Tesla, bu hafta düzenlenen Cybercab etkinliğinde, güç yoğunluğunu ve verimliliği önemli ölçüde artırdığı belirtilen nadir toprak elementi içermeyen yeni Cybercab motorunu görücüye çıkardı.
Bu kesinlikle bir başarı, ancak bu başarının tam olarak ne anlama geldiğini kavrayabilmek için öncelikle ortadaki kavramları netleştirmemiz gerekiyor. Hazırsanız başlayalım.
Elektrikli araçlarda "nadir toprak elementleri" kullanımı hakkında çok şey söylendi. Ancak ortada bir sorun var: Bu ifadeyi duyan pek çok kişi nadir toprak elementlerinin tam olarak ne olduğunu, nasıl kullanıldığını ve kullanımının hangi sonuçlar doğurduğunu bilmiyor.
Elbette bu ürünleri tasarlayan mühendisler bu detaylara hakim. Onların görevi, üzerinde çalıştıkları araç parçasını her ne pahasına olursa olsun optimize etmek ve her zaman iyileştirilecek bir alan bulmak. Mühendislerin kullandığı malzemeleri satın alan tedarik zinciri yöneticileri ise pahalı veya temini zor olan belirli malzemelerin kullanımını en aza indirmeleri konusunda mühendisleri sürekli sıkıştırıyor.
Ancak tüm bu teknik detaylar işin mutfağında kalan bilgiler. Halk "nadir topraklar" ifadesini duyuyor, kulağa biraz korkutucu geldiğini düşünüp yoluna devam ediyor.
Hal böyle olunca, nadir toprak elementlerinin gerçekte ne olduğu ve elektrikli araçlarda nasıl kullanıldığı konusunda pek çok yanlış anlaşılma ortaya çıkıyor. Ben de bu yanlış anlamaları burada netleştirmeye ve Tesla'nın dün akşam tam olarak ne duyurduğunu açıklamaya çalışacağım.
"Nadir toprak elementi" nedir?
Periyodik tabloda "nadir toprak elementleri", aşağıdaki grafikte kırmızıyla işaretlenen Lantanitler artı Skandiyum ve İtriyum elementlerini kapsar. Adlarının aksine aslında o kadar da nadir değiller; örneğin Neodimyum, bakırdan yaklaşık üçte iki oranında daha bol bulunuyor.
Burada en çok odaklanacağımız element, elektrikli araçlar için en ilgili olan Neodimyum. Güçlü mıknatıslarda kullanılıyor ve bu sayede hoparlörler, sabit diskler ve elektrikli motorlar gibi güçlü ve küçük mıknatıslara ihtiyaç duyan elektronik cihazlarda kendine yer buluyor. Disprosyum, Terbiyum ve Praseodimyum da Neodimyum mıknatıslara katkı maddesi olarak sıklıkla ekleniyor.
Nadir toprak elementleri elektrikli araçlarda nasıl kullanılıyor?
Aslında bu elementlerin hiçbiri tipik olarak lityum-iyon pillerde kullanılmıyor. Yani asıl mesele bataryalar değil, motorlar. Bir elektrikli araç motorunda bu nadir toprak elementlerinden sadece yaklaşık 1 kilogram bulunuyor. Araç başına çok az gibi görünse de, kitlesel üretim ölçeğinden bakıldığında devasa bir rakam ortaya çıkıyor.
Üstelik nadir toprak elementleri her türlü elektrikli araç motorunda kullanılmıyor. Tesla bunları DC kalıcı mıknatıslı motorlarda kullandı, ancak AC indüksiyon motorlarında kullanmadı. AC indüksiyon motorları manyetik alanları fiziksel bir mıknatıs yerine elektrik akımları aracılığıyla oluşturuyor.
Başlangıçta Tesla, araçlarında nadir toprak elementi gerektirmeyen AC indüksiyon motorları kullanıyordu. Zaten şirket adını da buradan alıyor; Nikola Tesla, AC indüksiyon motorunun mucidi. Ancak Model 3 piyasaya çıktığında şirket yeni bir kalıcı mıknatıslı motor tanıttı ve zamanla bu motorları diğer araçlarında da kullanmaya başladı.
Tesla'nın yeni iddiası ne?
Tesla, 2023 yılında nadir toprak elementi içermeyen kalıcı mıknatıslı elektrikli motorlar geliştirmek için çalışacağını duyurmuştu. Bu muhtemelen Tesla'nın mıknatısları için demir ferrit veya alüminyum-nikel-kobalt kullanmayı araştırması anlamına geliyordu (gerçi ikincisi sadece bir tedarik sorununu diğeriyle değiştiriyor). Piyasada başka araştırma malzemeleri de var, ancak bunlar muhtemelen Tesla'nın hedefleri için çok küçük ölçekli.
Dün akşam düzenlenen Tesla Cybercab etkinliğinde, Cybercab'de diğer üst düzey performanslı sürüş birimlerine kıyasla %18 daha küçük, %25 daha hafif ve daha verimli yeni bir motor kullanıldığı iddia edildi. Etkinlikte bulunmayan Tesla CEO'su Elon Musk, Twitter'dan yaptığı paylaşımla motorun nadir toprak metalleri kullanmadığını ekledi.
