Harvinaisiin maametalleihin pohjautuvia kestomagneetteja käyttävä PMSM-moottori (Permanent Magnet Synchronous Motor) on käytännössä teollisuusstandardi sähköautoissa. Siksi Teslan vuoden 2023 Investor Dayn uutinen on mielenkiintoinen.
Sijoittajapäivässään 1. maaliskuuta Tesla paljasti, että sen seuraavan sukupolven PMSM-moottoreissa ei tarvita lainkaan harvinaisia maametalleja, joiden kysyntään tulee olemaan haastavaa vastata, kertoo Adamas Intelligence uutisessaan.
“As the world transitions to clean energy, demand for rare earths is really increasing dramatically and not only is it going to be a little hard to meet that demand but mining that rare earth, it has environmental and health risks.” Colin Campbell, VP Powertrain Engineering, Tesla
Todennäköisesti ferriittimagneetti
Investor Day –tapahtumassa ei kerrottu tarkemmin, mitä teknologiaa Tesla aikoo käyttää, mutta Adamas Intelligence arvelee, että todennäköisin NdFeB-kestomagneettien korvaaja seuraavan sukupolven moottoreissa on ferriittimagneetti, joka on tuttua ja hyväksy todettua teknologiaa.
General Motorsin toisen sukupolven Voltec-voimansiirrossa, jota käytettiin vuoden 2016 Chevy Volt –autossa, oli rinnakkain ferriitti-pohjainen ja NdFeB-pohjainen PMSM-moottori.
Tuoreempi esimerkki löytyy Japanin suunnalta, jossa Proterial (entinen Hitachi Metals) esitteli oman ferriittimagneetteihin pohjautuvan sähköauton moottorin, kertoo Adamas Intelligence artikkelissaan.
Ei täydellistä NdFeB-kestomagneetin korvaajaa
Vaikka käytännössä on osoitettu , että ferriittimagneetteihin pohjautuvat PMSM-moottorit pärjäävät – ja voivat myös ylittää – NdFeB-pohjaisten moottoreiden suorituskyvyn, mutta tämän suorituskyvyn saaminen tuo merkittävän lisäpainon tai heikentää tehokkuutta, joten ferriittivaihtoehto ei ole ollut riittävän houkutteleva.
Esimerkiksi yhdessä Proterialin simulaatiossa uudesta ferriittimagneetteihin pohjautuvasta sähköauton ajovoimamoottorista, joka vastasi teholtaan ja huippukierroksiltaan NdFeB-pohjaista PMSM-moottoria, moottori oli 30 prosenttia painavampi kuin neodyymi-rauta-boori-versio. Huomattava lisäpaino siis, huomattaa Adamas.
Ferriittimagneetin ympäristöjalanjälki suurempi
Mikäli Teslan uusi moottorikonsepti pohjautuu ferriittiin, ovat sen ympäristöhyödyt marginaalisia tai niitä ei ole ollenkaan.
Adamas Intelligence viittaa vuoden 2014 tutkimukseen, jossa vertailtiin NdFeB- ja ferriittimoottoreiden elinkaaren ajan ympäristövaikutuksia. Tutkimuksessa todettiin, että vaikka Kiinassa tuotettujen NdFeB-magneettien ympäristövaikutus oli suurempi kuin ferriittimagneetilla verrattaessa puhtaasti magneettien massoja, harvinaisiin maametalleihin pohjautuvien magneettien pienempi paino yhdistettyä pienempään kuparikaapeleiden ja teräksen määrään kokoonpanoissa johtaa siihen, että NdFeB-servomoottorin ympäristövaikutus on pienempi kaikissa kategorioissa.
Edellä kuvattu analyysi pohjautuu siis Kiinassa tuotettuihin kestomagneetteihin. Jos NdFeB-magneetit tulisivat muista, kestävämmän tuotannon lähteistä, lisäisi se NdFeB-magneettien etumatkaa entisestään, muistuttaa Adamas.
Vaikutus NdFeB-markkinoihin jäävät pieniksi
Adamas Intelligencen vuoden 2022 tiedot kertovat, että sähköautojen ajomoottorit vastasivat noin 12 prosentin osuudesta maailman NdFeB-magneettien kulutuksesta.
Tästä 12 prosentin siivusta Tesla yksinään vastasi noin 15 – 20 prosentin osuudesta. Tämän pohjalta Teslan osuudeksi globaalista NdFeB-magneettien kysynnästä voidaan laskea 2 – 3 prosenttia, kun jätetään pois mikromoottorit, anturit ja kaiuttimet, arvioi Adamas.
Jos Teslan uusi konsepti päätyisi nopeasti kaupallisille markkinoille ja uusia moottoreita käytettäisiin läpi koko malliston, katoaisi NdFeB-markkinoilta vain noin 2 – 3 prosenttia kysynnästä lyhyellä aikavälillä ja enintään 3 – 4 prosenttia pitkässä juoksussa, jos Tesla säilyttää markkinajohtajan asemansa, laskee Adamas Intelligence.
Myös Benchmark kommentoi asiaa: “Historically, magnets that don’t use rare earth elements are less efficient, but Tesla may find ways to compete on cost and efficiency.”
***
Kriittisemateriaalit.fi-sivusto on Huoltovarmuuskeskuksen Teknologiapoolin hallinnoima sivusto, joka seuraa suomalaisen teollisuuden kannalta kriittisten metallien ja mineraalien sekä elektroniikkakomponenttien markkinoiden kehitystä erityisesti jatkuvuudenhallinnan ja huoltovarmuuden näkökulmasta. Lisätietoa Teknologiapoolin toiminnasta: heikki.hernesmaa@teknologiateollisuus.fi
(Julkaistu 3.3.2023)
Lähteet:
- Implications: Tesla Announces Next Generation Rare-Earth-Free PMSM. Adamas Intelligence, 2 Mar 2023.
Lisää aiheesta:
About the author