SG.hu
Az autóipar Szent Grálja: motorok, amelyek nem függnek a ritkaföldfémektől
A geopolitikai kiszolgáltatottságtól megfáradt autógyártók olyan megoldásokat keresnek, amelyekkel kiválthatják az elektromos motorokban használt erős ritkaföldfém-mágneseket.
Megdöbbenve azokon a gyakori hiányokon és szállítási fennakadásokon, amelyek lényeges anyagok Kínából érkező ellátásában keletkeztek, az Egyesült Államokban és Európában működő autógyártók csendben azon dolgoznak, hogy csökkentsék vagy teljesen megszüntessék az olyan anyagoktól való függést, amelyek mára a nagyhatalmi versengés foglyaivá váltak. A vállalatok olyan technológiákat és különleges anyagokat kutatnak, amelyek kiválthatják a ritkaföldfémekből készült mágneseket, amelyek autók és teherautók tucatnyi alkatrészében megtalálhatók. Ilyenek például az ablaktörlőmotorok vagy az ülések állításáért felelős mechanizmusok. A neodímiumból, diszpróziumból és terbiumból készülő ritkaföldfém-mágnesek különösen fontosak az elektromos és hibrid járművek motorjaiban, amelyek iránt folyamatosan nő a kereslet.
Kína uralja a legtöbb ritkaföldfém bányászatát és feldolgozását, és már többször használta közel monopolhelyzetét diplomáciai fegyverként. Idén például bizonyos anyagok exportjára vezetett be korlátozásokat, feltehetően megtorlásként Trump elnök szigorú kínai importvámjai miatt. A ritkaföldfémek ellátásának nemrég tapasztalt instabilitása sokkal komolyabb fenyegetést jelent az autógyártók számára, mint korábban bármikor. Ez sürgetővé tette olyan motorok fejlesztését, amelyek nem igényelnek ritkaföldfémeket, vagy amelyek új anyagokkal helyettesíthetik azokat. A BMW elektromos járművei például már most olyan motorokat használnak, amelyek ritkaföldfémektől mentesek. A Northeastern University és más intézmények kutatói pedig olyan, ígéretes mágneses tulajdonságokkal bíró anyagok szintézisén dolgoznak, amelyek természetes formában csak meteoritokban fordulnak elő.
Startupok is megjelentek újfajta motorokkal és más technológiákkal, de ezek az erőfeszítések csak évek múlva hozhat eredményt. A BMW által használt alternatív technológiák költségesebbek lehetnek, vagy más hátrányokkal járhatnak. Egyelőre az iparág rendkívül kiszolgáltatott marad olyan hiányoknak, amelyek könnyedén leállíthatják az összeszerelősorokat. „Ez nem olyan kihívás, amit egy év alatt meg lehet oldani” - mondta Gracelin Baskaran, a washingtoni Stratégiai és Nemzetközi Tanulmányok Központja Kritikus Ásványi Anyagok Biztonsági Programjának igazgatója. Ebben a hónapban Peking a Trump-adminisztrációval kötött megállapodás részeként felfüggesztett néhány ritkaföldfém-kiviteli korlátozást, de a szankciók bármikor visszatérhetnek, mivel az Egyesült Államok és Kína közötti feszültség nem enyhül. „Jelenleg valamiféle enyhülés tapasztalható” - mondta Tom Moerenhout, a Columbia Egyetem Globális Energia-politikai Központjának Kritikus Anyagok Kezdeményezésének vezetője. „De a kérdés nem az, hogy lesz-e újabb eset, amikor a ritkaföldfémeket fegyverként használják, hanem az, hogy mikor.”
Az autóipar már korábban is szembesült ritkaföldfém-hiánnyal. 2010-től kezdve Kína elzárta az ellátást, ami vitát váltott ki az Obama-adminisztrációval. A koronavírus-járvány, amely súlyos félvezető- és más alkatrészhiányt okozott, tovább erősítette annak felismerését, hogy veszélyes túlzottan néhány beszállítóra vagy egyetlen országra támaszkodni. Ennek következtében sok autógyártó alternatív megoldások után kezdett kutatni. Az autógyártók két stratégiát követhetnek, hogy működésben tartsák gyáraikat. Találhatnak ritkaföldfém-forrásokat Kínán kívül, vagy olyan alkatrészekre válthatnak, amelyek nem igényelnek ilyen fémeket.
