磁石の台頭 – 手術から宇宙まで

小さなピンセットのような金属製の顎のセットが所定の位置にありました。 患者の胆嚢を優しく圧迫します。 しかし、その把握装置は実際には何かに取り付けられているわけではなく、むしろ人の体内で浮遊しているように見えました。

実際、顎は特殊な磁石を使用したロボットアームによって遠隔制御されていました。

「重要な構造、血管を見ることができました」とオハイオ州クリーブランドクリニックのマシュー・クロー博士は言う。 ロボットアシスタントの助けを借りて、彼が煩わしい胆嚢を取り除くことができるようになるまで、それほど時間はかかりませんでした。 これは、彼と彼のチームがハイテクシステムを使用してここ数カ月間に行った同様の手術20件のうちの1つでした。

「これにより、非常に一般的な処置をより低侵襲な方法で実行できるようになります」と彼は言い、そのような処置を行うために必要な切開が少なくなったと説明しています。 しかし、注意深く作られた磁石を使用する他の多くの新しいアプリケーションも存在します。

冷蔵庫のドアにカラフルなお土産を貼り付ける永久磁石は、かなり成熟して確立された技術のように思えるかもしれません。 結局のところ、それらは何世紀にもわたって使用されてきました。 しかし現在、研究者や企業は磁石をこれまで以上に強力かつ効率的にするために多大な努力を払っています。

これは、電気自動車のモーターや風力タービンなど、あらゆる種類の新興技術で磁石の使用が増えているためです。 したがって、それらは電力にとって非常に重要です。 ただし、磁石は一般に、汚い採掘プロセスの生成物である希土類元素を使用して製造されます。 現在、世界の永久磁石生産量は中国が圧倒的に多く、 90%以上の市場シェアを誇る。

よりクリーンで、より広範囲に分散された磁石製造施設が必要だと多くの人が主張しています。 未来はそれにかかっている、と彼らは言います。

「私の仕事は素晴らしいです」と、英国の Bunting Magnets 社のテクニカル プロダクト マネージャー、Matthew Swallow 氏は言います。 「これほど多くのことに関わる人は他にいないと思います。」

彼の会社は、人工内耳からアルトン タワーを含むジェット コースターの緊急ブレーキに至るまで、あらゆる種類のシステムで使用される磁石を製造しています。 Bunting Magnets は NASA に磁石を供給しました。

過去 10 年ほどの間にも、希土類元素であるネオジムから作られた高品質の磁石の入手可能性は向上した、とスワロー氏は言います。 200℃までの温度に耐えられるように設計されたこのような磁石では、N35 が限界でした。 しかし、現在では N52 グレードのバージョンが市販されています。

「文字通り、磁石の密度を 60% 低くしても、同じレベルの性能を得ることができます」とスワロー氏は説明します。

電気モーターの中には磁界が存在します 内部のコイルが回転を助ける。 これは、たとえば、電気自動車の車軸を駆動し、車輪を回転させるために使用できます。 高品質の磁石により、エンジンがより効率的に動作し、車の全体的な重量が少し軽くなります。 別の希土類元素であるジスプロシウムを少量、注意深く添加することは、磁石の効率を向上させる 1 つの方法です。

ウッド・マッケンジー社の金属・鉱業・レアアース担当シニアアナリスト、ロス・エンブルトン氏は、中国がこうした磁石の世界生産を独占している理由の一つは金銭的インセンティブにあると指摘する。 レアアース永久磁石材料は、同国からの輸出に対して 13% の付加価値税還付の対象となっており、たとえば州政府はエネルギーコストに対する補助金を提供しており、これは磁石製造施設の支援にも役立っています。

「中国国外にいると、この業界で競争するのは本当に難しい業界です」とエンブルトン氏は言う。

それでも、挑戦する人たちがいます。 アメリカの企業ナイロン・マグネティックスは、希土類元素を使用せずに高品質の磁石を製造できたと述べている。 代わりに、鉄と窒素を使用して窒化鉄磁石を製造します。 これは、窒化鉄に磁場を発生させる特定の結晶構造を採用させることに依存します。

ジョナサン・ラウンツリー最高経営責任者（CEO）は自社の製造技術の詳細な説明を拒否しているが、ナイロン社はすでに作動する磁石を製造していると述べた。 これらの最初のものはアンプで使用されます。

磁場の強さはテスラ単位で測定され、ネロンの磁石は現在 1 テスラです。 ラウンツリー氏は、窒化鉄を使用すれば、最大2.4テスラまでの大幅に強力な磁石を作ることが可能だと述べている。

あるいは、磁石をリサイクルすることも、新しい希土類磁石を一から作るよりもはるかに環境に良いでしょう。

イギリスのバーミンガム大学では、 メソッドを開発しました たとえば、古い電気モーターやコンピューターのハードドライブからレアアース合金を抽出するためです。

現在はスピンオフ会社 HyProMag が存在します。 レアアースの抽出に成功 この技術を活用し、今年後半にこの材料を使った磁石の商業生産を開始することを目指している。

一方、米国の磁気会社ノベオンは、磁石をリサイクルする独自の方法を開発したと発表した。 製造された磁石のプロセスとグレードについて尋ねられたところ、ピーター・アフィオウニ最高商務責任者は、望ましい結果を達成するために回収された材料に少量の合金が混合されていると述べた以外は、詳細には触れなかった。 プロセス全体は、従来の未使用の磁石の製造よりも約 40% 効率的です。

しかし、古い磁石と廃棄された家庭用電子機器の品質を区別するのは難しい場合がある、とエンブルトン氏は言います。 硬いエポキシ樹脂を使用した製品には磁石がくっついて取れにくい場合があります。

しかし、今後数年間で第一世代の電気自動車モーターや風力タービンが耐用年数を迎えるにつれ、より多くの磁性材料がリサイクルに利用できるようになることが徐々に予想されます。

「その素材が戻ってくるまでに多少の遅れが生じます」とエンブルトン氏は言います。 企業にはその間、リサイクルプロセスを改善する機会があります。