Befellegzett az elektromos autózásnak, elfogyhatnak a ritkaföldfémek?

A hírek szerint Kína egyeduralma a ritkaföldfém bányászat terén fenyegeti az elektronikai ipart és az autógyártást, és komolyan keresztbe tehet az elektromobilitás térhódításának. De valóban így van ez? Tényleg ennyire kiszolgáltatott lenne az iparág Kínának? Riták a ritkaföldfémek? Esetleg lehetne nálunk bányászni?

A neodímium szupererős mágnesek alkotórésze, a villanymotor gyártáshoz használjuk.

17 elemet nevezünk ritkaföldfémnek, ezek az 57–71, 21, valamint 39-es atomszámúak az elemek periodusos rendszerében. Ezek nevükkel ellentétben nem mind ritkák, inkább abban különböznek más elemektől, hogy nem dúsulnak fel ércekben mint más fémek, például a vas vagy réz, hanem viszonylag egyenletes eloszlásban megtalálhatók a földkéregben. Például a szupererős mágnesek gyártásához használt neodímiumból nincs kevesebb, mint ólomból vagy krómból, vagy épp a cériumból annyit rejt a Föld mélye, mint rézből, de nagy koncentrációjú ércben nem jelennek meg. Ezért a ritkaföldfémek bányászata nem gazdaságos, ott éri meg, ahol amúgy is nagy tömegben bányásznak valamilyen ércet, például vasércet és mellékesen kinyerik a ritkaföldfémeket is. Felhasználásuk sem általános, hanem mindig valamilyen speciális alkalmazáshoz nélkülözhetetlenek. A ritkaföldfémek piacát 90%-ban Kína uralja, és ezzel a hatalmával élni is szeretne, diktálva az árakat és a hozzáférést ezekhez a nyersanyagokhoz. Talán ennek hatására mozdul az ipar, Európában is vannak tervek a kitermelésre.

A Chevrolet Spark EV villanymotorjában is neodímium mágnesek rejtőznek.

A villanyautók leginkább a neodímiumtól függnek, számos típus motorjában megtalálható szupererős állandó mágnesek formájában. A neodímium helyettesíthető a szintén ritkaföldfém prazeodímiummal, de szükség van diszpróziumra vagy terbiumra is. A diszprózium/terbium teszi lehetővé, hogy a mágnes megőrizze koercivitását magas hőmérsékleten – bizony a villanymotorok is melegszenek. De hasonlóképp a szélerőművek generátoraiban is kulcsszerepük van. Az egyik lehetséges megoldás ezeknek a fémeknek a kiváltására, ha új típusú mágneses anyagok után nézünk. Ilyen lehet a mangán-bizmut mágnes is, amit az Egyesült Államok Energiahivatala fejleszt.

EZT OLVASTAD MÁR?  Az ipari aksik mentik meg a Teslát?
Neodímiumot tartalmaz a legtöbb villanyautó motorja.

Szerencsére amit az állandó motorokkal működő forgó gépek tudnak, az megoldható másként, sőt talán jobban is két motortípussal, amelyek nem tartalmaznak állandó mágneseket, helyette fejlett szoftverek és szilícium alapú elektronika vezérli őket. A szilícium viszont a leggyakoribb szilárd elem a Földön. Az első ilyen a 130 éve Nikola Tesla által felfedezett indukciós motor, mely a Tesla elektromos autóit is hajtja. A másik, kevésbé ismert motortípus eredete 1838-ig nyúlik vissza, a kapcsolt reluktancia motor elve gőzmozdonyokból indult. Ez is csak vasból és kevés rézből épül fel, de más az elrendezése és a működési elve. A kapcsolt reluktancia motorok egyszerűbbek és megbízhatóbbak, mint az állandó mágneses motorok, és könnyűek is, villámgyorsan átkapcsolhatók hajtásból generátor üzembe, jobban elviselik a melegedést és olcsóbbak is. Az egyetlen hátrányuk, hogy magas szintű tudás kell a tervezésükhöz.

Néhány hibrid autó, mint pl. a régebbi Honda, vagy a Toyota egyes modelljei nikkel-fémhidrid akkumulátorban tárolja az energiát. De mit rejt a titokzatos fémhidrid? Egy ritkaföldfém, a lantán bújik meg nagy mennyiségben ezekben a tárolókban. Egy Priusban akár 3 kilogramm is lehet ebből a fémből. Itt az alternatíva a lítium-ion akkumulátorok, vagy grafén szuperkondenzátorok alkalmazása lehet. A másik lehetőség, hogy a jármű tömegét és légellenállását csökkentjük jelentősen, például szénszálas műanyagok alkalmazásával, mely lassan tömeggyárthatóvá válik. Ezzel az akkumulátor mérete is csökkenthető.

EZT OLVASTAD MÁR?  Tényleg ennyivel olcsóbban gyárt akkucellát a Tesla és a Panasonic, mint a konkurencia?
A legtöbben a vörösiszapot a kolontári katasztrófa miatt ismerjük, pedig ritkaföldfémeket rejt. (fotó: Lenkei Péter)

A ritkaföldfémek a modern technológiák megjelenésével felértékelődtek. Korábban nem foglalkoztunk vele, pedig Magyarországon egy hulladékként tárolt anyag, a vörösiszap hatalmas mennyiségű ritkaföldfémet tartalmaz, tehát bányászni sem kell érte. Az országban tárolt 60 millió tonna vörösiszap nagyságrendileg 70 ezer tonnányi ritkaföldfémet rejt, csökkenő sorrendben az alábbiakat: cérium, neodímium, prométium, európium, gadolínium, szamárium. Villanyautós szemszögből a neodímium lehet érdekes, valamint a benne rejlő vas, alumínium, titán és gallium is.

Elektromos autót használsz?