ভারী বিরল মৃত্তিকা বাদ দিয়ে চীনের ঝুঁকি কমাতে বৈদ্যুতিক গাড়ির চুম্বকে এগিয়ে জাপান

কেন ভারী বিরল মৃত্তিকা সরবরাহের সংকট তৈরি করেছে

বৈদ্যুতিক ও হাইব্রিড গাড়ির মোটরের কেন্দ্রে থাকে চুম্বক। বাণিজ্যিকভাবে ব্যবহৃত সবচেয়ে শক্তিশালী চুম্বক হলো নিওডিমিয়াম আয়রন বোরন চুম্বক। ছোট আকারের মোটরেও এগুলো উচ্চ টর্ক দেয়। তবে একটি সমস্যা আছে। তাপমাত্রা বেড়ে গেলে নিওডিমিয়াম চুম্বকের শক্তি কমতে শুরু করে। তাপ মোকাবিলায় নির্মাতারা ঐতিহ্যগতভাবে অল্প পরিমাণে ভারী বিরল মৃত্তিকা মৌল, প্রধানত ডিসপ্রোসিয়াম ও টার্বিয়াম, যোগ করেন। উভয় মৌলই কোয়ের্সিভিটি বাড়ায়—অর্থাৎ চুম্বকের চুম্বকত্ব হারানোর বিরুদ্ধে প্রতিরোধক্ষমতা। ফলে ট্র্যাকশন মোটর গরম হয়ে উঠলেও চুম্বক তার চৌম্বক ক্ষেত্র ধরে রাখে।

ভারী বিরল মৃত্তিকার সরবরাহ কয়েকটি উৎসে কেন্দ্রীভূত। শিল্প খাতের জরিপ ও সাম্প্রতিক প্রতিবেদন অনুযায়ী, বিশ্বের বিরল মৃত্তিকা আকরিকের বড় অংশ উত্তোলন করে চীন; অক্সাইড ও ধাতুর বেশির ভাগ পরিশোধন করে এবং গাড়ি ও ইলেকট্রনিকসে ব্যবহৃত চুম্বকের প্রায় ৯০ শতাংশ উৎপাদন করে। রপ্তানিতে বিধিনিষেধ কঠোর হলে সরবরাহ শৃঙ্খলে দ্রুত প্রভাব পড়ে। সাম্প্রতিক মাসগুলোতে চুম্বক তৈরির উপকরণের বিকল্প সরবরাহ নিশ্চিত করতে হিমশিম খেয়েছে গাড়ি নির্মাতারা। উপকরণের ঘাটতির পর সুজুকি মোটর সাময়িকভাবে কয়েকটি সংযোজন লাইন বন্ধ রাখে। সরবরাহকারীরা চিপ সংকটের মতো পরিস্থিতির আশঙ্কাও জানিয়েছে। রয়টার্সের প্রতিবেদনে বিরল মৃত্তিকার সরবরাহ সংকট নিয়ে গাড়ি ও যন্ত্রাংশ নির্মাতাদের চরম উদ্বেগের কথা উঠে এসেছে।

জাপানের নতুন চুম্বকের প্রতিশ্রুতি

মোটরের কার্যক্ষমতা ও ভারী বিরল মৃত্তিকা ধাতুর মধ্যকার নির্ভরতা ভাঙতে এগোচ্ছেন জাপানের উপকরণ বিশেষজ্ঞরা। আগে হিটাচি মেটালস নামে পরিচিত প্রোটেরিয়াল জানিয়েছে, তারা ট্র্যাকশন মোটরের জন্য এমন নিওডিমিয়াম চুম্বক তৈরি করেছে, যা কোনো ভারী বিরল মৃত্তিকা ছাড়াই কার্যক্ষমতা ধরে রাখে। প্রক্রিয়াকরণের সময় অশুদ্ধি ও ক্ষুদ্র কাঠামো আরও নিখুঁতভাবে নিয়ন্ত্রণ করে বৈদ্যুতিক ও হাইব্রিড গাড়ির জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী চুম্বকের গ্রেড তৈরি করেছে বলে জানিয়েছে প্রতিষ্ঠানটি।

