Naukowcy z Uniwersytetu Cambridge odkryli nową metodę wytwarzania wysokowydajnych magnesów wykorzystywanych w turbinach wiatrowych i samochodach elektrycznych. Odkrycie ogranicza konieczność stosowania pierwiastków ziem rzadkich, które są prawie wyłącznie pozyskiwane w Chinach.

Nowa metoda produkcji magnesów

Zespół z Uniwersytetu Cambridge, we współpracy z badaczami z Austrii, znalazł nowy sposób na zastąpienie magnesów ziem rzadkich. Odpowiedzią na to wyzwanie ma być tetrataenit – „kosmiczny magnes „, który naturalnie tworzy się meteorytach przez miliony lat. Nowe podejście do produkcji magnesów może zmniejszyć zależność od pierwiastków ziem rzadkich w technologiach niskoemisyjnych.

– Duży wpływ na środowisko oraz uzależnienie od Chin doprowadził do pilnego poszukiwania alternatywnych materiałów, które nie wymagają pierwiastków ziem rzadkich – powiedziała profesor Lindsay Greer z Wydziału Materiałoznawstwa i Metalurgii Cambridge, która kierowała badaniami.

Poprzednie próby wytwarzania tetrataenitu w laboratorium nie zakończyły się sukcesem. Kluczem do powodzenia nowej metody okazało się dodanie fosforu. Naukowcy doszli do wniosku, że możliwe jest sztuczne wytwarzanie tetratenitu na dużą skalę, bez specjalistycznej obróbki lub kosztownych technik.

Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Science. Wniosek patentowy na tę technologię złożył Cambridge Enterprise, ramię uniwersytetu zajmujące się komercjalizacją, oraz Austriacka Akademia Nauk.

Dlaczego to odkrycie jest ważne?

Magnesy o wysokiej wydajności to kluczowa technologia w budowaniu gospodarki bezemisyjnej, a najlepsze obecnie dostępne magnesy trwałe zawierają pierwiastki ziem rzadkich.

Pomimo swojej nazwy, pierwiastki ziem rzadkich licznie występują w skorupie ziemskiej. Jednak to Chiny mają niemalże monopol na ich globalną produkcję. W 2017 roku 81% metali ziem rzadkich na całym świecie pochodziło z Chin. Inne kraje, takie jak Australia, również wydobywają te pierwiastki, ale w mniejszym stopniu. Tymczasem wraz ze wzrostem napięcia w stosunkach międzynarodowych z Chinami pojawiają się obawy, że dostawy metali ziem rzadkich mogą być zagrożone.

• Zobacz też: Czy Chiny są eko? Chińska energetyka i polityka klimatyczna [PODCAST]

– Złoża ziem rzadkich istnieją gdzie indziej, ale wydobycie jest bardzo destrukcyjne dla środowiska. Trzeba wydobyć ogromną ilość materiału, aby uzyskać niewielką ilość pierwiastków ziem rzadkich – tłumaczy profesor Lindsay Greer z Cambridge.

Tetrataenit, stop żelazowo-niklowy o szczególnie uporządkowanej strukturze atomowej, jest jedną z najbardziej obiecujących alternatyw. Tetrataenit tworzy się przez przez miliony lat. Powstaje, gdy meteoryt powoli stygnie, dając atomom żelaza i niklu wystarczająco dużo czasu na odpowiednie ułożenie się w strukturze krystalicznej. Ostatecznie skutkuje to powstaniem materiału o właściwościach magnetycznych zbliżonych do magnesów ziem rzadkich.

Nowa metoda tworzenia tetrataenitu

W latach 60. naukowcom udało się sztucznie wytworzyć tetratenit poprzez bombardowanie stopów żelaza i niklu neutronami, ale ta technika nie nadaje się do masowej produkcji.

Od tego czasu naukowcy byli zafascynowani uzyskaniem tej uporządkowanej struktury, ale zawsze wydawało się, że jest to coś, co jest bardzo odległe – powiedziała Greer. 

Pomimo wielu prób , nie udało się jeszcze wyprodukować tetratainitu na skalę przemysłową. Teraz Greer, naukowcy z Austriackiej Akademii Nauk i Montanuniversität w Leoben znaleźli alternatywę, która nie wymaga milionów lat.

Naukowcy twierdzą, że obecny w meteorytach fosfor pozwala atomom żelaza i niklu poruszać się szybciej, umożliwiając im formowanie się w ciągu kilku sekund.

– To, co było tak zdumiewające, to fakt, że nie była potrzebna żadna specjalna obróbka: po prostu stopiliśmy stop, wlaliśmy go do formy i mieliśmy tetratenit – powiedziała Greer.

Chociaż naukowcy odkryli obiecującą metodę wytwarzania tetrataenitu, potrzebne są dalsze prace, aby ustalić, czy będzie on odpowiedni dla magnesów o wysokiej wydajności. Zespół ma nadzieję pracować nad tym z głównymi producentami magnesów.

Może i Chiny uniezależnią się z czasem od metali ziem rzadkich? Chińczycy odkryli na Księżycu zupełnie nowy minerał oraz potwierdziły obecność Helu-3, izotopu, który może zmienić oblicze energetyki. 

Chińczycy znaleźli na Księżycu nowy minerał i klucz do rewolucji w energetyce

źródło i zdj. główne (tetrataenit): cam.ac.uk

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.