میگنےٹ، میگنےٹ، میگنےٹ: ہمیں سبز معیشت کے لیے ان میں سے بہت ساری چیزیں درکار ہوں گی۔

میں حال ہی میں شرکت کے لیے نیو کیسل میں تھا۔ PEMD2022،XNUMX۔ - پاور الیکٹرانکس، مشینوں اور ڈرائیوز پر 11ویں بین الاقوامی کانفرنس۔ جس چیز نے مجھے متاثر کیا وہ نہ صرف یہ تھی کہ الیکٹرک موٹروں اور جنریٹرز میں کارکردگی میں ہونے والی بہت بڑی بہتری تھی بلکہ ہمیں ٹرانسپورٹ کو مکمل طور پر کاربن سے پاک بنانے کے لیے ابھی تک کتنا آگے جانا ہے۔

الیکٹرک کاروں کی عالمی فروخت (بشمول مکمل طور پر بیٹری سے چلنے والی، فیول سیل اور پلگ ان ہائبرڈز) 2021 میں دوگنی ہو کر 6.6 ملین کی بلند ترین سطح پر پہنچ گئی۔ گاڑیوں کی فروخت میں اب ان کا حصہ 5-6% ہے، جو کہ پورے 2012 کے مقابلے میں ہر ہفتے زیادہ فروخت ہوتا ہے، کے مطابق گلوبل الیکٹرک وہیکل آؤٹ لک 2022 رپورٹ.

ہر نئی الیکٹرک گاڑی کو کم از کم ایک ہائی پاور الیکٹرک موٹر کی ضرورت ہوگی۔

مارکیٹ ریسرچ فرم کے مطابق، اندازے مختلف ہوتے ہیں، لیکن عالمی سطح پر 65 تک سالانہ فروخت 2030 ملین تک بڑھنے کی توقع ہے۔ IHS Markit. اس کے برعکس اندرونی کمبشن انجن والی گاڑیوں کی سالانہ فروخت 68 میں 2021 ملین یونٹس سے کم ہو کر 38 تک 2030 ملین ہو جائے گی۔

واضح بات یہ ہے کہ ہر نئی الیکٹرک گاڑی کو کم از کم ایک ہائی پاور الیکٹرک موٹر کی ضرورت ہوگی۔ ان گاڑیوں میں سے تقریباً تمام (تقریباً 85%) فی الحال مستقل مقناطیس (PMs) والی موٹریں استعمال کرتی ہیں کیونکہ یہ سب سے زیادہ کارآمد ہیں (ریکارڈ 98.8% ہے)۔ کچھ لوگ الٹرنیٹنگ کرنٹ (AC) انڈکشن موٹرز اور جنریٹرز کا استعمال کرتے ہیں، لیکن وہ PM موٹرز کے مقابلے میں 4–8% کم موثر ہیں، 60% تک بھاری اور 70% تک بڑے۔

پھر بھی، یہ نان پی ایم موٹرز اور جنریٹر ٹرکوں، جہازوں اور ونڈ ٹربائن جنریٹرز کے لیے بہترین ہیں۔ ان کو ری سائیکل کرنا بھی آسان ہے کیونکہ وہ اصولی طور پر ایک مواد سے بن سکتے ہیں (جیسے ایلومینیم) اور پھر اپنی زندگی کے اختتام پر پگھل جاتے ہیں۔ کچھ فرمیں، جیسے Tesla Motors، کارکردگی اور حد کو بہتر بنانے کے لیے PM اور برقی مقناطیسی طریقوں کو پہلے سے زیادہ پیچیدہ ڈیزائنوں میں جوڑ رہی ہیں۔ تاہم، الیکٹرک گاڑیوں میں کوئی بھی ترقی سالڈ سٹیٹ پاور الیکٹرانکس میں بڑی ترقی کے بغیر ممکن نہیں ہوگی۔

