La afirmación de Tesla de raro

El anuncio de Tesla de diseñar un motor de imán permanente libre de tierras raras ha sorprendido a la industria. ¿Qué tecnología podría competir con el imán más potente del mercado?

Colin Campbell, director de ingeniería de transmisión de Tesla, lanzó una gran bomba en el día del inversor de Tesla el 1 de marzo. "Hemos diseñado nuestra próxima unidad de accionamiento, que utiliza un motor de imanes permanentes, para no utilizar elementos de tierras raras en absoluto", anunció. Tesla había informado previamente una reducción del 25 por ciento del contenido de tierras raras en los trenes de transmisión Model 3 y Model Y. Se esperaban más ajustes, pero pocos hubieran pensado que fuera posible que un motor de imanes permanentes libre de tierras raras estuviera cerca de la aplicación comercial.

Los primeros modelos de Tesla usaban un motor de inducción, en el que la fuerza magnética que hace que el rotor gire es generada por una corriente alterna. El Modelo 3, presentado en 2017, adoptó motores en los que se utilizan potentes imanes permanentes para generar el campo magnético. Los motores de imanes permanentes (PM) ofrecen mayor eficiencia y densidad de potencia. En 2022, más del 80 por ciento del mercado de motores de vehículos eléctricos correspondía a motores PM, según una investigación de IDTechex.

No obstante, los fabricantes de automóviles están interesados ​​en reducir su dependencia de las tierras raras para fabricar imanes potentes. Muchos todavía usan la poderosa aleación de hierro, boro y el neodimio de tierras raras (NdFeB). Se pueden agregar más tierras raras para afinar o mejorar las propiedades. El férreo control de China sobre el suministro de estos materiales es una responsabilidad para la industria automotriz, especialmente ahora que está creciendo una brecha entre Beijing y Washington. China extrae alrededor de dos tercios de la demanda mundial anual de tierras raras y refina un porcentaje aún mayor.

Además, los precios de las tierras raras son una gran preocupación. En el pasado, han estado sujetos a cambios bruscos y, en el futuro, pueden subir incómodamente alto a medida que el mundo gira hacia la electrificación y las fuentes de energía sostenibles, como los molinos de viento, lo que aumentará la demanda de imanes potentes. "A medida que el mundo hace la transición a la energía limpia, la demanda de tierras raras está aumentando dramáticamente y no solo va a ser un poco difícil satisfacer esa demanda, sino que la extracción de tierras raras tiene riesgos ambientales y para la salud", explicó Campbell.

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El problema es de física. El neodimio y algunas otras tierras raras tienen propiedades únicas que mejoran las propiedades magnéticas del hierro. No hay sustituto para ellos: los imanes permanentes de tierras raras son los mejores del mercado. De ahí la confusión sobre el anuncio de Campbell. Cualquier cosa que se le haya ocurrido a Tesla tendría que tener un impacto en el rendimiento o ser más voluminoso y pesado que el motor PM que la compañía emplea actualmente.

Adamas Intelligence, una firma de investigación y asesoría especializada en metales y minerales, espera que el candidato más probable para reemplazar a NdFeB en el motor de próxima generación de Tesla sea el imán de ferrita, que consiste en óxido de hierro mezclado con varios materiales cerámicos. “Es un concepto probado”, escribe la consultora, señalando un diseño de motor presentado hace unos meses por la japonesa Proterial (anteriormente Hitachi Metals).

Pero no es "una alternativa perfecta". En las simulaciones, el motor de imán de ferrita de Proterial igualó la salida y la velocidad de rotación máxima de un motor comparable que usa imanes de NdFeB, pero con una penalización de peso "enorme" del 30 por ciento. Un segundo diseño que igualaba la producción y el peso, pero que funcionaba a una velocidad de rotación un 50 por ciento más alta, dio como resultado "una reducción material" del par.

Una opción menos probable sería el imán de nitruro de hierro, en el que los átomos de nitrógeno añadidos inducen cambios en la estructura cristalina del hierro, potenciando las propiedades magnéticas. Esta tecnología es menos madura que la ferrita, pero Niron Magnetics, una empresa derivada de la Universidad de Minnesota, dice que está cerca de lanzar un producto que iguale el rendimiento de los imanes de tierras raras a un costo menor. Sin embargo, la compañía se está asociando con GM, no con Tesla.

Crédito de la imagen principal: Tesla

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