भारी दुर्लभ मृदा तत्वों को हटाकर चीन पर निर्भरता घटाने वाले ईवी मैग्नेट विकसित कर रहा जापान

भारी दुर्लभ मृदा तत्व आपूर्ति की बड़ी अड़चन कैसे बने

इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों की मोटरों के केंद्र में मैग्नेट होते हैं। सबसे शक्तिशाली व्यावसायिक मैग्नेट नियोडिमियम आयरन बोरॉन मैग्नेट हैं। ये कॉम्पैक्ट मोटरों में उच्च टॉर्क देते हैं। लेकिन इसमें एक समस्या है। अधिक तापमान पर नियोडिमियम मैग्नेट अपनी ताकत खोने लगते हैं। गर्मी से निपटने के लिए निर्माता परंपरागत रूप से थोड़ी मात्रा में भारी दुर्लभ मृदा तत्व मिलाते हैं, जिनमें मुख्य रूप से डिस्प्रोसियम और टर्बियम शामिल हैं। दोनों तत्व चुंबकीय बल-निरोधकता बढ़ाते हैं, यानी मैग्नेट की विचुंबकित होने की प्रतिरोधक क्षमता। इससे ट्रैक्शन मोटर के गर्म होने पर भी मैग्नेट अपना चुंबकीय क्षेत्र बनाए रखते हैं।

भारी दुर्लभ मृदा तत्वों की आपूर्ति कुछ ही जगहों पर केंद्रित है। उद्योग सर्वेक्षणों और हालिया रिपोर्टों के मुताबिक, दुनिया के दुर्लभ मृदा अयस्कों का बड़ा हिस्सा चीन में खनन किया जाता है, वहीं अधिकांश ऑक्साइड और धातुओं का शोधन और कारों तथा इलेक्ट्रॉनिक्स में इस्तेमाल होने वाले करीब 90 प्रतिशत मैग्नेट का उत्पादन भी वहीं होता है। निर्यात पर पाबंदियां सख्त होते ही आपूर्ति शृंखलाओं पर तेजी से असर पड़ता है। हाल के महीनों में वाहन निर्माताओं ने मैग्नेट सामग्री के वैकल्पिक स्रोतों के लिए भागदौड़ की। इनपुट की कमी के बाद सुजुकी मोटर ने अस्थायी रूप से कुछ असेंबली लाइनें बंद कर दीं, जबकि आपूर्तिकर्ताओं ने चिप की कमी जैसा संकट पैदा होने की आशंका जताई। रॉयटर्स के मुताबिक, दुर्लभ मृदा तत्वों की आपूर्ति में अड़चनों से वाहन और पुर्जे बनाने वाली कंपनियां घबरा गई हैं।

जापान के नए मैग्नेट से क्या उम्मीद

जापानी सामग्री विशेषज्ञ मोटर के प्रदर्शन और भारी दुर्लभ मृदा धातुओं के बीच की निर्भरता तोड़ने की दिशा में काम कर रहे हैं। हिताची मेटल्स की पूर्ववर्ती कंपनी प्रोटेरियल का कहना है कि उसने ट्रैक्शन मोटरों के लिए ऐसे नियोडिमियम मैग्नेट विकसित किए हैं जो भारी दुर्लभ मृदा तत्वों के बिना भी प्रदर्शन बनाए रखते हैं। प्रसंस्करण के दौरान अशुद्धियों और सूक्ष्म संरचना पर अधिक सटीक नियंत्रण के जरिए कंपनी ने ऐसे मैग्नेट ग्रेड तैयार किए हैं जो इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड वाहनों के लिए पर्याप्त मजबूत हैं।

