Terre rare per i motori a magneti permanenti. E’ esplosa la bolla

Terre rare
Terre rare

Le terre rare, il gruppo di 17 elementi chimici della tavola periodica, precisamente scandio, ittrio e i lantanoidi, sono stati per anni al centro di una vera e propria emergenza economica e politica.

Questi elementi, necessari per la costruzione di particolari elettronici ed elettrici strategici, come componenti di aerei da guerra e motri a magneti permanenti necessari per la generazione di energia eolica, erano per il 97% estratti in Cina.

La bolla delle terre rare

L’intera economia occidentale in ostaggio dei cinesi é stata una delle maggiori paure che ha attanagliato il think tank occidentale per anni. Eppure, quella delle terre rare si é rivelata una delle più clamorose “bolle” nella storia delle materie prime. La bolla é esplosa ufficialmente con la richiesta del Chapter 11 (amministrazione controllata) da parte di Molycorp: l’unico produttore statunitense – e uno dei pochissimi occidentali – di questi 17 metalli strategici, non più preziosi come qualche anno fa, ma tuttora insostituibili in numerose applicazioni hi-tech.

La “bolla” ha iniziato a scoppiare poco lo scorso autunno, quando la Cina é stata condannata dal WTO per prezzi eccessivi, lasciando spazio ad aziende come la  Molycorp per sviluppare la produzione di depositi noti, ma “dimenticati” da tempo. Il crollo dei prezzi ha fatto impennare i debiti dell’azienda americana a 1,7 miliardi di $, accumulati per finanziare acquisizioni e per resuscitare – tra ritardi e difficoltà tecniche – la storica miniera californiana di Mountain Pass.

Dopo tredici trimestri consecutivi in perdita, Molycorp ha fatto default sulla cedola di un’obbligazione. Da qui al Chapter 11 il passo é stato breve.

Il futuro delle terre rare é il riciclo

La nuova strada delle terre rare ora si chiama riciclo ed é notizia recente che i ricercatori del Worcester Polytechnic Institute hanno messo a punto un nuovo metodo per il riciclo delle terre rare contenute nelle batterie delle auto elettriche e ibride, nelle turbine eoliche e nei dispositivi medici utilizzati per la risonanza magnetica.

Grazie a un processo di estrazione chimica in due fasi i ricercatori sono riusciti a separare i diversi elementi, recuperando anche altri materiali riutilizzabili dalle unità elettriche come i chip in acciaio. Il metodo è stato testato con successo sul motore elettrico di una Chevrolet Spark.

Questo nuovo metodo di riciclo permetterà agli Stati Uniti di ridurre la dipendenza dall’importazione delle terre rare.

 

La UE studia nuovi materiali sostitutivi per magneti permanenti: Venus e romeo

L’attività UE nella ricerca di nuovi materiali

La UE é attivamente coinvolta nell’attività di ricerca di sostituti delle materie prime critiche, con particolare attenzione alla sostituzione dei componenti dei  magneti permanenti. In occasione del terzo workshop strategico della rete d’innovazione sulla sostituzione delle materie prime critiche, i rappresentanti di tre progetti finanziati dall’UE dedicati a questo particolare aspetto della sostituzione  hanno presentato obiettivi e stato dei lavori.

Venus: magneti permanenti per i trasporti su strada

Componenti per motore a magneti permanenti
Componenti per motore a magneti permanenti

ll progetto VENUS, coordinato dal dott. Jon Madariaga della Tekniker in Spagna, riguarda la sostituzione nei magneti permanenti nei trasporti su strada.

Negli ultimi anni, grazie a tecnologie migliori, i veicoli elettrici puri sono diventati un’alternativa più fattibile alle automobili a petrolio. Ci sono però ancora alcune significative difficoltà da superare – in particolare il fatto che la maggior parte delle macchine elettriche efficienti usa magneti permanenti composti da materiali delle terre rare come il neodimio (terre rare leggere) e il disprosio (terre rare pesanti).

Il 95 % dell’approvvigionamento globale di questi materiali proviene dalla Cina e si teme che il paese possa ridurre le esportazioni .

Per questo motivo il progetto VENUS mira alla progettazione di macchine elettriche con meno materiali magneti permanenti, con materiali diversi dalle terre rare o persino senza magneti. Il team segue due vie in parallelo – l’uso di motori a riluttanza commutata (SRM) o l’uso di motori a riluttanza sincrona con magneti permanenti ((PM)SynRM).

VENUS è diviso in tre fasi – progettazione, produzione e integrazione in un’Azure Ford Transit Connect, seguita da test di guida. Sono già stati fatti straordinari progressi e il team sta lavorando alla fabbricazione del primo prototipo.

Romeo: magneti permanenti per le energie rinnovabili

Un motore a magneti permanenti
Un motore a magneti permanenti

Il progetto ROMEO coordinato dal prof. Dr. Spomenka Kobe dell’Istituto Jožef Stefan in Slovenia, punta a diminuire drasticamente la quantità di terre rare pesanti necessarie nei magneti permanenti per il settore delle energie rinnovabili e di sostituire completamente i magneti permanenti con nuovi materiali magnetici.

I motori per i veicoli elettrici e i generatori delle turbine eoliche, per esempio, hanno bisogno di forti magneti coercitivi per funzionare a temperature ben al di sopra dei 100 gradi e sopportare il campo inverso altamente smagnetizzante. Come i magneti attualmente usati nei veicoli elettrici, questi magneti si basano sugli elementi delle terre rare neodimio e disprosio.

Romeo ha l’obiettivo di sviluppare diverse strategie di ingengeria microstrutturale al fine di migliorare drasticamente le proprietà dei magneti (specialmente la coercività) basati su una composizione con una drastica riduzione dei materiali delle terre rare pesanti o puramente basati su elementi delle terre rare leggeri; ha poi l’obiettivo di sviluppare un magnete completamente privo di terre rare.

Anche se il progetto non si concluderà prima del 2015, il primo di questi obiettivi, che renderà possibile di usare i magneti a temperature superiori ai 100 gradi, è già stato raggiunto. Lo sfruttamento dei risultati di ROMEO avverrà adesso in due fasi: dall’idea al prototipo e dal prototipo al mercato.