ما وراء الأتربة النادرة: هذه المادة المغناطيسية الجديدة يمكن أن تعيد تشكيل المحركات
في أحدث حلقة من برنامج Lexicon، جلسنا مع توم غرينجر، نائب الرئيس التجاري في شركة Niron Magnets، لاستكشاف الدور الخفي الذي تلعبه المغناطيسات الدائمة في التكنولوجيا الحديثة والكهرباء. من السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح إلى الهواتف الذكية ومكبرات الصوت، تعد هذه المكونات ضرورية لعدد لا يحصى من الأجهزة التي نعتمد عليها كل يوم. ناقش توم أيضًا الأهمية الإستراتيجية المتزايدة للمغناطيسات الأرضية النادرة والمخاطر المرتبطة بسلاسل التوريد العالمية شديدة التركيز. اشترك أيضًا في IE+ للحصول على رؤى متميزة ومحتوى حصري! إعادة اختراع المغناطيس نادرًا ما يتصدر المغناطيس الدائم عناوين الأخبار. ومع ذلك، كما أوضح لنا غرينجر، فإنها تقع في قلب عملية الكهرباء الحديثة. وقال لنا: “من الجيد أن كل الأجهزة الإلكترونية الحديثة تعتمد على المغناطيس الدائم”. وأضاف: “السيارة التي تقودها، ومكبرات الصوت التي تسمعني منها تخرج الآن، والميكروفون الذي يلتقط صوتي، كل هذه أجهزة مغناطيسية دائمة”. وقال: “الاعتماد على المغناطيسات الأرضية النادرة اليوم يعني الاعتماد على سلسلة توريد تتركز بنسبة تزيد عن 90% في الصين. نقطة الفشل الوحيدة من الناحية الجيوسياسية”. لكن اتضح أن المشكلة لا تقتصر على التعدين. وأوضح قائلاً: “في جميع أنحاء سلسلة التوريد، ترى هذا التركيز”. والنتيجة هي ما يسميه نقطة قرصة. وأضاف: “هناك نقطة فاصلة يتوقف عليها الاقتصاد العالمي”. عالم متعطش للمغناطيس علاوة على ذلك، فإن جانب الطلب لا يؤدي إلا إلى تكثيف الضغوط. قال لنا غرينجر: “بينما تقوم السيارات بتثبيت المزيد من مكبرات الصوت والتنافس على نظام المعلومات والترفيه والتجربة الرائعة داخل الكابينة، فإن مضاعفة مكبرات الصوت تضاعف المغناطيس”. وأضاف: “تخيل أنك عندما تنتقل من طائرة F-35 إلى سرب من الطائرات بدون طيار، فإنك توفر الكثير من المال، وتوفر الكثير من المواد، لكنك تزيد بشكل كبير من استهلاكك للمغناطيس”. وحتى في ظل مناخ جيوسياسي مستقر، فإن العرض سيكون متوترا. وأضاف: “حتى لو كان كل شيء على مستوى العالم سيئًا، فليس هناك ما يكفي من المعادن النادرة لحل هذا الاقتصاد العالمي المتعطش للمغناطيس”. وقال: “بالنسبة لبعض المعادن النادرة المهمة، وضعت الصين ضوابط على التصدير”. هذه العناصر مطلوبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، والتي تمثل حوالي 80 بالمائة من حالات الاستخدام. تباطأ إنتاج السيارات. أدت برامج الدفاع إلى تسريع جهود المصادر البديلة. ويتذكر أن الهواتف كانت “ترن خارج الخطاف”. وأضاف: “قد تكون المغناطيسات بالفعل ذات أهمية استراتيجية مثل أشباه الموصلات”. أربعون عاماً من دون وجود مادة جديدة إلى جانب مخاطر العرض، يرى غرينجر أن هناك قيوداً