Teslas neuer Elektromotor ohne seltene Erden ist eine große Sache – aber nicht SO große.

Neben Teslas eher unauffälliger Cybercab-Veranstaltung diese Woche präsentierte das Unternehmen seinen neuen Cybercab-Motor ohne Seltene Erden, der angeblich die Leistungsdichte und Effizienz erheblich steigert.

Es handelt sich dabei um eine Art Errungenschaft, doch um zu verstehen, wie bedeutend sie tatsächlich ist, müssen wir zunächst erkennen, was all das eigentlich bedeutet. Machen Sie es sich bequem.

Viel wurde bereits über den Einsatz von „Seltenerden“ in Elektrofahrzeugen gesprochen. Doch es gibt ein Problem: Viele, die diesen Begriff gehört haben, haben keine Ahnung, was „Seltene Erden“ sind, wie sie verwendet werden und welche Folgen ihr Einsatz hat.

Die Ingenieure, die diese Produkte entwerfen, wissen natürlich um diese Aspekte. Ihre Aufgabe besteht darin, jeden Teil des Fahrzeugs zu optimieren, an dem sie arbeiten, und es gibt stets Optimierungsbedarf. Die Lieferkettenmanager, die die von den Ingenieuren verwendeten Materialien beschaffen, haben diese dazu gedrängt, den Einsatz bestimmter teurer oder schwer erhältlicher Materialien zu minimieren.

Aber das alles gehört zum Innenleben der Branche. Die Öffentlichkeit hört meist nur von „seltener Erden“, findet das etwas beunruhigend und geht weiter.

Deshalb gibt es viele Missverständnisse darüber, was seltene Erden eigentlich sind und wie sie in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Ich werde versuchen, einige dieser Missverständnisse hier aufzuklären und anschließend zu erklären, was Tesla gestern Abend tatsächlich bekannt gegeben hat.

Was sind „seltene Erden“?

In der Periodentabelle sind die „Seltene Erden“ jene, die im untenstehenden Diagramm in Rot markiert sind – die Lanthanide sowie Scandium und Yttrium. Tatsächlich sind sie gar nicht besonders selten, wobei Neodym etwa zwei Drittel so häufig vorkommt wie Kupfer.

Neodym ist der Stoff, auf den wir uns hier am meisten konzentrieren werden, da er für Elektroautos relevant ist. Er wird in leistungsstarken Magneten verwendet und kommt somit in Elektronikgeräten zum Einsatz, die leistungsstarke, kleine Magnete benötigen, wie z. B. Lautsprecher, Festplatten und Elektromotoren. Dysprosium, Terbium und Praseodym werden ebenfalls häufig als Zusätze in Neodymmagneten eingesetzt.

Wie werden Seltene Erden in Elektroautos verwendet?

Tatsächlich werden keiner dieser Elemente üblicherweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Somit liegt das Problem nicht bei der Batterie, sondern beim Motor. Ein Elektrofahrzeugmotor enthält nur etwa 1 kg dieser Seltenen Erden – sehr wenig pro Fahrzeug, aber viel, wenn man von Massenproduktion ausgeht.

Zudem werden Seltenen Erden nicht in jedem Typ von Elektrofahrzeugmotor verwendet – Tesla setzt sie in Permanentmagnetsmotoren ein, aber nicht in seinen Wechselstrom-Asynchronmotoren. Wechselstrom-Asynchronmotoren erzeugen Magnetfelder durch elektrische Ströme, nicht mit einem physischen Magneten.

Ursprünglich verwendete Tesla in seinen Fahrzeugen Wechselstrom-Asynchronmotoren, die keine Seltenearzenelemente benötigten. Tatsächlich leitet sich der Name des Unternehmens davon ab – Nikola Tesla war der Erfinder des Wechselstrom-Asynchronmotors. Doch als das Model 3 auf den Markt kam, führte das Unternehmen einen neuen Permanentmagnetmotor ein und begann schließlich, diese Motoren auch in seinen anderen Fahrzeugen zu verwenden.

Was behauptet Tesla nun?

Im Jahr 2023 kündigte Tesla an, an der Entwicklung von Elektromotoren mit Permanentmagneten ohne Seltenearzenelemente zu arbeiten. Dazu prüfte Tesla vermutlich die Verwendung von Eisenferrit oder Aluminium-Nickel-Kobalt für die Magnete – obwohl letzteres lediglich ein anderes Lieferproblem mit sich bringt. Es gibt weitere Forschungsmaterialien, doch diese sind vermutlich zu klein dimensioniert für Teslas Ziele.

Gestern Abend behauptete Tesla auf der Cybercab-Veranstaltung, dass das Cybercab einen neuen Motor verwendet, der um 18 % kleiner, 25 % leichter und effizienter ist als andere hochleistungsstarke Antriebsmodule. Elon Musk, der CEO von Tesla und nicht bei der Veranstaltung anwesend, antwortete auf Twitter und fügte hinzu, dass der Motor keine seltene Erdenmetalle verwendet.

Die heutigen Nachrichten könnten somit die Verwirklichung von Teslas Bemühungen ohne seltene Erdenmagnete darstellen, doch da es kein Kommunikationsteam bei Tesla gibt, dem wir Fragen zu den verwendeten Materialien stellen könnten, bleibt dies vorerst unklar.

