Европа запускает новые проекты по обеспечению поставок редкоземельных металлов для «зеленых» технологий

Европейские исследователи запускают две крупные инициативы, направленные на снижение зависимости континента от иностранных поставок редкоземельных элементов, используемых в «зеленых» технологиях. Путем переработки старых компонентов и разработки новых типов магнитов эти проекты стремятся обеспечить устойчивость цепочек поставок для электромобилей и ветряных турбин. Этот сдвиг имеет критическое значение, поскольку в настоящее время производство сильно сконцентрировано в Китае.
- По данным Международного энергетического агентства, Китай очищает 91% мировых запасов редкоземельных элементов, используемых в магнитах.
- Проект MAGELLAN уже произвел высокопроизводительные магниты, содержащие 25% вторичного сырья по весу, сообщает Cyprus Mail.
- Проект MagNEO нацелен на демонстрацию конструкций магнитов, изготовленных с помощью 3D-печати, в промышленном масштабе к 2028 году.
Почему Европу беспокоят поставки магнитов?
Переход к чистой энергии опирается на постоянные магниты, которые позволяют делать двигатели меньше, легче и эффективнее. Эти магниты жизненно важны для тяговых двигателей электромобилей и генераторов ветряных турбин. Без стабильных поставок Европа сталкивается со значительными рисками для своих климатических целей и промышленной стабильности.
Массированная концентрация цепочки поставок в Китае создает уязвимость. Международное энергетическое агентство сообщило, что Китай добывает 60% мировых редкоземельных элементов для магнитов и производит 94% всех постоянных магнитов. Это доминирование делает европейских производителей уязвимыми перед потенциальными торговыми ограничениями и внезапными сбоями в поставках.
Зависимость является серьезным препятствием. Высокая концентрация означает, что любая геополитическая напряженность может остановить производство важнейших «зеленых» технологий. Эта реальность стимулирует поиск передовых материалов, которые либо позволяют повторно использовать существующие ресурсы, либо полностью исключают использование редкоземельных элементов.
Может ли переработка старых магнитов сработать?
Переработка направлена на создание экономики замкнутого цикла путем извлечения ценного неодима и других редкоземельных элементов из отработанных изделий. Проект MAGELLAN в настоящее время возглавляет эти усилия, переосмысливая весь жизненный цикл магнита: от первоначального проектирования до окончательного демонтажа.
Исследователи уже тестируют способы извлечения магнитов из роторов электровелосипедов, самокатов и отслуживших свой срок автомобилей. Хотя объем лома в настоящее время невелик, впереди ожидается массивная волна отходов. Электромобили обычно служат от 15 до 20 лет, в то время как морские ветряные турбины могут эксплуатироваться около 30 лет.
Масштабы будущих отходов значительны. Согласно отчетам Европейской комиссии, поток отходов резко возрастет в течение следующего десятилетия. Это сделает извлечение этих материалов более экономически выгодным для европейской промышленности.
Александр Дамьен, эксперт по магнитам и редкоземельным элементам в Orano
Какой объем могут обеспечить переработанные магниты?
Ожидается, что переработка не заменит добычу полезных ископаемых немедленно, но она может стать существенной «подушкой безопасности» для рынка. Исследователи смоделировали потенциальное влияние одного крупного предприятия на европейский рынок.
Производственное предприятие с годовой мощностью 2 000 тонн может обеспечить примерно 10% прогнозируемого европейского рынка тяговых двигателей для электромобилей к 2040 году. Это составит около 4% более широкого европейского рынка постоянных магнитов.
Работа также способствует накоплению важнейшего промышленного опыта. Используя пилотную линию в Гренобле, проект помогает европейским производителям научиться внедрять вторичные материалы в высокопроизводительные продукты. Это создает новое поколение квалифицированных производителей, способных конкурировать на мировом уровне.
Можно ли создавать магниты без редкоземельных элементов?
Проект MagNEO исследует, могут ли инженеры обойтись без редкоземельных элементов, используя совершенно другие материалы. Команда сосредоточена на магнитах AlNiCo — сплавах на основе железа, содержащих алюминий, никель и кобальт.
Эти материалы не являются новым открытием. Они десятилетиями использовались в таких областях, как звукосниматели для гитар и датчики. Однако команда MagNEO использует современные методы, такие как 3D-печать, чтобы переосмыслить их применение в мощных двигателях.
