Czy magnesy niezawierające metali ziem rzadkich mogą napędzać hulajnogi i pompy?
Magnesy stałe są wykorzystywane wewnątrz silników elektrycznych do zamieniania energii elektrycznej w ruch. Znajdziemy je zarówno w hulajnogach elektrycznych, jak i w pompach wodnych. Obecnie wiele magnesów zawiera pierwiastki ziem rzadkich, co naraża europejskich producentów na ryzyko związane z niestabilnością dostaw, nie wspominając o zagrożeniach dla środowiska związanych z ich wydobyciem i długimi łańcuchami dostaw. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu PASSENGER(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracował i przeprowadził testy pilotażowe magnesów trwałych niezawierających metali ziem rzadkich, wyprodukowanych z surowców powszechnie dostępnych w Europie, a następnie sprawdził ich działanie w rzeczywistych zastosowaniach. Celem tych prac było opracowanie praktycznych zamienników, które będą mogły zostać zastosowane w możliwie jak największej liczbie produktów, nawet jeśli konieczne będzie ich przeprojektowanie.
Magnesy niezawierające metali ziem rzadkich sprawdzone w hulajnogach i pompach wodnych
Ulepszone proszki ferrytowe opracowane przez zespół projektu PASSENGER zostały przeanalizowane pod kątem zastosowania w sektorze elektromobilności - badacze zaczęli prace od przeprojektowania silnika hulajnogi elektrycznej. Jak wyjaśnia Rodolfo Miranda, koordynator projektu PASSENGER: „Choć konstrukcja silnika hulajnogi elektrycznej różni się od konwencjonalnego silnika Nd-Fe-B, najnowszy proszek ferrytowy opracowany w ramach projektu PASSENGER (Ferrite P61) osiągnął porównywalne osiągi”. Jak dodaje badacz, jedyna różnica dotyczy momentu obrotowego przy niskich prędkościach obrotowych, w przypadku których magnesy Nd-Fe-B charakteryzują się wyższą gęstością strumienia magnetycznego. Drugie rozwiązanie przeszło drogę od prototypu do gotowego produktu. Jak wyjaśnia Miranda: „W przypadku pomp wodnych z powodzeniem udało nam się zastąpić magnesy Nd-Fe-B w produkcie komercyjnym (Para 15-130/4-20/SC | Wilo)”. Ze względu na to, że ferryt zapewnia niższą gęstość strumienia magnetycznego niż związek Nd-Fe-B, zespół projektu PASSENGER dostosował wymiary magnesów, aby umożliwić większym magnesom spełnianie tych samych wymagań funkcjonalnych w pompie.
Rozwój produkcji w uznanych europejskich zakładach
Prace pilotażowe w ramach projektu objęły kluczowe części łańcucha wartości, od proszków po magnesy wiązane i prototypy wirników. Podczas prac partnerzy wyprodukowali 160 kilogramów MnAlC i 4 tony ulepszonego proszku ferrytu strontu, ustanawiając pierwszy w Europie przemysłowy cykl produkcyjny MnAlC. Partnerzy przemysłowi wykorzystali w tym celu istniejące zakłady produkcyjne, dzięki czemu wytwarzanie proszków i mieszanin nie stanowiła ograniczenia. Postępy prac zależały od badań rozwiązań i działań związanych z akceptacją komponentów w produkcie końcowym, w tym homologacji przez klienta i włączenia nowych magnesów do projektów silników. Zespół projektu PASSENGER zajął się również zagadnieniami praktycznymi, które mają wpływ na wdrożenie. Niektóre prace dotyczące badań rozmagnesowania w niskich temperaturach nie zostały ukończone z powodu trudności technicznych, jednak stanowią priorytet w pracach dotyczących innych rozwiązań, w przypadku których osiągi w warunkach zimowych będą miały kluczowe znaczenie.
Bardziej ekologiczne łańcuchy dostaw i praktyczne metody recyklingu
Ocena cyklu życia przeprowadzona przez zespół projektu PASSENGER zwraca uwagę na czynniki związane z łańcuchem dostaw jako największą korzyść dla środowiska. Jak zauważa Davies: „Jednym słowem, największe korzyści dla środowiska wynikają z uniknięcia wydobycia metali ziem rzadkich i stworzenia krótszego europejskiego łańcucha wartości”. Koncentracja na praktycznych korzyściach wpłynęła także na plany dotyczące recyklingu. W przypadku wiązanych magnesów ferrytowych, części wycofane z eksploatacji i złom produkcyjny mogą być mechanicznie kruszone i ponownie przetwarzane poprzez wytłaczanie z dodatkiem pierwotnego materiału w celu utrzymania jakości. W przypadku magnesów wiązanych na bazie MnAlC recykling jest bardziej złożony i wymaga dalszej optymalizacji oraz inwestycji przemysłowych w celu utrzymania stabilnych właściwości po ponownym przetworzeniu. Po zakończeniu prac w ramach projektu dalsze działania mające na celu wprowadzenie nowych magnesów do produktów codziennego użytku będą związane ze ścisłą współpracą z producentami silników. W mniejszych silnikach o wyższych osiągach magnesy ziem rzadkich pozostają na razie trudne do zastąpienia. Dlatego dalsze prace zespołu projektu PASSENGER koncentrują się na przeprojektowaniu układów związanych z magnesami niezawierającymi metali ziem rzadkich, rozszerzeniu weryfikacji na dodatkowe obszary zastosowań i przekształceniu prototypów w gotowe komponenty, które producenci mogą dostarczać w Europie.