Масштабирование дефицита: риск нехватки неомагнитов в электромобилях

В последнее время большое внимание уделяется нестабильности поставок чипов; однако параллельно с поставками чипов существует еще одна проблема — нехватка редкоземельных элементов (РЗЭ).

Одним из основных факторов дефицита РЗЭ является создание неодимовых магнитов (NdFeB, NIB или неомагнитов).

Неомагниты — это постоянные магниты, изготовленные из сплава редкоземельного элемента неодима (Nd) и некоторого содержания железа (Fe) и бора (B). Эти магниты могут содержать различные уровни других РЗЭ, включая диспрозий (Dy), тербий (Tb) и празеодим (Pr). Эти элементы используются для повышения коррозионной стойкости и улучшения внутренней коэрцитивной силы. Некоторые неомагниты имеют покрытие NiCuNi, повышающее низкие рабочие температуры до 160°C.

Причина, по которой эти магниты необходимы, заключается в их уникальных магнитных свойствах, которые используются в самых разных электрических устройствах и компонентах.

Благодаря своему уникальному составу эти редкоземельные магниты обладают превосходными магнитными свойствами, в том числе хорошей магнитной силой (52MGOe), которая измеряется коэрцитивной силой и плотностью потока.

Им также легко придать уникальные формы. Нео-магниты легче ферритовых магнитов. Более того, поскольку они относительно более доступны, они не так дороги, как (по прочности) самарий-кобальтовые (SmCo) магниты более низкого класса с номинальной энергией 32MGOe.

Одним из растущих применений этих магнитов является производство электромобилей в качестве компонентов магнитных двигателей.

Несмотря на то, что они хрупкие и требуют осторожного обращения, магниты NdFeB (неодим-феррит-бор) по-прежнему являются лучшим решением для создания электродвигателей из-за упомянутых выше характеристик. Однако их нехватка неизбежна.

К 2030 году, когда будет развиваться индустрия электромобилей, для удовлетворения потребностей рынка потребуются десятки миллионов электромобилей. Каждый электродвигатель содержит 1–2 кг постоянных магнитов, а гибридные автомобили — немногим менее 0,5 кг.

По данным IAE (Международного энергетического агентства), количество электромобилей вырастет с 3,1 миллиона в 2017 году до 125 миллионов в 2030 году; даже если принять во внимание более консервативные прогнозы на 2030 год (сделанные IDTechEx), такие как увеличение спроса на постоянные магниты на 31%, проблема дефицита продолжает преобладать.

Двигатели с постоянными магнитами в электромобилях можно считать превосходящими асинхронные двигатели в электромобилях из-за их более высокого КПД. Переход Tesla Model 3 на производство постоянных моторных магнитов для автомобилей массового рынка стал еще одним доказательством того, что магниты NdFeB являются движущей силой электрификации. Запас хода Теслы на данный момент лучший; однако китайские электромобили с аккумуляторами местного производства занимают второе место. В настоящее время Китай доминирует на рынке литиевых батарей.

Проблема с магнитами NdFeB заключается в том, что редкие элементы Dy и Tb, используемые для термического улучшения магнитов NdFeB, добываются лишь в нескольких местах. Крупные китайские шахты Dy и Tb на юге страны делают все остальные рынки очень зависимыми от предложения и ценового диктата с экспортными квотами.

Одним из возможных решений, которое может облегчить это бремя, является разработка австралийской компанией Northern Minerals источника диспрозия и нескольких других мест добычи редкоземельных элементов, которые будут разрабатываться другими компаниями в России, Бразилии и Индии.

Дефицит является следствием и других применений магнитов NdFeB. Жесткие диски, магнитные крепления, аудиоаппаратура, подъемное оборудование, МРТ-сканеры, датчики ABS и многое другое изготовлены из неомагнитов. Другим фактором являются ветряные турбины, которые планируют набирать обороты по мере того, как мир движется к более возобновляемым ресурсам.

Важным соображением для индустрии электромобилей является воздержание от использования магнитов NdFeB для сокращения добычи редкоземельных металлов, хотя в настоящее время это легче сказать, чем сделать.

Тем не менее, компании, пытающиеся снизить уровень Dy и Tb в своих электромобилях, немногочисленны; возьмем, к примеру, Ниссан и Хонду. Однако глобальные рыночные тенденции могут привести к изменению этических соображений в отношении выбора источников, и в настоящее время США все больше инвестируют в местные проекты по редкоземельным элементам.