3D-печать позволяет создавать сложные внутренние структуры. Такие конструкции могут помочь магнитам работать эффективнее в специфических задачах. Этот подход направлен на адаптацию материала под конкретную машину, вместо того чтобы полагаться на грубую силу редкоземельных элементов.
Спирос Диплас, эксперт SINTEF
Будут ли эти альтернативы такими же мощными?
Существует физический предел того, сколько энергии могут обеспечить эти альтернативные магниты. Магниты AlNiCo не могут сравниться с магнитной плотностью энергии редкоземельных магнитов (количеством энергии, передаваемой в определенном объеме).
Исследователи не пытаются в точности воспроизвести характеристики редкоземельных магнитов. Вместо этого они ищут способы сочетания более слабых магнитов с улучшенными конструкциями двигателей. Это может сделать их пригодными для тепловых насосов, судовых двигателей и определенных типов ветряных турбин.
Стратегия заключается в том, чтобы изменить двигатель под магнит. Изменяя конструкцию двигателя, можно компенсировать ограничения материала AlNiCo. Это делает технологию практичной альтернативой, а не прямой заменой.
Спирос Диплас, эксперт SINTEF
Каковы сроки внедрения этих технологий?
Оба проекта работают над достижением конкретных этапов, чтобы доказать свой коммерческий и промышленный потенциал. Фокус смещается от лабораторных экспериментов к крупномасштабным демонстрациям того, как эти материалы ведут себя в реальных системах.
Команда MAGELLAN в настоящее время движется к внедрению переработанного материала в свою пилотную линию. Их следующая крупная цель — продемонстрировать, как эти переработанные магниты фактически функционируют внутри электродвигателя. Это докажет, что «вторичные» материалы могут соответствовать стандартам высокой производительности.
У проекта MagNEO установлен срок до 2028 года. К концу этого года команда планирует продемонстрировать, что как минимум две конструкции магнитов могут быть напечатаны на 3D-принтере в промышленном масштабе. Эти прототипы пройдут испытания в выбранных системах и компьютерное моделирование полноценных двигателей.
Контекст: Проблема редкоземельных элементов
Чтобы понять этот сдвиг, необходимо взглянуть на текущий ландшафт «зеленых» технологий. Редкоземельные элементы, в частности неодим, являются основой современных высокоэффективных двигателей. Поскольку их трудно добывать и перерабатывать, цепочка поставок крайне чувствительна к политическим изменениям.
Исторически мир полагался на централизованную модель поставок. Сейчас этой модели бросает вызов стремление Европейского Союза к использованию «передовых материалов». Это специально разработанные вещества, предназначенные для улучшения характеристик в таких стратегических областях, как оборона, энергетика и транспорт.
Переход от централизованной модели поставок к циклической или альтернативной является долгосрочной целью. Он предполагает переход от модели «взял-сделал-выбросил» к модели, в которой материалы извлекаются из миллионов электромобилей и ветряных турбин, которые со временем выйдут из эксплуатации.
Что дальше?
Непосредственное внимание по-прежнему сосредоточено на пилотных испытаниях переработанных магнитов в двигателях. В ближайшие годы отрасль будет следить за результатами демонстраций 3D-печати проекта MagNEO. В случае успеха они могут стать чертежом для нового типа производства магнитов в Европе.
Конечная цель — добиться выхода этих технологий на промышленный уровень к концу 2020-х годов. Это совпадет с первой крупной волной вывода из эксплуатации электромобилей и ветряных турбин, что создаст стабильный поток сырья для европейского рынка.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Почему редкоземельные магниты важны для окружающей среды?
Они позволяют делать электродвигатели и ветряные турбины меньше и эффективнее, что необходимо для перехода к чистой энергии.Можно ли полностью заменить редкоземельные элементы?
Хотя разрабатываются такие материалы, как AlNiCo, они не могут сравниться по мощности с редкоземельными элементами, поэтому, скорее всего, будут использоваться в специфических, перепроектированных устройствах.Как переработка помогает безопасности Европы?
Переработка создает местную базу материалов из старых автомобилей и турбин, снижая потребность в импорте всего и вся из таких стран, как Китай.


