Σπάνιες γαίες: «Αγώνας δρόμου» για να απεξαρτηθεί η αυτοκινητοβιομηχανία της Δύσης

Στην ελληνική επικαιρότητα πρωταγωνιστεί σήμερα η τοποθέτηση του προέδρου και διευθύνοντος συμβούλου της Mytilineos, στις Βρυξέλλες αναφορικά με τον εφοδιασμό σπάνιων γαιών της Ευρώπης. Ο Ευάγγελος Μυτιληναίος ζήτησε στήριξη από την Ευρωπαϊκή Ένωση με μέτρα και χρηματοδότηση, ενώ χαρακτήρισε την Ευρώπη «παγιδευμένη» από τα αυστηρά μέτρα που έχουν υιοθετήσει οι Βρυξέλλες στο πλαίσιο της πράσινης μετάβασης.

Οι σπάνιες γαίες είναι αποκλειστικό προνόμιο της Κίνας, καθώς περί του 80% της παγκόσμιας παραγωγής προέρχεται από την ασιατική χώρα. Το Πεκίνο σε μια ένδειξη ισχύος, τον περασμένο Αύγουστο αποφάσισε να επιβάλει περιορισμούς στις εξαγωγές γαλλίου και γερμανίου.

Κι ενώ οι Ευρωπαίοι παραγωγοί μετάλλων έχουν τη δική τους αγωνία, σε έναν άλλο κλάδο οι εταιρείες έχουν επιδοθεί σε έναν αγώνα δρόμου προκειμένου να απεξαρτηθούν πλήρως από τις σπάνιες γαίες. Οι εταιρείες αυτές είναι οι αυτοκινητοβιομηχανίες, οι οποίες επιταχύνουν τις έρευνες προκειμένου να αναπτύξουν κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα με ελάχιστη ή και καθόλου περιεκτικότητας σε σπάνιες γαίες. Σύσσωμες οι αυτοκινητοβιομηχανίες από την Ευρώπη, τις ΗΠΑ μέχρι και την Ιαπωνία, όπως και οι προμηθευτές τους πορεύονται με μία αγωνία: να βρουν τρόπους να απεξαρτηθούν από την Κίνα.

Επί του πάροντος, οι αυτοκινητοβιομηχανίες αναπτύσσουν κυρίως κινητήρες με μόνιμους μαγνήτες με βάση τις σπάνιες γαίες, οι οποίοι είναι οι πιο αποτελεσματικοί στην παροχή ροπής για την κίνηση των ηλεκτρικών οχημάτων.

Ωστόσο, διαφορετικοί τύποι κινητήρων χωρίς μόνιμους μαγνήτες που προηγουμένως ήταν πολύ μεγάλοι και πολύ αναποτελεσματικοί, ή εκείνοι με πολύ μειωμένη περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες έχουν καταστεί εμπορικά βιώσιμοι, επιταχύνοντας έτσι τις προσπάθεις για εναλλακτικές λύσεις.

Η ηγέτιδα της ηλεκτροκίνησης, η αμερικανική Tesla ανακοίνωσε ότι δεν θα χρησιμοποιήσει σπάνιες γαίες στα ηλεκτρικά οχήματα της επόμενης γενιάς.

Αυτοκινητοβιομηχανίες όπως η General Motors ή η Jaguar Land Rover και μεγάλοι προμηθευτές όπως η BorgWarner ερευνούν ή έχουν αναπτύξει κινητήρες με χαμηλή έως μηδενική περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες, όπως οι σύγχρονες μηχανές χωρίς μαγνήτες με εξωτερική διέγερση (EESM), οι οποίες δημιουργούν μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα.

Άλλες, όπως η Nissan, προχωρούν με μια διπλή στρατηγική για την ανάπτυξη τόσο νεότερων κινητήρων EESM, όσο και για την ανάπτυξη κινητήρων μόνιμων μαγνητών όπου η περιεκτικότητα σε σπάνιες γαίες θα εξαλειφθεί σταδιακά εντελώς.

