2025-12-02
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาดรถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) ที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็วได้ขับเคลื่อนห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมดให้เจริญรุ่งเรือง นำมาซึ่งโอกาสในการพัฒนาที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับวัสดุพลังงานใหม่ การใช้งานใหม่ และตลาดใหม่ ในฐานะที่เป็นทรัพยากรแร่ธาตุเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญ ธาตุหายากจึงมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรม NEV
ธาตุหายากหมายถึงชุดของธาตุต่างๆ ซึ่งรวมถึงอิตเทรียม สแกนเดียม และธาตุแลนทาไนด์ 17 ชนิด ธาตุเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่และได้รับการยกย่องว่าเป็น "MSG ทางอุตสาหกรรม" ซึ่งสามารถเพิ่มคุณภาพหรือประสิทธิภาพของวัสดุในภาคส่วนต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีสารสนเทศ ปิโตรเคมี โลหะวิทยา และพลังงาน
ในการใช้งาน NEV ธาตุหายากส่วนใหญ่ใช้ในมอเตอร์ขับเคลื่อน ลำโพง และฮาร์ดดิสก์ของรถยนต์ไฟฟ้า ภายใต้เป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน ความต้องการธาตุหายากของจีนจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วควบคู่ไปกับการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรม NEV ข้อมูลแสดงให้เห็นว่า NEV และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์มีส่วนแบ่งการบริโภคธาตุหายากทั่วโลกสูงสุด โดยคิดเป็น 35% วัสดุธาตุหายากเป็นสิ่งจำเป็นในการใช้งาน NEV
เมื่อพิจารณาถึงการบริโภคธาตุหายากภายในภาค NEV ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากและวัสดุเก็บไฮโดรเจนธาตุหายาก คิดเป็น 64% และ 36% ตามลำดับ ในอุตสาหกรรม NEV ไม่ว่าจะสำหรับไฮบริด ไฟฟ้าบริสุทธิ์ หรือรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงที่เพิ่งเริ่มต้น มอเตอร์แม่เหล็กถาวรเป็นส่วนประกอบหลักที่จำเป็น แม่เหล็กถาวรธาตุหายากคิดเป็นประมาณ 60% ของการใช้งานธาตุหายากในภาค NEV
คำว่า "แม่เหล็กถาวร" หมายถึงการรักษาสนามแม่เหล็กที่คงทนและเสถียร การรักษาสภาพนี้ต้องใช้ธาตุหายาก "นีโอไดเมียม" การเพิ่ม "เหล็ก" และ "โบรอน" ลงใน "นีโอไดเมียม" จะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังและทำงานตลอดเวลา—นีโอไดเมียมเหล็กโบรอน (NdFeB)
แม่เหล็ก NdFeB ให้แรงแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง ทำให้มอเตอร์สามารถส่งมอบแรงบิดและกำลังขับที่มากขึ้นในปริมาณที่น้อยลง ซึ่งหมายความว่า EV สามารถเร่งความเร็วได้เร็วขึ้นในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานโดยรวมของรถยนต์ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการขับขี่อย่างมาก
