Europejska produkcja bardziej ekologicznych magnesów
Rynek energii odnawialnej kwitnie. Stosowane obecnie magnesy trwałe opierają się na pierwiastkach ziem rzadkich (neodymie) i ciężkich pierwiastkach ziem rzadkich (dysprozie i terbie), dostarczanych głównie przez Chiny, w celu zapewnienia ich wydajności w wysokich temperaturach. Jednocześnie, przy rosnącym zapotrzebowaniu na te pierwiastki, Chiny ograniczają ich eksport, aby zapewnić odpowiednią dostępność zasobów na potrzeby swojego rosnącego sektora zielonej energii. W kontekście rosnących gwałtownie cen materiałów i utraty stabilności dostaw zainicjowano finansowany ze środków UE projekt ROMEO (Replacement and original magnet engineering options) w celu radykalnego zwiększenia ilości HRE oraz znalezienia alternatywy dla ciężkich pierwiastków ziem rzadkich stosowanych do produkcji magnesów trwałych. Naukowcy starali się udoskonalić właściwości magnesów trwałych opartych na pierwiastkach LRE i opracowali magnes całkowicie wolny od pierwiastków ziem rzadkich. Udoskonalenie koercji lub odporności na zmiany w namagnesowaniu zapewni wysoką wydajność przy temperaturach roboczych powyżej 100°C. Konsorcjum ROMEO połączyło europejską doskonałość i fachową wiedzę ze wsparciem z Japonii i Stanów Zjednoczonych za pośrednictwem zespołu doradczego. Dotychczasowe technologie używają około 10-11 wt % Dy, podczas gdy przy pomocy nowej techniki wystarczy użycie zaledwie 0,6 wt % Dy. Ta szesnastokrotnie mniejsza wartość oznacza radykalne obniżenie kosztów produkcji magnesów, które można oszacować na około 40% według cen surowców z 2015 r. Ponadto koercja magnesów wolnych od ciężkich pierwiastków ziem rzadkich została znacznie udoskonalona w porównaniu z poprzednimi wynikami. Naukowcy poszukiwali też najlepszego kompromisu pomiędzy właściwościami mechanicznymi i magnetycznymi. Symulacje i wysokoprzepustowe metody badań przesiewowych służące do oceny struktur elektronicznych i właściwości magnetycznych rzuciły światło na materiały będące potencjalnymi kandydatami na nowe magnesy trwałe. Liczne badania formuł i technik przetwarzania proszków dały obiecujące wyniki. Wybrano dziewięć nowych materiałów magnetycznych wolnych od pierwiastków ziem rzadkich w celu przeprowadzenia badań eksperymentalnych w procesie wysokoprzepustowych badań przesiewowych. Zespół ocenił strategię produkcji, koncentrując się na produkcji wydajnej ekologicznie. Wśród analizowanych zagadnień znalazły się spiekanie i hutnictwo, produkcja magnesów wiązanych polimerami, przetwarzanie o dużej dokładności kształtu i recykling. W ramach projektu ROMEO naukowcy podjęli się realizacji kluczowego zadania: opracowania materiałów wolnych od pierwiastków ziem rzadkich w celu zbudowania magnesów trwałych potrzebnych do produkcji pojazdów elektrycznych i turbin wiatrowych. Niezależna dostawa zrównoważonych materiałów i technologie produkcji bardziej przyjazne dla środowiska pomogą UE w zdobyciu przewagi na globalnym rynku energii odnawialnej.
Słowa kluczowe
Magnesy trwałe, energia odnawialna, pierwiastki ziem rzadkich, koercja
