Aufgrund von Lieferketten- und Umweltproblemen arbeitet die Antriebsstrangabteilung von Tesla intensiv daran, Seltenerdmagnete aus Motoren zu entfernen, und sucht nach alternativen Lösungen.
Tesla hat noch kein völlig neues Magnetmaterial erfunden und könnte daher mit bestehender Technologie auskommen, höchstwahrscheinlich mit billigem und einfach herzustellendem Ferrit.
Durch die sorgfältige Positionierung von Ferritmagneten und die Anpassung anderer Aspekte des Motordesigns können viele Leistungsindikatoren vonseltene ErdeAntriebsmotoren können nachgebildet werden. In diesem Fall erhöht sich das Gewicht des Motors nur um etwa 30 %, was im Vergleich zum Gesamtgewicht des Autos möglicherweise nur einen kleinen Unterschied darstellt.
4. Neue Magnetmaterialien müssen die folgenden drei grundlegenden Eigenschaften aufweisen: 1) sie müssen magnetisch sein; 2) Den Magnetismus auch in Gegenwart anderer Magnetfelder aufrechterhalten; 3) Kann hohen Temperaturen standhalten.
Laut Tencent Technology News hat der Elektrofahrzeughersteller Tesla erklärt, dass in seinen Automotoren keine Seltenerdelemente mehr verwendet werden, was bedeutet, dass die Ingenieure von Tesla ihrer Kreativität bei der Suche nach alternativen Lösungen voll freien Lauf lassen müssen.
Letzten Monat veröffentlichte Elon Musk auf der Veranstaltung zum Tesla Investor Day den „dritten Teil des Masterplans“. Darunter gibt es ein kleines Detail, das in der Physik für Aufsehen gesorgt hat. Colin Campbell, ein leitender Angestellter in der Antriebsstrangabteilung von Tesla, gab bekannt, dass sein Team aufgrund von Lieferkettenproblemen und den erheblichen negativen Auswirkungen der Produktion von Seltenerdmagneten Seltenerdmagnete aus Motoren entfernt.
Um dieses Ziel zu erreichen, präsentierte Campbell zwei Folien mit drei mysteriösen Materialien, die geschickt als Seltene Erden 1, Seltene Erden 2 und Seltene Erden 3 bezeichnet wurden. Die erste Folie stellt die aktuelle Situation von Tesla dar und zeigt die Menge an Seltenen Erden, die das Unternehmen in jedem Fahrzeug verwendet reicht von einem halben Kilogramm bis 10 Gramm. Auf der zweiten Folie wurde der Verbrauch aller Seltenerdelemente auf Null reduziert.
Für Magnetologen, die die magische Kraft untersuchen, die durch elektronische Bewegung in bestimmten Materialien erzeugt wird, ist die Identität der seltenen Erde 1 leicht zu erkennen, bei der es sich um Neodym handelt. Wenn dieses Metall zu üblichen Elementen wie Eisen und Bor hinzugefügt wird, kann es dabei helfen, ein starkes, ständig aktives Magnetfeld zu erzeugen. Aber nur wenige Materialien haben diese Qualität, und noch weniger Seltenerdelemente erzeugen Magnetfelder, die über 2000 Kilogramm schwere Tesla-Autos und viele andere Dinge, von Industrierobotern bis hin zu Kampfjets, bewegen können. Wenn Tesla plant, Neodym und andere Seltenerdelemente aus dem Motor zu entfernen, welchen Magneten wird es stattdessen verwenden?
Für Physiker steht fest: Tesla hat kein völlig neuartiges magnetisches Material erfunden. Andy Blackburn, Executive Vice President of Strategy bei NIron Magnets, sagte: „In über 100 Jahren werden wir möglicherweise nur wenige Möglichkeiten haben, neue Geschäftsmagnete zu erwerben.“ NIron Magnets ist eines der wenigen Startups, die versuchen, die nächste Chance zu nutzen.
Blackburn und andere halten es für wahrscheinlicher, dass Tesla sich entschieden hat, mit einem viel schwächeren Magneten auszukommen. Unter vielen Möglichkeiten ist Ferrit der offensichtlichste Kandidat: eine Keramik aus Eisen und Sauerstoff, gemischt mit einer kleinen Menge Metall wie Strontium. Es ist sowohl günstig als auch einfach herzustellen, und seit den 1950er Jahren werden Kühlschranktüren auf der ganzen Welt auf diese Weise hergestellt.
Doch volumenmäßig beträgt der Magnetismus von Ferrit nur ein Zehntel des Neodym-Magneten, was neue Fragen aufwirft. Elon Musk, CEO von Tesla, war schon immer für seine Kompromisslosigkeit bekannt, aber wenn Tesla auf Ferrit umsteigen will, müssen offenbar einige Zugeständnisse gemacht werden.
Es ist leicht zu glauben, dass Batterien die Energie von Elektrofahrzeugen sind, aber in Wirklichkeit ist es elektromagnetischer Antrieb, der Elektrofahrzeuge antreibt. Es ist kein Zufall, dass sowohl die Tesla Company als auch die Magneteinheit „Tesla“ nach derselben Person benannt sind. Wenn Elektronen durch die Spulen eines Motors fließen, erzeugen sie ein elektromagnetisches Feld, das die entgegengesetzte Magnetkraft erzeugt und dazu führt, dass sich die Motorwelle mit den Rädern dreht.
