2025-12-02
في السنوات الأخيرة، أدى ازدهار سوق مركبات الطاقة الجديدة (NEV) إلى دفع سلسلة الصناعة بأكملها إلى الازدهار، مما أدى إلى توفير فرص تطوير غير مسبوقة لمواد الطاقة الجديدة ذات الصلة والتطبيقات الجديدة والأسواق الجديدة. باعتبارها فئة مهمة من الموارد المعدنية الاستراتيجية، تحتل العناصر الأرضية النادرة مكانة مهمة في صناعة سيارات الطاقة الجديدة.
تشير الأتربة النادرة إلى سلسلة من العناصر، بما في ذلك الإيتريوم والسكانديوم وعناصر اللانثانيدات السبعة عشر. تلعب هذه العناصر دورًا حيويًا في الصناعة الحديثة ويتم الترحيب بها على أنها "MSG صناعية" قادرة على تحسين جودة المواد أو الأداء في قطاعات مثل الإلكترونيات وتكنولوجيا المعلومات والبتروكيماويات والمعادن والطاقة.
في تطبيقات سيارات الطاقة الجديدة، تُستخدم العناصر الأرضية النادرة بشكل أساسي في محركات الأقراص ومكبرات الصوت ومحركات الأقراص الثابتة للسيارات الكهربائية. وفي ظل أهداف الحياد الكربوني، يتزايد طلب الصين على العناصر الأرضية النادرة بسرعة إلى جانب التطور السريع لصناعة سيارات الطاقة الجديدة. وتشير البيانات إلى أن سيارات الطاقة الجديدة وصناعة الإلكترونيات تمثل أعلى حصة من الاستهلاك العالمي للأتربة النادرة، حيث تصل إلى 35%. لا غنى عن المواد الأرضية النادرة في تطبيقات سيارات الطاقة الجديدة.
وبالنظر إلى استهلاك الأتربة النادرة في قطاع سيارات الطاقة الجديدة، فهو يشمل بشكل أساسي المواد المغناطيسية الدائمة للأتربة النادرة ومواد تخزين الهيدروجين الأرضية النادرة، وهو ما يمثل 64% و36% على التوالي. في صناعة سيارات الطاقة الجديدة، سواء كانت للسيارات الهجينة أو الكهربائية النقية أو مركبات خلايا الوقود الناشئة، تعد المحركات ذات المغناطيس الدائم مكونات أساسية أساسية. تشكل المغناطيسات الدائمة للأتربة النادرة ما يقرب من 60% من تطبيقات الأتربة النادرة في قطاع سيارات الطاقة الجديدة.
"المغناطيس الدائم" يعني حرفيًا الحفاظ على مجال مغناطيسي مستقر وطويل الأمد. واستدامة هذه الظاهرة تتطلب وجود العنصر الأرضي النادر "النيوديميوم". إن إضافة "الحديد" و"البورون" إلى "النيوديميوم" يخلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا ومستمرًا دائمًا - بورون حديد النيوديميوم (NdFeB).
توفر مغناطيسات NdFeB قوة مغناطيسية قوية، مما يتيح للمحركات توفير عزم دوران أكبر وإخراج طاقة أكبر في حجم أصغر. وهذا يعني أن المركبات الكهربائية يمكنها التسارع بنفس السرعة بشكل أسرع مع تحسين كفاءة استخدام الطاقة بشكل عام في السيارة، مما يعزز أداء القيادة بشكل كبير.
ثانيًا، تتيح المحركات عالية الكفاءة المصنوعة من مغناطيس NdFeB للمركبات الكهربائية تحقيق استخدام أعلى للطاقة من نفس سعة البطارية. وهذا يعني أن المركبات يمكنها استخدام الطاقة المخزنة في البطاريات بشكل أكثر فعالية، وبالتالي توسيع نطاق القيادة. بالنسبة للمستهلكين، فإن هذا يقلل من القلق بشأن النطاق، ويسهل اعتماد سيارات الطاقة الجديدة على نطاق أوسع.
علاوة على ذلك، بالمقارنة مع المركبات التقليدية ذات محركات الاحتراق الداخلي، تركز المركبات الكهربائية بشكل أكبر على وزن السيارة الخفيف. تمتلك مغناطيسات NdFeB خصائص مغناطيسية قوية، مما يمكنها من توفير نفس طاقة الخرج بحجم ووزن أصغر.
