Queen Elizabeth Prize for Engineering ehrt Magnetpionier

Nennen Sie eine Technologie, die uns überall umgibt, unsere moderne Lebensweise untermauert, deren Beitrag jedoch kaum anerkannt wird. Wie wäre es mit dem Magneten?

Der Queen Elizabeth Prize for Engineering hofft, dass unser Bewusstsein und unsere Wertschätzung durch die Ernennung von Masato Sagawa zum Preisträger 2022 geschärft werden.

Der japanische Wissenschaftler erfand den Neodym-Eisen-Bor-Magneten (Nd-Fe-B).

Dies ist der stärkste Permanentmagnet, der heute in großem Umfang eingesetzt wird und in allem zu finden ist, vom Auto bis zum Computer.

Nd-Fe-B ist eines dieser unverzichtbaren Materialien, ohne die der Alltag viel weniger effizient wäre.

Und die Zentralität des Magneten wird nur noch zunehmen, wenn die grüne Revolution Einzug hält. Denn das Material wird das Herzstück vieler erneuerbarer Energiesysteme sein, beispielsweise Windkraftanlagen.

Es wird erwartet, dass der Markt für Nd-Fe-B-Magnete bis zur Mitte dieses Jahrzehnts einen Wert von rund 20 Milliarden US-Dollar haben wird.

Der QEPrize wurde traditionell alle zwei Jahre verliehen, ist mittlerweile aber zu einer jährlichen Veranstaltung geworden. Der Preis trägt den Namen „Nobelpreis für Ingenieurswesen“ und der Empfänger erhält einen Scheck über 500.000 Pfund sowie eine Trophäe, die von der Königin oder ihrem Vertreter überreicht wird.

Dr. Sagawa hat viele Auszeichnungen für seine Innovation gewonnen, aber dieser sagte, er habe alle anderen Auszeichnungen übertroffen.

„Das ist der größte Preis, den ich bisher erhalten habe“, sagte er gegenüber BBC News. „Wie Sie vielleicht wissen, habe ich bereits zuvor den Japan-Preis erhalten, was eine sehr große Auszeichnung ist, aber der QEPrize hat weltweit Einfluss und ist daher sehr wichtig.“

Seinen Durchbruch gelang Dr. Sagawa Anfang der 1980er Jahre. Zu dieser Zeit erzeugte eine Kombination aus Samarium und Kobalt (Sm-Co) den stärksten Permanentmagneten. Aber Kobaltmetall ist eine seltene Ressource und der Wissenschaftler erkannte, dass eine Lösung auf Eisenbasis ein viel billigeres und nützlicheres Produkt liefern würde.

Dies gelang ihm durch die Kombination von Eisen mit Neodym, dem dritthäufigsten Seltenerdelement – ​​einer Gruppe von 17 Metallen, die in der Erdkruste vorkommen und vielfältige Anwendungen haben. Die Zugabe des Elements Bor erhöht die sogenannte Curie-Temperatur – den Punkt, an dem magnetische Eigenschaften verloren gehen.

Dies ist beispielsweise bei Kraftfahrzeugen wichtig, wo es besonders im Motorraum sehr heiß werden kann.

Tatsächlich gehören Fahrzeuge zu den größten Einsatzgebieten für Magnete. Von der Pumpe, die die Scheibenwaschanlage auf die Windschutzscheibe drückt, bis zum Sensor, der ein Antiblockiersystem aktiviert – ein Magnet wird entweder als Teil eines Motors oder zur Erzeugung eines elektrischen Stroms verwendet.

Außerhalb des Automobilsektors war die Nd-Fe-B-Technologie entscheidend für den Aufstieg des Personal Computing. Die Stärke des Magnetfelds, das in einem kompakten Volumen geliefert werden kann, war von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung leichter Festplattenlaufwerke. Nd-Fe-B-Magnete sind Teil des Mechanismus, der die Lese-/Schreibköpfe über die Festplatte bewegt.

Aber in vielen leicht erreichbaren Alltagsgegenständen sind höchstwahrscheinlich Nd-Fe-B-Magnete enthalten – von Mobiltelefonen und Elektrowerkzeugen bis hin zu Schmuckverschlüssen und Türschlössern.

„Ich bin ein echter Fan von Magneten. Letztes Jahr wollte ich eigentlich, dass dies der Preisträger wird“, sagte Ilya Marotta, der Schiffsingenieur, der das Projekt zur Erweiterung des Panamakanals leitete und in der QEPrize-Jury sitzt.

„Manchmal halten wir Dinge für selbstverständlich. Magnete sind für viele vielleicht die kleinen Souvenirs, die man an die Kühlschranktür klebt. Aber Magnete sind weitaus beeindruckender, und insbesondere Neodym-Magnete haben die Weiterentwicklung vieler Technologien ermöglicht.“ "

Es ist unmöglich, die Leistungen von Dr. Sagawa zu loben, ohne auch Dr. John Croat zu erwähnen. Zu derselben Materiallösung gelangte der Amerikaner zeitgleich in Zusammenarbeit mit General Motors. Und Sagawa und Kroat werden sich tatsächlich die Medaille 2022 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) für Umwelt- und Sicherheitstechnologien teilen.

Aber Lord Browne von Madingley, Vorsitzender des QEPrize, sagte, dass Sagawas Herstellungsprozess ihm einen Vorteil verschafft habe – nach Ansicht der Jury.

Sein pulverisiertes oder gesintertes Verfahren ist teurer als das schmelzgesponnene und gebundene Produkt des Amerikaners und bietet nicht ganz die gleiche Vielseitigkeit in der Anwendung, aber der Endmagnet ist Stück für Stück deutlich stärker.

„Man kann eine großartige Idee auf dem Papier haben, aber um erfolgreich zu sein, muss man beweisen, dass man etwas in großem Maßstab und zu einem Preis schaffen kann, den die Leute unterstützen“, sagte Lord Browne gegenüber BBC News.

„Das Wesentliche an der Technik ist, dass man liefern muss. Wissenschaftler haben viele großartige Ideen; das Higgs-Boson ist fantastisch. Aber die Technik muss etwas tun, und die Innovation von Sagawa hat dies sehr erfolgreich geschafft.“

Der 78-Jährige verfeinert seine Technologie weiter. Derzeit versucht er, die Menge eines anderen Seltenerdelements zu reduzieren, das in Spuren verwendet wird. Dabei handelt es sich um Dysprosium (Dy), das die Hitzebeständigkeit eines Magneten weiter verbessert. Aber Dy ist sehr selten.

„Wir wollen den Einsatz von Dysprosium auf weniger als 1 % der Zusammensetzung reduzieren und es vorzugsweise überhaupt nicht verwenden“, erklärte Dr. Sagawa.

„Wenn uns das gelingt, werden Neodym-Magnete noch häufiger auf dem Markt eingesetzt, insbesondere im Bereich von Elektrofahrzeugen.“

Der Magnetpionier wird später im Jahr im Rahmen einer besonderen Zeremonie offiziell geehrt. Seine QEPrize-Trophäe wurde wie bei früheren Preisträgern von einem jungen Wettbewerbssieger entworfen. Dieses Jahr ist es Anshika Agarwal, 17 Jahre alt, aus Indien.

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