Devido a problemas ambientais e na cadeia de suprimentos, o departamento de transmissão de energia da Tesla está trabalhando duro para remover ímãs de terras raras dos motores e está procurando soluções alternativas.
A Tesla ainda não inventou um material magnético completamente novo, então pode se contentar com a tecnologia existente, provavelmente usando ferrita barata e de fácil fabricação.
Ao posicionar cuidadosamente os ímãs de ferrite e ajustar outros aspectos do projeto do motor, muitos indicadores de desempenho deterras rarasOs motores de acionamento podem ser replicados. Nesse caso, o peso do motor aumenta apenas cerca de 30%, o que pode ser uma pequena diferença em relação ao peso total do carro.
4. Os novos materiais magnéticos precisam ter as três características básicas a seguir: 1) precisam ter magnetismo; 2) continuar a manter o magnetismo na presença de outros campos magnéticos; 3) podem suportar altas temperaturas.
De acordo com o Tencent Technology News, a fabricante de veículos elétricos Tesla declarou que elementos de terras raras não serão mais usados em seus motores de carro, o que significa que os engenheiros da Tesla terão que liberar totalmente sua criatividade para encontrar soluções alternativas.
No mês passado, Elon Musk divulgou a "Terceira Parte do Plano Mestre" no evento Tesla Investor Day. Entre eles, há um pequeno detalhe que causou sensação no campo da física. Colin Campbell, executivo sênior do departamento de powertrain da Tesla, anunciou que sua equipe está removendo ímãs de terras raras dos motores devido a problemas na cadeia de suprimentos e ao impacto negativo significativo da produção de ímãs de terras raras.
Para atingir esse objetivo, Campbell apresentou dois slides envolvendo três materiais misteriosos, inteligentemente identificados como terras raras 1, terras raras 2 e terras raras 3. O primeiro slide representa a situação atual da Tesla, onde a quantidade de terras raras usada pela empresa em cada veículo varia de meio quilo a 10 gramas. No segundo slide, o uso de todos os elementos de terras raras foi reduzido a zero.
Para magnetologistas que estudam o poder mágico gerado pelo movimento eletrônico em certos materiais, a identidade da terra rara 1 é facilmente reconhecível: o neodímio. Quando adicionado a elementos comuns como ferro e boro, esse metal pode ajudar a criar um campo magnético forte e sempre ativo. Mas poucos materiais têm essa qualidade, e ainda menos elementos de terras raras geram campos magnéticos capazes de mover carros Tesla com mais de 2.000 quilos, bem como muitas outras coisas, de robôs industriais a jatos de combate. Se a Tesla planeja remover o neodímio e outros elementos de terras raras do motor, qual ímã usará em seu lugar?
Para os físicos, uma coisa é certa: Tesla não inventou um tipo completamente novo de material magnético. Andy Blackburn, vice-presidente executivo de estratégia da NIron Magnets, disse: "Em mais de 100 anos, talvez tenhamos apenas algumas oportunidades para adquirir novos ímãs comerciais". A NIron Magnets é uma das poucas startups que tenta aproveitar a próxima oportunidade.
Blackburn e outros acreditam ser mais provável que Tesla tenha decidido se contentar com um ímã muito menos potente. Entre muitas possibilidades, a candidata mais óbvia é a ferrita: uma cerâmica composta de ferro e oxigênio, misturada com uma pequena quantidade de um metal como o estrôncio. É barata e fácil de fabricar e, desde a década de 1950, portas de geladeiras em todo o mundo são fabricadas dessa maneira.
Mas, em termos de volume, o magnetismo da ferrite é apenas um décimo do dos ímãs de neodímio, o que levanta novas questões. O CEO da Tesla, Elon Musk, sempre foi conhecido por ser intransigente, mas se a Tesla pretende migrar para a ferrite, parece que algumas concessões precisam ser feitas.
É fácil acreditar que as baterias são a força motriz dos veículos elétricos, mas, na realidade, é a condução eletromagnética que impulsiona os veículos elétricos. Não é por acaso que tanto a Tesla Company quanto a unidade magnética "Tesla" levam o nome da mesma pessoa. Quando elétrons fluem pelas bobinas de um motor, eles geram um campo eletromagnético que impulsiona a força magnética oposta, fazendo com que o eixo do motor gire junto com as rodas.