في الوقت نفسه، ضمن المحركات ذات المغناطيس الدائم، يعد NdFeB واحدًا من أكثر مواد المغناطيس الدائم استخدامًا. عادة، يتم أيضًا خلط كميات صغيرة من الغاليوم والعناصر الأرضية النادرة الثقيلة مثل الديسبروسيوم والبراسيوديميوم والتيربيوم لضمان المقاومة الحرارية لمحرك المغناطيس الدائم. ومع ذلك، فإن العناصر الأرضية النادرة الثقيلة تكون أكثر ندرة في احتياطيات الخام وأكثر تكلفة. حاليًا، تتجه بعض الشركات نحو استخدام المزيد من العناصر الأرضية النادرة الخفيفة وتقليل استخدام العناصر الأرضية النادرة الثقيلة.
لا تشارك العناصر الأرضية النادرة في تحضير مواد أقطاب بطارية الليثيوم الحالية فحسب، بل تعمل أيضًا كمواد خام ممتازة لإعداد أقطاب كهربائية موجبة في بطاريات الرصاص الحمضية أو بطاريات هيدريد معدن النيكل (NiMH).
من المعروف أنه ليس كل سيارات الطاقة الجديدة تحقق انبعاثات صفرية. على سبيل المثال، لا تزال السيارات الكهربائية الهجينة وطويلة المدى تصدر عوادم أثناء التشغيل. يتم تكليف بعض المركبات بتركيب محولات حفازة ثلاثية الاتجاهات (TWC) عند التصنيع، والتي تستخدم محفزات مدمجة للتفاعل وتحويل الغازات الضارة إلى غازات غير ضارة. المكون الأساسي لـ TWCs هو على وجه التحديد العناصر الأرضية النادرة. نظرًا لبنيتها الإلكترونية الفريدة، تمتلك الأتربة النادرة قدرة مميزة على تخزين الأكسجين. على سبيل المثال، يمكن للسيريوم الموجود في CeO₂ تغيير حالة الأكسدة الخاصة به، مما يوفر إمكانات ممتازة لتخزين الأكسجين وإطلاقه. يمكنه تخزين/إطلاق الأكسجين في ظل ظروف الوقود الضعيفة/الغنية، وبالتالي تحسين كفاءة تحويل المحفز لثاني أكسيد الكربون، والهيدروكربونات، وأكاسيد النيتروجين.
تسمى العناصر الأرضية النادرة أيضًا "الفيتامينات" الخاصة بالسيراميك الخاص لأنها غالبًا ما تستخدم كإضافات في المواد الخزفية لتحسين الأداء. على سبيل المثال، المكون الأساسي لمستشعر الأكسجين الزركونيا هو فيلم زركونيا، يتكون عادة عن طريق تطعيم الزركونيا بعناصر أرضية نادرة. عند تعرضه للأكسجين، تتغير موصلية طبقة الزركونيا، وبالتالي التحكم في كفاءة احتراق المحرك ومستويات الانبعاثات.
تعتبر العناصر الأرضية النادرة مكونات منشطات مهمة في مساحيق MLCC العازلة، مما يعمل بشكل فعال على تحسين موثوقية MLCC. إنها مواد خام لا غنى عنها في تطوير مساحيق السيراميك لـ MLCCs المتطورة. على سبيل المثال، يتم استخدام أكاسيد الأتربة النادرة مثل Y₂O₃ وLa₂O₃ كإضافات في MLCCs لتحسين خصائص العزل الكهربائي للسيراميك وزيادة كثافة المكثفات ونطاق تردد التشغيل. ثانيًا، يمكن أن يؤدي تكوين طبقة رقيقة من أكسيد الأتربة النادرة بين السيراميك والقطب الكهربائي إلى تعزيز قوة الترابط واستقرار الواجهة، مما يقلل من معدلات فشل المكثف وتيار التسرب. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع أكاسيد الأتربة النادرة بنقاط انصهار عالية وثبات حراري، مما يمكن أن يقلل من فقدان العزل الكهربائي في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة ويحسن موثوقية MLCC وعمره.
تعتبر محامل السيراميك من نيتريد السيليكون (Si₃N₄) أفضل مادة لتصنيع محامل السيارات نظرًا لمزايا مثل الوزن الخفيف والصلابة العالية والقوة العالية والاحتكاك المنخفض والمقاومة العالية للحرارة والعزل الكهربائي الممتاز والعمر الطويل. ومع ذلك، من الصعب تلبيد نيتريد السيليكون النقي. يمكن أن يؤدي إدخال مساعدات تلبيد أكسيد الأرض النادرة إلى تشكيل مراحل حبيبية معقدة من الأكسيد/النيتريد داخل الهيكل الخزفي، مما يمنح مواد نيتريد السيليكون أداءً جيدًا في درجات حرارة مرتفعة.