Η Κίνα κυριαρχεί στην εξόρυξη και την επεξεργασία της ομάδας των 17 μετάλλων που είναι γνωστά ως σπάνιες γαίες

Οι περιορισμοί στις εξαγωγές γαλλίου και γραφίτη -που είναι κρίσιμοι για την παραγωγή ηλεκτρικών οχημάτων -ανέδειξαν τον κίνδυνο υπερβολικής εξάρτησης από την Κίνα.

Η γερμανική ZF έχει αναπτύξει έναν κινητήρα EESM που, σύμφωνα με τον επικεφαλής τεχνολογίας Ότμαρ Σέρερ ταιριάζει στο μέγεθος και την απόδοση των κινητήρων μόνιμων μαγνητών.

«Πρόκειται για μια σημαντική συμβολή στο να καταστούμε λίγο πιο ανεξάρτητοι από την Κίνα», δήλωσε.

Η ZF βρίσκεται σε συνομιλίες με αμερικανικές, ευρωπαϊκές και κινεζικές αυτοκινητοβιομηχανίες για την προμήθεια του κινητήρα και θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε μοντέλα παραγωγής EVs μέσα σε δύο χρόνια, σύμφωνα με τον ίδιο.

Εκτός από την υπερβολική εξάρτηση από την Κίνα, ο εξευγενισμός των σπάνιων γαιών, όπως το νεοδύμιο και το δυσπρόσιο, περιλαμβάνει διαλύτες και τοξικά απόβλητα που έρχονται σε σύγκρουση με τους στόχους για τη βιωσιμότητα.

«Αν το κάνεις σωστά, έχεις ένα πολύ πιο βιώσιμο προϊόν», επισημαίνει ο Μπεν Τσίγουικ, διευθυντής επιχειρηματικής ανάπτυξης μηχανολογίας στην Drive System Design με έδρα το Ντιτρόιτ, η οποία αναπτύσσει κινητήρες χωρίς σπάνιες γαίες για τρεις αυτοκινητοβιομηχανίες.

Από την άλλη, υπάρχουν κάποιες αυτοκινητοβιομηχανίες, όπως η BMW, που λένε ότι βρίσκονται ήδη εκεί μετά από χρόνια έρευνας.

«Δεν είναι home run... όμως λειτουργεί πολύ καλά χωρίς σπάνιες γαίες» δήλωσε ο Ούβε Ντέουκ, ο μηχανικός που είναι υπεύθυνος για την ανάπτυξη του κινητήρα EESM της BMW στα ηλεκτρικά μοντέλα της επόμενης γενιάς.

Ο μέσος κινητήρας ενός ηλεκτρικού οχήματος χρησιμοποιεί περίπου 600 γραμμάρια βαρέων σπάνιων γαιών νεοδυμίου. Η τιμή του νεοδυμίου έχει μεγάλες διακυμάνσεις. Επί της παρούσης διαπραγματεύεται στα 125.000 δολάρια ο τόνος, επίπεδο χαμηλότερο από την κορύφωσή των 223.000 δολαρίων ο τόνος πέρυσι, εντούτοις πολύ υψηλότερα από τα 65.000 δολάρια ο τόνος επίπεδο που βρέθηκε το 2020.

Η Vitesco έχει σχεδιάσει έναν κινητήρα EESM για τη Renault και έχει μια νέα έκδοση που θα κυκλοφορήσει το 2026. Ο Γκερν Ροσέλ , επικεφαλής καινοτομίας στο τμήμα ηλεκτροκίνησης της γερμανικής εταιρείας, τονίζει ότι οι εναλλακτικές λύσεις δίχως τις σπάνιες γαίες αποφεύγουν αυτές τις άγριες διακυμάνσεις των τιμών.

Υπάρχουν όμως και εταιρείες που αναπτύσσουν μόνιμους μαγνήτες απουσία σπάνιων γαιών, όπως η αμερικανική startup Niron Magnetics.

