Mengapa unsur tanah jarang berat menjadi titik hambatan
Magnet berada di jantung motor kendaraan listrik dan hibrida. Magnet komersial terkuat adalah magnet neodimium-besi-boron. Magnet ini menghasilkan torsi tinggi pada motor kompak. Namun, ada kendalanya. Magnet neodimium mulai kehilangan kekuatannya pada suhu tinggi. Untuk mengatasi panas, produsen secara tradisional menambahkan sedikit unsur tanah jarang berat, terutama disprosium dan terbium. Kedua unsur ini meningkatkan koersivitas, yaitu ketahanan terhadap demagnetisasi, sehingga magnet mempertahankan medan magnetnya saat motor traksi beroperasi dalam kondisi panas.
Daftar Isi
Pasokan unsur tanah jarang berat terkonsentrasi. China menambang sebagian besar bijih tanah jarang dunia, memurnikan mayoritas oksida dan logamnya, serta memproduksi sekitar 90 persen magnet yang digunakan pada mobil dan perangkat elektronik, menurut survei industri dan pemberitaan terbaru. Saat pembatasan ekspor diperketat, rantai pasokan cepat merasakan dampaknya. Dalam beberapa bulan terakhir, produsen mobil bergegas mencari pasokan bahan magnet alternatif. Suzuki Motor sempat menghentikan sementara beberapa lini perakitan setelah kekurangan bahan baku, sementara para pemasok memperingatkan kemungkinan krisis yang mengingatkan pada kelangkaan cip. Reuters menggambarkan produsen mobil dan suku cadang berada dalam kepanikan penuh akibat hambatan pasokan unsur tanah jarang.
Janji magnet baru Jepang
Spesialis material Jepang berupaya memutus kaitan antara kinerja motor dan logam tanah jarang berat. Proterial, yang sebelumnya bernama Hitachi Metals, mengatakan telah mengembangkan magnet neodimium untuk motor traksi yang mempertahankan kinerjanya tanpa unsur tanah jarang berat. Dengan mengendalikan kotoran dan struktur mikro secara lebih ketat selama pemrosesan, perusahaan itu melaporkan telah menghasilkan mutu magnet yang cukup kuat untuk kendaraan listrik dan hibrida.
Rincian teknis yang diterbitkan sumber industri menyebutkan dua mutu baru magnet neodimium sinter yang tidak menggunakan disprosium dan terbium. Satu mutu ditujukan untuk motor penggerak, power steering elektrik, dan kompresor, dengan kerapatan fluks magnet sisa B_r sekitar 1.40 tesla dan koersivitas intrinsik H_cJ setidaknya 1671 kiloampere per meter. Mutu kedua, yang ditujukan untuk aplikasi bertorsi lebih tinggi, meningkatkan B_r menjadi sekitar 1.42 tesla dengan H_cJ sebesar atau di atas 1830 kiloampere per meter. Sederhananya, B_r menunjukkan besarnya fluks magnet yang dapat dihasilkan magnet, sedangkan H_cJ menunjukkan seberapa sulit magnet mengalami demagnetisasi pada suhu tinggi.
Proterial mengatakan sampel dalam jumlah terbatas dari lini produksi massal untuk mutu pertama sudah tersedia, sementara varian tahan panas yang lebih tinggi akan siap dijadikan sampel pada April 2026. Perusahaan ini memiliki ratusan paten terkait magnet neodimium sinter dan juga menyoroti pengembangan paduan magnet lunak berfluks tinggi, yang dapat mengurangi bobot dan kehilangan energi pada jenis inti motor tertentu. Untuk motor traksi, hal utama adalah penghilangan unsur tanah jarang berat sembari memenuhi ambang penting untuk torsi dan suhu.
Perusahaan sedang menyiapkan produksi dalam negeri di Kumagaya, Prefektur Saitama, dan Yabu, Prefektur Hyogo. Jika kontrak menyusul, langkah ini akan menciptakan sumber magnet motor traksi di dalam negeri, pada saat perusahaan otomotif mencari pasokan yang tidak terlalu terdampak perubahan kebijakan di Beijing.
Daido Steel menunjukkan daya tarik awal
Daido Steel dan anak perusahaannya, Daido Electronics, telah mengomersialkan magnet neodimium untuk kendaraan hibrida tanpa unsur tanah jarang berat. Pendekatan mereka memperhalus ukuran butir di dalam magnet sehingga menghasilkan butiran kristal yang jauh lebih halus. Hal ini meningkatkan koersivitas dan menstabilkan kinerja saat motor memanas. Honda menggunakan magnet ini pada model hibridanya pada 2016, sebagai yang pertama bagi produsen mobil besar.
Indikasi permintaan kembali meningkat. Daido Steel melaporkan bertambahnya permintaan informasi dari produsen mobil di Jepang dan Amerika Serikat untuk aplikasi hibrida dan kendaraan listrik berbaterai. Untuk memenuhi perkiraan pesanan, perusahaan berencana menginvestasikan 5 miliar yen di pabrik Daido Electronics di Nakatsugawa, Prefektur Gifu. Targetnya adalah meningkatkan kapasitas bulanan menjadi sekitar 45 ton pada musim semi 2026 dan sekitar 150 ton pada tahun fiskal 2030.
