A causa di problemi ambientali e legati alla catena di approvvigionamento, il reparto propulsori di Tesla sta lavorando intensamente per eliminare i magneti in terre rare dai motori e sta cercando soluzioni alternative.
Tesla non ha ancora inventato un materiale magnetico completamente nuovo, quindi potrebbe accontentarsi della tecnologia esistente, utilizzando molto probabilmente la ferrite, economica e facilmente producibile.
Posizionando attentamente i magneti in ferrite e regolando altri aspetti della progettazione del motore, molti indicatori di prestazione diterre rareI motori di trazione possono essere replicati. In questo caso, il peso del motore aumenta solo di circa il 30%, il che potrebbe rappresentare una piccola differenza rispetto al peso complessivo dell'auto.
4. I nuovi materiali magnetici devono avere le seguenti tre caratteristiche di base: 1) devono avere magnetismo; 2) continuare a mantenere il magnetismo in presenza di altri campi magnetici; 3) poter resistere ad alte temperature.
Secondo Tencent Technology News, il produttore di veicoli elettrici Tesla ha dichiarato che nei motori delle sue auto non verranno più utilizzati elementi di terre rare, il che significa che gli ingegneri Tesla dovranno dare libero sfogo alla loro creatività per trovare soluzioni alternative.
Il mese scorso, Elon Musk ha presentato la "Terza Parte del Piano Generale" durante l'evento Tesla Investor Day. Tra questi, c'è un piccolo dettaglio che ha suscitato scalpore nel campo della fisica. Colin Campbell, un dirigente senior del reparto powertrain di Tesla, ha annunciato che il suo team sta rimuovendo i magneti in terre rare dai motori a causa di problemi nella catena di approvvigionamento e del significativo impatto negativo della produzione di magneti in terre rare.
Per raggiungere questo obiettivo, Campbell ha presentato due diapositive che mostrano tre materiali misteriosi, abilmente etichettati come terre rare 1, terre rare 2 e terre rare 3. La prima diapositiva rappresenta la situazione attuale di Tesla, dove la quantità di terre rare utilizzata dall'azienda in ogni veicolo varia da mezzo chilogrammo a 10 grammi. Nella seconda diapositiva, l'utilizzo di tutti gli elementi delle terre rare è stato ridotto a zero.
Per i magnetologi che studiano il potere magico generato dal movimento elettronico in determinati materiali, l'identità della terra rara 1 è facilmente riconoscibile: il neodimio. Aggiunto a elementi comuni come ferro e boro, questo metallo può contribuire a creare un campo magnetico potente e sempre attivo. Ma pochi materiali possiedono questa qualità, e ancora meno terre rare generano campi magnetici in grado di muovere auto Tesla di oltre 2000 chilogrammi, così come molti altri oggetti, dai robot industriali agli aerei da caccia. Se Tesla prevede di rimuovere il neodimio e altre terre rare dal motore, quale magnete utilizzerà al loro posto?
Per i fisici, una cosa è certa: Tesla non ha inventato un tipo di materiale magnetico completamente nuovo. Andy Blackburn, Vicepresidente Esecutivo Strategia di NIron Magnets, ha dichiarato: "Tra oltre 100 anni, potremmo avere solo poche opportunità di acquisire nuovi magneti commerciali". NIron Magnets è una delle poche startup che cerca di cogliere la prossima opportunità.
Blackburn e altri ritengono più probabile che Tesla abbia deciso di accontentarsi di un magnete molto meno potente. Tra le tante possibilità, il candidato più ovvio è la ferrite: una ceramica composta da ferro e ossigeno, mescolata con una piccola quantità di metallo come lo stronzio. È economica e facile da produrre e, a partire dagli anni '50, le porte dei frigoriferi in tutto il mondo sono state prodotte in questo modo.
Ma in termini di volume, il magnetismo della ferrite è solo un decimo di quello dei magneti al neodimio, il che solleva nuovi interrogativi. Il CEO di Tesla, Elon Musk, è sempre stato noto per la sua intransigenza, ma se Tesla dovesse passare alla ferrite, sembra che debba fare delle concessioni.
È facile credere che le batterie siano l'energia dei veicoli elettrici, ma in realtà è la propulsione elettromagnetica a farli muovere. Non è un caso che sia la Tesla Company che l'unità magnetica "Tesla" prendano il nome dalla stessa persona. Quando gli elettroni attraversano le bobine di un motore, generano un campo elettromagnetico che aziona la forza magnetica opposta, facendo ruotare l'albero motore insieme alle ruote.
