Vine marea criza a magnetilor?

Magnetii ne permit sa conducem masini, sa folosim telefoanele mobile si, in esenta, sa alimentam planeta; prin urmare, o posibila epuizare a resurselor materialului-minune este de natura sa ne perecliteze avansul tehnologic si, deci, civilizatia.

Poate ca nu toti stim acest lucru, dar, dincolo de a servi aplicarii pe frigider a diverselor steme si figurine, sau experimentelor din laboratoarele scolare, magnetii permanenti – bucati de metal capabile sa-si creeze propriul camp magnetic – stau la baza unei multitudini de tehnologii care intretin viata moderna asa cum o stim.

Aceste tehnologii includ elemente incepand de la dispozitivele portabile – telefoane inteligente si tablete – si pana la autoturisme, turbine, computere, sateliti si transporturi. Toate acestea contin magneti super-eficienti de ultima generatie carora le datoreaza, dupa caz, supletea, minimalismul, puterea si calitatea, sustin Laura Lewis, de la Universitatea Northwestern, din Boston si Steve Constantinides, de la compania Arnold Magnetic Technologies, din Rochester, New York.

Dar acum se anunta o criza, deoarece apetitul insatiabil al lumii pentru energie si tehnologie conduce la o cerere fara precedent pentru magneti; cerere care depaseste capacitatea de exploatare si de productie. Magnetii se gasesc in natura, dar pot fi produsi si pe cale artificiala, ceea ce se intampla inca din secolul al nouasprezecelea. Produsi e un fel de a spune, mai corect ar fi ca alte materiale feroase precum fierul, aluminiul, cobaltul si nichelul sunt „convertite” la magnetism permanent.

Dar, daca este sa ne referim la tehnologiile moderne, aceste materiale sunt considerate „arhaice” – reprezentative pentru anii ’70 -, cei mai buni magneti din zilele noastre fiind realizati din pamanturi rare, cu deosebire neodim, in combinatie cu fier si bor. Este vorba despre asa-numitii Neo-magneti, atat de performanti incat unul de dimensiunea unei falange de deget poate crea un camp magnetic de cateva mii de ori mai puternic decat cel al miezului de fier al Terrei, raportat la scara – in mod cert cel mai puternic magnet la temperatura camerei cunoscut pana in prezent. Singura problema este aceea ca peste temperatura de 100 °C, magnetul pe baza de neodim se demagnetizeaza si isi pierde puterea; dar, pentru a capata o structura termica mai robusta, o mica proportie – cateva procente –  din atomii de neodim ai magnetului se schimba cu cei ai varului sau mai rar pamantul greu denumit disprosiu, ceea ce rezolva „mica” neregula.

Acest lucru a si marcat inceputul asa-numitei revolutii magnetice, in anii ’90. Oriunde magnetii erau necesari pentru a genera cele mai mari campuri prin cele mai reduse cantitati de material, Neo intra in actiune: pentru mecanismul de servodirectie al masinilor, pentru motorasele rotoare ale hard-disk-urilor si CD/DVD-rom-urilor, pentru a misca diafragma care transforma pulsatiile electrice in unde acustice in boxele si castile puternice, sau pentru a genera campurile incredibil de intense folosite in aparatele medicale de rezonanta magnetica. Pana in 2010, magnetii din neodim au devansat toate celelalte tipuri de magneti, moment cand au inceput si problemele.

Potrivit lui William McCallum, specialist in magneti la Universitatea Publica din Iowa, atunci cand Neo a fost inventat, acesta avea deja un minus, in sensul ca era prea bun, iar cererea a crescut pana acolo incat disponibilitatea a devenit o problema. Pamanturile rare nu sunt cu adevarat rare – ele sunt prezente in cateva parti la milion in crusta Terrei – atat numai ca sunt greu de descoperit. In ultimii zece ani, aproape intregul stoc de pamanturi rare al lumii a provenit din minele Chinei. Dar aceasta tara are acum nevoie de pretioasele elemente pentru a-si alimenta propriul boom economic si tehnologic, motiv pentru care a inceput sa mareasca simtitor preturile pentru exportarea materialului – tocmai cand are loc o cerere globala frenetica.

Iar aceasta cerere nu mai vizeaza doar aparatura electronica personala, cea pentru consumatorul de rand. Un computer, de exemplu, necesita circa 50 de grame de magneti, ceea ce nu este mult, dar, cand vine vorba de mililoane de unitati, cifrele devin oricum considerabile. Totusi, este nimic in comparatie cu cantitatile inghitite acum de tehnologiile moderne care fac posibila energia verde. Motoarele turbinelor eoliene si ale masinilor si bicicletelor electrice, spre exemplu, trebuie sa fie puternice si usoare deopotriva, iar numai Neo-magnetii pot face posibila performanta necesara. Fiecare motor al unei masini electrice necesita circa doua kilograme de neodim, iar o turbina eoliana capabila sa produca un megawatt de putere are nevoie de circa 600-700 kg din element. Or, cererea doar pentru magnetii necesari turbinelor eoliene se anunta a creste de sapte ori in intervalul 2010 – 2015.

O solutie vine de la SUA si Australia, unde cateva mine s-au deschis recent in vederea exploatarii neodimului. Acest lucru este in sine complicat, dar cu atat mai dificile devin lucrurile prin faptul ca cele doua tari nu pot acoperi si necesitatea crucialului disprosiu, element esential pentru neo-magneti prezent numai printre zacamintele chinezilor. Astfel, se pare ca exista o nevoie stringenta pentru realizarea unor noi super-magneti, care sa contina cat mai putine pamanturi rare, sau poate chiar sa le excluda definitiv.

Asa se face ca in zilele noastre, oameni de stiinta precum Laura Lewis, de la Universitatea Northwestern, incearca sa stoarca performante magnetice imbunatatite din amestecul de fier si nichel, lucru care la randul sau necesita materiale extrem de rare si procedee delicate. O a doua alternativa ar fi utilizarea elementului chimic ceriu, o alta forma de pamant rar, dar una foarte abundenta la mina Mountain Pass, redeschisa in SUA. Aici, insa, problema vine dintr-un magnetism foarte instabil care, mai ales la temperaturi mari, nu si-ar putea mentine calitatile si robustetea.

Mai raman astfel doar doua posibilitati viabile: combinarea in diverse proportii a diferitelor elemente magnetice din natura, in speranta obtinerii unui mix eficient si adaptarea materialului-minune al deceniului grafenul astfel incat acesta sa capete magnetism, poate chiar superior celui asigurat de neodim si pentru costuri mult reduse. Posibilitatile par numeroase, dar atunci cand mai multi specialisti ne spun ca ar trebui sa ne tinem degetele incrucisate pentru un miracol, se poate spune ca avem motive de ingrijorare.

Publicat de Alexandru Safta la 10 noiembrie 2012 in Stiinta si Tehnica