مقناطیسی کشش

میگنیٹس نے طویل فاصلہ طے کیا ہے جب سے شمالی یونان میں میگنیشیا میں ایک چرواہے نے دیکھا کہ اس کے جوتے میں کیلیں ہیں اور اس کے عملے کی دھات کی نوک مقناطیسی چٹان پر تیزی سے پھنس گئی ہے (یا ایسا ہی افسانہ ہے)۔ یہ "لوڈسٹونز" ہزاروں سالوں تک کمپاس میں نیویگیٹ کرنے کے لیے استعمال ہوتے رہے لیکن یہ 1800 کی دہائی کے اوائل تک نہیں تھا جب ہنس کرسچن آرسٹڈ نے دریافت کیا کہ ایک برقی کرنٹ کمپاس کی سوئی کو متاثر کر سکتا ہے۔

روٹری موشن والی موٹر کا پہلا مظاہرہ 1821 میں اس وقت ہوا جب مائیکل فیراڈے نے ایک فری ہینگ تار کو پارے کے تالاب میں ڈبو دیا، جس پر پی ایم رکھا گیا تھا۔ پہلی ڈی سی الیکٹرک موٹر جو مشینری کو موڑ سکتی ہے برطانوی سائنسدان نے تیار کی تھی۔ ولیم سٹرجن 1832 میں۔ امریکی موجد تھامس اور ایملی ڈیون پورٹ نے تقریباً ایک ہی وقت میں پہلی عملی بیٹری سے چلنے والی ڈی سی الیکٹرک موٹر بنائی۔

یہ موٹریں مشین ٹولز اور پرنٹنگ پریس چلانے کے لیے استعمال ہوتی تھیں۔ لیکن چونکہ بیٹری کی طاقت بہت مہنگی تھی، موٹریں تجارتی طور پر ناکام ہو گئیں، اور ڈیوین پورٹ دیوالیہ ہو گئے۔ دوسرے موجد جنہوں نے بیٹری سے چلنے والی DC موٹریں تیار کرنے کی کوشش کی وہ بھی طاقت کے منبع کی قیمت کے ساتھ جدوجہد کر رہے تھے۔ بالآخر، 1880 کی دہائی میں، توجہ AC موٹرز کی طرف مبذول ہوئی، جس نے اس حقیقت کا فائدہ اٹھایا کہ AC کو ہائی وولٹیج پر طویل فاصلے پر بھیجا جا سکتا ہے۔

پہلی AC "انڈکشن موٹر" اطالوی ماہر طبیعیات گیلیلیو فیراریس نے 1885 میں ایجاد کی تھی، جس میں سٹیٹر وائنڈنگ کے مقناطیسی میدان سے برقی مقناطیسی انڈکشن کے ذریعے حاصل کی جانے والی موٹر کو چلانے کے لیے برقی کرنٹ کا استعمال کیا گیا تھا۔ اس ڈیوائس کی خوبصورتی یہ ہے کہ اسے روٹر سے بغیر کسی برقی کنکشن کے بنایا جا سکتا ہے - یہ ایک تجارتی موقع ہے جسے نیکولا ٹیسلا نے حاصل کیا۔ 1887 میں آزادانہ طور پر اپنی انڈکشن موٹر ایجاد کرنے کے بعد، اس نے اگلے سال AC موٹر کو پیٹنٹ کرایا۔

اگرچہ کئی سالوں سے، PM کے پاس قدرتی طور پر ہونے والے میگنیٹائٹ (تقریبا 0.005 T) سے زیادہ فیلڈز نہیں تھے۔ یہ 1930 کی دہائی میں النیکو (زیادہ تر ایلومینیم، نکل اور کوبالٹ کے مرکب) کی ترقی تک نہیں تھا کہ عملی طور پر مفید PM DC موٹرز اور جنریٹرز کا امکان بن گیا۔ 1950 کی دہائی میں کم لاگت والے، فیرائٹ (سیرامک) پی ایم نمودار ہوئے، اس کے بعد 1960 کی دہائی میں ساماریم اور کوبالٹ میگنےٹ، جو دوبارہ مضبوط ہوئے۔

