Debido a problemas medioambientales y de la cadena de suministro, el departamento de tren motriz de Tesla está trabajando arduamente para eliminar los imanes de tierras raras de los motores y está buscando soluciones alternativas.
Tesla aún no ha inventado un material magnético completamente nuevo, por lo que puede conformarse con la tecnología existente, probablemente utilizando ferrita barata y fácil de fabricar.
Al colocar cuidadosamente los imanes de ferrita y ajustar otros aspectos del diseño del motor, muchos indicadores de rendimiento detierras rarasLos motores de accionamiento se pueden replicar. En este caso, el peso del motor sólo aumenta aproximadamente un 30%, lo que puede suponer una pequeña diferencia en comparación con el peso total del coche.
4. Los nuevos materiales magnéticos deben tener las siguientes tres características básicas: 1) deben tener magnetismo; 2) Continuar manteniendo el magnetismo en presencia de otros campos magnéticos; 3) Puede soportar altas temperaturas.
Según Tencent Technology News, el fabricante de vehículos eléctricos Tesla ha declarado que ya no se utilizarán elementos de tierras raras en los motores de sus automóviles, lo que significa que los ingenieros de Tesla tendrán que dar rienda suelta a su creatividad para encontrar soluciones alternativas.
El mes pasado, Elon Musk lanzó la “Tercera Parte del Plan Maestro” en el evento del Día del Inversor de Tesla. Entre ellos, hay un pequeño detalle que ha causado sensación en el campo de la física. Colin Campbell, alto ejecutivo del departamento de tren motriz de Tesla, anunció que su equipo está eliminando los imanes de tierras raras de los motores debido a problemas en la cadena de suministro y al importante impacto negativo de la producción de imanes de tierras raras.
Para lograr este objetivo, Campbell presentó dos diapositivas que involucran tres materiales misteriosos inteligentemente etiquetados como tierra rara 1, tierra rara 2 y tierra rara 3. La primera diapositiva representa la situación actual de Tesla, donde la cantidad de tierras raras utilizadas por la compañía en cada vehículo oscila entre medio kilogramo y 10 gramos. En la segunda diapositiva, el uso de todos los elementos de tierras raras se ha reducido a cero.
Para los magnetólogos que estudian el poder mágico generado por el movimiento electrónico en ciertos materiales, la identidad de la tierra rara 1 es fácilmente reconocible: el neodimio. Cuando se agrega a elementos comunes como el hierro y el boro, este metal puede ayudar a crear un campo magnético fuerte y siempre activo. Pero pocos materiales tienen esta cualidad, y aún menos elementos de tierras raras generan campos magnéticos que pueden mover autos Tesla que pesan más de 2000 kilogramos, así como muchas otras cosas, desde robots industriales hasta aviones de combate. Si Tesla planea eliminar el neodimio y otros elementos de tierras raras del motor, ¿qué imán utilizará en su lugar?
Para los físicos una cosa es segura: Tesla no inventó un tipo de material magnético completamente nuevo. Andy Blackburn, vicepresidente ejecutivo de estrategia de NIron Magnets, dijo: "En más de 100 años, es posible que solo tengamos unas pocas oportunidades para adquirir nuevos imanes comerciales". NIron Magnets es una de las pocas startups que intenta aprovechar la próxima oportunidad.
Blackburn y otros creen que es más probable que Tesla haya decidido conformarse con un imán mucho menos potente. Entre muchas posibilidades, la candidata más obvia es la ferrita: una cerámica compuesta de hierro y oxígeno, mezclada con una pequeña cantidad de metal como el estroncio. Es barato y fácil de fabricar y, desde la década de 1950, las puertas de frigoríficos de todo el mundo se fabrican de esta manera.
Pero en términos de volumen, el magnetismo de la ferrita es sólo una décima parte del de los imanes de neodimio, lo que plantea nuevas preguntas. El director ejecutivo de Tesla, Elon Musk, siempre ha sido conocido por ser intransigente, pero si Tesla va a pasarse a la ferrita, parece que se deben hacer algunas concesiones.
Es fácil creer que las baterías son la energía de los vehículos eléctricos, pero en realidad es la conducción electromagnética la que impulsa los vehículos eléctricos. No es casualidad que tanto la Compañía Tesla como la unidad magnética “Tesla” lleven el nombre de la misma persona. Cuando los electrones fluyen a través de las bobinas de un motor, generan un campo electromagnético que impulsa la fuerza magnética opuesta, lo que hace que el eje del motor gire con las ruedas.
