Il nuovo motore per veicoli elettrici di Tesla senza terre rare è un passo importante, ma non così tanto.

Oltre all’evento discreto di Cybercab tenutosi questa settimana da Tesla, l’azienda ha presentato il suo nuovo motore Cybercab privo di terre rare, che si dice aumenti notevolmente la densità di potenza ed l’efficienza.

Si tratta di una sorta di conquista, ma per comprendere appieno la sua importanza dobbiamo prima capire cosa significhi realmente tutto questo. Allacciatevi le cinture.

Molto si è detto sull’uso delle “terre rare” nei veicoli elettrici. Tuttavia c’è un problema: molte persone che hanno sentito questo termine non hanno idea di cosa siano le “terre rare”, come vengano utilizzate e quali ne siano le conseguenze.

Gli ingegneri che progettano questi prodotti ovviamente conoscono queste cose. Il loro compito è ottimizzare qualsiasi componente del veicolo su cui stanno lavorando, e c’è sempre qualche tipo di ottimizzazione da effettuare. Inoltre, i responsabili della catena di approvvigionamento che acquistano i materiali utilizzati dagli ingegneri hanno esercitato pressioni su di loro affinché riducessero al minimo l’uso di determinati materiali costosi o difficili da reperire.

Tuttavia, tutto questo riguarda un ambito piuttosto ristretto. Il pubblico sente solitamente parlare di “terre rare”, pensa che suoni un po’ spaventoso e passa oltre.

Pertanto, esistono molti fraintendimenti riguardo a ciò che sono realmente le terre rare e al modo in cui vengono utilizzate nei veicoli elettrici. Cercherò di chiarire alcuni di questi fraintendimenti e poi spiegare cosa abbia effettivamente annunciato Tesla ieri sera.

Cos’è una “terra rara”?

Nella tavola periodica, gli “elementi terre rare” sono quelli evidenziati in rosso nella figura sottostante: i lantanidi, oltre allo scandio e all’ittrio. In realtà non sono affatto particolarmente rari, visto che il neodimio è presente in quantità circa due terzi superiori a quella del rame.

Il neodimio è quello su cui ci concentreremo di più, poiché è il principale elemento rilevante per le auto elettriche. Viene utilizzato in magneti potenti e quindi finisce negli apparecchi elettronici che necessitano di magneti piccoli ma potenti, come altoparlanti, hard disk e motori elettrici. Anche il disprosio, il terbio e il praseodimio vengono spesso utilizzati come additivi nei magneti al neodimio.

In che modo le terre rare vengono utilizzate nelle auto elettriche?

In realtà, nessuno di questi elementi viene solitamente utilizzato nelle batterie al litio-ione. Quindi il problema non è la batteria, bensì il motore. Un motore di auto elettrica contiene soltanto circa 1 kg di questi elementi a terra rara: una quantità molto piccola per veicolo, ma considerevole se si considera la produzione su larga scala.

Inoltre, gli elementi a terra rara non vengono utilizzati in tutti i tipi di motori per auto elettriche: Tesla li ha impiegati nei motori a magneti permanenti, ma non nei suoi motori ad induzione alternata. I motori ad induzione alternata generano campi magnetici attraverso correnti elettriche, e non grazie a un magnete fisico.

Inizialmente, Tesla utilizzava motori a induzione in corrente alternata nei propri veicoli, che non richiedevano elementi di terre rare. Infatti, è da qui che l’azienda ha preso il nome: Nikola Tesla fu l’inventore del motore a induzione in corrente alternata. Tuttavia, con l’arrivo del Model 3, l’azienda introdusse un nuovo motore a magneti permanenti e in seguito iniziò ad utilizzare questi motori anche negli altri veicoli.

Qual è la nuova rivendicazione di Tesla?

Nel 2023, Tesla annunciò che avrebbe lavorato per creare motori elettrici a magneti permanenti senza elementi di terre rare. Ciò probabilmente significava che Tesla stava esplorando l’uso di ferrite di ferro o alluminio-nichel-cobalto per i magneti (sebbene quest’ultimo materiale sostituisse semplicemente un insieme di problemi legati all’approvvigionamento con un altro). Esistono altri materiali per la ricerca, ma probabilmente sono su scala troppo ridotta rispetto alle esigenze di Tesla.

Ieri notte, all’evento Cybercab di Tesla, è stato affermato che il Cybercab utilizza un nuovo motore che è del 18% più piccolo, del 25% più leggero e più efficiente rispetto ad altre unità di propulsione ad alte prestazioni. Elon Musk, CEO di Tesla, che non era presente all’evento, ha risposto su Twitter aggiungendo che il motore non utilizza metalli di terre rare.

Pertanto, la notizia di oggi potrebbe rappresentare la realizzazione degli sforzi di Tesla per evitare l’uso di magneti a base di terre rare, ma in assenza di un dipartimento delle comunicazioni di Tesla a cui chiedere quali materiali vengano utilizzati, la questione dovrà rimanere aperta per il momento.