Η ανακοίνωση της Tesla σχετικά με την εγκατάλειψη των σπάνιων γαιών «άνοιξε τα μάτια των αγοραστών στο γεγονός ότι δεν χρειάζονται πραγματικά σπάνιες γαίες για την κατασκευή μαγνητών για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα», σύμφωνα με τον διευθύνοντα σύμβουλο της Niron, Τζόναθαν Ρόουντρι. Στον τελευταίο γύρο χρηματοδότησης η Niron άντλησε κεφάλαια από την GM και την Stellantis.

Η Nissan χρησιμοποιεί έναν κινητήρα EESM στο crossover Ariya. Ο Σούνζι Όκι, επικεφαλής εμπειρογνώμονας στο τμήμα μηχανικής συστημάτων κίνησης και ηλεκτρικών οχημάτων της αυτοκινητοβιομηχανίας, δήλωσε ότι η Nissan αναπτύσσει τόσο καλύτερους κινητήρες EESM, όσο και μόνιμους μαγνήτες όπου οι σπάνιες γαίες θα καταργηθούν σταδιακά.

Ο Τζέιμς Έντμοντσον, αναλυτής της εταιρείας συμβούλων IDTechEx, υπογραμμίζει ότι οι αυτοκινητοβιομηχανίες έσπευσαν να βρουν εναλλακτικές λύσεις καθώς οι τιμές των σπάνιων γαιών αυξήθηκαν, όμως τώρα που οι τιμές έχουν πέσει παρακολουθούν προσεκτικά την Κίνα και περιμένουν να δουν αν οι κυβερνήσεις θα λάβουν μέτρα που θα περιορίσουν τη χρήση των σπάνιων γαιών, όπως έκανε ο νόμος για τη μείωση του πληθωρισμού στις ΗΠΑ.

«Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αυτοκινητοβιομηχανίες διαθέτουν άλλες τεχνολογίες που περιμένουν στα παρασκήνια», αναφέρει.

Η IDTechEx προβλέπει ότι από εδώ και στο εξής, οι κινητήρες που χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες με σπάνιες γαίες θα χάσουν κάποιο μερίδιο της παγκόσμιας αγοράς κατά την επόμενη δεκαετία, όμως θα εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 70% των κινητήρων, καθώς οι Κινέζοι κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων δεν θα αντιμετωπίσουν καμία πίεση για να περιορίσουν τη χρήση τους -αν και το μερίδιό τους θα είναι πολύ πιο κοντά στο 50% στην Ευρώπη, σύμφωνα με τον Έντμοντσον.

Και ενώ οι δυτικές αυτοκινητοβιομηχανίες επιμένουν στους μόνιμους μαγνήτες με σπάνιες γαίες, συγχρόνως εργάζονται για να μειώσουν δραστικά το περιεχόμενό τους, προσθέτει.

Η πλατφόρμα ηλεκτρικών οχημάτων της επόμενης γενιάς της Mercedes-Benz, για παράδειγμα, δεν περιέχει σχεδόν καθόλου βαριές σπάνιες γαίες.

Σε ορισμένα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, περίπου το ένα τρίτο των σπάνιων γαιών που χρησιμοποιούνται αφορά τα ηχεία του ηχοσυστήματος. Η βρετανική εταιρεία Warwick Acoustics έχει αναπτύξει ηχεία χωρίς σπάνιες γαίες που είναι κατά 90% ελαφρύτερα και ενεργειακά αποδοτικότερα από τα συμβατικά. Έχει υπογράψει το πρώτο της συμβόλαιο με πελάτη μια πολυτελή αυτοκινητοβιομηχανία και συζητά και με άλλους, σημειώνει ο διευθύνων σύμβουλος Μάικ Γκραντ.

«Παλεύουμε με τους ανθρώπους αυτή τη στιγμή», αναφέρει χαρακτηριστικά.