تكنولوجية أعمق. آخر اختراق كبير في المواد المغناطيسية جاء في الثمانينات من القرن العشرين باستخدام مغناطيسات أرضية نادرة. وقال لنا: “آخر مرة حصلنا فيها على مادة مغناطيسية جديدة لها أي نوع من التأثير التجاري الحقيقي كانت مغناطيسات أرضية نادرة في الثمانينيات”. وهذا يعني أربعة عقود من تصميم المحركات والمولدات مقيدة بنفس المواد. يستخدم تشبيه الطهي. وأضاف: “يمكنك أن تتخيل أنك طاهٍ. لقد كنت تعمل بأربعة مكونات. وفجأة، أصبح لديك خيار آخر. إنه مجرد فتح للاختراقات في تصميم المحركات”. وقال: “لقد أمضينا أربعة عقود من دون مفتاح جديد، ومن دون باب جديد مفتوح”. هذا المفتاح الجديد، بحسب نيرون، هو نيتريد الحديد. نيتريد الحديد للإنقاذ وفقًا لغرينجر، فإن نيتريد الحديد ليس اكتشافًا جديدًا تمامًا، حيث تم التعرف عليه لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي. وقد أسفرت المحاولات اللاحقة في اليابان عن نتائج واعدة ولكنها غير متسقة. وكانت القطعة المفقودة هي القدرة على فهم المادة والتحكم فيها على المستوى النانوي. قال غرينجر: “لم تكن لدينا التكنولوجيا في ذلك الوقت لنكون قادرين على تفسير ما يجعل نيتريد الحديد مغناطيسيًا جدًا، من وجهة نظر فيزيائية فقط، ومن ثم إنتاج نيتريد الحديد بشكل موثوق في هذه المرحلة المغناطيسية”. وقد أدى التقدم في التصوير والتوصيف في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين إلى تغيير ذلك. وأضاف: “إن القدرة على رؤية ما تفعله عندما تقوم بمحاولة تجريبية لقياسه قد تم فتحها من خلال التقدم في تصوير التوصيف”. ومن هناك، استغرق الأمر أكثر من عقد من الزمان للانتقال من الأبحاث المختبرية إلى المغناطيسات السائبة القابلة للاستخدام تجاريًا. وقال: “لقد مر عقد من الزمن منذ ذلك البرنامج حتى أصبح لدينا بالفعل مغناطيسات دائمة قابلة للتطبيق تجاريًا”. الاتجاه الصعودي المحتمل كبير. وأوضح: “بالنسبة للمغناطيس الدائم الأرضي النادر المصنوع من النيوديميوم، يبلغ هذا الرقم حوالي 1.6 تسلا”. وأضاف: “بالنسبة لنتريد الحديد، فإن الحد المكافئ هو 2.4 تسلا”. وقال: “هذا السقف أعلى بنسبة 50% من المغناطيس الدائم للأرض النادرة”. أداء درجة الحرارة هو عامل آخر. تعتمد المغناطيسات الأرضية النادرة على العناصر الأرضية النادرة الثقيلة النادرة مثل الديسبروسيوم والتيربيوم للحفاظ على الأداء عند درجات حرارة عالية. وقال غرينجر: “إن نيتريد الحديد، فقط بفضل بنيته وخصائصه البلورية الأساسية، يحصل على استقرار درجة الحرارة مجانًا”. فتح محركات التدفق المتغير أحد أكثر التطبيقات إثارة للاهتمام التي تمت مناقشتها في الحلقة هو محرك التدفق المتغير. تستخدم المحركات التقليدية ذات المغناطيس الدائم تقنية تسمى إضعاف التدفق عند السرعات العالية، الأمر الذي يتطلب إدخالاً كهربائيًا مستمرًا. وصفها غرينجر باستعارة: “فكر في