उद्योग जगत के स्रोतों में प्रकाशित तकनीकी विवरण के मुताबिक, डिस्प्रोसियम और टर्बियम के बिना दो नए सिंटर्ड नियोडिमियम ग्रेड तैयार किए गए हैं। एक ग्रेड ड्राइविंग मोटरों, इलेक्ट्रिक पावर स्टीयरिंग और कंप्रेसरों के लिए है। इसका अवशिष्ट चुंबकीय फ्लक्स घनत्व B_r करीब 1.40 टेस्ला और आंतरिक बल-निरोधकता H_cJ कम से कम 1671 किलोएम्पियर प्रति मीटर है। अधिक टॉर्क वाले अनुप्रयोगों के लिए बने दूसरे ग्रेड में B_r बढ़कर करीब 1.42 टेस्ला है और H_cJ कम से कम 1830 किलोएम्पियर प्रति मीटर है। सरल शब्दों में, B_r बताता है कि मैग्नेट कितना चुंबकीय फ्लक्स दे सकता है, जबकि H_cJ बताता है कि ऊंचे तापमान पर उसे विचुंबकित करना कितना कठिन है।

प्रोटेरियल का कहना है कि पहले ग्रेड के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन वाली लाइन से नमूने उपलब्ध हैं और अधिक गर्मी सहने वाला संस्करण अप्रैल 2026 तक नमूने के लिए तैयार होगा। कंपनी के पास सिंटर्ड नियोडिमियम मैग्नेट से जुड़े सैकड़ों पेटेंट हैं। उसने उच्च फ्लक्स वाली नरम चुंबकीय मिश्रधातु पर अपने काम का भी उल्लेख किया है, जिससे कुछ मोटर कोर में वजन और ऊर्जा हानि घट सकती है। ट्रैक्शन मोटरों के लिए मुख्य बात यह है कि टॉर्क और तापमान के अहम मानकों को पूरा करते हुए भारी दुर्लभ मृदा तत्वों को हटाया जा रहा है।

कंपनी साइतामा प्रांत के कुमागाया और ह्योगो प्रांत के याबू में घरेलू उत्पादन की तैयारी कर रही है। अगर अनुबंध होते हैं, तो ऐसे समय में ट्रैक्शन मोटर मैग्नेट का घरेलू स्रोत तैयार होगा जब वाहन कंपनियां बीजिंग की नीतिगत उठापटक से कम प्रभावित होने वाली आपूर्ति चाहती हैं।

डाइडो स्टील ने शुरुआती प्रगति दिखाई

डाइडो स्टील और उसकी सहायक कंपनी डाइडो इलेक्ट्रॉनिक्स पहले ही हाइब्रिड वाहनों के लिए ऐसे नियोडिमियम मैग्नेट का व्यावसायिक उत्पादन शुरू कर चुकी हैं जिनमें भारी दुर्लभ मृदा तत्व नहीं होते। उनकी तकनीक मैग्नेट के भीतर दाने के आकार को परिष्कृत कर बहुत महीन क्रिस्टलीय दाने बनाती है। इससे बल-निरोधकता बढ़ती है और मोटर गर्म होने पर प्रदर्शन स्थिर रहता है। होंडा ने 2016 में हाइब्रिड मॉडलों में इन मैग्नेट को अपनाया था। किसी बड़े वाहन निर्माता के लिए यह पहली बार था।

मांग के संकेत फिर बढ़ रहे हैं। डाइडो स्टील के मुताबिक, जापान और अमेरिका की वाहन कंपनियों से हाइब्रिड और बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों में इस्तेमाल के लिए पूछताछ बढ़ी है। अनुमानित ऑर्डर पूरे करने के लिए कंपनी गिफू प्रांत के नाकात्सुगावा स्थित डाइडो इलेक्ट्रॉनिक्स संयंत्र में 5 अरब येन का निवेश करने की योजना बना रही है। लक्ष्य है कि वसंत 2026 तक मासिक उत्पादन क्षमता करीब 45 टन और वित्त वर्ष 2030 तक लगभग 150 टन हो जाए।