ประการที่สอง มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่ทำจากแม่เหล็ก NdFeB ช่วยให้ EV สามารถใช้พลังงานจากความจุแบตเตอรี่เท่าเดิมได้มากขึ้น ซึ่งหมายความว่ายานพาหนะสามารถใช้พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จึงช่วยยืดระยะการขับขี่ สำหรับผู้บริโภค สิ่งนี้ช่วยลดความวิตกกังวลเกี่ยวกับระยะทาง ซึ่งอำนวยความสะดวกในการนำ NEV มาใช้อย่างแพร่หลาย
นอกจากนี้ เมื่อเทียบกับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิม EV เน้นย้ำถึงการลดน้ำหนักของรถยนต์มากขึ้น แม่เหล็ก NdFeB มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่แข็งแกร่ง ทำให้สามารถส่งมอบกำลังขับเท่ากันด้วยปริมาณและน้ำหนักที่น้อยลง
ในเวลาเดียวกัน ภายในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร NdFeB เป็นหนึ่งในวัสดุแม่เหล็กถาวรที่ใช้กันทั่วไป โดยทั่วไป จะมีการผสมแกลเลียมและธาตุหายากหนัก เช่น ไดสโพรเซียม พราซีโอไดเมียม และเทอร์เบียมในปริมาณเล็กน้อย เพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความทนทานต่อความร้อน อย่างไรก็ตาม ธาตุหายากหนักมีน้อยในสำรองแร่และมีราคาแพงกว่า ปัจจุบัน บางบริษัทกำลังเปลี่ยนไปใช้ธาตุหายากเบามากขึ้นและลดการใช้ธาตุหายากหนัก
ธาตุหายากไม่เพียงแต่มีส่วนร่วมในการเตรียมวัสดุอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมกระแสหลักเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบที่ดีเยี่ยมสำหรับการเตรียมอิเล็กโทรดบวกในแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดหรือนิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (NiMH)
เป็นที่ทราบกันดีว่า NEV ไม่ได้ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์เสมอไป ตัวอย่างเช่น รถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าแบบขยายระยะทางยังคงปล่อยไอเสียระหว่างการทำงาน รถยนต์บางคันได้รับคำสั่งให้ติดตั้งตัวแปลง Catalytic สามทาง (TWC) เมื่อผลิต ซึ่งใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในตัวเพื่อทำปฏิกิริยาและเปลี่ยนก๊าซที่เป็นอันตรายให้เป็นก๊าซที่ไม่เป็นอันตราย ส่วนประกอบหลักของ TWC คือธาตุหายาก เนื่องจากโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เป็นเอกลักษณ์ ธาตุหายากจึงมีความสามารถในการเก็บออกซิเจนที่โดดเด่น ตัวอย่างเช่น ซีเรียมใน CeO₂ สามารถเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันได้ ซึ่งให้ความสามารถในการเก็บและปล่อยออกซิเจนได้ดีเยี่ยม สามารถเก็บ/ปล่อยออกซิเจนภายใต้สภาวะเชื้อเพลิงแบบบาง/เข้มข้น ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับ CO, HC และ NOx
ธาตุหายากยังถูกเรียกว่า "วิตามิน" ของเซรามิกพิเศษ เนื่องจากมักใช้เป็นสารเติมแต่งในวัสดุเซรามิกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบหลักของเซ็นเซอร์ออกซิเจนเซอร์โคเนียคือฟิล์มเซอร์โคเนีย ซึ่งโดยทั่วไปเกิดจากการเจือเซอร์โคเนียด้วยธาตุหายาก เมื่อสัมผัสกับออกซิเจน การนำไฟฟ้าของฟิล์มเซอร์โคเนียจะเปลี่ยนไป ซึ่งจะควบคุมประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์และระดับการปล่อยมลพิษ