A General Motors az első megközelítést követi az MP Materials nevű amerikai céggel, amely ritkaföldfémeket bányász Kaliforniában. Az MP emellett egy texasi üzemet is épít, ahol a nyersanyagokat finomítják és mágneseket állítanak elő. Egy 2021-ben bejelentett megállapodás alapján a GM vállalta, hogy megvásárolja az ott készülő mágnesek nagy részét a Cadillac és Chevrolet járművek számára. Az MP az Apple-lel és az amerikai Védelmi Minisztériummal is szerződésben áll. Az ilyen megállapodások garantált bevételt biztosítanak az olyan cégeknek, mint az MP, ami korábban nem volt jellemző, ezért több ritkaföldfém-vállalat csődbe ment, amikor az árak túlzottan leestek, és nem tudtak versenyezni a kínai beszállítókkal. Az MP a kaliforniai telephelyét egy ilyen csődbe ment cégtől vásárolta meg. De az ügylet kockázatot is jelent a GM számára, mert ha a hiány enyhül és az árak ismét csökkennek, a vállalat végül többet fizethet, mint más gyártók.
A GM olyan alkatrészeket is keres, amelyek nem igényelnek ritkaföldfémeket. „Nincs annál jobb, mint amikor nincs szükség ritkaföldfémes dolgokra, legyen szó mágnesekről, akkumulátorokról vagy bármiről” - mondta Mark Reuss, a GM elnöke egy nemrég tartott New York-i vállalati eseményen. „Hogyan tudjuk kiiktatni ezt a függőséget?” Az 1980-as években a GM egyik üzletága fejlesztette ki a neodímium-vas-bór mágneseket, amelyek ma széles körben használatosak elektromos járművek motorjaiban. A cég azonban később eladta a technológiát kínai vállalatoknak.
A BMW olyan motorokat használ például az iX SUV-modellben, amelyek nem tartalmaznak neodímiumot vagy más ritkaföldfémeket. A mágneses teret elektromos áram hozza létre a motorban, amely így alakítja át az elektronok mozgását mechanikus energiává. A neodímium árának 2011 körüli megugrása arra ösztönözte a BMW-t, hogy elkezdje a technológia fejlesztését. A prémium kategóriás gyártó azt állítja, hogy nagyrészt megoldotta az ilyen motorok hátrányait, például hogy nehezebbek, nagyobbak és kevésbé energiahatékonyak lehetnek, mint a ritkaföldfémes változatok. A motorokat a cég a München melletti és ausztriai üzemeiben gyártja.
A motorok a mindennapi vezetéshez jellemző sebességeknél még hatékonyabbak is, mint ritkaföldfémeket használó társaik - mondta Stefan Ortmann, a BMW egyik mérnöke. Más előnyök is vannak. A mágneses mező erőssége szabályozható, és a motorok hűtése is egyszerűbb. „Úgy gondoljuk, ez számunkra az ideális megoldás” - mondta Ortmann. A motor egy új változata még hatékonyabb lesz, és a jövő nyáron debütáló iX3 SUV-modellbe kerül, amely a vállalat szerint akár 600 kilométert is megtehet egyetlen töltéssel.
A Szilícium-völgy is felfigyelt a ritkaföldfém-válságra. A kaliforniai Sunnyvale-ben, bérelt garázsokban működő Conifer nevű startup egy kompakt, tárcsa alakú elektromos motort fejlesztett ki, amely ritkaföldfémek nélkül működik. A Conifer kezdetben kétkerekű járművek számára gyárt motorokat, amelyekből milliók futnak világszerte, de néhány éven belül autókba szánt motorokkal is szeretnének piacra lépni. A ritkaföldfémek körüli aggodalmak élénkítik az érdeklődést a technológia iránt - mondta Ankit Somani, a Conifer társalapítója. „A kereslet nem probléma. Számunkra a fő kérdés az, hogyan tudjuk gyorsan felfuttatni a termelést.” Somani hozzátette, hogy a ritkaföldfémeket használó motorok továbbra is nagyobb teljesítményt képesek egy kisebb méretű egységbe sűríteni. Az autóipar Szent Grálja tehát olyan anyag lenne, amely ugyanazokat az előnyöket kínálja, mint a ritkaföldfémek, de nem Kínából származik.