শিল্প খাতের সূত্রে প্রকাশিত কারিগরি তথ্যে ডিসপ্রোসিয়াম ও টার্বিয়ামবিহীন দুটি নতুন সিন্টারড নিওডিমিয়াম গ্রেডের কথা বলা হয়েছে। একটি গ্রেড ড্রাইভিং মোটর, বৈদ্যুতিক পাওয়ার স্টিয়ারিং ও কম্প্রেসরের জন্য তৈরি। এর অবশিষ্ট চৌম্বক ফ্লাক্স ঘনত্ব B_r প্রায় 1.40 টেসলা এবং অন্তর্নিহিত কোয়ের্সিভিটি H_cJ প্রতি মিটারে অন্তত 1671 কিলোঅ্যাম্পিয়ার। উচ্চ টর্কের প্রয়োগের জন্য তৈরি দ্বিতীয় গ্রেডে B_r বেড়ে 1.42 টেসলা হয়েছে, আর H_cJ প্রতি মিটারে 1830 কিলোঅ্যাম্পিয়ার বা তার বেশি। সহজভাবে বললে, B_r নির্দেশ করে একটি চুম্বক কতটা চৌম্বক ফ্লাক্স দিতে পারে; আর H_cJ বোঝায় উচ্চ তাপমাত্রায় চুম্বকটিকে চুম্বকত্বহীন করা কতটা কঠিন।

প্রোটেরিয়াল জানিয়েছে, প্রথম গ্রেডের জন্য গণ-উৎপাদন লাইনে তৈরি নমুনা ইতিমধ্যে পাওয়া যাচ্ছে। বেশি তাপ সহনশীল সংস্করণটির নমুনা ২০২৬ সালের এপ্রিলের মধ্যে প্রস্তুত হবে। নিওডিমিয়াম সিন্টারড চুম্বক নিয়ে প্রতিষ্ঠানটির শত শত পেটেন্ট রয়েছে। নির্দিষ্ট মোটরের কোরে ওজন ও শক্তিক্ষয় কমাতে পারে—এমন উচ্চ ফ্লাক্সের সফট ম্যাগনেটিক অ্যালয় নিয়েও কাজের কথা জানিয়েছে তারা। ট্র্যাকশন মোটরের ক্ষেত্রে মূল অগ্রগতি হলো, টর্ক ও তাপমাত্রার গুরুত্বপূর্ণ মান বজায় রেখেই ভারী বিরল মৃত্তিকা বাদ দেওয়া।

সাইতামা প্রিফেকচারের কুমাগায়া এবং হিয়োগো প্রিফেকচারের ইয়াবুতে দেশে উৎপাদনের প্রস্তুতি নিচ্ছে প্রতিষ্ঠানটি। চুক্তি হলে ট্র্যাকশন মোটরের চুম্বকের একটি দেশীয় উৎস তৈরি হবে। এমন সময়ে এই উদ্যোগ আসছে, যখন বেইজিংয়ের নীতিগত পরিবর্তনে কম ঝুঁকিপূর্ণ সরবরাহের খোঁজ করছে গাড়ি নির্মাতারা।

ডাইডো স্টিলের প্রাথমিক অগ্রগতি

ডাইডো স্টিল ও এর সহযোগী প্রতিষ্ঠান ডাইডো ইলেকট্রনিকস ভারী বিরল মৃত্তিকা ছাড়াই তৈরি হাইব্রিড গাড়ির নিওডিমিয়াম চুম্বক ইতিমধ্যে বাজারে এনেছে। তাদের পদ্ধতিতে চুম্বকের ভেতরের দানার আকার পরিমার্জন করে স্ফটিক দানাগুলো অনেক সূক্ষ্ম করা হয়। এতে কোয়ের্সিভিটি বাড়ে এবং মোটর গরম হলেও কার্যক্ষমতা স্থিতিশীল থাকে। ২০১৬ সালে হোন্ডা তাদের হাইব্রিড মডেলে এই চুম্বক ব্যবহার করে, যা ছিল বড় কোনো গাড়ি নির্মাতার ক্ষেত্রে প্রথম।

আবারও বাড়ছে চাহিদার ইঙ্গিত। ডাইডো স্টিল জানিয়েছে, হাইব্রিড ও ব্যাটারিচালিত বৈদ্যুতিক গাড়িতে ব্যবহারের জন্য জাপান ও যুক্তরাষ্ট্রের গাড়ি নির্মাতাদের কাছ থেকে অনুসন্ধান বেড়েছে। সম্ভাব্য অর্ডার পূরণে গিফু প্রিফেকচারের নাকাতসুগাওয়ায় ডাইডো ইলেকট্রনিকসের কারখানায় ৫০০ কোটি ইয়েন বিনিয়োগের পরিকল্পনা করেছে প্রতিষ্ঠানটি। লক্ষ্য হলো, ২০২৬ সালের বসন্ত নাগাদ মাসিক উৎপাদনক্ষমতা প্রায় ৪৫ টনে এবং ২০৩০ অর্থবছরে প্রায় ১৫০ টনে উন্নীত করা।

