Devido à cadeia de abastecimento e às questões ambientais, o departamento de powertrain da Tesla está trabalhando duro para remover os ímãs de terras raras dos motores e procurando soluções alternativas.
A Tesla ainda não inventou um material magnético completamente novo, por isso pode se contentar com a tecnologia existente, provavelmente usando ferrite barata e de fácil fabricação.
Ao posicionar cuidadosamente os ímãs de ferrite e ajustar outros aspectos do projeto do motor, muitos indicadores de desempenho doterra raramotores de acionamento podem ser replicados. Neste 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. 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) Pode suportar altas temperaturas.
De acordo com a Tencent Technology News, o fabricante de veículos eléctricos Tesla afirmou que os elementos de terras raras não serão mais utilizados nos motores dos seus automóveis, o que significa que os engenheiros da Tesla terão de libertar totalmente a sua criatividade na procura de soluções alternativas.
No mês passado, Elon Musk lançou a “Terceira Parte do Plano Diretor” no evento Tesla Investor Day. Entre eles, há um pequeno detalhe que tem causado sensação no campo da física. Colin Campbell, executivo sênior do departamento de trem de força 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 habilmente rotulados 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 utilizadas 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 os magnetologistas que estudam o poder mágico gerado pelo movimento eletrônico em certos materiais, a identidade da terra rara 1 é facilmente reconhecível, que é 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 esta qualidade, e ainda menos elementos de terras raras geram campos magnéticos que podem mover carros Tesla pesando mais de 2.000 quilogramas, bem como muitas outras coisas, desde robôs industriais a aviões de combate. Se a Tesla planeja remover o neodímio e outros elementos de terras raras do motor, qual ímã ela usará?
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, poderemos ter apenas algumas oportunidades para adquirir novos ímãs de negócios”. A NIron Magnets é uma das poucas startups que está tentando aproveitar a próxima oportunidade.
Blackburn e outros acreditam que é 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 metal como o estrôncio. É barato e fácil de fabricar e, desde a década de 1950, portas de refrigeradores em todo o mundo são fabricadas dessa forma.
Mas em termos de volume, o magnetismo da ferrite é apenas um décimo do magnetismo dos ímanes de neodímio, o que levanta novas questões. O CEO da Tesla, Elon Musk, sempre foi conhecido por ser intransigente, mas se a Tesla quiser mudar para a ferrite, parece que algumas concessões devem ser feitas.
É fácil acreditar que as baterias são a força dos veículos eléctricos, mas, na realidade, é a condução electromagnética que impulsiona os veículos eléctricos. Não é por acaso que tanto a Tesla Company quanto a unidade magnética “Tesla” tenham o nome da mesma pessoa. Quando os elétrons fluem através das bobinas de um motor, eles geram um campo eletromagnético que impulsiona a força magnética oposta, fazendo com que o eixo do motor gire com as rodas.
Para as rodas traseiras dos carros Tesla, essas forças são fornecidas por motores com ímãs permanentes, um material estranho com um campo magnético estável e sem entrada de corrente, graças ao giro 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 ampliar o alcance e aumentar o torque sem atualizar a bateria. Antes disso, a empresa utilizava motores de indução fabricados em torno de eletroímãs, que geram magnetismo por meio do consumo de eletricidade. Os modelos equipados com motores dianteiros ainda utilizam este modo.
A decisão de Tesla de abandonar terras raras e ímãs parece um pouco estranha. As montadoras são frequentemente obcecadas pela eficiência, especialmente no caso dos veículos elétricos, onde ainda tentam persuadir os motoristas a superar o medo da autonomia. Mas à medida que os fabricantes de automóveis começam a expandir a escala de produção de veículos eléctricos, muitos projectos que antes eram considerados demasiado ineficientes estão a ressurgir.
Isto levou os fabricantes de automóveis, incluindo a Tesla, a produzir mais carros utilizando baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP). Em comparação com baterias contendo elementos como cobalto e níquel, esses modelos geralmente têm alcance menor. Esta é uma tecnologia mais antiga, com maior peso e menor capacidade de armazenamento. Atualmente, o Modelo 3 alimentado por energia de baixa velocidade tem um alcance de 272 milhas (aproximadamente 438 quilômetros), enquanto o remoto Modelo S equipado com baterias mais avançadas pode atingir 400 milhas (640 quilômetros). No entanto, o uso de bateria de fosfato de ferro-lítio pode ser uma escolha comercial mais sensata, pois evita o uso de materiais mais caros e até politicamente arriscados.
No entanto, é improvável que Tesla simplesmente substitua os ímãs por algo pior, como ferrite, sem fazer quaisquer outras alterações. A física da Universidade de Uppsala, Alaina Vishna, disse: “Você carregará um enorme ímã em seu carro. Felizmente, os motores elétricos são máquinas bastante complexas, com muitos outros componentes que podem, teoricamente, ser reorganizados para reduzir o impacto do uso de ímãs mais fracos.
Em modelos de computador, a empresa de materiais Proterial determinou recentemente que muitos indicadores de desempenho de motores de acionamento de terras raras podem ser replicados posicionando cuidadosamente ímãs de ferrite e ajustando outros aspectos do projeto do motor. Neste caso, o peso do motor aumenta apenas cerca de 30%, o que pode ser uma pequena diferença em relação ao peso total do carro.
Apesar destas 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 ímanes em todo o mundo, mas na realidade, estes processos apresentam muitos desafios.
O analista mineral e popular blogueiro de observação de terras raras, Thomas Krumer, disse: “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 é uma enorme alavanca. O mesmo vale para carros. Mesmo que contenham apenas alguns quilogramas desta substância, removê-los significa que os carros não poderão mais funcionar, a menos que você esteja disposto a redesenhar todo o motor.
Os Estados Unidos e a Europa estão a tentar diversificar esta cadeia de abastecimento. As minas de terras raras da Califórnia, que foram encerradas no início do século XXI, reabriram recentemente e fornecem actualmente 15% dos recursos mundiais de terras raras. Nos Estados Unidos, as agências governamentais (especialmente o Departamento de Defesa) precisam de fornecer ímanes poderosos para equipamentos como aviões e satélites, e estão entusiasmadas com o investimento em cadeias de abastecimento a nível interno e em regiões como o Japão e a Europa. Mas considerando o custo, a tecnologia necessária e as questões ambientais, este é um processo lento que pode durar vários anos ou mesmo décadas.
Horário da postagem: 11 de maio de 2023