Perusahaan ini juga mengembangkan teknologi magnet deformasi panas yang tidak menggunakan unsur tanah jarang berat dan mengurangi konsumsi daya selama proses produksi dibandingkan metode sinter konvensional. Teknologi ini dapat memangkas emisi karbon di tingkat pabrik dan mengurangi ketergantungan pada bagian pasar tanah jarang yang pasokannya paling ketat. Daido Electronics memperluas produksi dan dukungan pelanggan di Jepang, Thailand, China, dan Amerika Serikat, termasuk rencana memproduksi magnet motor traksi di Ohio.
Bisakah magnet baru memenuhi beban panas kendaraan listrik?
Motor traksi pada mobil keluarga dapat mengalami suhu internal jauh di atas 150 derajat Celsius, bahkan titik panas setempat yang lebih tinggi saat menanjak di jalan terjal atau berakselerasi berulang kali. Panas menurunkan kekuatan magnet dan dapat menyebabkan kehilangan permanen jika koersivitas intrinsiknya tidak cukup tinggi. Penambahan unsur tanah jarang berat meningkatkan H_cJ, sehingga unsur tersebut menjadi standar pada mutu magnet untuk kondisi paling berat.
Proterial mengatakan telah mencapai H_cJ dan B_r yang memadai tanpa disprosium atau terbium dengan mengendalikan kotoran dan orientasi struktur selama proses sinter. Para analis menyambut kemajuan ini, tetapi akan menantikan validasi pihak ketiga. Kinerjanya harus bertahan selama ribuan siklus termal, di seluruh rentang kecepatan dan beban, serta setelah terpapar kelembapan dan semprotan air asin. Komentar awal dari industri juga mempertanyakan apakah magnet baru ini menyamai atau melampaui mutu terbaik yang mengandung disprosium, baik dari segi kinerja maupun biaya.
Hal yang akan diverifikasi para insinyur
Tim desain akan membuat kurva demagnetisasi lengkap pada suhu operasi, lalu menguji kehilangan permanen setelah peristiwa beban berlebih. Mereka akan memeriksa torsi dan efisiensi berdasarkan pasangan generator dan inverter, bukan hanya sifat magnet secara terpisah. Integritas mekanis juga penting. Mutu magnet, bentuk, lapisan pelindung, perekat, dan selongsong rotor harus mampu menahan tekanan termal dan mekanis berulang.
Validasi juga mencakup konsistensi produksi. Mutu yang memenuhi spesifikasi dalam uji coba harus tetap memenuhi spesifikasi itu setiap bulan dalam skala besar. Pemasok akan meminta data pengendalian proses statistik, ketertelusuran, serta analisis kegagalan dari pengujian umur dipercepat. Proses tersebut dapat memakan waktu berbulan-bulan untuk pekerjaan laboratorium dan setahun atau lebih setelah komponen dipasang pada kendaraan prototipe.
Persaingan global dan alternatif
Kebijakan tanah jarang telah menjadi titik tekanan bagi sektor otomotif. China menguasai sebagian besar kapasitas pemurnian dan sekitar 90 persen produksi magnet. Saat proses perizinan melambat baru-baru ini, pemasok Eropa sempat menghentikan lini produksi dan beberapa produsen mobil memperingatkan bahwa penghentian pabrik dapat terjadi jika pasokan magnet tidak terjamin. Kekhawatiran ini mengingatkan pada krisis semikonduktor dan mendorong perusahaan untuk mendiversifikasi teknologi sekaligus lokasi produksinya.
Desain motor alternatif merupakan bagian dari upaya tersebut. Motor sinkron rotor lilit, motor induksi, dan mesin reluktansi sakelar tidak menggunakan magnet permanen. Sebagian menggunakan magnet ferit yang berlimpah tetapi lebih lemah, dipadukan dengan geometri baru untuk memulihkan kinerja. Beberapa merek Eropa telah memperkenalkan motor tanpa magnet pada model tertentu. Tesla menyatakan unit magnet permanen generasi berikutnya tidak akan menggunakan unsur tanah jarang, sehingga mendorong pencarian yang lebih luas terhadap material dan topologi baru. Riset pasar menunjukkan motor magnet permanen tetap menguasai lebih dari tiga perempat pangsa mobil listrik pada 2015 hingga 2022, dengan kandungan tanah jarang yang berkurang dan alternatif yang bertambah secara bertahap.
Negara-negara di luar China berlomba mengisi kekosongan pasokan. Di India, produsen motor dan perusahaan rintisan melisensikan desain traksi tanpa magnet yang mengandalkan magnet ferit dan prinsip reluktansi, sementara pendaur ulang dalam negeri mengembangkan cara memperoleh kembali unsur tanah jarang dari limbah elektronik. Tujuannya bukan sekadar solusi sementara, melainkan membangun rantai pasokan regional yang dapat mendukung program kendaraan yang berkembang pesat.
Daur ulang dan pusat pemrosesan baru semakin berkembang di Amerika Utara. Cyclic Materials yang berbasis di Ontario mencapai kesepakatan pembelian hasil produksi dengan kelompok kimia Solvay untuk unsur tanah jarang daur ulang, sementara Kanada berinvestasi dalam kapasitas pemrosesan guna memasok pelanggan di Amerika dan Eropa. Para pemimpin industri mengatakan ketegangan perdagangan telah mempercepat rencana untuk membangun pasokan mandiri. Pat Ryan, CEO UCore, merangkum sentimen itu dalam pernyataan terbaru tentang perubahan kebijakan tersebut.
