General Motors wraz z MP Materials rozwija w USA łańcuch dostaw magnesów trwałych wykorzystywanych w silnikach samochodów elektrycznych. Projekt łączy wydobycie i przetwarzanie metali ziem rzadkich w Kalifornii, produkcję magnesów w Teksasie oraz rozwój i testowanie silników elektrycznych w Michigan.
Od kopalni aż do silnika
Współpraca General Motors z MP Materials rozpoczęła się w 2021 roku. Jej celem było stworzenie w Stanach Zjednoczonych źródła magnesów trwałych spełniających wymagania przemysłu motoryzacyjnego.
MP Materials prowadzi Mountain Pass w Kalifornii, określany przez GM jako jedyny aktywny w Ameryce Północnej zakład wydobycia i rafinacji metali ziem rzadkich działający na dużą skalę. Firma równolegle rozwijała działalność związaną z produkcją magnesów.
General Motors został pierwszym kluczowym klientem motoryzacyjnym zakładu Independence należącego do MP Materials w Fort Worth w Teksasie. Dla obu przedsiębiorstw oznaczało to przedsięwzięcie rozpisane na wiele lat – od inwestycji i przygotowania technologii po uruchomienie produkcji na skalę przemysłową.
Pierwsze magnesy już powstają
Pięć lat po rozpoczęciu współpracy zakład Independence produkuje już magnesy przeznaczone dla motoryzacji. General Motors testuje i waliduje je w swoich silnikach elektrycznych w laboratoriach w Pontiac w stanie Michigan.
W efekcie powstaje łańcuch obejmujący trzy stany. Surowce ziem rzadkich są wydobywane i przetwarzane w Kalifornii, magnesy powstają w Teksasie, natomiast rozwój oraz walidacja silników odbywają się w Michigan. GM przedstawia ten model jako realizację strategii „buy where we build”, czyli pozyskiwania kluczowych komponentów bliżej miejsca produkcji.
Dla koncernu ma to znaczenie nie tylko technologiczne. Lokalny łańcuch dostaw ma zwiększać jego odporność, elastyczność i konkurencyjność, ograniczając zależność od bardziej rozproszonych źródeł kluczowych materiałów i komponentów.
Dlaczego magnesy są tak ważne?
Większość stosowanych obecnie przez GM silników elektrycznych wykorzystuje magnesy trwałe umieszczone wewnątrz wirnika. Stojan wytwarza wirujące pole magnetyczne, które oddziałuje z magnesami wirnika i w ten sposób generowany jest moment obrotowy.
Silniki z magnesami trwałymi oferują wysoką sprawność oraz dużą gęstość mocy. Obie cechy mają znaczenie przy projektowaniu samochodów elektrycznych, ponieważ wpływają na możliwości wykorzystania dostępnej energii, osiągi oraz przestrzeń zajmowaną przez układ napędowy.
Same magnesy muszą jednak spełniać rygorystyczne wymagania. Element przeznaczony do samochodu powinien zachować właściwości podczas pracy w warunkach wysokiej temperatury, drgań i obciążeń mechanicznych.
GM rozwija tę technologię od dekad
Zainteresowanie General Motors magnesami neodymowymi nie zaczęło się wraz z obecną falą elektromobilności. Już na początku lat 80. XX wieku badacze koncernu uczestniczyli w rozwoju procesu produkcji wydajnych magnesów trwałych na bazie neodymu.
Doświadczenia zdobywane później przy kolejnych zelektryfikowanych samochodach trafiały do następnych generacji napędów. Chevrolet Volt pierwszej generacji wykorzystywał silnik z magnesami trwałymi, a jego następca otrzymał układ magnesów w konfiguracji podwójnego V, opracowany z myślą o zwiększeniu momentu obrotowego oraz ograniczeniu hałasu i drgań.
Kolejnym etapem był Chevrolet Bolt EV, w którym technologia silnika z magnesami trwałymi znalazła zastosowanie w seryjnym samochodzie elektrycznym o dużym zasięgu. Rozwiązania rozwijane w tych konstrukcjach stały się podstawą dla obecnej rodziny silników elektrycznych GM.
Magnes też można udoskonalić
Zmiany dotyczą nie tylko konstrukcji samych silników. W obecnej rodzinie jednostek napędowych inżynierowie General Motors zastąpili jednolite magnesy elementami segmentowymi. Takie rozwiązanie ogranicza gromadzenie ciepła oraz straty energii, poprawiając sprawność.
Produkcja odpowiednich magnesów na dużą skalę pozostaje jednak wymagającym procesem. Muszą one nie tylko osiągać wymagane parametry magnetyczne, ale również zachowywać je przez lata pracy w trudnym środowisku samochodowego układu napędowego.
Właśnie dlatego współpraca z MP Materials wykracza poza zwykły zakup gotowych komponentów. GM zaangażował się w projekt na etapie budowania nowych zdolności produkcyjnych, zapewniając dostawcy perspektywę przyszłego popytu i współpracę zespołów technicznych.
Pięcioletnia inwestycja zaczyna przynosić efekty
Magnesy produkowane obecnie w Fort Worth nie oznaczają jeszcze końca całego procesu. Są testowane i walidowane przez General Motors przed wykorzystaniem ich w napędach elektrycznych koncernu.
Dla GM projekt jest przykładem długoterminowego podejścia do zabezpieczania strategicznych dostaw. Koncern i MP Materials rozpoczęły współpracę w 2021 roku, zanim zakład dysponował docelowymi możliwościami produkcyjnymi. Teraz cały system – od surowca, przez magnes, aż po silnik elektryczny – zaczyna działać w ramach amerykańskiego łańcucha przemysłowego.
