך: התפלגות מרבצי המינרלים בעולם אינה אחידה, ומדינות בודדות שלטו בחלק גדול ממרבצי המינרלים. הביקוש העתידי בשוק לאדמה נדירה עשוי לעלות בחדות. ההערכה היא שעד 2040, הביקוש העולמי למנועי מתיחה בלבד יגדל עד פי 20 מהביקוש של 2018. בנוסף, גם גנרטורים של כוח רוח זקוקים לחומרי גלם אלו, והביקוש בתחום זה צפוי לעלות פי 4 במהלך אותה תקופה. על מנת להבטיח אספקה יציבה לטווח ארוך, מתבצע כעת מחקר אינטנסיבי על שיטות מיחזור של ניאודימיום ואדמה נדירה אחרת.
מידע זכויות יוצרים
המאמר המקורי פורסם במקור בגיליון 1 2023 של מגזין Porsche Engineering "Porsche Engineering"
טקסט: כריסטיאן באק
צילום: אוריאנה פנוויק
זכויות יוצרים: כל התמונות, הסרטונים וקובצי האודיו המתפרסמים במאמר זה כפופים לזכויות יוצרים. העתקה כולה או חלקה אינה מותרת ללא הסכמתה בכתב של ד"ר אינג. hc F. Porsche AG. אנא צור קשר עם newsroom@porsche.com למידע נוסף.