Ilyen anyagok léteznek, de csak kis mennyiségben fordulnak elő a világon. A tetrataenit például vasból és nikkelből áll, amelyek bőségesen rendelkezésre állnak. De a vas- és nikkelatomoknak több százmillió évre van szükségük ahhoz, hogy kialakítsák a tetrataenitre jellemző egyedi szerkezetet, amely természetes formában csak meteoritokban található. Laura Lewis, a Northeastern University vegyészmérnök-professzora és kollégái kidolgoztak egy eljárást, amellyel a tetrataenit néhány hét alatt szintetizálható az évmilliók helyett. Ám még nagyon hosszú az út addig, hogy az anyag tömeggyártásra alkalmas legyen - mondta a kutató -, és még akkor sem helyettesítheti majd a ritkaföldfémeket minden felhasználásban. „Ez nem rövid távú megoldás” - mondta Lewis.
A Trump-adminisztráció akár 3 millió dolláros támogatási programot kínál olyan kutatóknak, akik ritkaföldfém-alternatívákon dolgoznak. A pályázóknak azt kell célul kitűzniük, hogy olyan mágneseket hozzanak létre, amelyek kétszer olyan erősek, mint a legjobb ritkaföldfém-mágnesek. Ezt a célt azonban több szakértő is irreálisnak tartja. Egy dokumentumban, amely a programot ismerteti, az Energiaügyi Minisztérium optimistán fogalmazott, és jelezte, hogy a cél mesterséges intelligenciával elérhető. „A közelmúlt technológiai fejlődései drámaian felgyorsíthatják az új mágnesek felfedezését” - közölte az Energiaügyi Minisztérium Fejlett Kutatási Projektek Ügynöksége augusztusban.
Megdöbbenve azokon a gyakori hiányokon és szállítási fennakadásokon, amelyek lényeges anyagok Kínából érkező ellátásában keletkeztek, az Egyesült Államokban és Európában működő autógyártók csendben azon dolgoznak, hogy csökkentsék vagy teljesen megszüntessék az olyan anyagoktól való függést, amelyek mára a nagyhatalmi versengés foglyaivá váltak. A vállalatok olyan technológiákat és különleges anyagokat kutatnak, amelyek kiválthatják a ritkaföldfémekből készült mágneseket, amelyek autók és teherautók tucatnyi alkatrészében megtalálhatók. Ilyenek például az ablaktörlőmotorok vagy az ülések állításáért felelős mechanizmusok. A neodímiumból, diszpróziumból és terbiumból készülő ritkaföldfém-mágnesek különösen fontosak az elektromos és hibrid járművek motorjaiban, amelyek iránt folyamatosan nő a kereslet.
Kína uralja a legtöbb ritkaföldfém bányászatát és feldolgozását, és már többször használta közel monopolhelyzetét diplomáciai fegyverként. Idén például bizonyos anyagok exportjára vezetett be korlátozásokat, feltehetően megtorlásként Trump elnök szigorú kínai importvámjai miatt. A ritkaföldfémek ellátásának nemrég tapasztalt instabilitása sokkal komolyabb fenyegetést jelent az autógyártók számára, mint korábban bármikor. Ez sürgetővé tette olyan motorok fejlesztését, amelyek nem igényelnek ritkaföldfémeket, vagy amelyek új anyagokkal helyettesíthetik azokat. A BMW elektromos járművei például már most olyan motorokat használnak, amelyek ritkaföldfémektől mentesek. A Northeastern University és más intézmények kutatói pedig olyan, ígéretes mágneses tulajdonságokkal bíró anyagok szintézisén dolgoznak, amelyek természetes formában csak meteoritokban fordulnak elő.
