Magneti privi di terre rare per alimentare scooter e pompe
I magneti permanenti, presenti all’interno dei motori elettrici, trasformano l’elettricità in movimento in qualsiasi tipo di applicazione, dagli scooter alle pompe d’acqua. Al giorno d’oggi, molti magneti ad alte prestazioni si basano sugli elementi di terre rare, il che determina una situazione in cui i produttori europei sono esposti a rischi di approvvigionamento e agli impatti ambientali associati all’estrazione e alla lunghezza delle catene di fornitura. Il progetto PASSENGER(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato e sperimentato magneti permanenti privi di terre rare basati su materiali maggiormente disponibili in Europa, testandone poi le prestazioni in applicazioni reali, con l’obiettivo di realizzare sostituti pratici che soddisfino i requisiti del maggior numero possibile di prodotti, anche nel caso in cui sia necessaria una riprogettazione.
Collaudare i magneti privi di terre rare negli scooter e nelle pompe d’acqua
Le polveri di ferrite migliorate utilizzate da PASSENGER sono state valutate nell’ambito dell’elettromobilità, a partire dalla riprogettazione del motore di un e-scooter. Rodolfo Miranda, il coordinatore del progetto PASSENGER, afferma: «Nel caso dell’e-scooter, sebbene la progettazione del motore sia diversa da quella di un motore Nd-Fe-B convenzionale, la più recente polvere di ferrite sviluppata nell’ambito di PASSENGER (ferrite P61) ha raggiunto un’efficienza paragonabile a quest’ultimo.» L’esperto aggiunge che il divario rimanente da colmare è rappresentato dalla coppia a basse velocità di rotazione, dove i magneti Nd-Fe-B beneficiano tuttora di una maggiore densità di flusso magnetico. Un secondo dimostratore è passato dalla fase di prototipo a quella di prodotto di serie. Miranda spiega: «Per le pompe d’acqua, abbiamo dimostrato con successo la sostituzione dei magneti Nd-Fe-B in un prodotto commerciale (Para 15-130/4-20/SC | Wilo).» Poiché la ferrite fornisce una densità di flusso magnetico inferiore rispetto alla lega Nd-Fe-B, PASSENGER ha adattato le dimensioni dei magneti in modo che quelli di maggiori dimensioni potessero soddisfare gli stessi requisiti funzionali nella pompa.
Sviluppare la produzione su larga scala in impianti europei consolidati
Le prove pilota del progetto hanno coperto parti chiave della catena del valore, dalle polveri alle leghe di magneti, passando per i rotori prototipo. Durante lo svolgimento del lavoro, i partner hanno prodotto 160 kg di MnAlC e 4 tonnellate di ferrite di stronzio migliorata, compresa la prima produzione industriale di MnAlC mai realizzata in Europa. I partner industriali operavano già nel contesto di impianti di produzione già esistenti, per cui la produzione di polveri e composti non ha rappresentato un limite; al contrario, i progressi dipendevano dai test applicativi e dalle fasi necessarie precedenti a quella in cui un componente viene accettato in un prodotto finale, tra cui l’omologazione da parte del cliente e l’integrazione nella progettazione del motore. PASSENGER ha affrontato anche questioni pratiche riguardanti l’implementazione: alcuni progetti di studio approfondito della smagnetizzazione in condizioni di bassa temperatura non hanno potuto essere portati a termine a causa di difficoltà tecniche, rendendo naturale la definizione delle priorità per i lavori da svolgere in futuro, caratterizzati da criticità delle prestazioni invernali.
Catene di approvvigionamento a basso impatto e percorsi pratici di riciclaggio
La valutazione del ciclo di vita realizzata da PASSENGER ha indicato i fattori determinanti della catena di fornitura quale principale vantaggio a livello ambientale. Davies osserva: «In breve, il maggior guadagno ambientale deriva dall’evitare l’estrazione delle terre rare e dalla creazione di una catena di valore più breve su base europea.» La stessa attenzione alla praticità ha guidato i piani di riciclabilità. Per le leghe di magneti in ferrite, le parti giunte alla fine del ciclo vitale e gli scarti di produzione possono essere frantumati meccanicamente e rilavorati tramite estrusione integrando un’aggiunta controllata di materiale vergine per mantenere la qualità, mentre per le leghe di magneti a base di MnAlC, il riciclaggio resta più complesso e richiede ulteriori ottimizzazioni e investimenti industriali per mantenere proprietà stabili in seguito al ritrattamento. Al termine del progetto, la strada per i prodotti di uso quotidiano passerà attraverso una stretta collaborazione con i produttori di motori, mentre nei motori più piccoli e ad alte prestazioni i magneti di terre rare restano difficili da sostituire. Pertanto, i prossimi passi di PASSENGER si concentrano sulla riprogettazione dei sistemi con magneti privi di terre rare, sull’espansione della convalida in altre applicazioni e sulla trasformazione dei risultati delle prove pilota in componenti qualificati, acquistabili dai produttori in Europa.