Europa stara się produkować silniki elektryczne bez rzadkich metali oraz z aluminium zamiast miedzi.

Europa chce zmniejszyć swoją zależność od surowców krytycznych niezbędnych do produkcji samochodów elektrycznych. Niemiecki instytut Fraunhofer IFAM rozpoczął projekt mający na celu rozwój nowych technologii produkcji silników elektrycznych, które mogą obejść się bez rzadkich ziaren i zastąpić część miedzi aluminium. Jest to inicjatywa finansowana przez Unię Europejską, której celem jest wzmocnienie niezależności technologicznej przemysłu.

Badania prowadzone są w Dreźnie w Niemczech w ramach projektu SIREN – inicjatywy, która ma na celu zmianę sposobu produkcji silników elektrycznych. Jej celem nie jest tylko zmniejszenie zużycia surowców strategicznych, ale także opracowanie bardziej efektywnych pod względem wykorzystania zasobów systemów napędowych, kompaktowych i zdolnych do osiągania wysokich osiągów.

Projekt będzie miał do dyspozycji ponad dwa miliony euro finansowania publicznego do końca 2028 roku, pochodzącego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz z niemieckiej stanu Saksonia. Dzięki tym środkom Fraunhofer IFAM zbuduje infrastrukturę badawczą, która umożliwi opracowanie i wytworzenie funkcjonalnych prototypów przy użyciu nowych materiałów oraz procesów przemysłowych.

Inicjatywa ta pojawia się w momencie, gdy Europa stara się zmniejszyć swoją zależność od zagranicznych dostawców, szczególnie w przypadku metali rzadkich, których produkcja i przetwarzanie są silnie skoncentrowane w niewielu krajach. Do tego dochodzi rosnące zapotrzebowanie na miedź, materiał kluczowy dla elektryfikacji transportu i przemysłu.

Jednym z głównych kierunków badań jest rozwój silników elektrycznych, które nie wymagają magnesów wytwarzanych z rzadkich ziemin. Aby to osiągnąć, badacze pracują nad nowymi architekturami silników o wysokiej prędkości działania oraz silnikami z magnesami trwałymi opartymi na ferrytach.

Te ostatnie wykorzystują materiały magnetyczne, które umożliwiają uniknięcie użycia takich elementów jak neodym czy dysproz, powszechnie stosowanych w określonych wysokowydajnych silnikach elektrycznych. Wyzwaniem jest stworzenie konstrukcji, które zapewnią wysoką gęstość mocy bez polegania na tych strategicznych materiałach.

Aby to osiągnąć, Fraunhofer rozwija nowe procesy produkcji adytywnej oparte na sinterowaniu, technice umożliwiającej wytwarzanie złożonych komponentów metalowych z materiałów w postaci proszku. Technologia ta ułatwia łączenie różnych metali w jednej części oraz tworzenie geometrii, które byłyby trudne do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych metod.

Jedną z najciekawszych innowacji są wielomateriałowe rdzenie warstwowe, które łączą miękkie materiały magnetyczne z niemagnetycznymi. Rozwiązanie to otwiera drogę do nowych konfiguracji silników, szczególnie przydatnych w zastosowaniach wymagających pracy przy bardzo wysokich prędkościach.

Druga ważna linia badań koncentruje się na zastąpieniu miedzi w cewkach aluminium, materiałem lżejszym i tańszym. Chociaż aluminium ma gorszą przewodność elektryczną niż miedź, badacze chcą skompensować te ograniczenia za pomocą specjalnych projektów zawierających zintegrowane kanały chłodzenia.

To rozwiązanie umożliwiłoby poprawę zarządzania ciepłem w cewkach oraz opracowanie silników o wysokich osiągach przy użyciu bardziej dostępnych materiałów. Jest to szczególnie interesująca możliwość dla przemysłu motoryzacyjnego, gdzie zmniejszenie masy, kosztów oraz zależności od kluczowych surowców stało się priorytetem.

Projekt SIREN nie ogranicza się tylko do samochodów elektrycznych. Jego technologie są również przeznaczone do zastosowań lotniczych, pojazdów naziemnych i podwodnych, a także do różnych zastosowań przemysłowych, które wymagają kompaktowych, mocnych i niezawodnych silników.

Fraunhofer zamierza rozwijać cały łańcuch technologiczny, od badań nowych materiałów po produkcję komponentów oraz funkcjonalnych prototypów. Ponadto infrastruktura będzie dostępna do współpracy z przedsiębiorstwami przemysłowymi, szczególnie z małymi i średnimi firmami z Saksonii.

Cel ostateczny polega na tym, aby te technologie mogły zostać przeniesione do produkcji przemysłowej i przyczynić się do stworzenia europejskiego łańcucha dostaw mniej zależnego od świata zewnętrznego. Na razie jest to projekt badawczo-rozwojowy, ale jego wyniki mogą pomóc w produkcji przyszłych generacji silników elektrycznych wykorzystujących mniej surowców krytycznych oraz zapewnić Europie większą autonomię przemysłową.