เนื่องมาจากปัญหาด้านห่วงโซ่อุปทานและสิ่งแวดล้อม แผนกระบบส่งกำลังของ Tesla จึงทำงานอย่างหนักเพื่อนำแม่เหล็กหายากออกจากมอเตอร์ และกำลังมองหาวิธีแก้ปัญหาทางเลือก
เทสลายังไม่ได้ประดิษฐ์วัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่ทั้งหมด จึงอาจใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ ซึ่งส่วนใหญ่น่าจะใช้เฟอร์ไรต์ราคาถูกและผลิตได้ง่าย
โดยการวางตำแหน่งแม่เหล็กเฟอร์ไรต์อย่างระมัดระวังและปรับด้านอื่นๆ ของการออกแบบมอเตอร์ ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลายตัวของแร่ธาตุหายากมอเตอร์ขับเคลื่อนสามารถจำลองได้ ในกรณีนี้ น้ำหนักของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเพียงประมาณ 30% ซึ่งอาจมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับน้ำหนักรวมของรถ
4. วัสดุแม่เหล็กใหม่จะต้องมีคุณสมบัติพื้นฐานสามประการดังต่อไปนี้: 1) ต้องมีแม่เหล็ก 2) คงความเป็นแม่เหล็กอย่างต่อเนื่องแม้จะมีสนามแม่เหล็กอื่นๆ 3) ทนต่ออุณหภูมิสูงได้
ตามรายงานของ Tencent Technology News บริษัทผู้ผลิตยานยนต์ไฟฟ้า Tesla ได้ระบุว่าจะไม่ใช้ธาตุหายากในมอเตอร์รถยนต์อีกต่อไป ซึ่งหมายความว่าวิศวกรของ Tesla จะต้องปลดปล่อยความคิดสร้างสรรค์อย่างเต็มที่ในการหาวิธีแก้ไขปัญหาทางเลือก
เมื่อเดือนที่แล้ว อีลอน มัสก์ได้เผยแพร่ “ส่วนที่สามของแผนแม่บท” ในงาน Tesla Investor Day โดยมีรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ หนึ่งอย่างซึ่งสร้างความฮือฮาในแวดวงฟิสิกส์ โคลิน แคมป์เบลล์ ผู้บริหารระดับสูงในแผนกระบบส่งกำลังของ Tesla ประกาศว่าทีมงานของเขาจะถอดแม่เหล็กแรร์เอิร์ธออกจากมอเตอร์เนื่องจากปัญหาห่วงโซ่อุปทานและผลกระทบเชิงลบอย่างมีนัยสำคัญจากการผลิตแม่เหล็กแรร์เอิร์ธ
เพื่อบรรลุเป้าหมายดังกล่าว แคมป์เบลล์ได้นำเสนอสไลด์ 2 ชุดเกี่ยวกับวัสดุลึกลับ 3 ชนิดที่ติดฉลากไว้อย่างชาญฉลาด ได้แก่ แรร์เอิร์ธ 1 แรร์เอิร์ธ 2 และแรร์เอิร์ธ 3 สไลด์แรกแสดงสถานการณ์ปัจจุบันของบริษัทเทสลา ซึ่งปริมาณแรร์เอิร์ธที่บริษัทใช้ในรถแต่ละคันมีตั้งแต่ครึ่งกิโลกรัมถึง 10 กรัม ในสไลด์ที่สอง การใช้ธาตุแรร์เอิร์ธทั้งหมดลดลงเหลือศูนย์
สำหรับนักแม่เหล็กวิทยาที่ศึกษาพลังวิเศษที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวัสดุบางชนิด ธาตุหายาก 1 สามารถจดจำได้ง่าย ซึ่งก็คือ นีโอไดเมียม เมื่อนำไปผสมกับธาตุทั่วไป เช่น เหล็กและโบรอน โลหะชนิดนี้จะช่วยสร้างสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งและทำงานตลอดเวลา แต่มีวัสดุเพียงไม่กี่ชนิดที่มีคุณสมบัตินี้ และธาตุหายากเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สร้างสนามแม่เหล็กที่สามารถเคลื่อนย้ายรถยนต์ Tesla ที่มีน้ำหนักมากกว่า 2,000 กิโลกรัม รวมถึงสิ่งของอื่นๆ อีกมากมาย ตั้งแต่หุ่นยนต์อุตสาหกรรมไปจนถึงเครื่องบินรบ หาก Tesla วางแผนที่จะนำนีโอไดเมียมและธาตุหายากอื่นๆ ออกจากมอเตอร์ จะใช้แม่เหล็กชนิดใดแทน?
