공급망 및 환경 문제로 인해 Tesla의 파워트레인 부서는 모터에서 희토류 자석을 제거하기 위해 열심히 노력하고 있으며 대체 솔루션을 찾고 있습니다.
Tesla는 아직 완전히 새로운 자석 재료를 개발하지 않았으므로 기존 기술을 사용하여 저렴하고 쉽게 제조할 수 있는 페라이트를 사용할 가능성이 높습니다.
페라이트 자석을 주의 깊게 배치하고 모터 설계의 다른 측면을 조정함으로써희토류구동 모터를 복제할 수 있습니다. 이 경우 모터의 무게는 30% 정도만 늘어나는데, 이는 자동차 전체 무게에 비하면 작은 차이일 수 있다.
4. 새로운 자석 재료는 다음 세 가지 기본 특성을 가져야 합니다. 1) 자성을 가져야 합니다. 2) 다른 자기장이 존재하는 경우에도 자성을 계속 유지합니다. 3) 고온에 견딜 수 있다.
Tencent Technology News에 따르면 전기 자동차 제조업체 Tesla는 희토류 원소가 더 이상 자동차 모터에 사용되지 않을 것이라고 밝혔습니다. 이는 Tesla의 엔지니어가 대체 솔루션을 찾는 데 창의력을 최대한 발휘해야 함을 의미합니다.
지난달 엘론 머스크는 테슬라 투자자의 날 행사에서 '마스터 플랜의 세 번째 부분'을 발표했습니다. 그중 물리학 분야에 센세이션을 일으켰던 작은 디테일이 있다. Tesla 파워트레인 부서의 고위 간부인 Colin Campbell은 그의 팀이 공급망 문제와 희토류 자석 생산의 상당한 부정적인 영향으로 인해 모터에서 희토류 자석을 제거한다고 발표했습니다.
이 목표를 달성하기 위해 Campbell은 희토류 1, 희토류 2, 희토류 3으로 교묘하게 라벨이 붙은 세 가지 신비한 물질이 포함된 두 개의 슬라이드를 제시했습니다. 첫 번째 슬라이드는 Tesla의 현재 상황을 나타내며, 회사가 각 차량에 사용하는 희토류의 양은 다음과 같습니다. 0.5kg에서 10g까지 다양합니다. 두 번째 슬라이드에서는 모든 희토류 원소의 사용이 0으로 줄었습니다.
특정 물질의 전자 운동에 의해 생성되는 마력을 연구하는 자기학자들은 희토류 1, 즉 네오디뮴의 정체를 쉽게 알아볼 수 있습니다. 철이나 붕소와 같은 일반적인 원소에 첨가하면 이 금속은 항상 강력한 자기장을 생성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 이러한 품질을 갖춘 재료는 거의 없으며, 2000kg이 넘는 Tesla 자동차와 산업용 로봇에서 전투기에 이르기까지 많은 다른 것들을 움직일 수 있는 자기장을 생성하는 희토류 원소는 훨씬 더 적습니다. Tesla가 모터에서 네오디뮴 및 기타 희토류 원소를 제거할 계획이라면 대신 어떤 자석을 사용할 것입니까?
물리학자들에게 한 가지 확실한 점은 테슬라가 완전히 새로운 유형의 자성 물질을 발명하지 않았다는 것입니다. NIron Magnets의 전략 부사장인 Andy Blackburn은 "100년이 넘는 기간 동안 우리가 새로운 비즈니스 자석을 인수할 수 있는 기회는 거의 없을 것입니다."라고 말했습니다. NIron Magnets는 다음 기회를 포착하기 위해 노력하는 몇 안 되는 스타트업 중 하나입니다.
Blackburn과 다른 사람들은 Tesla가 훨씬 덜 강력한 자석을 사용하기로 결정했을 가능성이 더 높다고 믿습니다. 많은 가능성 중에서 가장 확실한 후보는 페라이트입니다. 철과 산소로 구성된 세라믹에 스트론튬과 같은 소량의 금속이 혼합되어 있습니다. 가격이 저렴하고 제조도 용이해 1950년대부터 전 세계의 냉장고 문이 이런 방식으로 제조됐다.
그러나 부피 면에서 볼 때 페라이트의 자성은 네오디뮴 자석의 10분의 1에 불과해 새로운 의문을 제기합니다. 테슬라 CEO 일론 머스크는 평소 타협하지 않는 것으로 알려져 있지만, 테슬라가 페라이트로 전환하려면 어느 정도 양보해야 할 것으로 보인다.
배터리가 전기차의 동력이라고 믿기 쉽지만, 실제로 전기차를 구동하는 것은 전자기 구동이다. Tesla Company와 자기 장치인 "Tesla"가 모두 같은 사람의 이름을 따서 명명된 것은 우연이 아닙니다. 전자가 모터의 코일을 통해 흐를 때 반대 자기력을 구동하는 전자기장이 생성되어 모터 샤프트가 바퀴와 함께 회전하게 됩니다.