الأمر على أنه يحمل زنبركًا. إذا حركت يدك، فسوف تنبثق للأعلى مباشرة. وهكذا فإنك تستخدم القوة للقيام بذلك.” يقدم التدفق المتغير نهجا مختلفا. وقال: “بدلاً من استهلاك الطاقة المستمر للضغط على هذا الزنبرك، فهو يشبه السقاطة. تضغط الزنبرك للأسفل مرة واحدة، وتثبته في مكانه”. والنتيجة هي تحسين الكفاءة عبر نطاق السرعة. وفي السيارات الكهربائية، يُترجم ذلك مباشرةً إلى توفير المدى والبطارية. وأضاف: “ستحصل على انخفاض بنسبة 2 بالمائة في مواد البطارية. ولا يقتصر التوفير في التكاليف على تكاليف المغناطيس فحسب، بل يدفع أيضًا تكاليف المحرك بأكمله”. وينطبق نفس المنطق على الأجهزة ومراكز البيانات. تتضاعف مكاسب الكفاءة بسرعة عندما تعمل الأنظمة بشكل مستمر. توسيع نطاق التصنيع يتطلب الانتقال من الاختراق إلى الإنتاج قفزة أخرى. “لقد قام نيرون بإدخال مغناطيس دائم من نيتريد الحديد، ونحن نفعل ذلك على نطاق النانو،” أخبرنا غرينجر. وقال: “كان التقدم الذي حققناه في المختبر هو الإنجاز الثاني، وهو في الواقع العملية. والعملية في هذه الحالة تصبح المنتج”. الهدف هو قابلية التوسع المعيارية. ويمكن تكرار المرافق في مناطق متعددة، مما يقلل من مخاطر التركيز الجغرافي. يتكون نيتريد الحديد من الحديد والنيتروجين. كلاهما وفيرة ومصادر على نطاق واسع. وقال: “في أي مكان يوجد فيه مجتمع صناعي، لديك فرصة لإنتاج مغناطيس محلي من نتريد الحديد”. تحول استراتيجي بالنظر إلى الصورة الأكبر، رسم غرينجر تشبيهًا تاريخيًا لعملية هابر-بوش، التي مكنت إنتاج الأسمدة الاصطناعية وقللت الاعتماد على تعدين ذرق الطائر. وقال: “ما هو نيتريد الحديد، هو هذا التحول”. وأضاف: “فماذا لو تمكنا من تجنب كل هذا الحفر. ماذا لو تمكنا من تجنب الاعتماد على ما يعتبر في الأساس أي منجم له مدة صلاحية”. لذلك، بدلاً من الأجسام الخام المحدودة، يصف نهج البناء في المصنع. “هذا هو الابتكار مثل قطع الكعكة. وقال لنا: “نوع من فلسفة الوفرة حول المغناطيس”. وقد لاحظ عملاء الدفاع ذلك. البرامج المخطط لها في البداية لمدة خمس إلى سبع سنوات من التطوير أصبحت فجأة “تسير على مسارات سريعة مدتها 18 شهرًا” بعد تشديد ضوابط التصدير. ماذا يخبئ العقد القادم؟ بالنظر إلى المستقبل، يحدد غرينجر النجاح بمصطلحات عملية. وأضاف: “إن نجاح نيتريد الحديد هو أننا لا نتحدث عن المغناطيس باعتباره نقطة ضعف نادرة أو حرجة في سلاسل التوريد العالمية”. وبعيداً عن الاستقرار، فإنه يتوقع الابتكار. تصميمات جديدة للمحركات والمولدات مبنية حول السقف المغناطيسي الموسع. التصنيع المحلي في آسيا وأوروبا وأمريكا الشمالية. تقليل الضعف وتوسيع حرية التصميم. “قد يكون من الصعب في بعض الأحيان التفكير في الأمر، هل يمكن القيام بأشياء جديدة ليست مجرد تجميع جديد أو برامج جديدة؟” قال لنا. “وبكل تأكيد يمكنهم ذلك.”
تم النشر: 2026-06-12 22:28:00