สำหรับนักฟิสิกส์ สิ่งหนึ่งที่แน่นอนคือ Tesla ไม่ได้ประดิษฐ์วัสดุแม่เหล็กประเภทใหม่ทั้งหมด แอนดี้ แบล็กเบิร์น รองประธานบริหารฝ่ายกลยุทธ์ของ NIron Magnets กล่าวว่า "ในอีกกว่า 100 ปีข้างหน้า เราอาจมีโอกาสเพียงเล็กน้อยในการได้มาซึ่งแม่เหล็กประเภทใหม่" NIron Magnets เป็นหนึ่งในบริษัทสตาร์ทอัพไม่กี่แห่งที่พยายามคว้าโอกาสใหม่นี้ไว้
แบล็กเบิร์นและคนอื่นๆ เชื่อว่ามีแนวโน้มมากกว่าที่เทสลาจะตัดสินใจใช้แม่เหล็กที่มีพลังน้อยกว่ามาก ในบรรดาแม่เหล็กที่มีความเป็นไปได้มากมาย เฟอร์ไรต์เป็นวัสดุที่เห็นได้ชัดที่สุด ซึ่งเป็นเซรามิกที่ประกอบด้วยเหล็กและออกซิเจน ผสมกับโลหะจำนวนเล็กน้อย เช่น สตรอนเซียม เฟอร์ไรต์มีราคาถูกและผลิตได้ง่าย และตั้งแต่ทศวรรษ 1950 เป็นต้นมา ประตูตู้เย็นทั่วโลกก็ได้รับการผลิตด้วยวิธีนี้
แต่ในแง่ของปริมาตร แม่เหล็กเฟอร์ไรต์มีความจุเพียงหนึ่งในสิบของแม่เหล็กนีโอไดเมียม ซึ่งทำให้เกิดคำถามใหม่ ๆ อีลอน มัสก์ ซีอีโอของ Tesla เป็นที่รู้จักมาโดยตลอดว่าไม่ยอมประนีประนอม แต่หาก Tesla ต้องการเปลี่ยนไปใช้เฟอร์ไรต์ ดูเหมือนว่าจะต้องมีการประนีประนอมบางอย่าง
เชื่อกันได้ง่ายๆ ว่าแบตเตอรี่คือพลังของยานยนต์ไฟฟ้า แต่ในความเป็นจริงแล้ว การขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าต่างหากที่ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ทั้งบริษัท Tesla และหน่วยแม่เหล็ก “Tesla” ตั้งชื่อตามบุคคลคนเดียวกัน เมื่ออิเล็กตรอนไหลผ่านขดลวดของมอเตอร์ อิเล็กตรอนจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนแรงแม่เหล็กตรงข้าม ทำให้เพลาของมอเตอร์หมุนไปพร้อมกับล้อ
สำหรับล้อหลังของรถยนต์ Tesla แรงเหล่านี้มาจากมอเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวร ซึ่งเป็นวัสดุแปลกๆ ที่มีสนามแม่เหล็กเสถียรและไม่มีกระแสไฟฟ้าเข้า เนื่องจากอิเล็กตรอนหมุนรอบอะตอมอย่างชาญฉลาด Tesla เพิ่งเริ่มเพิ่มแม่เหล็กเหล่านี้ลงในรถยนต์เมื่อประมาณ 5 ปีที่แล้ว เพื่อขยายระยะทางและเพิ่มแรงบิดโดยไม่ต้องอัปเกรดแบตเตอรี่ ก่อนหน้านี้ บริษัทใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำที่ผลิตขึ้นโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสร้างแม่เหล็กโดยใช้ไฟฟ้า รุ่นที่มีมอเตอร์ด้านหน้ายังคงใช้โหมดนี้
ดูเหมือนว่า Tesla จะเลิกใช้แร่ธาตุหายากและแม่เหล็ก เพราะบริษัทผลิตรถยนต์มักให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในกรณีของรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งพวกเขาพยายามโน้มน้าวผู้ขับขี่ให้เอาชนะความกลัวเรื่องระยะทาง แต่เมื่อผู้ผลิตเริ่มขยายขนาดการผลิตของรถยนต์ไฟฟ้า โครงการต่างๆ ที่เคยถือว่าไม่มีประสิทธิภาพก็กลับมาเกิดขึ้นอีกครั้ง