Für die Hinterräder von Tesla-Autos werden diese Kräfte von Motoren mit Permanentmagneten bereitgestellt, einem seltsamen Material mit einem stabilen Magnetfeld und ohne Stromzufuhr, dank der cleveren Drehung von Elektronen um Atome. Tesla hat erst vor etwa fünf Jahren damit begonnen, diese Magnete in Autos einzubauen, um die Reichweite zu erhöhen und das Drehmoment zu erhöhen, ohne die Batterie aufzurüsten. Zuvor verwendete das Unternehmen Induktionsmotoren, die auf Elektromagneten basieren, die durch den Verbrauch von Strom Magnetismus erzeugen. Die mit Frontmotoren ausgestatteten Modelle nutzen weiterhin diesen Modus.
Teslas Schritt, auf seltene Erden und Magnete zu verzichten, erscheint etwas seltsam. Automobilhersteller sind häufig von Effizienz besessen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, wo sie immer noch versuchen, den Fahrern die Angst vor der Reichweite zu nehmen. Doch während die Automobilhersteller beginnen, den Produktionsumfang von Elektrofahrzeugen auszuweiten, tauchen viele Projekte wieder auf, die zuvor als zu ineffizient galten.
Dies hat Automobilhersteller, darunter auch Tesla, dazu veranlasst, mehr Autos mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) zu produzieren. Im Vergleich zu Batterien, die Elemente wie Kobalt und Nickel enthalten, haben diese Modelle oft eine geringere Reichweite. Hierbei handelt es sich um eine ältere Technologie mit höherem Gewicht und geringerer Speicherkapazität. Derzeit hat das mit langsamer Geschwindigkeit betriebene Model 3 eine Reichweite von 272 Meilen (ungefähr 438 Kilometer), während das ferngesteuerte Model S, das mit fortschrittlicheren Batterien ausgestattet ist, eine Reichweite von 400 Meilen (640 Kilometer) erreichen kann. Der Einsatz einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie kann jedoch eine sinnvollere Geschäftsentscheidung sein, da dadurch der Einsatz teurerer und sogar politisch riskanter Materialien vermieden wird.
Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Tesla Magnete einfach durch etwas Schlimmeres wie Ferrit ersetzt, ohne weitere Änderungen vorzunehmen. Die Physikerin Alaina Vishna von der Universität Uppsala sagte: „Sie werden einen riesigen Magneten in Ihrem Auto haben. Glücklicherweise sind Elektromotoren recht komplexe Maschinen mit vielen anderen Komponenten, die theoretisch neu angeordnet werden können, um die Auswirkungen der Verwendung schwächerer Magnete zu verringern.
In Computermodellen hat das Materialunternehmen Proterial kürzlich festgestellt, dass viele Leistungsindikatoren von Seltenerd-Antriebsmotoren durch sorgfältige Positionierung von Ferritmagneten und Anpassung anderer Aspekte des Motordesigns nachgebildet werden können. In diesem Fall erhöht sich das Gewicht des Motors nur um etwa 30 %, was im Vergleich zum Gesamtgewicht des Autos möglicherweise nur einen kleinen Unterschied darstellt.
Trotz dieser Probleme haben Automobilhersteller immer noch viele Gründe, auf Seltene Erden zu verzichten, sofern sie dazu in der Lage sind. Der Wert des gesamten Seltenerdmarktes ähnelt dem des Eiermarktes in den Vereinigten Staaten, und theoretisch können Seltenerdelemente weltweit abgebaut, verarbeitet und in Magnete umgewandelt werden, doch in Wirklichkeit stellen diese Prozesse viele Herausforderungen dar.
Der Mineralienanalyst und beliebte Blogger zur Beobachtung seltener Erden, Thomas Krumer, sagte: „Dies ist eine 10-Milliarden-Dollar-Industrie, aber der Wert der jedes Jahr hergestellten Produkte liegt zwischen 2 und 3 Billionen US-Dollar, was einen enormen Hebel darstellt.“ Dasselbe gilt auch für Autos. Selbst wenn sie nur wenige Kilogramm dieses Stoffes enthalten, bedeutet ihre Entfernung, dass Autos nicht mehr fahren können, es sei denn, Sie sind bereit, den gesamten Motor neu zu konstruieren
Die Vereinigten Staaten und Europa versuchen, diese Lieferkette zu diversifizieren. Die kalifornischen Seltenerdminen, die zu Beginn des 21. Jahrhunderts geschlossen wurden, wurden kürzlich wiedereröffnet und liefern derzeit 15 % der weltweiten Seltenerdressourcen. In den Vereinigten Staaten müssen Regierungsbehörden (insbesondere das Verteidigungsministerium) leistungsstarke Magnete für Geräte wie Flugzeuge und Satelliten bereitstellen und investieren begeistert in Lieferketten im Inland und in Regionen wie Japan und Europa. Angesichts der Kosten, der erforderlichen Technologie und der Umweltaspekte ist dies jedoch ein langsamer Prozess, der mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte dauern kann.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 11. Mai 2023