علاوة على ذلك، تلعب الأتربة النادرة دورًا مهمًا في تصنيع هياكل السيارات الفولاذية، والتروس، ومحاور العجلات، وحتى البراغي. وحتى صناعة الإطارات تتطلب مواد بوليمرية أرضية نادرة كمثبتات. ويمكن القول أنه في مجال السيارات، لا غنى عن الأتربة النادرة، رغم استخدامها بكميات صغيرة!
في الأول من مارس، أقامت شركة تسلا يوم المستثمر لعام 2023 وأعلنت أن محركات الجيل التالي ستقضي تمامًا على استخدام العناصر الأرضية النادرة. وقد أثار هذا الخبر قدرا كبيرا من الاهتمام والتشكيك.
ومن المهم الإشارة إلى أنه في عام 2020، استخدمت 77% من السيارات الكهربائية العالمية محركات مغناطيسية دائمة أرضية نادرة. في سوق سيارات الطاقة الجديدة في الصين، يستخدم أكثر من 90% من السيارات الكهربائية محركات ذات مغناطيس دائم من الأتربة النادرة.
من منظور الموارد:وفقًا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية اعتبارًا من عام 2021، وباستخدام احتياطيات أكسيد الأرض النادرة (REO) كمقياس إحصائي، يبلغ إجمالي احتياطيات موارد الأرض النادرة العالمية حوالي 120 مليون طن. يتم توزيعها بشكل رئيسي في الصين وفيتنام والبرازيل وروسيا وبلدان أخرى. وتمثل الاحتياطيات المجمعة لهذه البلدان الأربعة 86.4% من الإجمالي العالمي، حيث تمتلك الصين 44 مليون طن، وتمتلك فيتنام والبرازيل وروسيا أكثر من 20 مليون طن لكل منها.
في الوقت الحالي، تمثل الصين 35.2% من الاحتياطيات العالمية، و58% من إنتاج التعدين العالمي، و65% من الاستهلاك العالمي، لتحتل المرتبة الأولى عالميًا في جميع الجوانب الثلاثة. إنها أكبر منتج ومصدر ومستهلك في العالم، وتحتل موقعًا مهيمنًا.
صرح مسؤول تنفيذي من شركة Zhongke Sanhuan سابقًا أنه في المتوسط، تستخدم كل سيارة طاقة جديدة حاليًا حوالي 2.5 كجم من مادة المغناطيس الدائم NdFeB. وبناء على ذلك، من المتوقع أن يصل الطلب العالمي على مركبات الطاقة الجديدة على المواد المغناطيسية الأرضية النادرة إلى 30 ألف طن بحلول عام 2025.
وفي الوقت نفسه، تعمل الصين على تشديد سيطرتها على المعادن النادرة. وفي عام 2021، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات ووزارة الموارد الطبيعية "إشعارًا بشأن إصدار مؤشرات المراقبة الشاملة لعام 2021 لتعدين وفصل الصهر للعناصر الأرضية النادرة". بلغ إجمالي مؤشرات التحكم في تعدين الأتربة النادرة وفصل الصهر في عام 2021 168000 طن و162000 طن على التوالي، بزيادة قدرها حوالي 20٪ مقارنة بعام 2020. وقد نصت مسودة رأي سابقة صراحة على أنه لا يجوز لأي وحدة أو فرد الاستثمار في أو إنشاء مشاريع تعدين الأتربة النادرة أو فصل الصهر دون موافقة، مما يحدد نغمة عامة لتعدين وفصل الأتربة النادرة المحلية في المستقبل: استمرار تنفيذ السيطرة الكاملة على الحصص.
وفي العام نفسه، أبرز "تقرير مراجعة سلسلة التوريد لمدة 100 يوم" الصادر عن البيت الأبيض الأمريكي أن اعتماد الولايات المتحدة على واردات المغناطيس الأرضي النادر ضمن السلسلة الصناعية للأتربة النادرة يشكل تهديدًا للأمن القومي. رداً على ذلك، أوصى تقرير صادر عن وزارة التجارة الأميركية بزيادة الدعم لمصنعي المغناطيس الدائم المحليين في الولايات المتحدة من خلال الإعفاءات الضريبية، وإعانات الدعم، والمشتريات ذات الأولوية، والتخزين الدفاعي، وتعزيز العمليات بقوة للحد من/القضاء على العناصر الأرضية النادرة في مواد المغناطيس الدائم و"إزالة الطابع الصيني" عن سلسلة صناعة المغناطيس الدائم.