कंपनी ऐसी हॉट डिफॉर्म्ड मैग्नेट तकनीक भी आगे बढ़ा रही है जिसमें भारी दुर्लभ मृदा तत्वों की जरूरत नहीं होती और पारंपरिक सिंटर्ड प्रक्रिया की तुलना में निर्माण के दौरान कम बिजली खर्च होती है। इससे कारखाने के स्तर पर कार्बन उत्सर्जन घट सकता है और दुर्लभ मृदा बाजार के सबसे तंग हिस्सों पर निर्भरता कम हो सकती है। डाइडो इलेक्ट्रॉनिक्स जापान, थाईलैंड, चीन और अमेरिका में उत्पादन तथा ग्राहक सहायता का विस्तार कर रही है। इसमें ओहायो में ट्रैक्शन मोटर मैग्नेट बनाने की योजना भी शामिल है।

क्या नए मैग्नेट ईवी की गर्मी सह पाएंगे

परिवारों की कारों की ट्रैक्शन मोटरों के भीतर तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से काफी ऊपर जा सकता है। खड़ी चढ़ाई या बार-बार तेज गति पकड़ने पर कुछ हिस्सों में तापमान इससे भी अधिक हो सकता है। गर्मी से मैग्नेट की ताकत घटती है और अगर आंतरिक बल-निरोधकता पर्याप्त न हो तो यह नुकसान स्थायी हो सकता है। भारी दुर्लभ मृदा तत्व मिलाने से H_cJ बढ़ता है, इसलिए सबसे कठिन परिस्थितियों के लिए बने ग्रेड में इनका इस्तेमाल मानक बन गया।

प्रोटेरियल का कहना है कि सिंटरिंग के दौरान अशुद्धियों और बनावट को नियंत्रित करके उसने डिस्प्रोसियम या टर्बियम के बिना पर्याप्त H_cJ और B_r हासिल किया। विश्लेषक इस प्रगति का स्वागत करते हैं, लेकिन स्वतंत्र पक्षों से इसकी पुष्टि का इंतजार करेंगे। हजारों तापीय चक्रों, गति और भार की पूरी सीमा में, और नमी तथा नमक के छिड़काव के संपर्क के बाद भी प्रदर्शन कायम रहना चाहिए। उद्योग जगत की शुरुआती टिप्पणियों में यह सवाल भी उठाया गया है कि क्या नए मैग्नेट प्रदर्शन और लागत, दोनों में डिस्प्रोसियम वाले सबसे बेहतर ग्रेड के बराबर या उनसे बेहतर हैं।

इंजीनियर किन चीजों की जांच करेंगे

डिजाइन टीमें परिचालन तापमान पर विचुंबकीकरण के पूरे वक्र तैयार करेंगी, फिर ओवरलोड की घटनाओं के बाद स्थायी नुकसान की जांच करेंगी। वे केवल मैग्नेट के अलग-अलग गुण नहीं, बल्कि जनरेटर और इन्वर्टर के संयोजन के साथ टॉर्क और दक्षता भी जांचेंगी। यांत्रिक मजबूती भी अहम है। मैग्नेट का ग्रेड, आकार, कोटिंग, चिपकाने वाला पदार्थ और रोटर स्लीव, सभी को बार-बार पड़ने वाले तापीय और यांत्रिक दबाव को सहना होगा।

सत्यापन में उत्पादन की एकरूपता भी शामिल है। पायलट उत्पादन में मानकों पर खरा उतरने वाले ग्रेड को बड़े पैमाने पर हर महीने ऐसा ही करना होगा। आपूर्तिकर्ता सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण का डेटा, पुर्जों का पता लगाने की व्यवस्था और त्वरित जीवन-परीक्षणों से विफलता विश्लेषण मांगेंगे। प्रयोगशाला में इस प्रक्रिया में कई महीने लग सकते हैं, जबकि पुर्जे प्रोटोटाइप वाहनों में लगने के बाद इसमें एक साल या उससे अधिक समय लग सकता है।

