Wie kann Tesla von Seltenen Erden wegkommen

Auf dem Investorentag von Tesla im März 2023 wurde angekündigt, dass die nächste Generation von Elektromotoren keine Seltenen Erden enthalten wird. Angesichts der enormen Präsenz von Tesla auf dem Markt für Elektrofahrzeuge könnte dies einen bedeutenden Wandel für das Design und die Nachhaltigkeit von Elektromotoren darstellen.

 

Die frühen Fahrzeuge von Tesla, einschließlich des ursprünglichen Model S und X, verwendeten einen Induktionsmotor, bei dem ein Kupfer- oder Aluminiumkäfig auf dem Rotor (dem rotierenden Teil des Motors) verwendet wird. Mit der Einführung des Model 3 im Jahr 2017 wurde ein Permanentmagnetmotor (PM-Motor) eingeführt, bei dem starke Magnete zur Erzeugung eines Magnetfelds auf dem Rotor verwendet werden. Während für den Sekundärantrieb weiterhin ein Asynchronmotor verwendet wird (der bei Bedarf für zusätzliche Beschleunigung sorgt), ermöglichte die Umstellung auf ein PM-Design eine höhere Effizienz und Leistungsdichte. Im Jahr 2022 werden laut einer IDTechEx-Studie über 80 % des Marktes für Elektrofahrzeuge auf PM-Motoren entfallen.

 

Der Nachteil von PM-Motoren sind die für die Herstellung der Magnete verwendeten Materialien, nämlich Seltene Erden. Zu dieser Kategorie gehören Materialien wie Neodym und Dysprosium, die sehr teuer sind und eine geografisch begrenzte Lieferkette haben. Der überwiegende Teil der weltweiten Produktion entfällt auf China, was in der Vergangenheit zu Preisschwankungen geführt hat. Im Jahr 2011 schränkte China die Ausfuhr von Seltenen Erden ein, woraufhin die Preise für Neodym und Dysprosium um etwa 750 % bzw. 2000 % stiegen. Gegen Ende des Jahres 2020 begannen die Preise wieder zu steigen, wobei der Preis im Jahr 2022 im Durchschnitt etwa 2,6-mal höher sein wird als im Jahr 2017. Neben den Preisbedenken gibt es auch Umweltbedenken. Beim Abbau von Seltenen Erden können Abwässer entstehen, die den umliegenden Boden und das Grundwasser versauern lassen. Radioaktive und schwermetallhaltige Abfälle sind ein weiteres potenzielles Nebenprodukt des Seltenerdbergbaus.

 

Einige Hersteller wie Audi und Mercedes haben sich für Induktionsmotoren entschieden, um Probleme mit der elektrostatischen Entladung zu vermeiden, und BMW und Renault haben sich für eine gewickelte Rotorkonfiguration entschieden. Diese Konstruktionen sind in der Regel schwerer und insgesamt weniger effizient, aber es wurden große Fortschritte erzielt, um diese Nachteile zu minimieren. Tesla hat zwar angedeutet, dass sein neuer Motor frei von Seltenen Erden sein wird, aber es handelt sich immer noch um einen PM-Motor. Einige Hersteller, darunter Tesla, haben den Gehalt an Seltenen Erden, insbesondere an schweren Seltenen Erden, in PM-Motoren stetig reduziert. Um jedoch frei von Seltenen Erden zu sein, sind alternative magnetische Materialien wie Magnete auf Ferritbasis oder andere Legierungen erforderlich. Diese haben in der Regel ein viel schwächeres Magnetfeld, was zu einem Motor mit geringerer Leistungsdichte führt.

 

Es gibt einige Strategien, die Tesla für diesen Übergang hätte anwenden können, aber wahrscheinlich eine Kombination aus Entwicklungen bei den Magnetlegierungen zur Verbesserung der Feldstärke und der Vergrößerung des Motors, um ähnliche Leistungen zu erzielen, während die Leistungsdichte darunter leidet, da die Fahrer dies nicht bemerken werden, es sei denn, es wirkt sich auf die Leistung oder den Laderaum aus.

 

Die genauen Details des neuen Designs oder der verwendeten Materialien werden wir erst zu einem späteren Zeitpunkt erfahren, aber es wird interessant sein zu sehen, ob der Rest des Elektromarktes diesem Beispiel folgen wird (und kann). Der Verzicht von Tesla auf Seltene Erden allein könnte sich auf die Gesamtnachfrage auswirken, aber wenn andere Autohersteller eine ähnliche Strategie verfolgen, könnte dies eine große Marktverschiebung hin zu einer nachhaltigeren und weniger preisempfindlichen Alternative zu Seltenerdmagneten bedeuten.

 

Der IDTechEx-Bericht "Elektromotoren für Elektrofahrzeuge 2022-2032" befasst sich eingehend mit den Arten von Elektromotoren, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, sowie mit aufkommenden Alternativen wie Axialfluss- und In-Wheel-Motoren. Der Bericht befasst sich mit dem Markt für Elektrofahrzeuge für Autos, Busse, Lastwagen, Lieferwagen und Zweiräder in China, Europa und den USA, einschließlich Prognosen für die Motornachfrage in den nächsten 10 Jahren. Detaillierte Statistiken zur Motorleistung werden für diese Kategorien und Regionen angegeben, einschließlich eines detaillierten Leistungs- und Drehmomentdichte-Benchmarks verschiedener Motoren, die derzeit in BEVs, PHEVs und zukünftigen Alternativen verwendet werden. Die in den Motoren verwendeten Materialien werden ebenfalls berücksichtigt, wobei neben Kupfer und Aluminium in den Motorwicklungen auch Seltene Erden in Magneten berücksichtigt werden, mit Prognosen zum Materialbedarf bis 2032.

 

Weitere Informationen zu diesem IDTechEx-Bericht, einschließlich Beispielseiten zum Herunterladen, finden Sie unter www.IDTechEx.com/Motors.