প্রচলিত সিন্টারড পদ্ধতির তুলনায় উৎপাদনে বিদ্যুৎ খরচ কমায়—এমন ভারী বিরল মৃত্তিকাবিহীন হট ডিফর্মড চুম্বক প্রযুক্তিও এগিয়ে নিচ্ছে প্রতিষ্ঠানটি। এতে কারখানা পর্যায়ে কার্বন নিঃসরণ কমতে পারে এবং বিরল মৃত্তিকার বাজারের সবচেয়ে সংকটাপন্ন অংশগুলোর ওপর নির্ভরতা কমতে পারে। জাপান, থাইল্যান্ড, চীন ও যুক্তরাষ্ট্রে উৎপাদন এবং গ্রাহক সহায়তা বিস্তৃত করছে ডাইডো ইলেকট্রনিকস। ওহাইওতে ট্র্যাকশন মোটরের চুম্বক তৈরির পরিকল্পনাও রয়েছে।

নতুন চুম্বক কি বৈদ্যুতিক গাড়ির তাপের চাপ সামলাতে পারবে

পারিবারিক গাড়ির ট্র্যাকশন মোটরের ভেতরের তাপমাত্রা ১৫০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের অনেক ওপরে উঠতে পারে। খাড়া পথে চলা বা বারবার গতি বাড়ানোর সময় নির্দিষ্ট স্থানে তাপমাত্রা আরও বেশি হতে পারে। তাপে চুম্বকের শক্তি কমে যায় এবং অন্তর্নিহিত কোয়ের্সিভিটি যথেষ্ট না হলে স্থায়ীভাবে শক্তি হারাতে পারে। H_cJ বাড়াতে ভারী বিরল মৃত্তিকা যোগ করা হয়; এ কারণেই সবচেয়ে কঠিন পরিস্থিতির জন্য তৈরি চুম্বকের গ্রেডে এগুলো প্রচলিত হয়ে উঠেছে।

প্রোটেরিয়ালের দাবি, সিন্টারিংয়ের সময় অশুদ্ধি ও গঠন নিয়ন্ত্রণ করে তারা ডিসপ্রোসিয়াম বা টার্বিয়াম ছাড়াই পর্যাপ্ত H_cJ ও B_r অর্জন করেছে। বিশ্লেষকেরা অগ্রগতিকে স্বাগত জানালেও তৃতীয় পক্ষের যাচাই দেখতে চাইবেন। হাজার হাজার তাপীয় চক্র, গতি ও লোডের পূর্ণ পরিসর এবং আর্দ্রতা ও লবণাক্ত পানির সংস্পর্শের পরও কার্যক্ষমতা ধরে রাখতে হবে। নতুন চুম্বক কার্যক্ষমতা ও দামের দিক থেকে ডিসপ্রোসিয়ামযুক্ত সেরা গ্রেডগুলোর সমান বা উন্নত কি না, তা নিয়েও শিল্প খাতের প্রাথমিক আলোচনায় প্রশ্ন উঠেছে।

প্রকৌশলীরা যা যাচাই করবেন

নকশা দলগুলো চালু অবস্থার তাপমাত্রায় সম্পূর্ণ ডিম্যাগনেটাইজেশন কার্ভ তৈরি করবে, এরপর অতিরিক্ত লোডের ঘটনার পর স্থায়ী শক্তিক্ষয় পরীক্ষা করবে। শুধু চুম্বকের নিজস্ব বৈশিষ্ট্য নয়, জেনারেটর ও ইনভার্টারের সমন্বয়ের সঙ্গে টর্ক ও দক্ষতাও যাচাই করা হবে। যান্ত্রিক দৃঢ়তাও গুরুত্বপূর্ণ। চুম্বকের গ্রেড, আকৃতি, আবরণ, আঠা ও রোটরের স্লিভ—সবকিছুকেই বারবার তাপীয় ও যান্ত্রিক চাপ সহ্য করতে হবে।

যাচাইয়ের মধ্যে উৎপাদনের ধারাবাহিকতাও রয়েছে। পরীক্ষামূলক উৎপাদনে মানদণ্ড পূরণ করা কোনো গ্রেডকে বড় পরিসরে প্রতি মাসেও তা পূরণ করতে হবে। সরবরাহকারীরা পরিসংখ্যানভিত্তিক প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের তথ্য, উৎপাদনের প্রতিটি ধাপের অনুসরণযোগ্যতা এবং দ্রুততর জীবনকাল পরীক্ষার ব্যর্থতা বিশ্লেষণ চাইবেন। গবেষণাগারের কাজেই কয়েক মাস লাগতে পারে। আর প্রোটোটাইপ গাড়িতে যন্ত্রাংশ বসানোর পর লাগতে পারে এক বছর বা তারও বেশি।

