サプライチェーンと環境問題のため、テスラのパワートレイン部門はモーターから希土類磁石を取り除くために懸命に取り組んでおり、代替の解決策を模索している。
テスラはまだ完全に新しい磁石材料を発明していないため、おそらくは安価で簡単に製造できるフェライトを使って既存の技術で間に合わせることになるだろう。
フェライト磁石を慎重に配置したり、モーター設計の他の側面を調整したりすることで、希土類駆動モーターは複製可能です。この場合、モーターの重量は約30%しか増加せず、車両全体の重量と比較するとわずかな差に過ぎない可能性があります。
4. 新しい磁石材料には、次の 3 つの基本特性が必要です。1) 磁性を持つこと。2) 他の磁場があっても磁性を維持し続けること。3) 高温に耐えられること。
テンセントテクノロジーニュースによると、電気自動車メーカーのテスラは、今後は自動車のモーターに希土類元素を使用しないと発表した。これは、テスラのエンジニアが代替ソリューションを見つけるために創造性をフルに発揮する必要があることを意味している。
先月、イーロン・マスクはテスラの投資家向けイベントで「マスタープラン第3弾」を発表しました。その中で、物理学界でセンセーションを巻き起こした小さな詳細がありました。テスラのパワートレイン部門の上級幹部であるコリン・キャンベル氏は、サプライチェーンの問題と希土類磁石の生産による重大な悪影響を理由に、チームがモーターから希土類磁石を廃止すると発表したのです。
この目標を達成するために、キャンベル氏は3つの謎の物質を巧みに「レアアース1」、「レアアース2」、「レアアース3」と名付けた2枚のスライドを提示した。最初のスライドはテスラの現状を表しており、同社が車両1台あたりに使用するレアアースの量は0.5キログラムから10グラムに及んでいる。2枚目のスライドでは、すべてのレアアースの使用量がゼロに削減されている。
特定の物質における電子運動によって生み出される魔力について研究する磁気学者にとって、希土類元素1の正体は容易に認識できます。それはネオジムです。鉄やホウ素といった一般的な元素にこの金属を加えると、強力な常時磁場を発生させることができます。しかし、この特性を持つ物質は少なく、2000キログラムを超えるテスラの車、産業用ロボットから戦闘機まで、様々なものを動かす磁場を生成できる希土類元素はさらに少ないのです。テスラがモーターからネオジムなどの希土類元素を取り除く計画だとしたら、代わりにどの磁石を使うのでしょうか？
物理学者にとって確かなことが一つあります。テスラは全く新しいタイプの磁性材料を発明したわけではないということです。NIron Magnetsの戦略担当エグゼクティブバイスプレジデント、アンディ・ブラックバーン氏は、「今後100年以上、新たな事業用磁石を獲得できる機会はほんのわずかかもしれません」と述べています。NIron Magnetsは、次の機会を掴もうと奮闘する数少ないスタートアップ企業の一つです。
ブラックバーン氏らは、テスラがはるかに弱い磁石で間に合わせることを決めた可能性が高いと考えている。多くの可能性の中で、最も有力な候補はフェライトである。これは鉄と酸素に少量のストロンチウムなどの金属を混ぜたセラミックである。フェライトは安価で製造が容易であり、1950年代以降、世界中の冷蔵庫のドアはこの方法で製造されてきた。
しかし、体積比で見ると、フェライトの磁力はネオジム磁石の10分の1に過ぎず、新たな疑問が生じます。テスラのCEO、イーロン・マスクは常に妥協を許さないことで知られていますが、テスラがフェライトに移行するには、ある程度の譲歩が必要になるようです。
電気自動車の動力源はバッテリーだと信じがちですが、実際には電気自動車を動かすのは電磁力です。テスラ社と磁気単位「テスラ」が同じ人物にちなんで名付けられているのは偶然ではありません。モーター内のコイルに電子が流れると、電磁場が発生し、その磁力と反対方向に働く磁力が作用し、モーターのシャフトが車輪とともに回転します。
