Tesla ha appena annunciato che la prossima generazione di motori a magneti permanenti configurati sui suoi veicoli elettrici non utilizzerà affatto materiali di terre rare!
Slogan di Tesla: I magneti permanenti delle terre rare vengono completamente eliminati
è vero?
Nel 2018, infatti, il 93% dei veicoli elettrici mondiali era dotato di un propulsore azionato da un motore a magneti permanenti fatto di terre rare. Nel 2020, il 77% del mercato globale dei veicoli elettrici utilizza motori a magneti permanenti. Gli osservatori dell’industria dei veicoli elettrici ritengono che, poiché la Cina è diventata uno dei più grandi mercati di veicoli elettrici e ha ampiamente controllato la fornitura di terre rare, è improbabile che la Cina abbandoni le macchine a magneti permanenti. Ma qual è la situazione di Tesla e come la pensa? Nel 2018, Tesla ha utilizzato per la prima volta un motore sincrono a magnete permanente incorporato nella Model 3, pur mantenendo il motore a induzione sull'asse anteriore. Attualmente, Tesla utilizza due tipi di motori nei suoi veicoli elettrici Model S e X, uno è un motore a magneti permanenti a terre rare e l'altro è un motore a induzione. I motori a induzione possono fornire più potenza e i motori a induzione con magneti permanenti sono più efficienti e possono migliorare l’autonomia del 10%.
L'origine del motore a magnete permanente A proposito di questo, dobbiamo menzionare come è nato il motore a magneti permanenti delle terre rare. Tutti sanno che il magnetismo genera elettricità e l'elettricità genera magnetismo, e la generazione di un motore è inseparabile da un campo magnetico. Pertanto, ci sono due modi per fornire un campo magnetico: eccitazione e magnete permanente. I motori CC, i motori sincroni e molti motori speciali in miniatura richiedono tutti un campo magnetico CC. Il metodo tradizionale consiste nell'utilizzare una bobina energizzata (chiamata polo magnetico) con un nucleo di ferro per ottenere un campo magnetico, ma il più grande svantaggio di questo metodo è che la corrente ha una perdita di energia nella resistenza della bobina (generazione di calore), riducendo così efficienza del motore e aumento dei costi operativi. A quel tempo, si pensava: se esistesse un campo magnetico permanente e non si utilizzasse più l'elettricità per generare magnetismo, l'indice economico del motore sarebbe migliorato. Così intorno agli anni '80 apparvero una varietà di materiali a magneti permanenti che furono poi applicati ai motori, realizzando motori a magneti permanenti.
Il motore a magneti permanenti delle terre rare prende l'iniziativa Quindi quali materiali possono realizzare magneti permanenti? Molti netizen pensano che esista un solo tipo di materiale. Esistono infatti quattro tipi principali di magneti in grado di generare un campo magnetico permanente, ovvero: ceramica (ferrite), alluminio nichel cobalto (AlNiCo), samario cobalto (SmCo) e neodimio ferro boro (NdFeB). Speciali leghe magnetiche al neodimio, tra cui terbio e disprosio, sono state sviluppate con temperature Curie più elevate, consentendo loro di resistere a temperature più elevate fino a 200°C.
