Aufgrund von Lieferketten- und Umweltproblemen arbeitet die Antriebsabteilung von Tesla intensiv daran, Seltenerdmagnete aus den Motoren zu entfernen und sucht nach alternativen Lösungen.
Tesla hat noch kein völlig neues Magnetmaterial erfunden und wird sich daher möglicherweise mit der vorhandenen Technologie begnügen müssen, wobei höchstwahrscheinlich billiges und leicht herzustellendes Ferrit zum Einsatz kommt.
Durch sorgfältige Positionierung der Ferritmagnete und Anpassung anderer Aspekte des Motordesigns können viele Leistungsindikatoren vonSeltene ErdenAntriebsmotoren können nachgebaut werden. In diesem Fall erhöht sich das Gewicht des Motors nur um etwa 30 %, was im Vergleich zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs einen geringen Unterschied darstellen kann.
4. Neue Magnetmaterialien müssen die folgenden drei grundlegenden Eigenschaften aufweisen: 1) Sie müssen magnetisch sein. 2) Sie müssen auch in Gegenwart anderer Magnetfelder magnetisch bleiben. 3) Sie müssen hohen Temperaturen standhalten.
Laut Tencent Technology News hat der Elektrofahrzeughersteller Tesla erklärt, dass in seinen Automotoren keine Seltenen Erden mehr verwendet werden. Das bedeutet, dass Teslas Ingenieure ihrer Kreativität bei der Suche nach alternativen Lösungen freien Lauf lassen müssen.
Letzten Monat veröffentlichte Elon Musk auf dem Tesla Investor Day den „dritten Teil des Masterplans“. Darin befindet sich ein kleines Detail, das in der Physik für Aufsehen sorgte. Colin Campbell, leitender Angestellter in Teslas Antriebsabteilung, gab bekannt, dass sein Team aufgrund von Lieferkettenproblemen und den erheblichen negativen Auswirkungen der Produktion von Seltenerdmagneten Seltenerdmagnete aus den 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 Teslas aktuelle Situation dar, in der die Menge an Seltenen Erden, die das Unternehmen in jedem Fahrzeug verwendet, zwischen einem halben Kilogramm und zehn Gramm liegt. Auf der zweiten Folie wurde die Verwendung aller Seltenen Erden auf Null reduziert.
Magnetologen, die die magische Kraft erforschen, die durch elektronische Bewegung in bestimmten Materialien entsteht, erkennen leicht die Identität von Seltenerdmetall 1: Neodym. In Kombination mit gängigen Elementen wie Eisen und Bor kann dieses Metall ein starkes, permanentes Magnetfeld erzeugen. Doch nur wenige Materialien verfügen über diese Eigenschaft, und noch weniger Seltenerdmetalle erzeugen Magnetfelder, die Tesla-Autos mit einem Gewicht von über 2000 Kilogramm sowie viele andere Dinge von Industrierobotern bis hin zu Kampfjets bewegen können. Falls Tesla plant, Neodym und andere Seltenerdmetalle aus dem Motor zu entfernen, welchen Magneten wird das Unternehmen stattdessen verwenden?
Für Physiker steht fest: Tesla hat kein völlig neues magnetisches Material erfunden. Andy Blackburn, Executive Vice President of Strategy bei Niron Magnets, sagte: „In über 100 Jahren werden wir möglicherweise nur wenige Gelegenheiten haben, neue Magnete zu erschließen.“ Niron Magnets ist eines der wenigen Startups, die versuchen, die nächste Chance zu nutzen.
Blackburn und andere halten es für wahrscheinlicher, dass Tesla sich für einen deutlich schwächeren Magneten entschieden hat. Unter den vielen Möglichkeiten ist Ferrit der naheliegendste Kandidat: eine Keramik aus Eisen und Sauerstoff, gemischt mit einer geringen Menge Metall wie Strontium. Ferrit ist sowohl günstig als auch einfach herzustellen, und seit den 1950er Jahren werden Kühlschranktüren weltweit auf diese Weise hergestellt.
Volumenmäßig beträgt der Magnetismus von Ferrit jedoch nur ein Zehntel des Magnetismus von Neodym-Magneten, was neue Fragen aufwirft. Tesla-Chef Elon Musk galt schon immer als kompromisslos, doch wenn Tesla auf Ferrit umsteigen will, scheint es, als müssten einige Zugeständnisse gemacht werden.