Startupok is megjelentek újfajta motorokkal és más technológiákkal, de ezek az erőfeszítések csak évek múlva hozhat eredményt. A BMW által használt alternatív technológiák költségesebbek lehetnek, vagy más hátrányokkal járhatnak. Egyelőre az iparág rendkívül kiszolgáltatott marad olyan hiányoknak, amelyek könnyedén leállíthatják az összeszerelősorokat. „Ez nem olyan kihívás, amit egy év alatt meg lehet oldani” - mondta Gracelin Baskaran, a washingtoni Stratégiai és Nemzetközi Tanulmányok Központja Kritikus Ásványi Anyagok Biztonsági Programjának igazgatója. Ebben a hónapban Peking a Trump-adminisztrációval kötött megállapodás részeként felfüggesztett néhány ritkaföldfém-kiviteli korlátozást, de a szankciók bármikor visszatérhetnek, mivel az Egyesült Államok és Kína közötti feszültség nem enyhül. „Jelenleg valamiféle enyhülés tapasztalható” - mondta Tom Moerenhout, a Columbia Egyetem Globális Energia-politikai Központjának Kritikus Anyagok Kezdeményezésének vezetője. „De a kérdés nem az, hogy lesz-e újabb eset, amikor a ritkaföldfémeket fegyverként használják, hanem az, hogy mikor.”
Az autóipar már korábban is szembesült ritkaföldfém-hiánnyal. 2010-től kezdve Kína elzárta az ellátást, ami vitát váltott ki az Obama-adminisztrációval. A koronavírus-járvány, amely súlyos félvezető- és más alkatrészhiányt okozott, tovább erősítette annak felismerését, hogy veszélyes túlzottan néhány beszállítóra vagy egyetlen országra támaszkodni. Ennek következtében sok autógyártó alternatív megoldások után kezdett kutatni. Az autógyártók két stratégiát követhetnek, hogy működésben tartsák gyáraikat. Találhatnak ritkaföldfém-forrásokat Kínán kívül, vagy olyan alkatrészekre válthatnak, amelyek nem igényelnek ilyen fémeket.
A General Motors az első megközelítést követi az MP Materials nevű amerikai céggel, amely ritkaföldfémeket bányász Kaliforniában. Az MP emellett egy texasi üzemet is épít, ahol a nyersanyagokat finomítják és mágneseket állítanak elő. Egy 2021-ben bejelentett megállapodás alapján a GM vállalta, hogy megvásárolja az ott készülő mágnesek nagy részét a Cadillac és Chevrolet járművek számára. Az MP az Apple-lel és az amerikai Védelmi Minisztériummal is szerződésben áll. Az ilyen megállapodások garantált bevételt biztosítanak az olyan cégeknek, mint az MP, ami korábban nem volt jellemző, ezért több ritkaföldfém-vállalat csődbe ment, amikor az árak túlzottan leestek, és nem tudtak versenyezni a kínai beszállítókkal. Az MP a kaliforniai telephelyét egy ilyen csődbe ment cégtől vásárolta meg. De az ügylet kockázatot is jelent a GM számára, mert ha a hiány enyhül és az árak ismét csökkennek, a vállalat végül többet fizethet, mint más gyártók.
A GM olyan alkatrészeket is keres, amelyek nem igényelnek ritkaföldfémeket. „Nincs annál jobb, mint amikor nincs szükség ritkaföldfémes dolgokra, legyen szó mágnesekről, akkumulátorokról vagy bármiről” - mondta Mark Reuss, a GM elnöke egy nemrég tartott New York-i vállalati eseményen. „Hogyan tudjuk kiiktatni ezt a függőséget?” Az 1980-as években a GM egyik üzletága fejlesztette ki a neodímium-vas-bór mágneseket, amelyek ma széles körben használatosak elektromos járművek motorjaiban. A cég azonban később eladta a technológiát kínai vállalatoknak.
