A causa della catena di fornitura e di problemi ambientali, il dipartimento powertrain di Tesla sta lavorando duramente per rimuovere i magneti delle terre rare dai motori ed è alla ricerca di soluzioni alternative.
Tesla non ha ancora inventato un materiale magnetico completamente nuovo, quindi potrebbe accontentarsi della tecnologia esistente, molto probabilmente utilizzando ferrite economica e facilmente producibile.
Posizionando attentamente i magneti in ferrite e regolando altri aspetti della progettazione del motore, molti indicatori di prestazione diterra rarai motori di azionamento possono essere replicati.In questo caso, il peso del motore aumenta solo di circa il 30%, che potrebbe essere una piccola differenza rispetto al peso complessivo dell’auto.
4. I nuovi materiali magnetici devono avere le seguenti tre caratteristiche fondamentali: 1) devono avere magnetismo;2) Continuare a mantenere il magnetismo in presenza di altri campi magnetici;3) Resiste alle alte temperature.
Secondo Tencent Technology News, il produttore di veicoli elettrici Tesla ha dichiarato che gli elementi delle terre rare non verranno più utilizzati nei motori delle sue auto, il che significa che gli ingegneri di Tesla dovranno dare libero sfogo alla loro creatività nella ricerca di soluzioni alternative.
Il mese scorso, Elon Musk ha pubblicato la “Terza parte del piano generale” in occasione dell’evento Tesla Investor Day.Tra questi c'è un piccolo dettaglio che ha fatto scalpore nel campo della fisica.Colin Campbell, dirigente senior del dipartimento 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 fornitura e del significativo impatto negativo della produzione di magneti in terre rare.
Per raggiungere questo obiettivo, Campbell ha presentato due diapositive che coinvolgono 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 utilizzate dall'azienda in ciascun 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 alcuni materiali, è facilmente riconoscibile l'identità della terra rara 1, che è il neodimio.Se aggiunto a elementi comuni come ferro e boro, questo metallo può aiutare a creare un campo magnetico forte e sempre attivo.Ma pochi materiali hanno questa qualità, e ancora meno elementi delle terre rare generano campi magnetici in grado di spostare le auto Tesla che pesano oltre 2000 chilogrammi, così come molte altre cose, dai robot industriali agli aerei da combattimento.Se Tesla prevede di rimuovere il neodimio e altri elementi delle terre rare dal motore, quale magnete utilizzerà al suo posto?
Per i fisici una cosa è certa: Tesla non ha inventato un tipo di materiale magnetico completamente nuovo.Andy Blackburn, vicepresidente esecutivo della strategia presso NIron Magnets, ha dichiarato: "Tra oltre 100 anni, potremmo avere solo poche opportunità di acquisire nuovi magneti aziendali".NIron Magnets è una delle poche startup che cerca di cogliere la prossima opportunità.
Blackburn e altri ritengono che sia 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, mescolati con una piccola quantità di metallo come lo stronzio.È economico e facile da produrre e 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 nuove domande.Il CEO di Tesla, Elon Musk, è sempre stato noto per essere intransigente, ma se Tesla vuole passare alla ferrite, sembra che debbano essere fatte alcune concessioni.
È facile credere che le batterie siano l’energia dei veicoli elettrici, ma in realtà è la guida elettromagnetica che guida i veicoli elettrici.Non è un caso che sia la Tesla Company che l’unità magnetica “Tesla” prendano il nome dalla stessa persona.Quando gli elettroni fluiscono attraverso le bobine di un motore, generano un campo elettromagnetico che guida la forza magnetica opposta, facendo ruotare l'albero del motore insieme alle ruote.
Per le ruote posteriori delle auto Tesla, queste forze sono fornite da motori con magneti permanenti, uno strano materiale con un campo magnetico stabile e senza input di corrente, grazie alla rotazione intelligente degli elettroni attorno agli atomi.Tesla ha iniziato ad aggiungere questi magneti alle auto solo circa cinque anni fa, al fine di estendere l’autonomia e aumentare la coppia senza aggiornare la batteria.In precedenza, l’azienda utilizzava motori a induzione fabbricati attorno a elettromagneti, che generano magnetismo consumando elettricità.I modelli dotati di motori anteriori utilizzano ancora questa modalità.
La mossa di Tesla di abbandonare le terre rare e i magneti sembra un po’ strana.Le case automobilistiche sono spesso ossessionate dall’efficienza, soprattutto nel caso dei veicoli elettrici, dove stanno ancora cercando di convincere gli automobilisti a superare la paura dell’autonomia.Ma man mano che le case automobilistiche iniziano ad espandere la scala di produzione dei veicoli elettrici, molti progetti precedentemente considerati troppo inefficienti stanno riemergendo.
Ciò ha spinto i produttori di automobili, tra cui Tesla, a produrre più automobili utilizzando batterie al litio ferro fosfato (LFP).Rispetto alle batterie contenenti elementi come cobalto e nichel, questi modelli hanno spesso una portata più breve.Si tratta di una tecnologia più vecchia con un peso maggiore e una capacità di stoccaggio 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 400 miglia (640 chilometri).Tuttavia, l’uso di batterie al litio ferro fosfato può essere una scelta commerciale più sensata, perché 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 dell’Università di Uppsala Alaina Vishna ha detto: “Porterai un enorme magnete nella tua macchina.Fortunatamente, i motori elettrici sono macchine piuttosto complesse con molti altri componenti che teoricamente possono essere riorganizzati per ridurre l’impatto dell’utilizzo di magneti più deboli.
Nei modelli computerizzati, la società di materiali Proterial ha recentemente stabilito 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%, che potrebbe essere una piccola differenza rispetto al peso complessivo dell’auto.
Nonostante questi grattacapi, le case automobilistiche hanno ancora molte ragioni per abbandonare gli elementi delle terre rare, a condizione che possano farlo.Il valore dell’intero mercato delle terre rare è simile a quello del mercato delle uova negli Stati Uniti e, in teoria, gli elementi delle terre rare possono essere estratti, lavorati e convertiti in magneti in tutto il mondo, ma in realtà questi processi presentano molte sfide.
Thomas Krumer, analista minerario e popolare blogger di osservazione delle terre rare, ha dichiarato: “Si tratta di un’industria da 10 miliardi di dollari, ma il valore dei prodotti creati ogni anno varia da 2 trilioni di dollari a 3 trilioni di dollari, che è una leva enorme.Lo stesso vale per le automobili.Anche se contengono solo pochi chilogrammi di questa sostanza, rimuoverli significa che le auto non potranno 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 filiera.Le miniere di terre rare della California, chiuse all'inizio del 21° secolo, sono state recentemente riaperte e attualmente forniscono il 15% delle risorse mondiali di terre rare.Negli Stati Uniti, le agenzie governative (in particolare il Dipartimento della Difesa) devono fornire potenti magneti per apparecchiature come aeroplani e satelliti, e sono entusiaste di investire nelle catene di approvvigionamento a livello nazionale e in regioni come il Giappone e l’Europa.Ma considerando i costi, la tecnologia richiesta e le questioni ambientali, si tratta di un processo lento che può durare diversi anni o addirittura decenni.
Orario di pubblicazione: 11 maggio 2023