Surowce krytyczne: zamienniki w magnesach trwałych
Dzisiaj kończymy naszą trylogię na temat podejmowanych przez UE poszukiwań zamienników surowców krytycznych, przyglądając się bliżej zamiennikom w magnesach trwałych. W czasie lutowych „Trzecich warsztatów strategicznych nt. sieci innowacji na rzecz zamienników surowców krytycznych” (Innovation Network for Substitution of Critical Raw Materials Third Strategic Workshop) zorganizowanych w ramach projektu CRM_INNONET, przedstawiciele trzech dofinansowanych ze środków UE projektów, poświęconych temu konkretnemu aspektowi zamienników – VENUS, ROMEO i REFREEPERMAG – zaprezentowali swoje prace i cele. VENUS Dr Jon Madariaga z Tekniker w Hiszpanii, koordynator projektu VENUS, rozpoczął sesję poświęconą zamiennikom w magnesach trwałych, ze szczególnym uwzględnieniem transportu drogowego. W ostatnich latach, dzięki udoskonalonej technologii, samochody w pełni elektryczne (EV) stają się bardziej realną alternatywą dla samochodów napędzanych ropą naftową. Jednak nadal pozostają pewne istotne przeszkody do pokonania, w szczególności fakt, że najwydajniejsze urządzenia elektryczne wykorzystują magnesy trwałe, w których skład wchodzą metale ziem rzadkich, takie jak neodym (metal lekki) i dysproz (metal ciężki). Chiny zaspokajają aż 95% globalnego zapotrzebowania na te metale, co budzi obawy, że kraj ten może ograniczyć eksport, jak to już miało miejsce w 2010 r. Z tego właśnie względu partnerzy przedsięwzięcia VENUS pracują nad projektem urządzeń elektrycznych z mniejszym udziałem magnesów trwałych, zbudowanych z materiałów innych niż metale ziem rzadkich lub nawet całkowicie pozbawionych magnesów trwałych. Zespół badał równolegle dwie możliwości – zastosowanie silników reluktancyjnych (SRM) lub synchronicznych silników reluktancyjnych dowzbudzanych magnesami trwałymi ((PM)SynRM). Jak wyjaśnił dr Madariaga, projekt VENUS został podzielony na trzy etapy – projekt, produkcja i integracja w pojeździe Azure Ford Transit Connect, a następnie jazdy testowe. Poczyniono już duże postępy w pracach nad projektem, a dr Madariaga spodziewa się, że zespół rozpocznie produkcję pierwszego prototypu w kwietniu, by następnie przejść do prac nad integracją w pojeździe. ROMEO Projekt ROMEO, zaprezentowany przez koordynatorkę prof. dr Spomenkę Kobe z Instytutu Jožefa Stefana w Słowenii, koncentruje się na radykalnym ograniczeniu zapotrzebowania na ciężkie metale ziem rzadkich w magnesach trwałych wykorzystywanych w sektorze energii odnawialnej i całkowitym zastąpieniu metali ziem rzadkich w magnesach trwałych nowymi materiałami magnetycznymi. Na przykład silniki do samochodów elektrycznych i generatory turbin wiatrowych wymagają silnych, wysoce koercyjnych magnesów, aby pracować w temperaturze ponad 100 stopni i stawiać opór mocno demagnetyzującemu polu rewersyjnemu. Podobnie jak magnesy stosowane obecnie w EV, opierają się na metalach ziem rzadkich – neodymie i dysprozie. Jak wyjaśniła prof. dr Spomenka Kobe, projektowi ROMEO przyświecały od początku dwa główne cele – pierwszy polegał na opracowaniu kilku nowatorskich mikrostrukturalno-inżynieryjnych strategii, które zdecydowanie poprawią właściwości magnesów (zwłaszcza ich koercyjność) na bazie składu o radykalnie ograniczonym udziale ciężkich metali ziem rzadkich lub opartym wyłącznie na lekkich metalach ziem rzadkich; a drugi na opracowaniu magnesu całkowicie wolnego od metali ziem rzadkich. Choć projekt będzie realizowany jeszcze do końca tego roku, pierwszy z tych celów, który umożliwi wykorzystywanie magnesów w temperaturze powyżej 100 stopni, już został osiągnięty. Dorobek wypracowany w toku prac nad projektem ROMEO zostanie wykorzystany dwuetapowo: od pomysłu do prototypu oraz od prototypu na rynek. REFREEPERMAG Zamykając sesję poświęconą magnesom trwałym, koordynator projektu REFREEPERMAG, dr Dimitris Niarchos z Krajowego Centrum Badań Naukowych DEMOKRITOS w Grecji, wyjaśnił, że po raz pierwszy w ramach tego przedsięwzięcia przyjęto podejście kombinatoryczne do opracowywania magnesów trwałych wolnych od metali ziem rzadkich. Innowacyjne aspekty projektu – jak objaśnia dr Niarchos – polegają na kombinatorycznym modelowaniu stopów na bazie żelaza i kobaltu (które są łatwo dostępne i niedrogie) oraz na kombinatorycznej syntezie i charakterystyce, a także na nowatorskich technikach kompakcji magnesów spiekanych. Zespół projektowy podążał czterema odrębnymi ścieżkami do opracowania magnesów trwałych bez zawartości metali ziem rzadkich. Jego prace już zyskały uznanie i zostały nagrodzone w kategorii „Best on-going Project” (Najlepszy projekt w toku) w ramach programu technologie przemysłowe i materiałowe 7PR. Ostatecznie dr Niarchos ma nadzieję, że projekt zaowocuje trwałymi i długofalowymi zamiennikami surowców krytycznych na potrzeby innowacji w europejskich sektorach nowoczesnych technologii przemysłowych. Dzięki zapewnieniu niezawodnych zamienników, projekt wniesie wkład w tworzenie zasobów wolnych od metali ziem rzadkich na potrzeby produkcji urządzeń w technologiach wyświetlaczy i mikroczujników, gdzie zamienniki nie wchodzą w grę, a także w obniżenie cen surowców ziem rzadkich.
Kraje
Grecja, Hiszpania, Słowenia