Bis jetzt haben wir diesen Motor nur im Cybercab gesehen, aber es ist möglich, dass Tesla ihn auf andere Fahrzeuge überträgt, so wie es bereits bei dem Umstieg auf Permanentmagnetmotoren im Model 3 getan hat, die anschließend in anderen Modellen der Tesla-Reihe zu finden waren.

Was die Behauptung, es sei „extrem schwierig zu erreichen“, angeht – nun, Musk sagt das ja über alles. Vielleicht stimmt das auch. Respekt an Tesla dafür, es geschafft zu haben. Aber welchen praktischen Vorteil haben wir dadurch?

Warum ist Teslas Behauptung wichtig?

Der Grund, warum all das von Bedeutung ist, liegt darin, dass Permanentmagnetmotoren im Allgemeinen effizienter und kleiner sind als Asynchronmotoren – beides ist für Automobilhersteller offensichtlich wichtig.

Der Cybercab wurde mit einem Energieverbrauch von 165 Wh/mi zertifiziert, was ihn zum effizientesten Elektroauto auf den Straßen macht. Dies liegt an seiner geringen Größe, seinem tief angeordneten aerodynamischen Design, seinem geringen Gewicht, seiner Zwei-Sitzer-Konstruktion sowie vermutlich auch an seinem effizienteren Elektromotor.

Doch effizientere Elektromotoren spielen eigentlich keine so große Rolle. Selbst die am ineffizientesten konstruierten Elektromotoren in Elektrofahrzeugen sind bereits äußerst effizient und wandeln 90 Prozent oder mehr der eingesetzten Energie in Drehmoment um.

Daher führt ein zusätzlicher Gewinn von ein paar Prozent nicht wirklich zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Gesamteffizienz des Systems. Beachten Sie beispielsweise, dass Tesla zwar prozentuale Veränderungen bei Größe und Leistung angab, aber keine prozentuale Verbesserung der Effizienz nannte – vermutlich weil diese relativ gering ist.

Wichtiger ist, dass Tesla, falls es ihm gelingt, einen Dauermagnetmotor ohne Seltene Erden zu entwickeln, die benötigte Leistungsdichte erreichen und diesen in ein kleines Fahrzeug wie den Cybercab unterbringen kann, wodurch hier und da etwas mehr Platz entsteht, um alles ordentlich und kompakt unterzubringen. Eine unermüdliche Konzentration auf solche kleinen Optimierungen ist es, die das Entstehen von äußerst effizienten Fahrzeugen ermöglicht.

Daher sind die bessere Verpackung und höhere Effizienz Vorteile, die in das Gesamtkonzept des Strebens nach Höchsteffizienz passen – doch diese Vorteile wären vermutlich auch mit Seltenerd-Magneten erzielbar gewesen. Es gibt jedoch noch einen weiteren Grund, Seltene Erden aus einem Motor zu entfernen.

Warum sind Seltene Erden eigentlich wichtig?

Aber der Nachteil der Seltenen Erden besteht darin, dass sie zwar nicht besonders selten sind, dennoch schwer zu beschaffen sind. Das liegt daran, dass der größte Teil der weltweiten Versorgung mit den meisten Seltenen Erden durch ein Land verarbeitet wird – China – was China theoretisch die Macht gibt, zu bestimmen, wer sie nutzen darf.

In dem früheren Paradigma des freien Handels war das nicht so wichtig – Rohstoffe waren schließlich Rohstoffe und man konnte sie bei jedem kaufen, der sie hatte. In diesem Fall war China es, das sie besaß.

Doch die Konzentration der Ressourcen wurde im Laufe des letzten Jahres besonders relevant, als China genug von dem Unsinn hatte, der aus dem senilen „Squatter“ im Weißen Haus kam (den Musk als größter Einzelspender unterstützt), und beschloss, Exportkontrollen für die Verarbeitung von Seltenen Erden einzuführen.

Jeder wusste, dass so etwas passieren konnte, und genau deshalb arbeiteten Tesla und andere ursprünglich daran, den Einsatz seltener Erden zu verringern. Doch dann ist es tatsächlich passiert – und Musk war dabei eine der Ursachen, indem er seinem Unternehmen dort tatsächlich half, Kumpel – und plötzlich wurde es für alle viel dringender, entweder neue Lieferquellen außerhalb Chinas zu finden oder ihren Verbrauch zu senken.

Also… wie groß ist das Problem hier eigentlich?

Das ist also die Bedeutung dieser Nachricht – sie hat nichts mit Batterien zu tun, auch nicht so sehr aufgrund von Umwelt- oder Menschenrechtsauswirkungen. Es handelt sich um eine Effizienzsteigerung, allerdings keine besonders große, und es ist auch kein wirklich bahnbrechender neuer Technologietransfer, an den zuvor niemand gedacht hätte. Es ist einfach die Umsetzung von Technologien, über die bereits seit längerer Zeit nachgedacht wird, um einer Bedrohung entgegenzuwirken, die in letzter Zeit immer dringender geworden ist – auf eine Weise, die voraussichtlich skalierbar ist, falls Tesla tatsächlich damit beginnt, diese Technologie auf mehr als die etwa 45 Cybercabs auszudehnen, die das Unternehmen derzeit in Texas zum Einsatz registriert hat (und wir sind sicher, dass es das tun wird).

Das ist eine Nachricht – und sie ist interessant. Aber vielleicht nicht gerade weltbewegend.