Man könnte meinen, Batterien seien der Antrieb von Elektrofahrzeugen, doch in Wirklichkeit ist es der elektromagnetische Antrieb, der Elektrofahrzeuge antreibt. Nicht zufällig sind sowohl die Tesla Company als auch die Magneteinheit „Tesla“ nach derselben Person benannt. Wenn Elektronen durch die Spulen eines Motors fließen, erzeugen sie ein elektromagnetisches Feld, das die entgegengesetzte Magnetkraft erzeugt und die Motorwelle mit den Rädern rotieren lässt.
Für die Hinterräder der Tesla-Fahrzeuge werden diese Kräfte durch Motoren mit Permanentmagneten erzeugt. Permanentmagnete sind ein ungewöhnliches Material mit stabilem Magnetfeld und ohne Stromzufuhr, dank der geschickten Rotation von Elektronen um Atome. Tesla begann erst vor etwa fünf Jahren, diese Magnete in seine Fahrzeuge einzubauen, um die Reichweite zu erhöhen und das Drehmoment zu steigern, ohne die Batterie aufrüsten zu müssen. Zuvor verwendete das Unternehmen Induktionsmotoren mit Elektromagneten, die durch Stromaufnahme Magnetismus erzeugen. Die mit Frontmotoren ausgestatteten Modelle nutzen diesen Modus noch immer.
Teslas Schritt, auf Seltene Erden und Magnete zu verzichten, mutet etwas seltsam an. Automobilhersteller sind oft von Effizienz besessen, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, wo sie immer noch versuchen, die Reichweitenangst der Fahrer zu überwinden. Doch da die Automobilhersteller beginnen, die Produktion von Elektrofahrzeugen auszuweiten, tauchen viele Projekte, die zuvor als zu ineffizient galten, wieder auf.
Dies hat Automobilhersteller wie Tesla dazu veranlasst, mehr Fahrzeuge mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) zu produzieren. Im Vergleich zu Batterien mit Elementen wie Kobalt und Nickel haben diese Modelle oft eine geringere Reichweite. Es handelt sich um eine ältere Technologie mit höherem Gewicht und geringerer Speicherkapazität. Derzeit hat das Model 3 mit langsamem Antrieb eine Reichweite von 272 Meilen (ca. 438 Kilometer), während das mit moderneren Batterien ausgestattete Model S 400 Meilen (640 Kilometer) erreichen kann. Die Verwendung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien könnte jedoch eine sinnvollere Geschäftsentscheidung sein, da sie den Einsatz teurerer und sogar politisch riskanter Materialien vermeidet.
Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Tesla die 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 mitführen. 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.“
Das Werkstoffunternehmen Proterial stellte kürzlich anhand von Computermodellen fest, dass sich viele Leistungsindikatoren von Seltenerd-Antriebsmotoren durch die gezielte Positionierung von Ferritmagneten und die Anpassung weiterer Aspekte des Motordesigns reproduzieren lassen. In diesem Fall erhöht sich das Motorgewicht nur um etwa 30 %, was im Vergleich zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs nur einen geringen Unterschied ausmachen dürfte.
Trotz dieser Schwierigkeiten gibt es für Automobilhersteller viele Gründe, auf Seltene Erden zu verzichten, sofern sie dies tun können. Der Wert des gesamten Seltenerdmarktes ist vergleichbar mit dem des Eiermarktes in den USA. Theoretisch könnten Seltene Erden weltweit abgebaut, verarbeitet und zu Magneten verarbeitet werden. In der Praxis bergen diese Prozesse jedoch viele Herausforderungen.
Der Mineralienanalyst und bekannte Blogger für Seltene Erden Thomas Krumer sagte: „Dies ist eine 10-Milliarden-Dollar-Industrie, aber der Wert der jährlich hergestellten Produkte liegt zwischen 2 und 3 Billionen Dollar, was einen enormen Hebel darstellt. Dasselbe gilt für Autos. Selbst wenn sie nur wenige Kilogramm dieser Substanz enthalten, bedeutet ihre Entfernung, dass Autos nicht mehr fahren können, es sei denn, man ist bereit, den gesamten Motor neu zu konstruieren.“
Die USA und Europa versuchen, diese Lieferkette zu diversifizieren. Die kalifornischen Seltenerdminen, die Anfang des 21. Jahrhunderts geschlossen wurden, wurden kürzlich wiedereröffnet und decken derzeit 15 % der weltweiten Seltenerdressourcen. In den USA benötigen Regierungsbehörden (insbesondere das Verteidigungsministerium) leistungsstarke Magnete für Geräte wie Flugzeuge und Satelliten und investieren eifrig 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.
Veröffentlichungszeit: 11. Mai 2023