दुनिया भर में आपूर्ति की होड़ और विकल्प

दुर्लभ मृदा तत्वों से जुड़ी नीतियां वाहन क्षेत्र पर दबाव का एक अहम बिंदु बन गई हैं। शोधन के अधिकांश काम और मैग्नेट उत्पादन का करीब 90 प्रतिशत हिस्सा चीन के नियंत्रण में है। हाल में परमिट जारी करने में देरी के दौरान यूरोपीय आपूर्तिकर्ताओं ने कुछ समय के लिए उत्पादन लाइनें बंद कर दीं। कुछ वाहन निर्माताओं ने चेतावनी दी कि भरोसेमंद मैग्नेट आपूर्ति नहीं हुई तो कारखाने भी बंद करने पड़ सकते हैं। यह चिंता सेमीकंडक्टर संकट की याद दिलाती है और कंपनियों को तकनीक तथा उत्पादन स्थलों, दोनों में विविधता लाने के लिए प्रेरित कर रही है।

वैकल्पिक मोटर डिजाइन भी इस दिशा में मददगार हैं। वाउंड-रोटर सिंक्रोनस मोटर, इंडक्शन मोटर और स्विच्ड रिलक्टेंस मशीनों में स्थायी मैग्नेट की जरूरत नहीं होती। कुछ डिजाइनों में फेराइट मैग्नेट इस्तेमाल होते हैं। ये भरपूर मात्रा में उपलब्ध हैं, लेकिन कमजोर होते हैं। नए आकार और संरचनाओं से इस कमी की भरपाई की जाती है। कई यूरोपीय ब्रांड चुनिंदा मॉडलों में मैग्नेट-रहित मोटर पेश कर चुके हैं। टेस्ला ने कहा है कि उसकी अगली पीढ़ी की स्थायी मैग्नेट यूनिट में दुर्लभ मृदा तत्वों का इस्तेमाल नहीं होगा। इससे नई सामग्रियों और मोटर संरचनाओं की खोज को बढ़ावा मिला है। बाजार अनुसंधान से संकेत मिलता है कि 2015 से 2022 के बीच इलेक्ट्रिक कारों में स्थायी मैग्नेट मोटरों की हिस्सेदारी अब भी तीन-चौथाई से अधिक रही, हालांकि उनमें दुर्लभ मृदा तत्वों की मात्रा घट रही है और विकल्प धीरे-धीरे बढ़ रहे हैं।

चीन के बाहर के देश आपूर्ति की कमी पूरी करने के लिए तेजी से काम कर रहे हैं। भारत में मोटर निर्माता और स्टार्टअप फेराइट मैग्नेट तथा रिलक्टेंस सिद्धांतों पर आधारित मैग्नेट-रहित ट्रैक्शन डिजाइन के लाइसेंस ले रहे हैं, जबकि घरेलू पुनर्चक्रण कंपनियां इलेक्ट्रॉनिक कचरे से दुर्लभ मृदा तत्व वापस पाने पर काम कर रही हैं। लक्ष्य सिर्फ तात्कालिक विकल्प तैयार करना नहीं है। उद्देश्य ऐसी क्षेत्रीय आपूर्ति शृंखला बनाना है जो तेजी से बढ़ते वाहन कार्यक्रमों को सहारा दे सके।

उत्तरी अमेरिका में पुनर्चक्रण और प्रसंस्करण के नए केंद्रों को गति मिल रही है। ओंटारियो स्थित साइक्लिक मैटेरियल्स ने रासायनिक समूह सोल्वे के साथ पुनर्चक्रित दुर्लभ मृदा तत्वों की खरीद का समझौता किया है। कनाडा अमेरिका और यूरोप के ग्राहकों को आपूर्ति के लिए प्रसंस्करण क्षमता में निवेश कर रहा है। उद्योग जगत के नेताओं का कहना है कि व्यापारिक तनाव ने स्वतंत्र आपूर्ति विकसित करने की योजनाओं को गति दी है। यूकोर के सीईओ पैट रयान ने हाल ही में नीतिगत बदलाव पर दिए एक बयान में इस भावना को व्यक्त किया।