Αντίο σπάνιες γαίες: Νέος ηλεκτροκινητήρας υπόσχεται έως 50% χαμηλότερο κόστος για τα EV

Μια ιδιαίτερα φιλόδοξη πρωτοβουλία από τη Γερμανία φιλοδοξεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζονται οι ηλεκτροκινητήρες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Ερευνητές του Πανεπιστημίου RWTH Aachen, μέσω του τμήματος Παραγωγικής Μηχανικής για Εξαρτήματα Ηλεκτροκίνησης (PEM), εργάζονται πάνω στο πρόγραμμα «NAFTech», με στόχο την ανάπτυξη ενός κινητήρα έλξης που δεν χρησιμοποιεί καθόλου στοιχεία από σπάνιες γαίες. Το στοίχημα είναι μεγάλο: διατήρηση της υψηλής απόδοσης και του συμπαγούς μεγέθους, με ταυτόχρονη δραστική μείωση του κόστους και της εξάρτησης της Ευρώπης από στρατηγικές πρώτες ύλες.

Γιατί οι σπάνιες γαίες είναι πρόβλημα

Οι σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες υψηλής απόδοσης βασίζονται σε μόνιμους μαγνήτες από στοιχεία σπάνιων γαιών, όπως το νεοδύμιο. Τα υλικά αυτά προσφέρουν εξαιρετική πυκνότητα ροπής και επιτρέπουν μικρότερους και ελαφρύτερους κινητήρες – ιδανικά χαρακτηριστικά για ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Ωστόσο, το κόστος τους είναι υψηλό, οι τιμές τους ασταθείς και η παραγωγή τους συγκεντρώνεται σε λίγες χώρες, δημιουργώντας γεωπολιτικούς και εφοδιαστικούς κινδύνους για την ευρωπαϊκή βιομηχανία.

Η υβριδική προσέγγιση της NAFTech

Η ομάδα του RWTH Aachen δεν επιχειρεί απλώς να αντικαταστήσει τους μαγνήτες. Αντίθετα, προτείνει έναν νέο τύπο σύγχρονου κινητήρα αξονικής ροής με αντίσταση, ο οποίος συνδυάζει τα πλεονεκτήματα δύο διαφορετικών τεχνολογιών:

• Από τη μία, την εξαιρετική συμπαγή κατασκευή και την υψηλή πυκνότητα ροπής των κινητήρων αξονικής ροής.

• Από την άλλη, την ανθεκτικότητα και την ανεξαρτησία από σπάνιες γαίες που προσφέρουν οι σύγχρονοι κινητήρες ακτινικής ροής με αντίσταση.

Στόχος είναι να επιτευχθεί ένα «καλύτερο από δύο κόσμους» αποτέλεσμα: μικρό μέγεθος και υψηλή απόδοση, χωρίς το κόστος και τους κινδύνους των μόνιμων μαγνητών.

Όχι μόνο νέος κινητήρας, αλλά νέα παραγωγή

Όπως εξηγούν οι υπεύθυνοι του έργου, το πραγματικό στοίχημα δεν είναι μόνο ο σχεδιασμός του κινητήρα, αλλά η δυνατότητα βιομηχανικής παραγωγής του σε μεγάλη κλίμακα. Οι κινητήρες αξονικής ροής σήμερα κατασκευάζονται σε σχετικά μικρούς όγκους και απαιτούν εξαιρετικά αυστηρές ανοχές στην παραγωγή. Αυτό ανεβάζει το κόστος και δυσκολεύει τη μαζική υιοθέτησή τους από την αυτοκινητοβιομηχανία.

Το πρόγραμμα NAFTech ακολουθεί μια ολοκληρωμένη προσέγγιση:

• Σχεδιασμός νέας τοπολογίας κινητήρα

• Ανάπτυξη μεθόδων παραγωγής πολλαπλών τμημάτων

• Βελτιστοποίηση ανοχών με βάση πραγματικά δεδομένα

• Έλεγχος της απόδοσης σε πραγματικές συνθήκες

Δοκιμές κομμάτι-κομμάτι πριν τη μαζική παραγωγή

Αντί να κατασκευάσουν εξαρχής έναν πλήρη κινητήρα, οι ερευνητές δημιουργούν επιμέρους συστήματα επίδειξης για κρίσιμα εξαρτήματα. Με αυτόν τον τρόπο, ελέγχουν αν οι προσομοιώσεις τους ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα και αν τα επιμέρους μέρη μπορούν να παραχθούν αξιόπιστα και οικονομικά. Αυτή η προσέγγιση μειώνει το ρίσκο και επιταχύνει τη μετάβαση από το εργαστήριο στο εργοστάσιο.

Έως 50% χαμηλότερο κόστος υλικών

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά στοιχεία του έργου είναι ο οικονομικός του αντίκτυπος. Η απουσία μαγνητών από σπάνιες γαίες μπορεί να μειώσει το κόστος υλικών ενός ηλεκτροκινητήρα έως και 50%. Σε μια αγορά όπου κάθε ευρώ παίζει ρόλο στο τελικό κόστος του οχήματος, αυτό μπορεί να αποδειχθεί καθοριστικό για τη μείωση των τιμών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων.

Ανάσα για τις μικρομεσαίες επιχειρήσεις

Η εξάρτηση από σπάνιες γαίες πλήττει ιδιαίτερα τις μικρομεσαίες επιχειρήσεις, οι οποίες είναι πιο ευάλωτες στις διακυμάνσεις τιμών και στις διαταραχές της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ένας κινητήρας χωρίς αυτά τα υλικά σταθεροποιεί το κόστος παραγωγής, μειώνει τους γεωπολιτικούς κινδύνους και χαμηλώνει τα εμπόδια εισόδου για νέους παίκτες στην αγορά της ηλεκτροκίνησης.

Στρατηγικό πλεονέκτημα για την Ευρώπη

Πέρα από το οικονομικό όφελος, η τεχνολογία χωρίς σπάνιες γαίες αποκτά και στρατηγική σημασία. Καθώς οι κανονισμοί για τις εκπομπές CO₂ γίνονται αυστηρότεροι και η ζήτηση για ηλεκτρικά οχήματα αυξάνεται, οι εταιρείες που επενδύουν νωρίς σε ανεξάρτητες τεχνολογίες μπορούν να αποκτήσουν ηγετική θέση στις αναδυόμενες αγορές.

Ένα βήμα πιο κοντά στα προσιτά ηλεκτρικά

Το έργο «NAFTech» δεν αφορά απλώς έναν νέο τύπο κινητήρα. Αν πετύχει, μπορεί να αποτελέσει καταλύτη για πιο προσιτά ηλεκτρικά αυτοκίνητα, με μικρότερη εξάρτηση από σπάνιες και ακριβές πρώτες ύλες. Σε μια εποχή που η αυτονομία και η ταχύτητα φόρτισης βρίσκονται στο προσκήνιο, η μείωση του κόστους και η ενεργειακή ανεξαρτησία ίσως αποδειχθούν εξίσου κρίσιμοι παράγοντες για τη μαζική υιοθέτηση της ηλεκτροκίνησης.

Πηγή: Pem.rwth-aachen