Nel settore dei veicoli elettrici, Tesla è sicuramente tra le più competitive in materia di motori e di auto elettriche. Sempre impegnata nella ricerca di nuove tecnologie per migliorare le performance della sua produzione, in occasione dell’Investor Day del marzo 2023, Tesla ha annunciato che la sua prossima generazione di motori elettrici non conterrà materiali a base di terre rare.
Data l’enorme presenza di Tesla nel mercato dei veicoli elettrici, questa potrebbe essere una transizione significativa per la progettazione e la sostenibilità dei motori elettrici.
Un pò di storia
I primi veicoli di Tesla, tra cui le Model S e X originali, utilizzavano un motore a induzione, in cui una gabbia di rame o alluminio è utilizzata sul rotore (la parte rotante del motore). Con l’uscita della Model 3 nel 2017, Tesla ha adottato l’uso di un motore a magneti permanenti (PM) in cui vengono utilizzati forti magneti per generare un campo magnetico sul rotore.
Pur mantenendo un motore a induzione per l’unità motrice secondaria (che fornisce una spinta all’accelerazione quando necessario), il passaggio a un motore a magneti permanenti ha consentito una maggiore efficienza e densità di potenza.
Nel 2022, una ricerca IDTechEx ha rilevato che oltre l’80% del mercato dei motori per veicoli elettrici era rappresentato dai motori PM.
I pro e i contro dei PM
L’aspetto negativo dei motori PM è rappresentato dai materiali utilizzati per la produzione dei magneti, ovvero le terre rare.
Questa categoria comprende materiali come il neodimio e il disprosio, che hanno costi elevati e una catena di approvvigionamento geograficamente limitata. La Cina rappresenta la stragrande maggioranza della produzione mondiale, il che ha storicamente portato alla volatilità dei prezzi.
Già nel 2011, la Cina ha limitato le esportazioni di terre rare, con un aumento dei prezzi del 750% e del 2000% rispettivamente per il neodimio e il disprosio. Verso la fine del 2020, i prezzi hanno ricominciato a salire, con un prezzo medio nel 2022 di circa 2,6 volte superiore a quello del 2017.
Oltre ai problemi di prezzo, ci sono anche quelli ambientali. L’estrazione delle terre rare può produrre acque reflue che acidificano il suolo e le falde acquifere circostanti. I rifiuti radioattivi e di metalli pesanti sono un altro potenziale sottoprodotto dell’estrazione delle terre rare.
Alcuni produttori, come Audi e Mercedes, hanno adottato motori a induzione per evitare problemi di PM, mentre BMW e Renault hanno optato per una configurazione a rotore avvolto. Questi progetti sono in genere più pesanti e meno efficienti nel complesso, ma sono stati fatti grandi progressi per ridurre al minimo questi aspetti negativi.
Come saranno i motori elettrici di Tesla
Sebbene Tesla abbia dichiarato che il suo nuovo motore sarà privo di terre rare, si tratta comunque di un motore PM.
Alcuni produttori, tra cui Tesla, hanno ridotto costantemente il contenuto di terre rare, soprattutto di terre rare pesanti, nei motori PM. Ma per essere privi di terre rare, sono necessari materiali magnetici alternativi come i magneti a base di ferrite o altre leghe. In genere, questi materiali hanno un campo magnetico molto più debole, che porta a un motore meno potente.
Ci sono alcune strategie che Tesla avrebbe potuto adottare per effettuare questa transizione, ma probabilmente si tratta di una combinazione di sviluppi nelle leghe magnetiche per migliorare l’intensità del campo e di un aumento delle dimensioni del motore per fornire una potenza simile, pur subendo una riduzione della densità di potenza, che gli automobilisti non noteranno a meno che non abbia un impatto sulle prestazioni o sullo spazio di carico.
Non conosceremo i dettagli esatti del nuovo design o dei materiali utilizzati fino a una data successiva, ma sarà interessante vedere se (e se) il resto del mercato degli EV seguirà l’esempio. L’abbandono delle terre rare da parte di Tesla potrebbe avere un impatto sulla domanda complessiva, ma se altre case automobilistiche adottassero una strategia simile, questo potrebbe rappresentare un grande spostamento del mercato verso un’alternativa più sostenibile e meno sensibile ai prezzi dei magneti di terre rare.
Il rapporto di IDTechEX
“Motori elettrici per veicoli elettrici 2022-2032” è il rapporto di IDTechEx che analizza in profondità i tipi di motori elettrici utilizzati nei veicoli elettrici e le alternative emergenti, come i motori a flusso assiale e i motori a ruota. Il rapporto prende in considerazione il mercato dei veicoli elettrici per auto, autobus, camion, furgoni e veicoli a due ruote in Cina, Europa e Stati Uniti, con previsioni sulla domanda di motori per i prossimi 10 anni.
Fornisce, inoltre, statistiche dettagliate sulle prestazioni dei motori per queste categorie e regioni, compreso un benchmark dettagliato della densità di potenza e di coppia di diversi motori utilizzati attualmente nei BEV, nei PHEV e nelle alternative future.
Il rapporto, infine, prende in considerazione anche i materiali utilizzati nei motori, come le terre rare nei magneti e il rame e l’alluminio utilizzati negli avvolgimenti dei motori, con previsioni sulla domanda di materiali fino al 2032.