Fino ad ora abbiamo visto questo motore solo nel Cybercab, ma è possibile che Tesla lo trasferisca anche ad altri veicoli, come ha fatto passando ai motori a magneti permanenti con il Model 3, i quali sono poi stati utilizzati anche in altri modelli della gamma Tesla.

Per quanto riguarda l’affermazione secondo cui sia “estremamente difficile da realizzare”, beh, Musk dice così di tutto. Forse è vero. Complimenti a Tesla per esserci riuscita. Ma quale vantaggio pratico ne deriviamo?

Perché conta l’affermazione di Tesla?

Tutto questo è importante perché i motori a magneti permanenti tendono ad essere più efficienti e più piccoli rispetto ai motori induttivi, entrambi ovviamente importanti per i produttori di automobili.

Il Cybercab è stato certificato per un consumo di 165Wh/mi, il che lo rende l’auto elettrica più efficiente sul mercato. Ciò è dovuto alle sue dimensioni ridotte, al design aerodinamico a bassa altezza, al peso leggero, alla configurazione a due posti e, apparentemente, anche al suo motore elettrico più efficiente.

Tuttavia, motori elettrici più efficienti non fanno davvero una grande differenza. Anche i motori elettrici meno efficienti utilizzati nelle auto elettriche sono già incredibilmente efficaci, convertendo il 90% o più dell’energia in ingresso in coppia rotazionale.

Pertanto, ottenere qualche percentuale in più non avrà effetti significativi sull’efficienza complessiva del sistema. Si noti, ad esempio, che sebbene Tesla abbia indicato le variazioni percentuali in termini di dimensioni e potenza, non ha fornito il miglioramento percentuale in termini di efficienza – probabilmente perché è relativamente trascurabile.

Quello che conta di più è che, se Tesla fosse riuscita a creare un motore a magneti permanenti senza terre rare, potrebbe ottenere la densità di potenza necessaria e inserirlo in un veicolo piccolo come il Cybercab, liberando così qualche centimetro in più per sistemare tutto in modo compatto. Una concentrazione costante su piccole ottimizzazioni di questo tipo è proprio ciò che permette l’esistenza di un veicolo estremamente efficiente.

Pertanto, la compattezza e l’efficienza rappresentano un vantaggio, un vantaggio che rientra nel quadro generale della ricerca dell’iper-efficienza, ma che probabilmente si sarebbe potuto ottenere comunque con magneti a terre rare. Tuttavia, c’è un altro motivo per eliminare le terre rare dai motori.

Perché le terre rare sono davvero importanti?

Tuttavia lo svantaggio delle terre rare è che, nonostante non siano particolarmente rare, rimangono comunque difficili da ottenere. Ciò è dovuto al fatto che la maggior parte delle riserve mondiali dei principali elementi di terre rare viene lavorata in un solo paese, la Cina, il che teoricamente dà alla Cina il potere di decidere chi può utilizzarli.

Nel precedente paradigma di libero scambio mondiale, questo non aveva molta importanza: le merci erano semplicemente merci e si potevano acquistare da chiunque le possedesse. In questo caso, erano la Cina a possederle.

Tuttavia la concentrazione delle risorse è diventata particolarmente rilevante nell’arco dell’ultimo anno, poiché la Cina si è stancata delle assurdità provenienti dal “senile occupante” della Casa Bianca (di cui Musk è il principale sostenitore individuale) e ha deciso di imporre controlli alle esportazioni relative alla lavorazione delle terre rare.

Tutti sapevano che poteva succedere una cosa del genere, ed è per questo che Tesla e altre aziende stavano già lavorando per ridurre l’uso delle terre rare. Ma poi è effettivamente accaduto (e Musk ne è stato in parte la causa, aiutando davvero la vostra azienda, amico), e all’improvviso è diventato molto più urgente per tutti trovare nuove fonti di approvvigionamento all’esterno della Cina o ridurre il proprio utilizzo.

Allora… di che entità è davvero il problema?

Ecco dunque l’importanza di questa notizia: non ha nulla a che fare con le batterie, né tanto meno per effetti ambientali o sui diritti umani; si tratta di un miglioramento nell’efficienza, ma non particolarmente significativo, e non rappresenta nemmeno una vera e propria rivoluzione tecnologica a cui nessuno avesse pensato prima. È semplicemente l’applicazione di tecnologie già esaminate da tempo, per rispondere a una preoccupazione che di recente è diventata sempre più concreta, in un modo presumibilmente scalabile qualora Tesla decidesse di estenderne l’uso oltre i circa 45 Cybercab attualmente registrati per l’uso in Texas (e siamo sicuri che lo farà).

Questa è una notizia, ed è interessante. Ma forse non proprio rivoluzionaria.