ธาตุหายากเป็นส่วนประกอบการเจือที่สำคัญในผงไดอิเล็กทริก MLCC ซึ่งช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของ MLCC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นวัตถุดิบที่ขาดไม่ได้ในการพัฒนาผงเซรามิกสำหรับ MLCC ระดับไฮเอนด์ ตัวอย่างเช่น ออกไซด์ธาตุหายาก เช่น Y₂O₃ และ La₂O₃ ใช้เป็นสารเติมแต่งใน MLCC เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของเซรามิกและเพิ่มความหนาแน่นของตัวเก็บประจุและช่วงความถี่ในการทำงาน ประการที่สอง การสร้างชั้นบางๆ ของออกไซด์ธาตุหายากระหว่างเซรามิกและอิเล็กโทรดสามารถเพิ่มแรงยึดติดและความเสถียรของอินเทอร์เฟซ ลดอัตราความล้มเหลวของตัวเก็บประจุและกระแสไฟรั่ว นอกจากนี้ ออกไซด์ธาตุหายากยังมีจุดหลอมเหลวสูงและมีความเสถียรทางความร้อน ซึ่งสามารถลดการสูญเสียไดอิเล็กทริกในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และปรับปรุงความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของ MLCC
ตลับลูกปืนเซรามิกซิลิคอนไนไตรด์ (Si₃N₄) ถือเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตตลับลูกปืนยานยนต์เนื่องจากข้อดี เช่น น้ำหนักเบา ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง แรงเสียดทานต่ำ ทนความร้อนสูง ฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และอายุการใช้งานยาวนาน อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนไนไตรด์บริสุทธิ์นั้นยากต่อการเผา การแนะนำสารช่วยเผาออกไซด์ธาตุหายากสามารถสร้างเฟส intergranular ออกไซด์/ไนไตรด์ที่ซับซ้อนภายในโครงสร้างเซรามิก ทำให้วัสดุซิลิคอนไนไตรด์มีประสิทธิภาพที่ดีที่อุณหภูมิสูง
นอกจากนี้ ธาตุหายากยังมีบทบาทสำคัญในเหล็กตัวถังรถยนต์ เฟือง ดุมล้อ และแม้แต่สกรู แม้แต่อุตสาหกรรมการผลิตยางรถยนต์ก็ยังต้องการวัสดุโพลิเมอร์ธาตุหายากเป็นสารรักษาเสถียรภาพ อาจกล่าวได้ว่าในสาขายานยนต์ ธาตุหายาก แม้ว่าจะใช้ในปริมาณน้อย แต่ก็ขาดไม่ได้!
เมื่อวันที่ 1 มีนาคม Tesla ได้จัดงาน Investor Day ปี 2023 และประกาศว่ามอเตอร์รุ่นต่อไปจะกำจัดการใช้ธาตุหายากอย่างสมบูรณ์ ข่าวนี้ดึงดูดความสนใจและความสงสัยอย่างมาก
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าในปี 2020 รถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลก 77% ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่ใช้ธาตุหายาก ในตลาด NEV ของจีน EV กว่า 90% ใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรธาตุหายาก
จากมุมมองด้านทรัพยากร: จากข้อมูล USGS ณ ปี 2021 โดยใช้การสำรอง Rare Earth Oxide (REO) เป็นตัวชี้วัดทางสถิติ การสำรองทรัพยากรธาตุหายากทั้งหมดทั่วโลกมีประมาณ 120 ล้านตัน ส่วนใหญ่อยู่ในจีน เวียดนาม บราซิล รัสเซีย และประเทศอื่นๆ การสำรองรวมกันของสี่ประเทศนี้คิดเป็น 86.4% ของทั้งหมดทั่วโลก โดยจีนมี 44 ล้านตัน และเวียดนาม บราซิล และรัสเซียมีมากกว่า 20 ล้านตัน
