/nginx/o/2023/12/21/15794004t1hf9ca.jpg)
/nginx/o/2015/12/28/4836279t1h86f8.jpg)
Eestis plaanitakse avada esimene Euroopa tehas, mis hakkab tootma neodüüm-raud-magneteid. Magnetite taaskasutusega kaasnevad siiski keerukad ja kallid protsessid, selgitab keemilise ja bioloogilise füüsika instituudi juhtivteadur Raivo Stern.
Teadlane vastab: kuidas toodetakse ja taaskasutatakse magneteid
Magnetmaterjale on palju erinevaid, mis varieeruvad koostise ja tootmismeetodi poolest. Kõige tuttavamad ja lihtsamad on metallisisaldusega magnetid, mis võivad olla valmistatud rauast, koobaltist või muudest eksootilisematest elementidest. Pikka aega on kasutatud ferriite, mis koosnevad rauaoksiidist ning millel on keerukas kihiline struktuur. Ferriidid on üsna levinud ja neid kasutatakse sageli külmkapimagnetites, kuid nende magnetiline tugevus ei ole eriti suur.
Suurema võimsusega magnetid valmistatakse haruldasi muldmetalle sisaldavatest materjalidest, näiteks neodüümist, mis tagab kompaktses ruumis tugeva magnetilise mõju.
Magnetite taaskasutamine
Taaskasutuse seisukohalt ei ole raud ja ferriidid keerulised, kuna nende koostises pole haruldasi elemente. Neodüüm-magnetite puhul aga on probleemiks haruldased muldmetallid, mille varud on piiratud ja mida kaevandatakse peamiselt Hiinas.
Magnetmaterjali kuumutamine ja Curie temperatuur
Kui magnetit kuumutatakse, võib see oma omadused kaotada. Näiteks võib kõrge temperatuur, mis võib tekkida tuuliku magnetites hõõrdumisel, muuta magneti kasutuks.
Magnetmaterjalid sõltuvad kahest põhitegurist: magnetvälja tugevusest ja temperatuurist. Materjalil on kindel Curie temperatuur, millest kõrgemal kaotab see oma magnetilise korrastatuse ja muutub paramagnetiliseks. Ferromagnetilised materjalid säilitavad aga allpool Curie temperatuuri oma magnetmomendi.
Magnetite vajaduse kasv
Tänapäeval kasvab magnetite vajadus pidevalt – näiteks elektriautode ja tuulegeneraatorite mootorites kasutatakse palju tugevaid magneteid. Enamik haruldasi muldmetalle pärineb Hiinast, kus asuvad ka suuremad magnetitehased.
Narva magnetitehas ja taaskasutuslahendused
Eestis plaanitakse avada Narvas esimene Euroopa tehas, mis hakkab tootma neodüüm-raud-magneteid. Magnetite taaskasutusega kaasnevad siiski keerukad ja kallid protsessid. Magnetite taastootmise hõlbustamiseks soovitakse rakendada lühemaid tsükleid, mis võimaldaksid uuesti kasutada näiteks elektroonikatoodetest kogutud magnetmaterjale.
Selleks peab lõhkuma aine uuesti peaaegu kaevandatavaks maagiks, millest eraldatakse kõik oksiidid, raud, neodüüm, mõnikord ka düsproosium ja teised eksootilised materjalid. Nendega minnakse tootmistsükli algusesse ja hakatakse uuesti nendega magnetiteks sobivat materjali ette valmistama. See on päris kallis, pikk ja mitte väga puhas tsükkel ning ollakse huvitatud, kuidas neid tsükleid teha lühemaks.
Vesiniku kasutamine magnetite taaskasutuses
Vesiniku kasutamine magnetmaterjalide taaskasutuses ei ole uus tehnoloogia – seda on uuritud juba 1960ndatest. Näiteks saab vesiniku abil purustada magnetite struktuuri pulbriks, mis hõlbustab nende komponentide eraldamist. Birminghami ülikooli spin-off-ettevõte HyProMag on loonud roboti, mis aitab kõvaketastest magneteid efektiivselt eemaldada ja vesiniku abil taaskasutada. Magnetid lõigatakse ketastest giljotiiniga välja ning spetsiaalses vesinikukeskkonnas eraldatakse materjalid, mida on võimalik uuesti kasutada.
Taaskasutuse kitsaskohad keerukamates rakendustes
Kuigi kõvaketastelt magnetite eemaldamine on vesiniku abil edukalt lahendatud, esineb keerukamaid väljakutseid näiteks elektriautodes, kus magnetid võivad olla peidetud sügavale ja on seega raskesti kättesaadavad. Sellistel juhtudel on vesinikuga töötlemine keeruline, sest magnetmaterjalile on ligipääs tihti raske ja pulbriks muutmise protsess ei ole alati otstarbekas.
Selliseid seadmeid, kus magnetmaterjali on piisavalt ja milles vesinik saab materjalile hästi ligi ja seda kätte, on teisigi. Kõvaketta näide on hea, ehk kui on lahtine nurk, kus vesinik ligi pääseb ja magnet on pulbriks muutunud ning kui seda piisavalt raputada, siis materjal pudeneb välja ja ei ole suurt probleemi. Aga autode puhul on materjal tihti nii ära maetud, et ei ole lootustki. Esiteks ei pääse vesinik sisse ja pärast ei tule pulber välja.
Kokkuvõtteks
Magnetite taaskasutamine pakub mitmeid tehnilisi väljakutseid ja nõuab innovaatilisi lahendusi. Hoolimata keerukustest on uus Narva tehas ja teaduslikud edusammud, näiteks vesiniku kasutamine, näited valdkonna arenevast potentsiaalist. Paljude seadmete puhul, kus magnetmaterjal on keerukalt integreeritud, jääb taaskasutus siiski väljakutseks ja vajab veel põhjalikku arendustööd.
Kuidas NPM Narva magnetitehase valmimine edeneb?
/nginx/o/2024/10/30/16454874t1h7258.jpg)
NPM Narva tehase personali- ja kommunikatsioonijuht Olga Zaitseva ütles, et uus tehas hakkab tulevikus tootma haruldaseid muldmetalle sisaldavaid püsimagneteid piisavalt, et toetada ligikaudu 1,5 miljoni elektriauto tootmist. NPM Narva on saanud Euroopa Liidu Õiglase Ülemineku Fondi esimese toetuse, mis ulatub kuni 18,7 miljoni euroni. Tehase esimese etapi ehitustöödest on tehtud üle 80 protsendi - ehitatud on tootmishoone pikkusega kolmsada meetrit ja pindalaga 20 tuhat ruutmeetrit, sellele lisandub veel neli tuhat ruutmeetrit on kontori-, riietusruumid ja söökla.
Tegevusi tehase ehituses ja arenduses tehakse graafiku alusel. Septembri algusest alustati NPM Narvas tehnoloogiliste seadmete paigaldamist ning praegu on see protsess aktiivses faasis. Tehnoloogilise seadmete paigaldust teostavad välisspetsialistid koos kohaliku tiimiga. Selles protsessis osalevad kümne riigi esindajad, sealhulgas Hiina, Brasiilia, Türgi, Malaisia, Filipiinid, Bulgaaria, Poola, Egiptus ja Eesti. Esimesed toodete testnäidised on kavas välja anda järgmise aasta alguses. Tehase esimene etapp annab tööd umbes kolmesajale inimesele, see etapp peaks saavutama täisvõimsuse 2026-2027. a.
Eesti teadust kajastavat ajakirjandust toetab Euroopa Liidu ning haridus- ja teadusministeeriumi TemTA programm.