A causa de problemes mediambientals i de la cadena de subministrament, el departament de propulsió de Tesla està treballant dur per eliminar els imants de terres rares dels motors i busca solucions alternatives.
Tesla encara no ha inventat un material magnètic completament nou, de manera que es pot conformar amb la tecnologia existent, molt probablement amb ferrita barata i de fàcil fabricació.
Posicionant amb cura els imants de ferrita i ajustant altres aspectes del disseny del motor, hi ha molts indicadors de rendimentterres raresels motors d'accionament es poden replicar. En aquest cas, el pes del motor només augmenta aproximadament un 30%, la qual cosa pot ser una petita diferència en comparació amb el pes total del cotxe.
4. Els nous materials imants han de tenir les tres característiques bàsiques següents: 1) han de tenir magnetisme; 2) Continuar mantenint el magnetisme en presència d'altres camps magnètics; 3) Pot suportar altes temperatures.
Segons Tencent Technology News, el fabricant de vehicles elèctrics Tesla ha afirmat que els elements de terres rares ja no s'utilitzaran als motors dels seus cotxes, la qual cosa significa que els enginyers de Tesla hauran de donar peu a la seva creativitat per trobar solucions alternatives.
El mes passat, Elon Musk va publicar la "tercera part del pla director" a l'esdeveniment del Tesla Investor Day. Entre ells, hi ha un petit detall que ha causat sensació en el camp de la física. Colin Campbell, un alt executiu del departament de propulsió de Tesla, va anunciar que el seu equip està eliminant els imants de terres rares dels motors a causa de problemes de la cadena de subministrament i l'impacte negatiu significatiu de la producció d'imants de terres rares.
Per aconseguir aquest objectiu, Campbell va presentar dues diapositives amb tres materials misteriosos etiquetats intel·ligentment com a terres rares 1, terres rares 2 i terres rares 3. La primera diapositiva representa la situació actual de Tesla, on la quantitat de terres rares utilitzades per l'empresa en cada vehicle. oscil·la entre mig quilo i 10 grams. A la segona diapositiva, l'ús de tots els elements de terres rares s'ha reduït a zero.
Per als magnetòlegs que estudien el poder màgic generat pel moviment electrònic en determinats materials, la identitat de la terra rara 1 és fàcilment reconeixible, que és el neodimi. Quan s'afegeix a elements comuns com el ferro i el bor, aquest metall pot ajudar a crear un fort, sempre en camp magnètic. Però pocs materials tenen aquesta qualitat, i encara menys elements de terres rares generen camps magnètics que poden moure cotxes Tesla que pesen més de 2.000 quilograms, així com moltes altres coses, des de robots industrials fins a avions de combat. Si Tesla té previst eliminar el neodimi i altres elements de terres rares del motor, quin imant utilitzarà?
Per als físics, una cosa és certa: Tesla no va inventar un tipus de material magnètic completament nou. Andy Blackburn, vicepresident executiu d'Estratègia de NIron Magnets, va dir: "D'aquí a més de 100 anys, és possible que només tinguem unes poques oportunitats per adquirir nous imants comercials". NIron Magnets és una de les poques startups que intenta aprofitar la propera oportunitat.
Blackburn i altres creuen que és més probable que Tesla hagi decidit conformar-se amb un imant molt menys potent. Entre moltes possibilitats, la candidata més evident és la ferrita: una ceràmica composta de ferro i oxigen, barrejada amb una petita quantitat de metall com l'estronci. És barat i fàcil de fabricar, i des de la dècada de 1950 es fabriquen d'aquesta manera les portes de nevera arreu del món.
Però en termes de volum, el magnetisme de la ferrita és només una dècima part del dels imants de neodimi, la qual cosa planteja noves preguntes. Elon Musk, director general de Tesla, sempre ha estat conegut per ser intransigent, però si Tesla vol canviar a la ferrita, sembla que s'han de fer algunes concessions.
És fàcil creure que les bateries són la potència dels vehicles elèctrics, però en realitat, és la conducció electromagnètica la que condueix els vehicles elèctrics. No és casualitat que tant Tesla Company com la unitat magnètica "Tesla" portin el nom de la mateixa persona. Quan els electrons flueixen a través de les bobines d'un motor, generen un camp electromagnètic que impulsa la força magnètica oposada, fent que l'eix del motor giri amb les rodes.