ปัจจุบัน จีนคิดเป็น 35.2% ของการสำรองทั่วโลก 58% ของผลผลิตการขุดทั่วโลก และ 65% ของการบริโภคทั่วโลก—ครองอันดับหนึ่งของโลกในทุกด้าน เป็นผู้ผลิต ผู้ส่งออก และผู้บริโภครายใหญ่ที่สุดของโลก ซึ่งครองตำแหน่งที่โดดเด่น
ผู้บริหารจาก Zhongke Sanhuan ก่อนหน้านี้ระบุว่าโดยเฉลี่ยแล้ว NEV แต่ละคันในปัจจุบันใช้แม่เหล็กถาวร NdFeB ประมาณ 2.5 กิโลกรัม จากข้อมูลนี้ คาดการณ์ว่าความต้องการวัสดุแม่เหล็กธาตุหายากของ NEV ทั่วโลกจะสูงถึง 30,000 ตันภายในปี 2025
ในเวลาเดียวกัน จีนกำลังเข้มงวดการควบคุมธาตุหายาก ในปี 2021 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศและกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติได้ออก "ประกาศเกี่ยวกับการออกตัวบ่งชี้การควบคุมทั้งหมดสำหรับการขุดธาตุหายากและการแยกการถลุง" ตัวบ่งชี้การควบคุมทั้งหมดสำหรับการขุดธาตุหายากและการแยกการถลุงในปี 2021 คือ 168,000 ตันและ 162,000 ตัน ตามลำดับ ซึ่งเพิ่มขึ้นประมาณ 20% เมื่อเทียบกับปี 2020 ร่างความคิดเห็นก่อนหน้านี้ระบุไว้อย่างชัดเจนว่าไม่มีหน่วยงานหรือบุคคลใดอาจลงทุนหรือสร้างโครงการขุดธาตุหายากหรือการแยกการถลุงโดยไม่ได้รับอนุมัติ ซึ่งเป็นการสร้างน้ำเสียงโดยรวมสำหรับการขุดและการแยกธาตุหายากในประเทศในอนาคต: การดำเนินการตามการควบคุมโควต้าทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง
ในปีเดียวกัน "รายงานการทบทวนห่วงโซ่อุปทาน 100 วัน" ของทำเนียบขาวสหรัฐฯ เน้นย้ำว่าการพึ่งพาการนำเข้าแม่เหล็กธาตุหายากของสหรัฐฯ ภายในห่วงโซ่อุตสาหกรรมธาตุหายากเป็นภัยคุกคามต่อความมั่นคงของชาติ เพื่อตอบสนองต่อเรื่องนี้ รายงานของกระทรวงพาณิชย์สหรัฐฯ ได้แนะนำให้เพิ่มการสนับสนุนผู้ผลิตแม่เหล็กถาวรในประเทศสหรัฐฯ ผ่านเครดิตภาษี เงินอุดหนุน การจัดซื้อตามลำดับความสำคัญ และการสะสมยุทโธปกรณ์ของกองทัพ ส่งเสริมกระบวนการต่างๆ เพื่อลด/กำจัดธาตุหายากในวัสดุแม่เหล็กถาวร และ "ลดความเป็นจีน" ของห่วงโซ่อุตสาหกรรมแม่เหล็กถาวรอย่างจริงจัง
ตาม Nikkei สหรัฐฯ กำลังสร้างเครือข่ายการจัดหาแม่เหล็กธาตุหายากขึ้นใหม่ เพื่อลดการพึ่งพาจีนในด้านวัสดุเชิงกลยุทธ์ กระบวนการผลิตบางอย่างที่จีนมีส่วนแบ่งสูงจะถูกย้ายไปยังแผ่นดินใหญ่ของสหรัฐฯ และบริษัทสหรัฐฯ ที่ได้รับความช่วยเหลือจากรัฐบาลกำลังเร่งการลงทุน อย่างไรก็ตาม การสร้างเครือข่ายการจัดหาที่ต้องพึ่งพาจีนมานานนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย สหรัฐฯ ซึ่งมีต้นทุนการจัดหาวัตถุดิบและโลจิสติกส์ที่สูงกว่านั้นไม่มีข้อได้เปรียบในการแข่งขัน การวิเคราะห์ของ Bloomberg ชี้ให้เห็นว่าสหรัฐฯ จะต้องใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษเพื่อให้บรรลุความพอเพียงในห่วงโซ่อุปทานธาตุหายาก
