你敢信吗?前阵子印媒扔出个大炸弹,说自己搞出了完全不用稀土的电机,还大言不惭说已经领先中国和美国。结果没等咱们说话,欧美网友先把底扒出来,当场就让这事变成了大型社死现场。更搞笑的是,这会儿印度好几家电动两轮车厂,还在满世界打电话找稀土磁铁,生产线就缺那指甲盖大的几块,连班都排不满。
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这事好笑归好笑,真不赖印度的工程师。不用稀土做电机的路子,早就躺在教科书里几十年了,根本不是什么新鲜发明。特斯拉早期量产的车型,用的就是不用磁铁的感应电机。欧洲不少车企量产了很多年的电励磁同步电机,也不用稀土。工业车间里随处可见的开关磁阻电机,同样不沾稀土。
把永磁体换成铁氧体,把永磁改成绕线励磁,这些图纸连保密都不用,随便哪个工科院校的电机课都会讲。难的从来不是“能不能不用稀土”,而是不用之后的取舍。相同功率下,你得接受更大的体积、更重的重量、更差的效率,要么加容易损耗的滑环电刷,要么把控制器的复杂度翻好几倍。明明是行业都知道的取舍,非要吹成划时代的领先,评论区不笑你笑谁。
这事有意思的点,根本不是这个牛皮吹得有多离谱,而是为什么印度非要吹这个牛。要弄明白这个,就得先搞懂磁铁对现在的生活到底有多重要。说句不夸张的,要是把所有稀土磁铁从世界上抹掉,现代生活直接就能停摆。你我天天揣在兜里的手机,拆开就能找到一堆磁铁,扬声器、麦克风、振动马达、防抖镜头全有,就连硬盘和电路板上都埋着极小的磁铁。
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现在所有清洁能源几乎都把赌注押在稀土磁铁上。电动车的电机能转,靠的就是外圈永磁体的磁场,推中间通电轴产生的磁场,轴转了车才能走。风力发电刚好反过来,叶片带着磁铁转,磁铁的磁场在线圈里感应出电流,才能发出电来。一个把电转成动力,一个把动力转成电,核心全是这块带稀土的永磁体。
现在绝大多数风机和电动车用的永磁体,都离不开稀土里的钕。稀土不是只有中国才有,地壳里到处都有,含量虽然低但挖出来不难,难的是从采矿到分离提纯,再做成材料、做成成品的一整条产业链。中国这么多年砸了无数政府和民间的投入,才把每一环都顺顺当当地接起来,还做成了全球成本最低的,别的国家想进来分一杯羹,怎么算怎么亏,根本玩不起。
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走在上海街头就能看明白,现在卖的新车一半以上都是绿牌,每台绿牌车的电机都离不开稀土磁体。中国能做成全球最大的电动车产业,还能把价格下探到几万块的入门市场,靠的就是身后完整的供应链就在手边。这事换个角度说也很清楚,供应链在谁手里,定价权就在谁手里,别的国家当然都得焦虑。
十几年前有过一次预警,当时中国渔船在日本近海被扣,船员迟迟没放,传出中国可能掐断对日本电子产业的稀土供应,市场当场就炸了,稀土价格一路疯涨。也就是那一次,很多国家才突然反应过来,除了能源安全,还有材料安全这么回事。换谁不得慌啊,家里换个灯泡都要挑牌子,何况把整个国家产业链的命门交到别人手里。
欧洲早早开始找自己的稀土矿,挪威有一处号称欧洲最大的稀土矿床,能出足够的钕和其他元素。那边的人也不绕弯子,直接说欧洲现在根本不开采稀土,完全依赖进口,需求还在一年年涨。可从有矿到能出合格的成品,完全是两码事。开新矿要拿许可要过环保,第一笔投入就是天文数字,真要大规模出货,也得等十年以后。全世界新稀土矿的开发进度都慢得离谱,和中国已经成熟的产业链比,差的可不是一星半点。
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那能不能绕开开矿,从技术层面解决问题?美国明尼苏达大学有位华裔教授,做了二十年的氮化铁磁铁,原料就是铁和氮,都是地球上最不缺的东西,完全不用稀土。听起来简直就是完美解法,做成了就是天大的生意。真做起来才知道有多难,找到稳定的氮化铁分子结构,就是行业里出了名的硬骨头,难到把大半研究者都吓跑了。
一直到2010年后,他和学生从零开始搭设备,做出来的样品勉强能用,但性能还是达不到要求。那时候你去问任何一个投资人,投不投一个可能替代现有永磁体的项目,十个有十个摇头。结果他这次判断错了,钱真的进来了,公司也开起来了,融资已经超过一亿美元,可从实验室走到量产产品,路才刚刚开始。
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他们先做高度工程化的氧化铁纳米颗粒,说白了就是定制版的铁锈,这个阶段还没什么磁性,再一步步处理成氮化铁相,看着材料一点点变出磁性。之后还要把粉末整理成有序结构,才能压成能用的成品磁铁。光是把这套流程优化到能放大量产,就磨了十年。他们一开始不敢碰汽车,先做音响、电吉他这类对磁铁性能要求没那么高的产品,现在已经有车企投了几千万美元,说打算三五年内能用到电动车产品线上。
短板也明明白白摆着,氮化铁的抗退磁能力比现有稀土磁铁差很多,放在喇叭里磁铁不动,当然没问题,可电机里的磁铁一直转,还要不停穿过其他磁场,这就是致命问题。那位教授自己说得最实在,现在的性能满足不了所有应用,还得往基础研究里砸更多钱。人家磨了二十年,还敢说自己不够,这态度就差了不是一点。
往远了说,就连核聚变都卡着磁铁的坎。地球上做核聚变,没有太阳那样巨大的引力约束等离子体,只能靠强磁场把上百万度的等离子体兜住。全世界半个世纪建了一百多台托卡马克装置,物理原理早就摸透了,卡住进度的就是磁铁的工程化问题。用铜做电磁铁,电阻会把大部分电能变成热浪费掉,输入的电比发出来的还多,根本不划算。
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换超导体呢,电阻为零不发热,账才能算得平。可普通超导体要冷却到接近绝对零度,场强还上不去,装置只能越做越大,预算也高到离谱。法国在建的那个巨型聚变装置,就是这么一路膨胀,预算高到没人敢细看。现在有了带状高温超导材料,能做出场强更高体积更小的磁铁,整个装置能缩小到原来的十分之一。
最早做一块绕好的超导带“煎饼”,要二十天,现在一天就能做一块。这里头没有什么一步登天的发明,全是一天天重复、返工、改工装磨出来的。聚变到现在都没实现商业化发电,就算磁铁这关过了,建起整个产业也还要几十年。
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回头再看印媒那个“领先”的标题,吹完一个牛皮只需要一个晚上。人家磨材料磨了二十年还说性能不够,开矿从批文到出货要十年,做超导磁铁从二十天一块磨到一天一块也要十年。差距从来都不是有没有点子,而是愿意不愿意在没人鼓掌的地方熬那么久。换作是你,一份看不到头所有人都说做不成的活,你能干上十年二十年吗?
参考资料:环球时报 印媒称印度发明无稀土电机领先中美遭群嘲
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