Debido a problemas ambientais e da cadea de subministración, o departamento de transmisión de Tesla está a traballar arreo para eliminar os imáns de terras raras dos motores e está a buscar solucións alternativas.
Tesla aínda non inventou un material magnético completamente novo, polo que pode conformarse coa tecnoloxía existente, probablemente empregando ferrita barata e fácil de fabricar.
Ao colocar coidadosamente os imáns de ferrita e axustar outros aspectos do deseño do motor, moitos indicadores de rendemento deterras rarasos motores de accionamento pódense replicar. Neste caso, o peso do motor só aumenta arredor dun 30 %, o que pode supoñer unha pequena diferenza en comparación co peso total do coche.
4. Os novos materiais magnéticos deben ter as seguintes tres características básicas: 1) deben ter magnetismo; 2) Continuar a manter o magnetismo en presenza doutros campos magnéticos; 3) Poder soportar altas temperaturas.
Segundo Tencent Technology News, o fabricante de vehículos eléctricos Tesla declarou que os elementos de terras raras xa non se usarán nos motores dos seus automóbiles, o que significa que os enxeñeiros de Tesla terán que dar renda solta á súa creatividade para atopar solucións alternativas.
O mes pasado, Elon Musk publicou a "Terceira Parte do Plan Director" no evento do Día do Investidor de Tesla. Entre eles, hai un pequeno detalle que causou sensación no campo da física. Colin Campbell, un alto executivo do departamento de transmisión de Tesla, anunciou que o seu equipo está a eliminar os imáns de terras raras dos motores debido a problemas na cadea de subministración e ao importante impacto negativo da produción de imáns de terras raras.
Para acadar este obxectivo, Campbell presentou dúas diapositivas que incluían tres materiais misteriosos etiquetados habilmente como terra rara 1, terra rara 2 e terra rara 3. A primeira diapositiva representa a situación actual de Tesla, onde a cantidade de terras raras utilizadas pola empresa en cada vehículo oscila entre medio quilogramo e 10 gramos. Na segunda diapositiva, o uso de todos os elementos de terras raras reduciuse a cero.
Para os magnetólogos que estudan o poder máxico xerado polo movemento electrónico en certos materiais, a identidade da terra rara 1 é facilmente recoñecible, que é o neodimio. Cando se engade a elementos comúns como o ferro e o boro, este metal pode axudar a crear un campo magnético forte e sempre activo. Pero poucos materiais teñen esta calidade, e aínda menos elementos de terras raras xeran campos magnéticos que poden mover os coches Tesla que pesan máis de 2000 quilogramos, así como moitas outras cousas, desde robots industriais ata avións de combate. Se Tesla planea eliminar o neodimio e outros elementos de terras raras do motor, que imán usará no seu lugar?
Para os físicos, unha cousa é certa: Tesla non inventou un tipo de material magnético completamente novo. Andy Blackburn, vicepresidente executivo de estratexia de NIron Magnets, afirmou: «En máis de 100 anos, pode que só teñamos unhas poucas oportunidades para adquirir novos imáns comerciais». NIron Magnets é unha das poucas empresas emerxentes que intenta aproveitar a próxima oportunidade.
Blackburn e outros cren que é máis probable que Tesla decidise conformarse cun imán moito menos potente. Entre moitas posibilidades, a candidata máis obvia é a ferrita: unha cerámica composta de ferro e osíxeno, mesturada cunha pequena cantidade de metal como o estroncio. É barata e fácil de fabricar e, desde a década de 1950, as portas de frigoríficos de todo o mundo fabrícanse deste xeito.
Pero en termos de volume, o magnetismo da ferrita é só unha décima parte do dos imáns de neodimio, o que expón novas preguntas. O CEO de Tesla, Elon Musk, sempre foi coñecido por ser intransixente, pero se Tesla quere cambiar á ferrita, parece que hai que facer algunhas concesións.
É doado crer que as baterías son a enerxía dos vehículos eléctricos, pero en realidade, é a condución electromagnética a que impulsa os vehículos eléctricos. Non é casualidade que tanto a empresa Tesla como a unidade magnética "Tesla" leven o nome da mesma persoa. Cando os electróns flúen a través das bobinas dun motor, xeran un campo electromagnético que impulsa a forza magnética oposta, facendo que o eixe do motor xire coas rodas.