Per a les rodes posteriors dels cotxes Tesla, aquestes forces les proporcionen motors amb imants permanents, un material estrany amb un camp magnètic estable i sense entrada de corrent, gràcies al gir intel·ligent dels electrons al voltant dels àtoms. Tesla només va començar a afegir aquests imants als cotxes fa uns cinc anys, per tal d'ampliar l'autonomia i augmentar el parell sense actualitzar la bateria. Abans, l'empresa utilitzava motors d'inducció fabricats al voltant d'electroimants, que generen magnetisme consumint electricitat. Els models equipats amb motors davanters encara fan servir aquest mode.
El moviment de Tesla per abandonar les terres rares i els imants sembla una mica estrany. Les empreses d'automòbils sovint estan obsessionades amb l'eficiència, sobretot en el cas dels vehicles elèctrics, on encara intenten persuadir els conductors perquè superin la seva por a l'autonomia. Però a mesura que els fabricants d'automòbils comencen a ampliar l'escala de producció de vehicles elèctrics, molts projectes que abans es consideraven massa ineficients estan ressorgint.
Això ha fet que els fabricants d'automòbils, inclòs Tesla, produeixin més cotxes amb bateries de fosfat de ferro de liti (LFP). En comparació amb les bateries que contenen elements com el cobalt i el níquel, aquests models solen tenir un abast més curt. Es tracta d'una tecnologia més antiga amb més pes i menor capacitat d'emmagatzematge. Actualment, el Model 3 alimentat amb potència de baixa velocitat té una autonomia de 272 milles (aproximadament 438 quilòmetres), mentre que el Model S remot equipat amb bateries més avançades pot arribar als 400 milles (640 quilòmetres). Tanmateix, l'ús de bateries de fosfat de ferro de liti pot ser una opció empresarial més sensata, perquè evita l'ús de materials més cars i fins i tot de risc polític.
Tanmateix, és poc probable que Tesla simplement substitueixi els imants per alguna cosa pitjor, com la ferrita, sense fer cap altre canvi. La física de la Universitat d'Uppsala Alaina Vishna va dir: "Portareu un imant enorme al vostre cotxe. Afortunadament, els motors elèctrics són màquines força complexes amb molts altres components que teòricament es poden reorganitzar per reduir l'impacte de l'ús d'imants més febles.
En models informàtics, l'empresa de materials Proterial va determinar recentment que molts indicadors de rendiment dels motors d'accionament de terres rares es poden replicar col·locant amb cura els imants de ferrita i ajustant altres aspectes del disseny del motor. En aquest cas, el pes del motor només augmenta aproximadament un 30%, la qual cosa pot ser una petita diferència en comparació amb el pes total del cotxe.
Malgrat aquests maldecaps, les companyies automobilístiques encara tenen moltes raons per abandonar els elements de terres rares, sempre que ho puguin fer. El valor de tot el mercat de terres rares és similar al del mercat d'ous als Estats Units i, teòricament, els elements de terres rares es poden extreure, processar i convertir en imants a tot el món, però en realitat, aquests processos presenten molts reptes.
L'analista de minerals i popular blogger d'observació de terres rares Thomas Krumer va dir: "Aquesta és una indústria de 10.000 milions de dòlars, però el valor dels productes creats cada any oscil·la entre els 2 i els 3 bilions de dòlars, que és una palanca enorme. El mateix passa amb els cotxes. Encara que només continguin uns quants quilograms d'aquesta substància, eliminar-los significa que els cotxes ja no poden funcionar tret que estiguis disposat a redissenyar tot el motor.
Els Estats Units i Europa intenten diversificar aquesta cadena de subministrament. Les mines de terres rares de Califòrnia, que es van tancar a principis del segle XXI, s'han reobert recentment i actualment subministren el 15% dels recursos de terres rares del món. Als Estats Units, les agències governamentals (especialment el Departament de Defensa) han de proporcionar potents imants per a equips com ara avions i satèl·lits, i estan entusiasmats amb invertir en cadenes de subministrament a nivell nacional i en regions com el Japó i Europa. Però tenint en compte el cost, la tecnologia necessària i els problemes ambientals, aquest és un procés lent que pot durar diversos anys o fins i tot dècades.
Hora de publicació: 11-maig-2023