বিশ্বজুড়ে প্রতিযোগিতা ও বিকল্প

বিরল মৃত্তিকা নীতি গাড়ি খাতের জন্য চাপের একটি জায়গা হয়ে উঠেছে। পরিশোধনের বড় অংশ এবং চুম্বক উৎপাদনের প্রায় ৯০ শতাংশ নিয়ন্ত্রণ করে চীন। সাম্প্রতিক সময়ে অনুমতিপত্র দিতে ধীরগতির কারণে ইউরোপের সরবরাহকারীরা সাময়িকভাবে উৎপাদন লাইন বন্ধ করেছে। নির্ভরযোগ্য চুম্বক সরবরাহ না থাকলে কারখানাও বন্ধ রাখতে হতে পারে বলে সতর্ক করেছে কিছু গাড়ি নির্মাতা। এই উদ্বেগ সেমিকন্ডাক্টর সংকটের কথা মনে করিয়ে দিচ্ছে এবং প্রযুক্তি ও ভৌগোলিক অবস্থান—দুই দিক থেকেই সরবরাহের উৎস বহুমুখী করতে প্রতিষ্ঠানগুলোকে তাগিদ দিচ্ছে।

বিকল্প মোটর নকশাও সম্ভাব্য উপায়গুলোর মধ্যে রয়েছে। উন্ড রোটর সিঙ্ক্রোনাস মোটর, ইন্ডাকশন মোটর ও সুইচড রিলাকট্যান্স মোটরে স্থায়ী চুম্বকের প্রয়োজন হয় না। কিছু নকশায় ফেরাইট চুম্বক ব্যবহার করা হয়। এগুলো সহজলভ্য, তবে তুলনামূলক দুর্বল; নতুন জ্যামিতির মাধ্যমে সেই ঘাটতি পুষিয়ে নেওয়া হয়। ইউরোপের কয়েকটি ব্র্যান্ড নির্দিষ্ট কিছু মডেলে চুম্বকবিহীন মোটর এনেছে। টেসলা জানিয়েছে, তাদের পরবর্তী প্রজন্মের স্থায়ী চুম্বকের ইউনিটে বিরল মৃত্তিকা ব্যবহার করা হবে না। এতে নতুন উপকরণ ও নকশার খোঁজ আরও উৎসাহ পেয়েছে। বাজার গবেষণায় দেখা যায়, ২০১৫ থেকে ২০২২ সালের মধ্যে বৈদ্যুতিক গাড়িতে স্থায়ী চুম্বকের মোটরের অংশ তিন-চতুর্থাংশের বেশি ছিল; এ সময় বিরল মৃত্তিকার ব্যবহার কমেছে এবং বিকল্পের ব্যবহার ধীরে ধীরে বেড়েছে।

ঘাটতি পূরণে চীনের বাইরের দেশগুলোও দ্রুত এগোচ্ছে। ভারতে মোটর নির্মাতা ও স্টার্টআপগুলো ফেরাইট চুম্বক ও রিলাকট্যান্স নীতির ওপর ভিত্তি করে তৈরি চুম্বকবিহীন ট্র্যাকশন মোটরের নকশার লাইসেন্স নিচ্ছে। একই সময়ে দেশীয় পুনর্ব্যবহারকারীরা ইলেকট্রনিক বর্জ্য থেকে বিরল মৃত্তিকা পুনরুদ্ধারে কাজ করছেন। লক্ষ্য শুধু সাময়িক ঘাটতি মেটানো নয়। দ্রুত বাড়তে থাকা গাড়ির উৎপাদন কর্মসূচিকে সমর্থন দিতে আঞ্চলিক সরবরাহ শৃঙ্খল গড়ে তোলা।

উত্তর আমেরিকায় পুনর্ব্যবহার ও নতুন প্রক্রিয়াকরণ কেন্দ্রের কাজ গতি পাচ্ছে। অন্টারিওভিত্তিক সাইক্লিক ম্যাটেরিয়ালস পুনর্ব্যবহৃত বিরল মৃত্তিকা সরবরাহে রাসায়নিক শিল্পগোষ্ঠী সলভের সঙ্গে চুক্তি করেছে। আমেরিকা ও ইউরোপের গ্রাহকদের সরবরাহ দিতে কানাডা প্রক্রিয়াকরণ সক্ষমতায় বিনিয়োগ করছে। শিল্প খাতের নেতারা বলছেন, বাণিজ্য উত্তেজনা স্বাধীন সরবরাহ গড়ার পরিকল্পনাকে আরও জোরালো করেছে। নীতিগত পরিবর্তন নিয়ে সাম্প্রতিক এক বিবৃতিতে ইউকোর প্রধান নির্বাহী কর্মকর্তা প্যাট রায়ান এই মনোভাব তুলে ধরেন।