Magneţii ne permit să conducem maşini, să folosim telefoanele mobile şi, în esenţă, să alimentăm planeta; prin urmare, o posibilă epuizare a resurselor materialului-minune este de natură să ne perecliteze avansul tehnologic şi, deci, civilizaţia.

 

Poate că nu toţi ştim acest lucru, dar, dincolo de a servi aplicării pe frigider a diverselor steme şi figurine, sau experimentelor din laboratoarele şcolare, magneţii permanenţi – bucăţi de metal capabile să-şi creeze propriul câmp magnetic – stau la baza unei multitudini de tehnologii care întreţin viaţa modernă aşa cum o ştim.

Aceste tehnologii includ elemente începând de la dispozitivele portabile – telefoane inteligente și tablete – și până la autoturisme, turbine, computere, sateliți și transporturi. Toate acestea conțin magneți super-eficienți de ultimă generație cărora le datorează, după caz, suplețea, minimalismul, puterea și calitatea, susțin Laura Lewis, de la Universitatea Northwestern, din Boston şi Steve Constantinides, de la compania Arnold Magnetic Technologies, din Rochester, New York.

Dar acum se anunță o criză, deoarece apetitul insațiabil al lumii pentru energie și tehnologie conduce la o cerere fără precedent pentru magneți; cerere care depăşeşte capacitatea de exploatare şi de producţie. Magneţii se găsesc în natură, dar pot fi produşi şi pe cale artificială, ceea ce se întâmplă încă din secolul al nouăsprezecelea. Produşi e un fel de a spune, mai corect ar fi că alte materiale feroase precum fierul, aluminiul, cobaltul şi nichelul sunt „convertite” la magnetism permanent.

Dar, dacă este să ne referim la tehnologiile moderne, aceste materiale sunt considerate „arhaice” – reprezentative pentru anii ’70 -, cei mai buni magneţi din zilele noastre fiind realizaţi din pământuri rare, cu deosebire neodim, în combinaţie cu fier şi bor. Este vorba despre aşa-numiţii Neo-magneţi, atât de performanţi încât unul de dimensiunea unei falange de deget poate crea un câmp magnetic de câteva mii de ori mai puternic decât cel al miezului de fier al Terrei, raportat la scară – în mod cert cel mai puternic magnet la temperatura camerei cunoscut până în prezent. Singura problemă este aceea că peste temperatura de 100 °C, magnetul pe bază de neodim se demagnetizează şi îşi pierde puterea; dar, pentru a căpăta o structură termică mai robustă, o mică proporţie – câteva procente –  din atomii de neodim ai magnetului se schimbă cu cei ai vărului său mai rar pământul greu denumit disprosiu, ceea ce rezolvă „mica” neregulă.

Acest lucru a și marcat începutul așa-numitei revoluții magnetice, în anii ’90. Oriunde magneţii erau necesari pentru a genera cele mai mari câmpuri prin cele mai reduse cantităţi de material, Neo intra în acţiune: pentru mecanismul de servodirecţie al mașinilor, pentru motoraşele rotoare are hard-disk-urilor și CD/DVD-rom-urilor, pentru a mişca diafragma care transformă pulsațiile electrice în unde acustice în boxele şi căştile puternice, sau pentru a genera câmpurile incredibil de intense folosite în aparatele medicale de rezonanţă magnetică. Până în 2010, magneţii din neodim au devansat toate celelalte tipuri de magneţi, moment când au început şi problemele.

Potrivit lui William McCallum, specialist în magneţi la Universitatea Publică din Iowa, atunci când Neo a fost inventat, acesta avea deja un minus, în sensul că era prea bun, iar cererea a crescut până acolo încât disponibilitatea a devenit o problemă. Pământurile rare nu sunt cu adevărat rare – ele sunt prezente în câteva părți la milion în crusta Terrei – atât numai că sunt greu de descoperit. În ultimii zece ani, aproape întregul stoc de pământuri rare al lumii a provenit din minele Chinei. Dar această țară are acum nevoie de prețioasele elemente pentru a-și alimenta propriul boom economic și tehnologic, motiv pentru care a început să mărească simțitor prețurile pentru exportarea materialului – tocmai când are loc o cerere globală frenetică.

Iar această cerere nu mai vizează doar aparatura electronică personală, cea pentru consumatorul de rând. Un computer, de exemplu, necesită circa 50 de grame de magneți, ceea ce nu este mult, dar, când vine vorba de mililoane de unități, cifrele devin oricum considerabile. Totuși, este nimic în comparație cu cantitățile înghițite acum de tehnologiile moderne care fac posibilă energia verde. Motoarele turbinelor eoliene și ale mașinilor și bicicletelor electrice, spre exemplu, trebuie să fie puternice și ușoare deopotrivă, iar numai Neo-magneții pot face posibilă performanța necesară. Fiecare motor al unei mașini electrice necesită circa două kilograme de neodim, iar o turbină  eoliană capabilă să producă un megawatt de putere are nevoie de circa 600-700 kg din element. Or, cererea doar pentru magneții necesari turbinelor eoliene se anunță a crește de șapte ori în intervalul 2010 – 2015.

O soluție vine de la SUA și Australia, unde câteva mine s-au deschis recent în vederea exploatării neodimului. Acest lucru este în sine complicat, dar cu atât mai dificile devin lucrurile prin faptul că cele două țări nu pot acoperi și necesitatea crucialului disprosiu, element esențial pentru neo-magneți prezent numai printre zăcămintele chinezilor. Astfel, se pare că există o nevoie stringentă pentru realizarea unor noi super-magneți, care să conțină cât mai puține pământuri rare, sau poate chiar să le excludă definitiv.

Așa se face că în zilele noastre, oameni de știință precum Laura Lewis, de la Universitatea Northwestern, încearcă să stoarcă performanțe magnetice îmbunătățite din amestecul de fier și nichel, lucru care la rândul său necesită materiale extrem de rare și procedee delicate. O a doua alternativă ar fi utilizarea elementului chimic ceriu, o altă formă de pământ rar, dar una foarte abundentă la mina Mountain Pass, redeschisă în SUA. Aici, însă, problema vine dintr-un magnetism foarte instabil care, mai ales la temperaturi mari, nu și-ar putea menține calitățile și robustețea.

Mai rămân astfel doar două posibilități viabile: combinarea în diverse proporții a diferitelor elemente magnetice din natură, în speranța obținerii unui mix eficient și adaptarea materialului-minune al deceniului grafenul astfel încât acesta să capete magnetism, poate chiar superior celui asigurat de neodim și pentru costuri mult reduse. Posibilitățile par numeroase, dar atunci când mai mulți specialiști ne spun că ar trebui să ne ținem degetele încrucișate pentru un miracol, se poate spune că avem motive de îngrijorare.

Sursa

Upgrade