Tesla 자동차의 뒷바퀴에 이러한 힘은 원자 주위의 영리한 전자 회전 덕분에 안정적인 자기장이 있고 전류 입력이 없는 이상한 물질인 영구 자석이 있는 모터에 의해 제공됩니다. Tesla는 배터리를 업그레이드하지 않고도 주행 거리를 확장하고 토크를 높이기 위해 약 5년 전부터 자동차에 이러한 자석을 추가하기 시작했습니다. 이전에는 전기를 소모해 자성을 발생시키는 전자석을 중심으로 제작한 유도전동기를 사용했다. 전면 모터가 장착된 모델은 여전히 이 모드를 사용하고 있습니다.
희토류와 자석을 버리려는 테슬라의 움직임은 좀 이상해 보인다. 자동차 회사는 효율성에 집착하는 경우가 많습니다. 특히 전기 자동차의 경우 주행 거리에 대한 두려움을 극복하도록 운전자를 설득하려고 여전히 노력하고 있습니다. 하지만 자동차 제조사들이 전기차 생산 규모를 확대하기 시작하면서, 이전에는 너무 비효율적이라고 여겨졌던 많은 프로젝트들이 다시 떠오르고 있습니다.
이로 인해 Tesla를 비롯한 자동차 제조업체에서는 리튬인산철(LFP) 배터리를 사용하는 자동차를 더 많이 생산하게 되었습니다. 코발트, 니켈 등의 원소가 포함된 배터리에 비해 이러한 모델은 주행 거리가 더 짧은 경우가 많습니다. 이는 더 큰 무게와 더 낮은 저장 용량을 갖춘 오래된 기술입니다. 현재 저속 전력으로 구동되는 모델 3의 주행거리는 272마일(약 438km)이고, 더 발전된 배터리를 장착한 원격 모델 S는 400마일(640km)에 달할 수 있다. 그러나 인산철리튬 배터리를 사용하는 것이 더 비싸고 심지어 정치적으로 위험한 재료의 사용을 피할 수 있기 때문에 보다 합리적인 비즈니스 선택이 될 수 있습니다.
그러나 Tesla는 다른 변경 사항 없이 단순히 자석을 페라이트와 같은 더 나쁜 것으로 교체할 것 같지 않습니다. 웁살라 대학의 물리학자인 Alaina Vishna는 “당신은 차에 거대한 자석을 가지고 다니게 될 것입니다. 다행스럽게도 전기 모터는 약한 자석 사용으로 인한 영향을 줄이기 위해 이론적으로 재배치할 수 있는 다른 많은 구성 요소가 포함된 매우 복잡한 기계입니다.
컴퓨터 모델에서 소재 회사인 Proterial은 최근 페라이트 자석을 주의 깊게 배치하고 모터 설계의 다른 측면을 조정함으로써 희토류 구동 모터의 많은 성능 지표를 복제할 수 있다는 사실을 확인했습니다. 이 경우 모터의 무게는 약 30% 정도만 늘어나는데, 이는 자동차 전체 무게에 비하면 작은 차이일 수 있다.
이러한 골치 아픈 문제에도 불구하고 자동차 회사는 가능하다면 희토류 원소를 포기해야 할 이유가 여전히 많습니다. 희토류 시장 전체의 가치는 미국 계란 시장의 가치와 유사하며 이론적으로는 전 세계적으로 희토류 원소를 채굴, 가공, 자석으로 변환할 수 있지만 현실적으로 이러한 과정에는 많은 어려움이 따른다.
광물 분석가이자 인기 있는 희토류 관찰 블로거인 Thomas Krumer는 이렇게 말했습니다. “이 산업은 100억 달러 규모이지만 매년 생산되는 제품의 가치는 2조 달러에서 3조 달러에 이르는데 이는 엄청난 지렛대입니다. 자동차도 마찬가지다. 이 물질이 몇 킬로그램만 포함되어 있더라도 이를 제거한다는 것은 전체 엔진을 다시 설계하지 않는 한 자동차가 더 이상 작동할 수 없음을 의미합니다.
미국과 유럽은 이러한 공급망을 다양화하려고 노력하고 있습니다. 21세기 초 폐쇄됐던 캘리포니아 희토류 광산이 최근 재개장해 현재 전 세계 희토류 자원의 15%를 공급하고 있다. 미국의 경우 정부 기관(특히 국방부)이 항공기, 위성 등 장비에 강력한 자석을 제공해야 하며, 국내는 물론 일본, 유럽 등 지역의 공급망 투자에 열성적입니다. 그러나 비용, 필요한 기술, 환경 문제를 고려하면 이는 수년, 심지어 수십 년 동안 지속될 수 있는 느린 프로세스입니다.
게시 시간: 2023년 5월 11일