L'affermazione di Tesla di raro

L'annuncio di Tesla di progettare un motore a magneti permanenti privo di terre rare ha sbalordito il settore. Quale tecnologia potrebbe competere con il magnete più potente sul mercato?

Colin Campbell, direttore dell'ingegneria dei sistemi di propulsione di Tesla, ha lanciato una notizia bomba in occasione dell'Investor Day di Tesla il 1° marzo. "Abbiamo progettato la nostra prossima unità di azionamento, che utilizza un motore a magnete permanente, in modo da non utilizzare alcun elemento delle terre rare", ha annunciato. Tesla aveva precedentemente segnalato una riduzione del 25% del contenuto di terre rare nei treni di trasmissione Model 3 e Model Y. Ci si aspettavano ulteriori rifiniture, ma pochi avrebbero pensato che un motore a magneti permanenti privo di terre rare fosse vicino all’applicazione commerciale.

I primi modelli di Tesla utilizzavano un motore a induzione, in cui la forza magnetica che fa girare il rotore è generata da una corrente alternata. Il Modello 3, introdotto nel 2017, adottava motori in cui vengono utilizzati potenti magneti permanenti per generare il campo magnetico. I motori a magneti permanenti (PM) offrono maggiore efficienza e densità di potenza. Secondo una ricerca di IDTechex, nel 2022, oltre l’80% del mercato dei motori per veicoli elettrici era rappresentato da motori PM.

Tuttavia, le case automobilistiche desiderano ridurre la loro dipendenza dalle terre rare per la produzione di potenti magneti. Molti utilizzano ancora la potente lega di ferro, boro e neodimio delle terre rare (NdFeB). È possibile aggiungere più terre rare per perfezionare o migliorare le proprietà. La stretta presa della Cina sulla fornitura di questi materiali rappresenta uno svantaggio per l’industria automobilistica, soprattutto ora che sta crescendo una spaccatura tra Pechino e Washington. La Cina estrae circa due terzi della domanda mondiale annuale di terre rare e ne raffina una percentuale ancora più elevata.

Inoltre, i prezzi delle terre rare rappresentano una delle principali preoccupazioni. In passato, sono stati soggetti a oscillazioni selvagge e in futuro potrebbero salire in modo scomodo mentre il mondo ruota verso l’elettrificazione e fonti di energia sostenibili come i mulini a vento, che aumenteranno la domanda di potenti magneti. "Mentre il mondo passa all'energia pulita, la domanda di terre rare sta aumentando notevolmente e non solo sarà un po' difficile soddisfarla, ma l'estrazione di terre rare comporta rischi ambientali e sanitari", ha spiegato Campbell.

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Il problema è la fisica. Il neodimio e alcune altre terre rare hanno proprietà uniche che migliorano le proprietà magnetiche del ferro. Non c'è nulla che possa sostituirli: i magneti permanenti in terre rare sono i migliori sul mercato. Da qui la confusione sull'annuncio di Campbell. Tutto ciò che Tesla ha inventato dovrebbe incidere negativamente sulle prestazioni o essere più ingombrante e pesante del motore PM attualmente utilizzato dall’azienda.

Adamas Intelligence, una società di ricerca e consulenza specializzata in metalli e minerali, prevede che il candidato più probabile che sostituirà l'NdFeB nel motore di prossima generazione di Tesla sarà il magnete in ferrite, che consiste di ossido di ferro miscelato con vari materiali ceramici. "È un concetto collaudato", scrive la società di consulenza, citando un progetto di motore presentato alcuni mesi fa dalla giapponese Proterial (ex Hitachi Metals).

Ma non è "un'alternativa perfetta". Nelle simulazioni, il motore con magnete in ferrite di Proterial corrispondeva alla potenza e alla velocità di rotazione massima di un motore comparabile che utilizzava magneti NdFeB, ma con una riduzione di peso "enorme" del 30%. Un secondo progetto che abbinava potenza e peso ma funzionava a una velocità di rotazione superiore del 50% ha comportato "una riduzione sostanziale" della coppia.

Un’opzione meno probabile sarebbe il magnete in nitruro di ferro, in cui gli atomi di azoto aggiunti inducono cambiamenti nella struttura cristallina del ferro, aumentando le proprietà magnetiche. Questa tecnologia è meno matura della ferrite, ma Niron Magnetics, una spin-out dell'Università del Minnesota, afferma di essere vicina al lancio di un prodotto che eguagli le prestazioni dei magneti delle terre rare a un costo inferiore. La società sta collaborando con GM, tuttavia, non con Tesla.