El problema de las tierras raras en la movilidad eléctrica

En 2021, se espera que la demanda de motores para vehículos eléctricos aumente en un 40%. Dado que estos motores utilizan materiales magnéticos, existe la preocupación de que, a medida que este mercado crezca, las fuentes de materias primas no sean suficientes. Los materiales magnéticos dependen en gran medida de materiales de tierras raras como el neodimio y el disprosio, que son costosos, producen muchos desechos y son complejos de extraer. ¿Seguirán los fabricantes de vehículos eléctricos dependiendo tanto de las tierras raras en el futuro?

El problema actual con las tierras raras

La cadena de suministro de tierras raras está extremadamente restringida geográficamente. China representa la gran mayoría de la producción mundial, lo que históricamente ha llevado a la volatilidad de los precios. En 2011, China restringió las exportaciones de tierras raras al ver un aumento de precio aproximado del 750% y 2000% para el neodimio y el disprosio, respectivamente. Desde entonces, los precios se han mantenido bastante estables, aparte de un aumento de 1,5 veces en 2017 como consecuencia de las reformas ambientales en China. En la actualidad, el precio es especialmente volátil y se ha multiplicado por 2 desde principios de año.

Además de inquietud por los precios, existen preocupaciones medioambientales. Las tierras raras se extraen de minerales que pueden contener materiales radiactivos como el torio y la extracción de las tierras raras necesarias normalmente utiliza una gran cantidad de compuestos cancerígenos como amoniaco, ácido clorhídrico y sulfatos. Se ha estimado que procesar 1 tonelada de tierras raras puede producir hasta 2000 toneladas de desechos tóxicos.

Cómo solucionar el problema

Los motores de accionamiento eléctrico vienen en muchos diseños diferentes, siendo los más populares las máquinas de imán permanente, pero algunos diseños no requieren imanes permanentes (y por lo tanto, tierras raras). El motor de inducción utiliza una jaula de cobre o aluminio en su rotor, un diseño utilizado históricamente por Tesla para sus Model S y X. Algunos han adoptado una configuración de rotor bobinado con bobinados de cobre en el rotor, como Renault para su Zoe. Por otra parte, especialmente en los segmentos de vehículos pesados o comerciales, están optando por el motor de reluctancia conmutada que tiene un rotor de acero al silicio sin la necesidad de imanes o cobre en el rotor.

Por lo general, los motores de imanes permanentes presentan una mejor densidad de potencia y eficiencia, de ahí que muchos los utilicen. Además de eliminar los imanes, se están realizando esfuerzos para reducir el contenido de tierras raras o al menos un elevado contenido de tierras raras de los imanes. Fabricantes como Honda y Nissan han reducido o eliminado el componente pesado de tierras raras.

La situación real en el mercado de eléctricos

Según la investigación de IDTechEx (“Motores de vehículos eléctricos 2022-2032”), en 2020, el 77% del mercado de automóviles eléctricos utilizó motores de imanes permanentes, una proporción que se ha mantenido bastante constante durante los últimos 5 años.

El significativo aumento del precio del neodimio en 2011 puede haber influido en la decisión de Renault de continuar con su diseño de rotor bobinado y en el desarrollo de los motores de inducción de Audi utilizados para el e-tron. Sin embargo, con el precio establecido, cada vez se ven más cambios a los motores de imanes permanentes.

En 2018, Tesla adoptó un motor de imán permanente para la parte posterior de su Model 3, mientras mantiene un motor de inducción en el eje delantero y el nuevo Q4 e-tron de Audi para 2021 adopta un enfoque similar. Un fabricante que recientemente ha hecho el cambio a un diseño de rotor bobinado es BMW, que lo utilizará en su sistema de propulsión de quinta generación que impulsará sus vehículos eléctricos de próxima generación, incluidos el iX3, i4 y otros.

Fuente: IDTechEx.

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