Prima degli anni '80, i materiali magnetici permanenti erano principalmente magneti permanenti in ferrite e magneti permanenti in alnico, ma la rimanenza di questi materiali non è molto forte, quindi il campo magnetico generato è relativamente debole. Non solo, ma la forza coercitiva di questi due tipi di magneti permanenti è bassa e, una volta che incontrano un campo magnetico esterno, vengono facilmente colpiti e smagnetizzati, il che limita lo sviluppo di motori a magneti permanenti. Parliamo dei magneti delle terre rare. Infatti, i magneti delle terre rare si dividono in due tipologie di magneti permanenti: terre rare leggere e terre rare pesanti. Le riserve globali di terre rare sono costituite per circa l’85% da terre rare leggere e per il 15% da terre rare pesanti. Quest'ultimo offre magneti resistenti alle alte temperature adatti a molte applicazioni automobilistiche. Dopo gli anni '80, è apparso un materiale magnetico permanente di terre rare ad alte prestazioni: il magnete permanente NdFeB. Tali materiali hanno una rimanenza più elevata, nonché una maggiore coercività e produzione di energia, ma generalmente temperature di Curie più basse rispetto alle alternative. Il motore a magneti permanenti a terre rare che ne deriva presenta molti vantaggi, come alta efficienza, nessuna bobina di eccitazione, quindi non vi è alcuna perdita di energia di eccitazione; la permeabilità magnetica relativa è vicina a quella della macchina ad aria, il che riduce l'induttanza del motore e migliora il fattore di potenza. È proprio grazie alla migliore densità di potenza ed efficienza dei motori a magneti permanenti a terre rare che esistono molti modelli diversi di motori elettrici, e i più popolari sono i motori a magneti permanenti a terre rare. Tesla vuole liberarsene Dipendenza dalle terre rare cinesi?
Tutti sanno che la Cina fornisce la stragrande maggioranza delle risorse di terre rare nel mondo. Anche gli Stati Uniti lo hanno visto negli ultimi anni. Non vogliono essere vincolati dalla Cina nella fornitura di terre rare. Pertanto, dopo che Biden è entrato in carica, ha cercato di aumentare la sua partecipazione nella catena di approvvigionamento delle terre rare. È una delle priorità della proposta infrastrutturale da 2 trilioni di dollari. MP Materials, che ha acquistato una miniera precedentemente chiusa in California nel 2017, sta cercando di ripristinare la catena di approvvigionamento delle terre rare negli Stati Uniti, concentrandosi su neodimio e praseodimio, e spera di diventare il produttore a costo più basso. Lynas ha ricevuto finanziamenti governativi per costruire un impianto di lavorazione delle terre rare leggere in Texas e ha un altro contratto per un impianto di separazione delle terre rare pesanti in Texas. Sebbene gli Stati Uniti abbiano compiuto così tanti sforzi, gli operatori del settore credono che a breve termine, soprattutto in termini di costi, la Cina manterrà una posizione dominante nella fornitura di terre rare e gli Stati Uniti non potranno assolutamente liberarsene.
Forse Tesla lo ha visto e ha preso in considerazione l'idea di utilizzare magneti permanenti che non utilizzano affatto terre rare come motori. Questa è un'ipotesi audace, o uno scherzo, ancora non lo sappiamo. Se Tesla abbandona i motori a magneti permanenti e torna ai motori a induzione, questo non sembra essere il loro stile di fare. E Tesla vuole utilizzare motori a magneti permanenti e abbandona completamente i magneti permanenti delle terre rare, quindi ci sono due possibilità: una è avere risultati innovativi sui magneti permanenti in ceramica (ferrite) e AlNiCo originali, la seconda è che i magneti permanenti fatti di anche altri materiali in leghe non rare possono mantenere lo stesso effetto dei magneti permanenti delle terre rare. Se non sono questi due, allora Tesla probabilmente sta giocando con i concetti. Da Vukovich, presidente di Alliance LLC, una volta disse che “a causa delle caratteristiche dei magneti delle terre rare, nessun altro materiale magnetico può eguagliare le loro prestazioni ad alta resistenza. Non è possibile sostituire realmente i magneti delle terre rare”.
Indipendentemente dal fatto che Tesla stia giocando con i concetti o voglia davvero liberarsi della sua dipendenza dalla fornitura cinese di terre rare in termini di motori a magneti permanenti, l'editore ritiene che le risorse di terre rare siano molto preziose e dovremmo svilupparle razionalmente e pagare di più attenzione alle generazioni future. Allo stesso tempo, i ricercatori devono aumentare i loro sforzi di ricerca. Non diciamo se la formulazione di Tesla sia buona o meno, almeno ci ha dato qualche spunto e ispirazione.