وفقنيكيتقوم الولايات المتحدة بإعادة بناء شبكة إمدادها بالمغناطيس الأرضي النادر. ومن أجل تقليل الاعتماد على الصين في المواد الاستراتيجية، سيتم نقل بعض عمليات الإنتاج التي تمتلك فيها الصين حصة كبيرة إلى البر الرئيسي للولايات المتحدة، وتعمل الشركات الأمريكية التي تتلقى الدعم الحكومي على تسريع الاستثمار. ومع ذلك، فإن إعادة بناء شبكة الإمداد التي تعتمد منذ فترة طويلة على الصين ليست مهمة سهلة. وتفتقر الولايات المتحدة، في ظل ارتفاع تكاليف شراء المواد الخام والخدمات اللوجستية، إلى الميزة التنافسية. يشير تحليل بلومبرج إلى أن الولايات المتحدة ستستغرق عقدًا من الزمن على الأقل لتحقيق الاكتفاء الذاتي في سلسلة توريد العناصر الأرضية النادرة.
إلى جانب عوامل مثل ارتفاع أسعار الأتربة النادرة، فليس من المستغرب أن يبحث صانعو السيارات اليابانيون والأوروبيون والأمريكيون عن بدائل ويبدأون في البحث وتطوير محركات خالية من الأتربة النادرة.
من منظور الأداء:عندما تم إطلاق طراز Tesla Model S في عام 2012، كان مزودًا بمحرك حثي. في حين أن المحركات الحثية لها مزايا معينة من حيث التكلفة، إلا أن لها أيضًا عيوبًا مثل الحجم الكبير وانخفاض الكفاءة، مما يؤثر على المدى.
بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة، يعد نطاق القيادة عاملاً تنافسيًا رئيسيًا. يؤدي الوزن الأثقل وكفاءة التحويل المنخفضة للمحركات الحثية إلى تقليل نطاق السيارة. وهذا هو السبب الرئيسي وراء اختيار العديد من شركات صناعة السيارات لمحركات المغناطيس الدائم.
ومن الجدير بالذكر أن تسلا تحولت إلى محرك DC ذو المغناطيس الدائم بدءًا من الطراز 3 وفي النهاية اعتمدت هذا المحرك في نماذج أخرى أيضًا. تشير البيانات إلى أن محرك المغناطيس الدائم المستخدم في النموذج 3 أكثر كفاءة بنسبة 6% تقريبًا من المحرك التعريفي المستخدم سابقًا.
من المنظور المادي:وفيما يتعلق بـ"إزالة التأريض النادر"، فإن المادة البديلة الأبرز حاليًا هي "الفريت". يمكن لهذا السيراميك المكون من الحديد والأكسجين، الممزوج بكميات صغيرة من المعدن، إنتاج المغناطيس. أنها رخيصة وسهلة التصنيع.
ومع ذلك، كان الفريت دائمًا بديلاً منخفض الجودة للأرض النادرة NdFeB. من الصعب أن يتطابق أدائها وحجمها والجوانب الأخرى مع مستويات NdFeB. يمكن استخدامه في بعض المحركات الصغيرة في المركبات. أما بالنسبة للمغناطيس الدائم للسماريوم والكوبالت (SmCo)، فهو يحتوي في حد ذاته على عنصر السماريوم الأرضي النادر وهو مشع. يتم استخدامها حاليًا فقط في المجالات العسكرية والفضاءية والمجالات المماثلة. واستبدالها بسيارات الطاقة الجديدة من شأنه أن يؤدي إلى نتائج عكسية.
حاليًا، بدأت العديد من الشركات المصنعة في البحث عن خيارات خالية من العناصر الأرضية النادرة. ومع ذلك، سواء أكان الأمر يتعلق بمغناطيس النيتروجين والحديد الخاص بشركة Niron الناشئة أو أي مادة أخرى ذات قوة مغناطيسية عالية تحتوي على المنغنيز، فلا يمكن تصنيع أي منهما وحفظه على المدى الطويل في شكل مثالي. حتى النموذج الأولي لمغناطيس المنغنيز-البزموت (Mn-Bi) الذي تم الإبلاغ عنه مسبقًا والذي تم إنتاجه بنجاح بواسطة DA Technology وKoreen يخضع حاليًا فقط للتحقق من الأداء وأعمال التحسين.
ومن الواضح أنه بالنظر إلى سعي صناعة سيارات الطاقة الجديدة إلى تحقيق التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية، إلى جانب التحديات التقنية التي لم يتم حلها، فإن التحرر التام من الموارد الأرضية النادرة ليس مستحيلا، ولكنه غير قابل للتحقيق على المدى القصير. على أقل تقدير، في الصين، ستظل المحركات الأرضية النادرة هي الاتجاه السائد لتطبيقات المركبات في المستقبل المنظور.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