สิ่งนี้ทำให้ผู้ผลิตยานยนต์ รวมถึง Tesla ต้องผลิตยานยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) มากขึ้น เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่มีธาตุอย่างโคบอลต์และนิกเกิลแล้ว รุ่นเหล่านี้มักจะมีระยะทางวิ่งที่สั้นกว่า ซึ่งเป็นเทคโนโลยีรุ่นเก่าที่มีน้ำหนักมากกว่าและมีความจุในการจัดเก็บน้อยกว่า ปัจจุบัน Model 3 ที่ใช้พลังงานความเร็วต่ำมีระยะทางวิ่ง 272 ไมล์ (ประมาณ 438 กิโลเมตร) ในขณะที่รุ่น Model S ระยะไกลที่ติดตั้งแบตเตอรี่ขั้นสูงกว่าสามารถวิ่งได้ 400 ไมล์ (640 กิโลเมตร) อย่างไรก็ตาม การใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟตอาจเป็นทางเลือกทางธุรกิจที่สมเหตุสมผลมากกว่า เนื่องจากหลีกเลี่ยงการใช้วัสดุที่มีราคาแพงกว่าและอาจมีความเสี่ยงทางการเมือง
อย่างไรก็ตาม เทสลาไม่น่าจะเปลี่ยนแม่เหล็กด้วยวัสดุที่แย่กว่า เช่น เฟอร์ไรต์ โดยไม่ทำการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ เลย อลีนา วิษณะ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอุปซอลา กล่าวว่า “คุณจะต้องพกแม่เหล็กขนาดใหญ่ติดรถไปด้วย โชคดีที่มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเครื่องจักรที่ซับซ้อนมาก โดยมีส่วนประกอบอื่น ๆ มากมายที่ในทางทฤษฎีสามารถจัดเรียงใหม่เพื่อลดผลกระทบจากการใช้แม่เหล็กที่อ่อนแอกว่าได้”
ในโมเดลคอมพิวเตอร์ บริษัทวัสดุ Proterial ได้ระบุเมื่อไม่นานนี้ว่าตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลายตัวของมอเตอร์ขับเคลื่อนด้วยธาตุหายากสามารถจำลองได้โดยการวางตำแหน่งแม่เหล็กเฟอร์ไรต์อย่างระมัดระวังและปรับด้านอื่นๆ ของการออกแบบมอเตอร์ ในกรณีนี้ น้ำหนักของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นเพียงประมาณ 30% ซึ่งอาจมีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับน้ำหนักรวมของรถยนต์
แม้จะมีปัญหาปวดหัวเหล่านี้ บริษัทผลิตรถยนต์ยังคงมีหลายเหตุผลที่จะเลิกใช้ธาตุหายาก หากพวกเขาสามารถทำได้ มูลค่าของตลาดธาตุหายากทั้งหมดนั้นใกล้เคียงกับตลาดไข่ในสหรัฐฯ และในทางทฤษฎี ธาตุหายากสามารถขุด แปรรูป และแปลงเป็นแม่เหล็กได้ทั่วโลก แต่ในความเป็นจริง กระบวนการเหล่านี้ก่อให้เกิดความท้าทายมากมาย
โทมัส ครูเมอร์ นักวิเคราะห์แร่และบล็อกเกอร์ด้านการสังเกตการณ์ธาตุหายากชื่อดัง กล่าวว่า “นี่เป็นอุตสาหกรรมที่มีมูลค่า 10,000 ล้านดอลลาร์ แต่มูลค่าของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นในแต่ละปีอยู่ระหว่าง 2 ล้านล้านดอลลาร์ถึง 3 ล้านล้านดอลลาร์ ซึ่งถือเป็นปัจจัยสำคัญมาก เช่นเดียวกับรถยนต์ แม้ว่าจะมีสารนี้อยู่เพียงไม่กี่กิโลกรัม แต่การกำจัดสารเหล่านี้ออกไปก็หมายความว่ารถยนต์ไม่สามารถวิ่งได้อีกต่อไป เว้นแต่คุณจะยินดีออกแบบเครื่องยนต์ใหม่ทั้งหมด
สหรัฐอเมริกาและยุโรปกำลังพยายามกระจายห่วงโซ่อุปทานนี้ เหมืองแร่หายากในแคลิฟอร์เนียซึ่งปิดตัวลงในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 ได้เปิดทำการอีกครั้งเมื่อไม่นานมานี้ และปัจจุบันจัดหาทรัพยากรหายากของโลกได้ 15% ในสหรัฐอเมริกา หน่วยงานของรัฐ (โดยเฉพาะกระทรวงกลาโหม) จำเป็นต้องจัดหาแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์ เช่น เครื่องบินและดาวเทียม และพวกเขาก็กระตือรือร้นที่จะลงทุนในห่วงโซ่อุปทานในประเทศและในภูมิภาคต่างๆ เช่น ญี่ปุ่นและยุโรป แต่เมื่อพิจารณาถึงต้นทุน เทคโนโลยีที่จำเป็น และปัญหาสิ่งแวดล้อมแล้ว นี่เป็นกระบวนการที่ช้าซึ่งอาจกินเวลานานหลายปีหรือหลายทศวรรษ
เวลาโพสต์ : 11 พ.ค. 2566