ประกอบกับปัจจัยต่างๆ เช่น ราคาธาตุหายากที่สูงขึ้น ไม่น่าแปลกใจเลยที่ผู้ผลิตรถยนต์ชาวญี่ปุ่น ยุโรป และอเมริกันกำลังมองหาทางเลือกอื่นและเริ่มทำการวิจัยและพัฒนาเครื่องยนต์ที่ไม่ใช้ธาตุหายาก
จากมุมมองด้านประสิทธิภาพ: เมื่อ Tesla Model S เปิดตัวในปี 2012 รถคันนี้ติดตั้งมอเตอร์เหนี่ยวนำ แม้ว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำจะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนบางประการ แต่ก็มีข้อเสีย เช่น ขนาดใหญ่และประสิทธิภาพต่ำ ซึ่งส่งผลต่อระยะทาง
สำหรับ NEV ระยะการขับขี่เป็นปัจจัยสำคัญในการแข่งขัน น้ำหนักที่มากขึ้นและประสิทธิภาพการแปลงที่ต่ำกว่าของมอเตอร์เหนี่ยวนำนำไปสู่ระยะทางของรถยนต์ที่ลดลง นี่คือเหตุผลหลักที่ทำให้ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายเลือกใช้มอเตอร์แม่เหล็กถาวร
เป็นที่น่าสังเกตว่า Tesla เปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ DC แม่เหล็กถาวรโดยเริ่มจาก Model 3 และในที่สุดก็ได้นำมอเตอร์นี้มาใช้ในรุ่นอื่นๆ ด้วย ข้อมูลแสดงให้เห็นว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่ใช้ใน Model 3 มีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำที่ใช้ก่อนหน้านี้ประมาณ 6%
จากมุมมองด้านวัสดุ: เกี่ยวกับ "de-rare-earthing" วัสดุทางเลือกที่โดดเด่นที่สุดในปัจจุบันคือ "เฟอร์ไรต์" เซรามิกนี้ประกอบด้วยเหล็กและออกซิเจน ผสมกับโลหะจำนวนเล็กน้อย สามารถผลิตแม่เหล็กได้ มีราคาถูกและผลิตง่าย
อย่างไรก็ตาม เฟอร์ไรต์เป็นสารทดแทนระดับล่างสำหรับ NdFeB ธาตุหายากมาโดยตลอด ประสิทธิภาพ ปริมาณ และด้านอื่นๆ นั้นยากที่จะเทียบเท่ากับระดับ NdFeB สามารถใช้ในมอเตอร์ขนาดเล็กบางตัวในยานพาหนะได้ สำหรับแม่เหล็กถาวรซามาเรียม-โคบอลต์ (SmCo) นั้นมีธาตุหายากซามาเรียมอยู่ด้วย และเป็นกัมมันตภาพรังสี ปัจจุบันใช้เฉพาะในด้านการทหาร การบินและอวกาศ และสาขาที่คล้ายกัน การแทนที่ใน NEV จะส่งผลเสีย
ปัจจุบัน ผู้ผลิตหลายรายได้เริ่มทำการวิจัยตัวเลือกที่ไม่ใช้ธาตุหายาก อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะเป็นแม่เหล็กไนโตรเจน-เหล็กของ Niron ที่เริ่มต้น หรือวัสดุแรงแม่เหล็กสูงอื่นๆ ที่มีแมงกานีส ก็ไม่สามารถผลิตและเก็บรักษาในรูปแบบที่เหมาะสมได้ในระยะยาว แม้แต่แม่เหล็กแมงกานีส-บิสมัท (Mn-Bi) ต้นแบบที่รายงานก่อนหน้านี้ซึ่งผลิตโดย DA Technology และ Koreen ก็กำลังอยู่ระหว่างการตรวจสอบประสิทธิภาพและงานปรับปรุงเท่านั้น
เห็นได้ชัดว่า เมื่อพิจารณาถึงการแสวงหาต้นทุนต่ำและประสิทธิภาพสูงของอุตสาหกรรม NEV ประกอบกับความท้าทายทางเทคนิคที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข การหลุดพ้นจากทรัพยากรธาตุหายากอย่างสมบูรณ์นั้นไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่ก็ไม่สามารถทำได้ในระยะสั้น อย่างน้อยที่สุด ในประเทศจีน มอเตอร์ธาตุหายากจะยังคงเป็นทิศทางหลักสำหรับการใช้งานยานยนต์ในอนาคตอันใกล้นี้
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
