Reivindicação de Tesla de rara

O anúncio da Tesla de projetar um motor de ímã permanente livre de terras raras surpreendeu a indústria. Que tecnologia poderia competir com o imã mais forte do mercado?

Colin Campbell, diretor de engenharia de trem de força da Tesla, lançou uma bomba no dia do investidor da Tesla em 1º de março. "Nós projetamos nossa próxima unidade de acionamento, que usa um motor de ímã permanente, para não usar nenhum elemento de terras raras", anunciou ele. A Tesla havia relatado anteriormente uma redução de 25% no conteúdo de terras raras nos trens de força do Modelo 3 e do Modelo Y. Outros ajustes eram esperados, mas poucos teriam pensado que um motor de ímã permanente livre de terras raras estivesse próximo da aplicação comercial.

Os primeiros modelos de Tesla usavam um motor de indução, no qual a força magnética que faz o rotor girar é gerada por uma corrente alternada. O Modelo 3, lançado em 2017, adotou motores nos quais fortes ímãs permanentes são usados ​​para gerar o campo magnético. Os motores de ímã permanente (PM) oferecem maior eficiência e densidade de potência. Em 2022, mais de 80% do mercado de motores de veículos elétricos foi representado por motores PM, de acordo com pesquisa da IDTechex.

No entanto, as montadoras estão empenhadas em reduzir sua dependência de terras raras para fabricar ímãs fortes. Muitos ainda usam a poderosa liga de ferro, boro e neodímio de terras raras (NdFeB). Mais terras raras podem ser adicionadas para ajustar ou melhorar as propriedades. O controle rígido da China sobre o fornecimento desses materiais é uma responsabilidade para a indústria automobilística, especialmente agora que uma divisão está crescendo entre Pequim e Washington. A China extrai cerca de dois terços da demanda mundial anual de terras raras e refina uma porcentagem ainda maior.

Além disso, os preços das terras raras são uma grande preocupação. No passado, eles estiveram sujeitos a fortes oscilações e, no futuro, podem subir desconfortavelmente alto à medida que o mundo gira em direção à eletrificação e fontes de energia sustentáveis, como moinhos de vento, que aumentarão a demanda por ímãs fortes. “À medida que o mundo faz a transição para a energia limpa, a demanda por terras raras está realmente aumentando dramaticamente e não apenas será um pouco difícil atender a essa demanda, mas a mineração de terras raras apresenta riscos ambientais e de saúde”, explicou Campbell.

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O problema é a física. O neodímio e algumas outras terras raras têm propriedades únicas que aumentam as propriedades magnéticas do ferro. Não há substituto para eles – os ímãs permanentes de terras raras são os melhores do mercado. Daí a confusão sobre o anúncio de Campbell. Qualquer coisa que a Tesla inventar teria que prejudicar o desempenho ou ser mais volumoso e pesado do que o motor PM que a empresa emprega atualmente.

A Adamas Intelligence, uma empresa de pesquisa e consultoria especializada em metais e minerais, espera que o candidato mais provável para substituir o NdFeB no motor de próxima geração da Tesla seja o ímã de ferrite, que consiste em óxido de ferro misturado com vários materiais cerâmicos. "É um conceito comprovado", escreve a consultoria, apontando para um projeto de motor apresentado há alguns meses pela japonesa Proterial (antiga Hitachi Metals).

Mas não é "uma alternativa perfeita". Em simulações, o motor de ímã de ferrite da Proterial combinou com a saída e a velocidade máxima de rotação de um motor comparável usando ímãs de NdFeB, mas com uma penalidade de peso "massiva" de 30 por cento. Um segundo projeto combinando potência e peso, mas operando a uma velocidade de rotação 50% maior, resultou em "uma redução de material" no torque.

Uma opção menos provável seria o ímã de nitreto de ferro, no qual os átomos de nitrogênio adicionados induzem mudanças na estrutura cristalina do ferro, aumentando as propriedades magnéticas. Essa tecnologia é menos madura que a ferrita, mas a Niron Magnetics, uma subsidiária da Universidade de Minnesota, diz que está perto de lançar um produto que iguala o desempenho dos ímãs de terras raras a um custo menor. A empresa está fazendo parceria com a GM, no entanto, não com a Tesla.