Para as rodas traseiras dos carros Tesla, essas forças são fornecidas por motores com ímãs permanentes, um material peculiar com um campo magnético estável e sem entrada de corrente, graças à rotação inteligente dos elétrons em torno dos átomos. A Tesla só começou a adicionar esses ímãs aos carros há cerca de cinco anos, a fim de estender a autonomia e aumentar o torque sem precisar trocar a bateria. Antes disso, a empresa utilizava motores de indução fabricados em torno de eletroímãs, que geram magnetismo ao consumir eletricidade. Os modelos equipados com motores dianteiros ainda utilizam esse modo.
A decisão da Tesla de abandonar terras raras e ímãs parece um tanto estranha. As montadoras costumam ser obcecadas por eficiência, especialmente no caso de veículos elétricos, onde ainda tentam persuadir os motoristas a superar o medo da autonomia. Mas, à medida que as montadoras começam a expandir a escala de produção de veículos elétricos, muitos projetos que antes eram considerados ineficientes estão ressurgindo.
Isso levou as montadoras, incluindo a Tesla, a produzir mais carros com baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP). Comparadas às baterias que contêm elementos como cobalto e níquel, esses modelos costumam ter um alcance menor. Trata-se de uma tecnologia mais antiga, com maior peso e menor capacidade de armazenamento. Atualmente, o Model 3, movido a energia de baixa velocidade, tem um alcance de aproximadamente 438 quilômetros (272 milhas), enquanto o Model S, equipado com baterias mais avançadas, pode atingir 640 quilômetros (400 milhas). No entanto, o uso de baterias de fosfato de ferro-lítio pode ser uma escolha comercial mais sensata, pois evita o uso de materiais mais caros e até mesmo politicamente arriscados.
No entanto, é improvável que a Tesla simplesmente substitua os ímãs por algo pior, como ferrite, sem fazer outras alterações. A física Alaina Vishna, da Universidade de Uppsala, disse: "Você carregará um ímã enorme no seu carro. Felizmente, os motores elétricos são máquinas bastante complexas, com muitos outros componentes que, teoricamente, podem ser reorganizados para reduzir o impacto do uso de ímãs mais fracos."
Em modelos computacionais, a empresa de materiais Proterial determinou recentemente que muitos indicadores de desempenho de motores de terras raras podem ser replicados posicionando cuidadosamente ímãs de ferrite e ajustando outros aspectos do projeto do motor. Nesse caso, o peso do motor aumenta apenas cerca de 30%, o que pode ser uma pequena diferença em comparação com o peso total do carro.
Apesar dessas dores de cabeça, as montadoras ainda têm muitos motivos para abandonar os elementos de terras raras, desde que possam fazê-lo. O valor de todo o mercado de terras raras é semelhante ao do mercado de ovos nos Estados Unidos e, teoricamente, os elementos de terras raras podem ser extraídos, processados e convertidos em ímãs em todo o mundo, mas, na realidade, esses processos apresentam muitos desafios.
O analista de minerais e popular blogueiro de observação de terras raras, Thomas Krumer, afirmou: “Esta é uma indústria de US$ 10 bilhões, mas o valor dos produtos criados a cada ano varia de US$ 2 trilhões a US$ 3 trilhões, o que representa uma alavancagem enorme. O mesmo vale para os carros. Mesmo que contenham apenas alguns quilos dessa substância, removê-los significa que os carros não podem mais funcionar, a menos que você esteja disposto a redesenhar todo o motor.”
Os Estados Unidos e a Europa estão buscando diversificar essa cadeia de suprimentos. As minas de terras raras da Califórnia, que foram fechadas no início do século XXI, foram reabertas recentemente e atualmente fornecem 15% dos recursos de terras raras do mundo. Nos Estados Unidos, agências governamentais (especialmente o Departamento de Defesa) precisam fornecer ímãs poderosos para equipamentos como aviões e satélites, e estão entusiasmadas em investir em cadeias de suprimentos no mercado interno e em regiões como Japão e Europa. Mas, considerando o custo, a tecnologia necessária e as questões ambientais, esse é um processo lento que pode durar vários anos ou até décadas.
Data de publicação: 11 de maio de 2023