Dolayısıyla bugünkü haber, Tesla'nın nadir toprak elementi kullanmama çabasının bir yansıması olabilir. Ancak soru sormak için bize bilgi verecek bir Tesla iletişim departmanı olmadığından, hangi malzemeleri kullandıkları şimdilik muamma olarak kalacak.
Şu ana kadar bu motoru sadece Cybercab'de gördük, ancak Tesla'nın Model 3 ile kalıcı mıknatıslı motorlara geçişinde yaptığı gibi bu motoru da diğer araçlarına uyarlaması mümkün. O geçişten sonra bu motorlar Tesla'nın tüm model yelpazesinde yerini almıştı.
"Başarması son derece zor" meselesine gelince... Musk bunu her şey için söylüyor zaten. Belki gerçekten zordu. Tesla'yı bunu başardığı için tebrik etmek lazım. Peki burada elde ettiğimiz somut fayda ne?
Tesla'nın bu iddiası neden önemli?
Tüm bunların önemli olmasının sebebi, DC kalıcı mıknatıslı motorların AC indüksiyon motorlarına kıyasla daha verimli ve daha küçük olma eğiliminde olması. Her iki özellik de otomobil üreticileri için açık ara önemli.
Cybercab, kilometrede 165Wh tüketim sertifikası alarak yollardaki en verimli elektrikli araç unvanını kazandı. Bu durum; küçük boyutu, alçak aerodinamik tasarımı, hafifliği, iki koltuklu yapısı ve görünüşe göre daha verimli elektrikli motorunun bir sonucu.
Ancak daha verimli elektrikli motorlar aslında o kadar da büyük bir fark yaratmıyor. Elektrikli araçlarda kullanılan en verimsiz motorlar bile inanılmaz derecede verimli; girdi enerjisinin %90'ından fazlasını döndürme torkuna dönüştürüyorlar.
Yani birkaç puan daha sıyırmak, genel sistem verimliliği üzerinde göz kamaştırıcı bir etki yaratmayacak. Nitekim Tesla, boyut ve güçteki yüzde değişimleri alıntılasa da verimlilikteki iyileşme oranını belirtmedi. Muhtemelen çünkü bu iyileşme nispeten küçük.
Asıl önemli olan şu: Tesla nadir toprak elementi içermeyen bir kalıcı mıknatıslı motor geliştirebildiyse, ihtiyaç duyduğu güç yoğunluğunu elde edip bunu Cybercab gibi küçük bir araca sığdırabiliyor demektir. Bu da her şeyi sıkıca paketlemek için burada ve şurada birkaç santimetre daha alan açıyor. Küçük optimizasyonlara yönelik bu amansız odaklanış, aşırı verimli bir aracın var olmasını sağlayan şeyin ta kendisi.
Yani paketleme ve verimlilik bir kazanç ve bu kazanç, aşırı verimliliği kovalama şemasına uygun. Ancak bu muhtemelen nadir toprak mıknatıslarıyla da elde edilebilirdi. Fakat nadir toprak elementlerini motordan çıkarmak için başka bir sebep daha var.
Nadir toprak elementleri gerçekte neden önemli?
Nadir toprak elementlerinin dezavantajı, adlarının aksine o kadar da nadir olmamalarına rağmen teminlerinin zor olması. Bunun nedeni, dünyadaki nadir toprak elementlerinin çoğunun tek bir ülke olan Çin'de işlenmesi. Bu durum, teorik olarak Çin'e bunları kimin kullanacağına hükmetme gücü veriyor.
Dünyanın eski serbest ticaret paradigmasında bu pek de sorun değildi. Emtialar emtiaydı ve kimde varsa ondan alıyordunuz. Bu durumda da bunlara sahip olan ülke Çin'di.
Ancak kaynakların tek elde toplanması, geçen yıl boyunca özellikle önemli hale geldi. Çin, Beyaz Saray'daki "bunamış işgalci"den (ki Musk onun en büyük bireysel destekçisi) gelen saçmalıklardan bıktı ve nadir toprak işleme süreçlerine ihracat kontrolleri getirmeye karar verdi.
Herkes bunun olabileceğini biliyordu; Tesla ve diğerlerinin nadir toprak kullanımını azaltmak için çalışmasının sebebi de buydu. Ama sonra bu gerçekten oldu (ve buna sebep olanlardan biri de ta kendisi Musk'tı; "şirketine yardım ediyordun orada, dostum") ve aniden herkes için ya Çin dışında rafine edilen yeni bir tedarik bulmak ya da kullanımı azaltmak çok daha acil bir hal aldı.
Peki… Ne kadar büyük bir olaydan bahsediyoruz?
İşte bu haberin önemi tam olarak buradan geliyor. Mesele bataryalarla ilgili değil, çevresel veya insan hakları etkileri de o kadar büyük değil, bir verimlilik artışı var ama bu devasa bir artış değil ve daha önce kimsenin aklına gelmediği devasa bir yeni teknoloji buluşu da değil.
