Debido a problemas medioambientales y de la cadena de suministro, el departamento de motores 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 arreglárselas 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, se pueden lograr muchos indicadores de rendimiento detierras rarasLos motores de accionamiento se pueden replicar. En este caso, el peso del motor solo aumenta aproximadamente un 30 %, lo que puede representar una pequeña diferencia en comparación con el peso total del vehículo.
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) poder 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 presentó la "Tercera Parte del Plan Maestro" en el 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 sistemas de propulsión 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 su producción.
Para lograr este objetivo, Campbell presentó dos diapositivas con tres materiales misteriosos, ingeniosamente etiquetados como tierras raras 1, 2 y 3. La primera diapositiva representa la situación actual de Tesla, donde la cantidad de tierras raras que utiliza 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. Al añadirse a elementos comunes como el hierro y el boro, este metal puede ayudar a crear un campo magnético intenso y permanente. Sin embargo, pocos materiales poseen esta cualidad, y aún menos elementos de tierras raras generan campos magnéticos capaces de mover coches Tesla de más de 2000 kilogramos, así como muchos otros aparatos, 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, afirmó: «En más de 100 años, es posible que solo tengamos unas pocas oportunidades de 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 usar un imán mucho menos potente. Entre muchas posibilidades, la más obvia es la ferrita: una cerámica compuesta de hierro y oxígeno, mezclada con una pequeña cantidad de metal como el estroncio. Es económica y fácil de fabricar, y desde la década de 1950, las puertas de refrigeradores de todo el mundo se han fabricado de esta manera.
Pero en términos de volumen, el magnetismo de la ferrita es solo una décima parte del de los imanes de neodimio, lo que plantea nuevas preguntas. Elon Musk, director ejecutivo de Tesla, siempre ha sido conocido por su inflexibilidad, pero si Tesla decide adoptar la ferrita, parece que deberá 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 los impulsa. No es casualidad que la compañía Tesla y 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, haciendo que el eje del motor gire con las ruedas.
En las ruedas traseras de los coches Tesla, estas fuerzas son proporcionadas por motores con imanes permanentes, un material peculiar con un campo magnético estable y sin entrada de corriente, gracias al ingenioso giro de los electrones alrededor de los átomos. Tesla empezó a incorporar estos imanes a sus coches hace apenas cinco años para ampliar la autonomía y aumentar el par motor sin necesidad de actualizar la batería. Antes de esto, la compañía utilizaba motores de inducción fabricados con electroimanes, que generan magnetismo mediante el consumo de electricidad. Los modelos equipados con motores delanteros siguen utilizando este modo.
La decisión de Tesla de abandonar las tierras raras y los imanes resulta un tanto extraña. Las compañías automotrices suelen estar obsesionadas con la eficiencia, especialmente en el caso de los vehículos eléctricos, donde aún intentan convencer a los conductores de que superen su miedo a la autonomía. Pero a medida que los fabricantes de automóviles comienzan a expandir la escala de producción de vehículos eléctricos, muchos proyectos que antes se consideraban demasiado ineficientes están resurgiendo.
Esto ha impulsado a los fabricantes de automóviles, incluyendo a Tesla, a producir más vehículos con baterías de fosfato de hierro y litio (LFP). En comparación con las baterías que contienen elementos como el cobalto y el níquel, estos modelos suelen tener una autonomía menor. Se trata de una tecnología más antigua, con mayor peso y menor capacidad de almacenamiento. Actualmente, el Model 3, impulsado a baja velocidad, tiene una autonomía de aproximadamente 438 kilómetros (272 millas), mientras que el Model S, equipado con baterías más avanzadas, puede alcanzar los 640 kilómetros (400 millas). Sin embargo, el uso de baterías de fosfato de hierro y litio puede ser una opción comercial más sensata, ya que evita el uso de materiales más caros e incluso políticamente arriesgados.
Sin embargo, es poco probable que Tesla simplemente reemplace los imanes con algo peor, como la ferrita, sin realizar otros cambios. La física de la Universidad de Uppsala, Alaina Vishna, afirmó: «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 computacionales, la empresa de materiales Proterial determinó recientemente que muchos indicadores de rendimiento de los motores de tierras raras pueden replicarse mediante la colocación cuidadosa de los imanes de ferrita y el ajuste de otros aspectos del diseño del motor. En este caso, el peso del motor solo aumenta aproximadamente un 30%, lo cual puede representar una pequeña diferencia en comparación con el peso total del automóvil.
A pesar de estos problemas, las empresas automotrices aún tienen muchas razones para abandonar los elementos de tierras raras, siempre que puedan hacerlo. El valor de todo el mercado de tierras raras es similar al del mercado de huevos en Estados Unidos, y teóricamente, los elementos de tierras raras pueden extraerse, procesarse y convertirse en imanes en todo el mundo; sin embargo, en realidad, estos procesos presentan numerosos desafíos.
El analista de minerales y popular bloguero de observación de tierras raras, Thomas Krumer, afirmó: «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 representa una palanca enorme. Lo mismo ocurre con los automóviles. Incluso si solo contienen unos pocos kilogramos de esta sustancia, eliminarlos significa que los automóviles ya no pueden funcionar a menos que se esté dispuesto a rediseñar todo el motor».
Estados Unidos y Europa están intentando diversificar esta cadena de suministro. Las minas de tierras raras de California, cerradas a principios del siglo XXI, reabrieron recientemente y actualmente suministran el 15 % de los recursos mundiales de tierras raras. En Estados Unidos, las agencias gubernamentales (especialmente el Departamento de Defensa) necesitan proporcionar potentes imanes 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. Sin embargo, considerando el costo, la tecnología requerida y los problemas ambientales, este es un proceso lento que puede durar varios años o incluso décadas.
Hora de publicación: 11 de mayo de 2023