Per le ruote posteriori delle auto Tesla, queste forze sono fornite da motori a magneti permanenti, un materiale particolare con un campo magnetico stabile e nessun apporto di corrente, grazie all'ingegnosa rotazione degli elettroni attorno agli atomi. Tesla ha iniziato a installare questi magneti sulle auto solo circa cinque anni fa, al fine di estendere l'autonomia e aumentare la coppia senza dover sostituire la batteria. In precedenza, l'azienda utilizzava motori a induzione realizzati attorno a elettromagneti, che generano magnetismo consumando elettricità. I modelli dotati di motori anteriori utilizzano ancora questa modalità.
La decisione di Tesla di abbandonare terre rare e magneti sembra un po' strana. Le case automobilistiche sono spesso ossessionate dall'efficienza, soprattutto nel caso dei veicoli elettrici, dove cercano ancora di convincere gli automobilisti a superare la paura dell'autonomia. Ma con l'espansione della scala produttiva dei veicoli elettrici, molti progetti precedentemente considerati troppo inefficienti stanno riemergendo.
Ciò ha spinto le case automobilistiche, tra cui Tesla, a produrre più auto con batterie al litio ferro fosfato (LFP). Rispetto alle batterie contenenti elementi come cobalto e nichel, questi modelli hanno spesso un'autonomia inferiore. Si tratta di una tecnologia obsoleta, con un peso maggiore e una capacità di accumulo inferiore. Attualmente, la Model 3 alimentata a bassa velocità ha un'autonomia di 272 miglia (circa 438 chilometri), mentre la Model S, dotata di batterie più avanzate, può raggiungere i 400 miglia (640 chilometri). Tuttavia, l'utilizzo di batterie al litio ferro fosfato potrebbe essere una scelta aziendale più sensata, poiché evita l'uso di materiali più costosi e persino politicamente rischiosi.
Tuttavia, è improbabile che Tesla sostituisca semplicemente i magneti con qualcosa di peggiore, come la ferrite, senza apportare altre modifiche. La fisica Alaina Vishna dell'Università di Uppsala ha affermato: "Porterete un enorme magnete nella vostra auto. Fortunatamente, i motori elettrici sono macchine piuttosto complesse con molti altri componenti che possono teoricamente essere riorganizzati per ridurre l'impatto dell'utilizzo di magneti più deboli".
Nei modelli computerizzati, l'azienda di materiali Proterial ha recentemente determinato che molti indicatori di prestazione dei motori a terre rare possono essere replicati posizionando attentamente i magneti in ferrite e regolando altri aspetti della progettazione del motore. In questo caso, il peso del motore aumenta solo di circa il 30%, il che potrebbe rappresentare una piccola differenza rispetto al peso complessivo dell'auto.
Nonostante questi grattacapi, le case automobilistiche hanno ancora molte ragioni per abbandonare le terre rare, a patto che ne abbiano la possibilità. Il valore dell'intero mercato delle terre rare è simile a quello del mercato delle uova negli Stati Uniti e, in teoria, le terre rare possono essere estratte, lavorate e convertite in magneti in tutto il mondo, ma in realtà questi processi presentano numerose sfide.
L'analista di minerali e famoso blogger specializzato in osservazione delle terre rare, Thomas Krumer, ha affermato: "Si tratta di un settore da 10 miliardi di dollari, ma il valore dei prodotti creati ogni anno varia dai 2 ai 3 trilioni di dollari, il che rappresenta una leva enorme. Lo stesso vale per le automobili. Anche se contengono solo pochi chilogrammi di questa sostanza, rimuoverla significa che le auto non possono più funzionare a meno che non si sia disposti a riprogettare l'intero motore".
Gli Stati Uniti e l'Europa stanno cercando di diversificare questa catena di approvvigionamento. Le miniere di terre rare della California, chiuse all'inizio del XXI secolo, hanno recentemente riaperto e attualmente forniscono il 15% delle risorse mondiali di terre rare. Negli Stati Uniti, le agenzie governative (in particolare il Dipartimento della Difesa) hanno bisogno di fornire magneti potenti per apparecchiature come aerei e satelliti e sono entusiaste di investire nelle catene di approvvigionamento a livello nazionale e in regioni come il Giappone e l'Europa. Tuttavia, considerando i costi, la tecnologia richiesta e le problematiche ambientali, si tratta di un processo lento che può durare diversi anni o addirittura decenni.
Data di pubblicazione: 11 maggio 2023