A BMW olyan motorokat használ például az iX SUV-modellben, amelyek nem tartalmaznak neodímiumot vagy más ritkaföldfémeket. A mágneses teret elektromos áram hozza létre a motorban, amely így alakítja át az elektronok mozgását mechanikus energiává. A neodímium árának 2011 körüli megugrása arra ösztönözte a BMW-t, hogy elkezdje a technológia fejlesztését. A prémium kategóriás gyártó azt állítja, hogy nagyrészt megoldotta az ilyen motorok hátrányait, például hogy nehezebbek, nagyobbak és kevésbé energiahatékonyak lehetnek, mint a ritkaföldfémes változatok. A motorokat a cég a München melletti és ausztriai üzemeiben gyártja.
A motorok a mindennapi vezetéshez jellemző sebességeknél még hatékonyabbak is, mint ritkaföldfémeket használó társaik - mondta Stefan Ortmann, a BMW egyik mérnöke. Más előnyök is vannak. A mágneses mező erőssége szabályozható, és a motorok hűtése is egyszerűbb. „Úgy gondoljuk, ez számunkra az ideális megoldás” - mondta Ortmann. A motor egy új változata még hatékonyabb lesz, és a jövő nyáron debütáló iX3 SUV-modellbe kerül, amely a vállalat szerint akár 600 kilométert is megtehet egyetlen töltéssel.
A Szilícium-völgy is felfigyelt a ritkaföldfém-válságra. A kaliforniai Sunnyvale-ben, bérelt garázsokban működő Conifer nevű startup egy kompakt, tárcsa alakú elektromos motort fejlesztett ki, amely ritkaföldfémek nélkül működik. A Conifer kezdetben kétkerekű járművek számára gyárt motorokat, amelyekből milliók futnak világszerte, de néhány éven belül autókba szánt motorokkal is szeretnének piacra lépni. A ritkaföldfémek körüli aggodalmak élénkítik az érdeklődést a technológia iránt - mondta Ankit Somani, a Conifer társalapítója. „A kereslet nem probléma. Számunkra a fő kérdés az, hogyan tudjuk gyorsan felfuttatni a termelést.” Somani hozzátette, hogy a ritkaföldfémeket használó motorok továbbra is nagyobb teljesítményt képesek egy kisebb méretű egységbe sűríteni. Az autóipar Szent Grálja tehát olyan anyag lenne, amely ugyanazokat az előnyöket kínálja, mint a ritkaföldfémek, de nem Kínából származik.
Ilyen anyagok léteznek, de csak kis mennyiségben fordulnak elő a világon. A tetrataenit például vasból és nikkelből áll, amelyek bőségesen rendelkezésre állnak. De a vas- és nikkelatomoknak több százmillió évre van szükségük ahhoz, hogy kialakítsák a tetrataenitre jellemző egyedi szerkezetet, amely természetes formában csak meteoritokban található. Laura Lewis, a Northeastern University vegyészmérnök-professzora és kollégái kidolgoztak egy eljárást, amellyel a tetrataenit néhány hét alatt szintetizálható az évmilliók helyett. Ám még nagyon hosszú az út addig, hogy az anyag tömeggyártásra alkalmas legyen - mondta a kutató -, és még akkor sem helyettesítheti majd a ritkaföldfémeket minden felhasználásban. „Ez nem rövid távú megoldás” - mondta Lewis.
A Trump-adminisztráció akár 3 millió dolláros támogatási programot kínál olyan kutatóknak, akik ritkaföldfém-alternatívákon dolgoznak. A pályázóknak azt kell célul kitűzniük, hogy olyan mágneseket hozzanak létre, amelyek kétszer olyan erősek, mint a legjobb ritkaföldfém-mágnesek. Ezt a célt azonban több szakértő is irreálisnak tartja. Egy dokumentumban, amely a programot ismerteti, az Energiaügyi Minisztérium optimistán fogalmazott, és jelezte, hogy a cél mesterséges intelligenciával elérhető. „A közelmúlt technológiai fejlődései drámaian felgyorsíthatják az új mágnesek felfedezését” - közölte az Energiaügyi Minisztérium Fejlett Kutatási Projektek Ügynöksége augusztusban.