Para as rodas traseiras dos coches Tesla, estas forzas son proporcionadas por motores con imáns permanentes, un material estraño cun campo magnético estable e sen entrada de corrente, grazas ao intelixente xiro dos electróns arredor dos átomos. Tesla comezou a engadir estes imáns aos coches hai uns cinco anos, para ampliar a autonomía e aumentar o par motor sen actualizar a batería. Antes diso, a empresa utilizaba motores de indución fabricados arredor de electroimáns, que xeran magnetismo ao consumir electricidade. Os modelos equipados con motores dianteiros aínda usan este modo.
A decisión de Tesla de abandonar as terras raras e os imáns semella un pouco estraña. As empresas automobilísticas adoitan estar obsesionadas coa eficiencia, especialmente no caso dos vehículos eléctricos, onde aínda intentan persuadir os condutores para que superen o medo á autonomía. Pero a medida que os fabricantes de automóbiles comezan a ampliar a escala de produción de vehículos eléctricos, están a resurgir moitos proxectos que antes se consideraban demasiado ineficientes.
Isto levou aos fabricantes de automóbiles, incluído Tesla, a producir máis coches con baterías de fosfato de litio e ferro (LFP). En comparación coas baterías que conteñen elementos como o cobalto e o níquel, estes modelos adoitan ter unha autonomía máis curta. Trátase dunha tecnoloxía máis antiga, con maior peso e menor capacidade de almacenamento. Na actualidade, o Model 3 alimentado por enerxía de baixa velocidade ten unha autonomía de aproximadamente 438 quilómetros, mentres que o Model S remoto equipado con baterías máis avanzadas pode alcanzar os 640 quilómetros. Non obstante, o uso de baterías de fosfato de litio e ferro pode ser unha opción empresarial máis sensata, porque evita o uso de materiais máis caros e mesmo politicamente arriscados.
Non obstante, é improbable que Tesla simplemente substitúa os imáns por algo peor, como a ferrita, sen facer ningún outro cambio. A física da Universidade de Uppsala, Alaina Vishna, dixo: «Levarás un imán enorme no teu coche. Afortunadamente, os motores eléctricos son máquinas bastante complexas con moitos outros compoñentes que, en teoría, poden reorganizarse para reducir o impacto do uso de imáns máis débiles».
En modelos informáticos, a empresa de materiais Proterial determinou recentemente que moitos indicadores de rendemento dos motores de terras raras pódense replicar colocando coidadosamente os imáns de ferrita e axustando outros aspectos do deseño do motor. Neste caso, o peso do motor só aumenta arredor dun 30 %, o que pode supoñer unha pequena diferenza en comparación co peso total do coche.
A pesar destas dores de cabeza, as empresas automobilísticas aínda teñen moitas razóns para abandonar os elementos de terras raras, sempre que poidan facelo. O valor de todo o mercado de terras raras é similar ao do mercado de ovos nos Estados Unidos e, teoricamente, os elementos de terras raras pódense extraer, procesar e converter en imáns en todo o mundo, pero en realidade, estes procesos presentan moitos desafíos.
Thomas Krumer, analista de minerais e popular blogueiro de observación de terras raras, dixo: «Esta é unha industria de 10.000 millóns de dólares, pero o valor dos produtos creados cada ano oscila entre os 2 e os 3 billóns de dólares, o que supón unha gran vantaxe. O mesmo ocorre cos coches. Mesmo se só conteñen uns poucos quilogramos desta substancia, eliminalos significa que os coches xa non poden funcionar a menos que se estea disposto a redeseñar todo o motor».
Os Estados Unidos e Europa están a tentar diversificar esta cadea de subministración. As minas de terras raras de California, que pecharon a principios do século XXI, reabriron recentemente e actualmente subministran o 15 % dos recursos de terras raras do mundo. Nos Estados Unidos, as axencias gobernamentais (especialmente o Departamento de Defensa) necesitan fornecer imáns potentes para equipos como avións e satélites, e están entusiasmadas por investir en cadeas de subministración a nivel nacional e en rexións como Xapón e Europa. Pero tendo en conta o custo, a tecnoloxía requirida e os problemas ambientais, este é un proceso lento que pode durar varios anos ou incluso décadas.
Data de publicación: 11 de maio de 2023