Tema sõnul kehtestas Hiina mõningate kriitiliste haruldaste muldmetallide puhul ekspordikontrolli. Neid elemente rakendatakse eelkõige kõrge temperatuuri puhul, mis moodustab ligikaudu 80 protsenti kasutusjuhtudest. Ekspordikontrolli tõttu aeglustus autotootmine ning alternatiivsete muldmetalliallikate otsimine intensiivistus. Grainger meenutas, et sel ajal helisesid telefonid vahetpidamata.

Ta lisas, et magnetid võivad strateegiliselt olla juba sama olulised kui pooljuhid.

Nelikümmend aastat ilma uue materjalita

Grainger väidab, et lisaks tarneriskile on magnetitel sügavam tehnoloogiline piirang. Viimane suur läbimurre magnetilistes materjalides toimus 1980. aastatel haruldastest muldmetallidest magnetitega.

Tema sõnul oli see viimane kord, kui loodi tegeliku kaubandusliku mõjuga uus magnetiline materjal.

See tähendab, et samad materjalid on neli aastakümmet mootorite ja generaatorite disaini piiranud. Grainger palus kujutleda kokka, kes on töötanud nelja koostisosaga ja saab järsku veel ühe valikuvõimaluse, mis avab ukse läbimurretele mootoridisainis.

Tema sõnul on veedetud neli aastakümmet ilma uue võtmeta ja uut ust avamata. See uus võti on ettevõtte Niron väitel raudnitriid.

Raudnitriid tuleb appi

Graingeri sõnul ei ole raudnitriid täiesti uus avastus, vaid see tuvastati esmakordselt 1950. aastatel. Katsed Jaapanis andsid paljutõotavaid, kuid ebaühtlaseid tulemusi. Puuduv lüli oli võime materjali nanoskaalal mõista ja kontrollida.

Grainger selgitas, et tol ajal ei olnud tehnoloogiat, et raudnitriidi magnetilisust puhtalt füüsika vaatenurgast selgitada. Seetõttu ei saanud materjali ka usaldusväärselt toota.

2000. aastatel ja 2010. aastate alguses tehti edusamme materjali visualiseerimisel ja karakteriseerimisel. See võimaldas eksperimentaalsete mõõtmiste käigus oma tegevust näha.

Grainger märkis, et laboratoorsetest uuringutest kaubanduslikult elujõuliste magnetiteni jõudmiseks kulus üle kümne aasta. Kaubanduseks peab olema võimalik püsimagneteid massiliselt toota.

Raudnitriidist magnetite kasutamisel on märkimisväärne eelis. Grainger selgitas, et neodüümist (haruldane muldmetall – toim.) valmistatud püsimagneti puhul on magnetiline induktsioon umbes 1,6 teslat, kui raudnitriidi puhul on see 2,4 teslat.

Ta lisas, et see lagi on ligi 50 protsenti kõrgem kui haruldastest muldmetallidest püsimagnetitel.

Temperatuuritaluvus on magnetitootmises teine oluline tegur. Traditsioonilised magnetid sõltuvad vähelevinud rasketest haruldastest muldmetallidest, nagu düsproosium ja terbium, et kõrgetel temperatuuridel jõudlust säilitada. Raudnitriidi temperatuuritaluvus tekib aga tänu tema loomulikule kristallstruktuurile ja omadustele, selgitas Grainger.

Muutuva magnetvooga mootorid

Üks intrigeerivamaid tehnoloogia rakendusi on muutuva magnetvooga mootor. Traditsioonilised püsimagnetitega mootorid kasutavad tehnikat, mida nimetatakse magnetvoo nõrgendamiseks ja mis nõuab pidevat elektrilist sisendit.

Grainger kirjeldas seda vedru pinge all hoidmise abil. «Vedru hüppab käe liigutamisel kohe tagasi üles, mistõttu kasutatakse selle pinge all hoidmiseks pidevalt energiat.»

Muutuv magnetvoog pakub teistsugust lähenemist. Graingeri sõnul on see nagu põrkmehhanism, kus vedru surutakse ühe korra alla ja lukustatakse paigale.

See muudab kogu auto kiirusevahemiku efektiivsemaks. Elektrisõidukite puhul väljendub see otseselt sõiduulatuses ja akusäästus. Ta lisas, et akutehnoloogias väheneb materjalide vajadus 2 protsenti. Sellest saadav kulude kokkuhoid maksab kinni kogu mootori.

Sama loogika kehtib ka kodumasinate ja andmekeskuste puhul. Kui süsteem pidevalt töötab, on see palju tõhusam.

Tootmise laiendamine

Läbimurdest tootmiseni jõudmine nõudis veel üht hüpet. Grainger rääkis, et Niron on tutvustanud raudnitriidist püsimagneteid nanoskaalal.

Tema sõnul oli laboriläbimurdele järgnenud teiseks läbimurdeks protsess ise, mis muutub antud juhul tooteks. Eesmärk on modulaarne skaleeritavus. Toota saab mitmes piirkonnas, vähendades geograafilist kontsentratsiooniriski.

Raudnitriid koosneb rauast ja lämmastikust, mida mõlemat on rikkalikult ja laialdaselt saada. Grainger märkis, et kõikjal, kus on industrialiseeritud ühiskond, on olemas võimalus kodumaiseks raudnitriidist magnetite tootmiseks.

Strateegiline nihe

Vaadates suuremat pilti, tõi Grainger analoogia Haber-Boschi protsessiga, mis võimaldas sünteetiliste väetiste tootmist ja vähendas sõltuvust guaano kaevandamisest. Tema sõnul kujutab raudnitriid just samasugust nihet. Ta püstitas küsimuse, mis oleks, kui sõltuvust kaevandamisest oleks võimalik vältida.

Grainger kirjeldab piiratud maagimaardlate asemel tehasepõhist lähenemist. Ta nimetab seda kõige otsesemaks innovatsiooniks ja magnetite külluse filosoofiaks.

Leiutist on märganud ka kaitsevaldkonna kliendid. Programmid, mis olid algselt kavandatud viie- kuni seitsmeaastase arendusgraafikuga, pandi pärast ekspordikontrolli karmistamist järsku 18-kuulisesse kiirformaati.

Mida toob järgmine kümnend

Grainger vaatleb edu pragmaatiliselt. Ta leiab, et raudnitriidi edu tähendab, et magnetitest ei räägita enam kui napist või kriitilisest valupunktist globaalsetes tarneahelates.

Lisaks stabiilsusele ootab ta innovatsiooni, sealhulgas uusi mootorite ja generaatorite lahendusi, mis on ehitatud laienenud magnetilise lae ümber. Samuti prognoositakse lokaliseeritud tootmist Aasias, Euroopas ja Põhja-Ameerikas, mis vähendab haavatavust ja laiendab disainivabadust.

Grainger nentis, et uute leiutiste ellu viimine võib tunduda raske, eriti kui see pole lihtsalt uuel viisil kokkupanek või uus tarkvara. Sellest hoolimata kinnitas ta, et see on täiesti võimalik.

Allikas: Interesting Engineering