Para las ruedas traseras de los coches Tesla, estas fuerzas las proporcionan motores con imanes permanentes, un material extraño con un campo magnético estable y sin entrada de corriente, gracias al inteligente giro de los electrones alrededor de los átomos. Tesla recién comenzó a agregar estos imanes a los automóviles hace unos cinco años, para ampliar el alcance y aumentar el torque sin actualizar la batería. Anteriormente, la empresa utilizaba motores de inducción fabricados alrededor de electroimanes, que generan magnetismo consumiendo electricidad. Los modelos equipados con motores delanteros siguen utilizando este modo.
La decisión de Tesla de abandonar las tierras raras y los imanes parece un poco extraña. Las empresas de automóviles suelen estar obsesionadas con la eficiencia, especialmente en el caso de los vehículos eléctricos, donde todavía están intentando persuadir a los conductores para que superen su miedo a la autonomía. Pero a medida que los fabricantes de automóviles comienzan a ampliar la escala de producción de vehículos eléctricos, están resurgiendo muchos proyectos que antes se consideraban demasiado ineficientes.
Esto ha llevado a los fabricantes de automóviles, incluido Tesla, a producir más automóviles utilizando baterías de fosfato de hierro y litio (LFP). En comparación con las baterías que contienen elementos como cobalto y níquel, estos modelos suelen tener un alcance más corto. Se trata de una tecnología más antigua, con mayor peso y menor capacidad de almacenamiento. En la actualidad, el Model 3 propulsado por energía de baja velocidad tiene un alcance de 272 millas (aproximadamente 438 kilómetros), mientras que el Model S remoto equipado con baterías más avanzadas puede alcanzar 400 millas (640 kilómetros). Sin embargo, el uso de baterías de fosfato de hierro y litio puede ser una opción comercial más sensata, porque evita el uso de materiales más caros e incluso políticamente riesgosos.
Sin embargo, es poco probable que Tesla simplemente reemplace los imanes con algo peor, como la ferrita, sin realizar ningún otro cambio. Alaina Vishna, física de la Universidad de Uppsala, dijo: “Llevarás un imán enorme en tu coche. Afortunadamente, los motores eléctricos son máquinas bastante complejas con muchos otros componentes que, en teoría, pueden reorganizarse para reducir el impacto del uso de imanes más débiles.
En modelos informáticos, la empresa de materiales Proterial determinó recientemente que muchos indicadores de rendimiento de los motores de accionamiento de tierras raras se pueden replicar colocando cuidadosamente los imanes de ferrita y ajustando otros aspectos del diseño del motor. En este caso, el peso del motor sólo aumenta aproximadamente un 30%, lo que puede suponer una pequeña diferencia en comparación con el peso total del coche.
A pesar de estos dolores de cabeza, las empresas automovilísticas todavía tienen muchas razones para abandonar las tierras raras, siempre que puedan hacerlo. El valor de todo el mercado de tierras raras es similar al del mercado de huevos en los Estados Unidos y, en teoría, los elementos de tierras raras pueden extraerse, procesarse y convertirse en imanes en todo el mundo, pero en realidad, estos procesos presentan muchos desafíos.
El analista de minerales y popular bloguero de observación de tierras raras Thomas Krumer dijo: “Esta es una industria de 10 mil millones de dólares, pero el valor de los productos creados cada año oscila entre 2 y 3 billones de dólares, lo cual es una palanca enorme. Lo mismo ocurre con los coches. Aunque solo contengan unos pocos kilogramos de esta sustancia, eliminarlos significa que los coches ya no podrán funcionar a menos que estés dispuesto a rediseñar todo el motor.
Estados Unidos y Europa están intentando diversificar esta cadena de suministro. Las minas de tierras raras de California, que se cerraron a principios del siglo XXI, han reabierto recientemente y actualmente suministran el 15% de los recursos de tierras raras del mundo. En Estados Unidos, las agencias gubernamentales (especialmente el Departamento de Defensa) necesitan proporcionar imanes potentes para equipos como aviones y satélites, y están entusiasmadas con la inversión en cadenas de suministro a nivel nacional y en regiones como Japón y Europa. Pero considerando el costo, la tecnología requerida y las cuestiones ambientales, se trata de un proceso lento que puede durar varios años o incluso décadas.
Hora de publicación: 11 de mayo de 2023