テスラ車の後輪では、これらの力は永久磁石を備えたモーターによって供給されます。永久磁石は、原子の周りを電子が巧みに回転することで、安定した磁場を発生し、電流を流す必要がない不思議な物質です。テスラがこれらの磁石を車に搭載し始めたのは、バッテリーをアップグレードすることなく航続距離を延ばし、トルクを向上させるため、約5年前のことです。それ以前は、電気を消費することで磁力を発生させる電磁石をベースに製造された誘導モーターを使用していました。フロントモーターを搭載したモデルでは、現在もこの方式が採用されています。
テスラが希土類元素と磁石の使用を放棄するという動きは、少々奇妙に思える。自動車メーカーは効率性に執着する傾向があり、特に電気自動車においては、ドライバーの航続距離への不安を払拭しようと努力している。しかし、自動車メーカーが電気自動車の生産規模を拡大し始めるにつれ、以前は効率が悪すぎると考えられていた多くのプロジェクトが再び浮上しつつある。
このため、テスラをはじめとする自動車メーカーは、リン酸鉄リチウム（LFP）バッテリーを搭載した車の生産を拡大しています。コバルトやニッケルなどの元素を含むバッテリーと比較すると、これらのモデルの航続距離は短い傾向にあります。これは古い技術であり、重量が重く、蓄電容量も低いためです。現在、低速パワーで駆動するモデル3の航続距離は272マイル（約438キロメートル）、より高性能なバッテリーを搭載したモデルSの航続距離は400マイル（640キロメートル）です。しかし、リン酸鉄リチウムバッテリーの使用は、より高価で政治的にリスクの高い材料の使用を回避できるため、より賢明なビジネス上の選択と言えるかもしれません。
しかし、テスラが磁石をフェライトなどの劣悪な素材に置き換えるだけで、他の変更は一切行わない可能性は低い。ウプサラ大学の物理学者アライナ・ヴィシュナ氏は、「車には巨大な磁石が搭載されます。幸いなことに、電気モーターは非常に複雑な機械であり、他の多くの部品を理論的に再配置することで、より弱い磁石の使用による影響を軽減することができます」と述べています。
材料会社Proterialは最近、コンピュータモデルを用いて、フェライト磁石の配置を慎重に調整し、モーター設計の他の側面を調整することで、希土類駆動モーターの多くの性能指標を再現できることを明らかにしました。この場合、モーターの重量は約30%しか増加せず、車両全体の重量と比較するとわずかな差に過ぎない可能性があります。
こうした悩みを抱えながらも、自動車メーカーには、もしそれが可能であれば、希土類元素を放棄する理由が依然として多くあります。希土類元素市場全体の価値は、米国の鶏卵市場と同程度であり、理論的には希土類元素は世界中で採掘、加工、そして磁石への変換が可能です。しかし、現実には、これらのプロセスには多くの課題が伴います。
鉱物分析家であり、レアアース観察ブログで人気のトーマス・クルーマー氏は、「これは100億ドル規模の産業ですが、毎年生み出される製品の価値は2兆ドルから3兆ドルに及び、非常に大きな影響力を持っています。自動車にも同じことが言えます。たとえこの物質が数キロしか含まれていなくても、それを取り除くと、エンジン全体を再設計しない限り、車は走れなくなってしまいます」と述べています。
米国と欧州は、このサプライチェーンの多様化に取り組んでいます。21世紀初頭に閉鎖されたカリフォルニア州の希土類鉱山は最近再開され、現在では世界の希土類資源の15%を供給しています。米国では、政府機関（特に国防総省）が航空機や衛星などの機器に強力な磁石を供給する必要があり、国内および日本や欧州などの地域におけるサプライチェーンへの投資に熱心です。しかし、コスト、必要な技術、そして環境問題を考慮すると、これは数年、あるいは数十年かかる可能性のある、ゆっくりとしたプロセスです。
投稿日時: 2023年5月11日