Magnesy ferrytowe pomagają w budowie ekologicznej gospodarki
W ramach finansowanego przez UE projektu AMPHIBIAN opracowano i opatentowano akumulator energii kinetycznej – urządzenie mechaniczne przeznaczone do efektywnego magazynowania energii – jak również trwały materiał magnetyczny produkowany bez minerałów ziem rzadkich. „Liczymy, że dzięki naszym pracom kompozyty z materiałów ferrytowych i nanoprzewodów metalowych staną się poważnym kandydatem do zastąpienia materiałów ziem rzadkich”, mówi koordynator projektu Adrián Quesada z Hiszpańskiej Krajowej Rady Badań Naukowych. „Biorąc pod uwagę liczne zalety ekologiczne związane ze stosowaniem ferrytów, mamy nadzieję, że nasza ogólna strategia ulepszania magnesów ferrytowych będzie cieszyć się w przyszłości zwiększoną uwagą badaczy”. Od czasu zakończenia projektu w grudniu 2019 roku konsorcjum AMPHIBIAN współpracuje z pewną brytyjską firmą w celu opracowania pierwszej turbiny wiatrowej na bazie ferrytu i niewykorzystującej materiałów ziem rzadkich. „Potencjał jest ogromny, ponieważ budowa turbin wiatrowych zwykle pochłania bardzo duże ilości materiałów ziem rzadkich”, wyjaśnia Quesada. „Zastanawiamy się również nad możliwością zastąpienia materiałów rzadkich w elementach stosowanych w samochodach kompozytami na bazie nanoprzewodów”.
Niezbędny materiał codziennego użytku
Magnes trwały to materiał, który samoistnie wytwarza pole magnetyczne, bez konieczności przepuszczania przez niego prądu elektrycznego. Ta wyjątkowa cecha sprawia, że są magnesy te są bardzo przydatne w produkcji wyrobów codziennego użytku, takich jak głośniki i mikrofony, a także dyski twarde czy czujniki. „Energia mechaniczna może być przekształcana w energię elektryczną i na odwrót”, dodaje Quesada. „To dlatego w generatorach i silnikach używa się magnesów trwałych. W związku z przechodzeniem na bardziej ekologiczne rozwiązania w różnych sferach życia zapotrzebowanie na magnesy do wytwarzania energii w turbinach wiatrowych i elektrycznych silnikach samochodowych będzie szybko rosnąć”. Popyt na magnesy stałe stwarza jednak pewne problemy. Najlepsze magnesy zawierają minerały ziem rzadkich, a pozyskiwanie tych pierwiastków wiąże się z wysokimi kosztami oraz problemami dotyczącymi łańcucha dostaw i ochrony środowiska. „Minerały te zalicza się do tak zwanych surowców krytycznych”, mówi Quesada. „Pilnie potrzebujemy alternatywnych materiałów, które zastąpią pierwiastki ziem rzadkich, zwłaszcza w niektórych dziedzinach, gdzie osiągi nie są najważniejszym priorytetem. W ten sposób moglibyśmy ograniczyć naszą zależność od surowców krytycznych”.
Ekologiczna energia przyszłości
Główny cel projektu AMPHIBIAN dotyczył poprawy właściwości magnesów ferrytowych, a następnie wykazania ich skuteczności w urządzeniach magazynujących energię zwanych akumulatorami energii kinetycznej. „Wybraliśmy ferryty jako główny materiał, ponieważ jest on łatwo dostępny, znacznie bardziej przyjazny dla środowiska i tani”, dodaje Quesada. Zespół składający się ze specjalistów od badań materiałowych, fizyków, teoretyków, chemików i inżynierów, rozpoczął od określenia optymalnych rozmiarów, kształtów i układów cząstek w celu poprawy ogólnych właściwości nowych magnesów. Wstępne badania wykazały, że rozmiary cząstek muszą być znacznie mniejsze niż oczekiwano, co zmusiło zespół do sięgnięcia po cząstki nanoskalowe. „Cząstki te znacznie trudniej było wyprodukować w dużych ilościach”, mówi Quesada. „Przezwyciężyliśmy jednak ten problem, koncentrując nasze wysiłki i zasoby na produkcji nanostruktur i pracując na mniejszych prototypach”. Efektem końcowym jest nowy akumulator energii kinetycznej, który działa przy znacznie zredukowanym polu magnetycznym, a także kompozytowy magnes na bazie ferrytów i metalowych nanoprzewodów. „Spełniają one nasze założenia w zakresie poprawy osiągów”, mówi Quesada. „Nowy akumulator ma trafić na rynek do 2022 roku, a oba rozwiązania zostały już objęte ochroną patentową”. Ponadto opracowano płytki magnetyczne do łazienek i kuchni, wykonane z wtórnie przetworzonych proszków ferrytowych, a także pakiet oprogramowania do symulacji właściwości i rotacji cząstek kompozytów magnetycznych. Trwa komercjalizacja także tych produktów.
Słowa kluczowe
AMPHIBIAN, minerały, metaliczne, zrównoważone, turbina wiatrowa, energia, akumulator energii kinetycznej, magnetyczne, nanoprzewody, ferryt, samochód