لیکن حقیقی گیم چینجر 1980 کی دہائی میں نیوڈیمیم پی ایم کی ایجاد کے ساتھ ہوا جس میں نیوڈیمیم، آئرن اور بوران شامل ہیں۔ ان دنوں، neodymium PMs کے N42 گریڈ کی طاقت کچھ 1.3 T ہے، حالانکہ یہ واحد کلیدی میٹرک نہیں ہے جب بات مقناطیس اور موٹر ڈیزائن کی ہو: آپریٹنگ درجہ حرارت بھی بہت ضروری ہے۔

کچھ نایاب زمینی مواد کی قیمتیں آسمان کو چھونے لگی ہیں، جس سے مقناطیس کی نئی ترکیبوں میں بہت زیادہ تحقیق کی جا رہی ہے۔

اس کی وجہ یہ ہے کہ PMs کی کارکردگی اس وقت گر جاتی ہے جب وہ وارم اپ ہوتے ہیں اور ایک بار جب وہ "کیوری پوائنٹ" (نیوڈیمیم میگنےٹس کے لیے تقریباً 320 °C) سے اوپر جاتے ہیں، تو وہ مکمل طور پر ڈی میگنیٹائز ہو جاتے ہیں - موٹر کو بیکار کر دیتے ہیں۔ تمام نایاب زمینی میگنےٹ کے بارے میں ایک اور اہم بات، بشمول نیوڈیمیم، کوبالٹ اور سماریئم، یہ ہے کہ ان میں زبردستی زیادہ ہوتی ہے، یعنی جب وہ کام کرتے ہیں تو آسانی سے ڈی میگنیٹائز نہیں کرتے۔ سب سے زیادہ جبر اور بہترین درجہ حرارت کی کارکردگی کے میگنےٹ بنانے کے لیے آپ کو دیگر بھاری نایاب زمینوں کی بھی ضرورت ہوتی ہے جیسے کہ ڈیسپروسیم، ٹربیئم اور پراسیوڈیمیم۔

فراہمی کا سوال

مصیبت یہ ہے کہ نایاب زمینی عناصر کی فراہمی کم ہے۔ یہ اس لیے نہیں ہے کہ وہ اندرونی طور پر نایاب ہیں، ان کا نام صرف متواتر جدول میں ان کے مقام سے آتا ہے۔ گزشتہ سال کی ایک رپورٹ کے مطابق مقناطیسی اور مواد LLC، 2030 تک دنیا کو دستیاب ہونے کے امکان سے 55,000 ٹن مزید نیوڈیمیم میگنےٹ کی ضرورت ہوگی، جس میں کل طلب کا 40% الیکٹرک گاڑیوں اور 11% ونڈ ٹربائنز سے آنے کی توقع ہے۔

چین اس وقت دنیا کے تمام نیوڈیمیم میگنےٹ کا 90% بناتا ہے، یہی وجہ ہے کہ امریکہ، یورپی یونین اور دیگر سبھی سپلائی چین میں اپنی صلاحیتوں کو بڑھانے کی کوشش کر رہے ہیں تاکہ نقصان نہ ہو۔ کچھ نایاب زمینی مواد کی قیمتیں آسمان کو چھونے لگی ہیں، جس سے مقناطیس کی نئی ترکیبوں، موجودہ میگنےٹس کی ری سائیکلنگ اور جدید AC انڈکشن موٹرز پر بہت زیادہ تحقیق کی گئی ہے۔

آپ اسے جس طرح بھی دیکھیں، اگر ہم معیشت کو سبز بنانا چاہتے ہیں تو ہمیں بہت زیادہ میگنےٹ کی ضرورت ہوگی۔