Двигатель Tesla без редкоземельных металлов - почему инновация важна для рынка

На недавней презентации автономного такси Cybercab американский производитель показал новый двигатель Tesla без редкоземельных металлов, отличающийся существенно повышенной удельной мощностью и улучшенной эффективностью. Несмотря на высокий интерес к событию, важно разобраться, что именно означает эта разработка для автомобильной индустрии и является ли она настоящим технологическим прорывом.

Что такое редкоземельные элементы и где их применяют

В периодической системе химических элементов к редкоземельным относятся лантаноиды, а также скандий и иттрий. Вопреки своему названию, большинство из них не являются чрезвычайно редкими в земной коре. Например, неодим встречается примерно на две трети так же часто, как и медь.

Именно неодим выступает ключевым элементом для автомобилестроения. Его используют для создания мощных постоянных магнитов, необходимых для компактной электроники, динамиков, жестких дисков и электромоторов. В качестве дополнительных примесей к неодимовым магнитам также часто применяют диспрозий, тербий и празеодим.

Как редкоземельные металлы используются в электромобилях

В тяговых литий-ионных батареях эти элементы обычно отсутствуют, поэтому основное их потребление приходится именно на силовую установку. В среднем на один электромобиль с постоянными магнитами расходуется около 1 кг редкоземельных металлов. В масштабах массового производства это формирует огромный спрос.

Стоит отметить, что подобные материалы нужны не для всех типов моторов:

• Асинхронные двигатели (AC induction) создают магнитное поле с помощью электрического тока без физических постоянных магнитов. В начале своей истории Tesla использовала именно их в Model S и Model X, отдавая дань уважения своему тезке Николе Тесле.
• Двигатели на постоянных магнитах (DC permanent magnet) требуют редкоземельных элементов. Впервые компания применила такой агрегат в Model 3, после чего постепенно перевела на аналогичную схему весь свой модельный ряд.

Технические характеристики нового мотора Cybercab

Еще в 2023 году компания объявила о намерении создать силовую установку без использования редкоземельных материалов. Инженеры рассматривали варианты с применением ферритов железа или сплавов алюминия, никеля и кобальта, хотя последний вариант лишь меняет одну цепочку проблемных поставок на другую.

Во время презентации роботакси Cybercab было объявлено, что новый агрегат оказался на 18% меньше по размерам и на 25% легче по сравнению с текущими топовыми силовыми блоками. Глава компании Илон Маск подтвердил в сети X (Twitter), что мотор вообще не содержит редкоземельных металлов.

Официальное энергопотребление Cybercab сертифицировано на уровне 165 Вт·ч/милю (около 10,2 кВт·ч на 100 км), что делает его самым эффективным электромобилем на рынке. На это повлияли компактные габариты, аэродинамичный низкий силуэт, малая масса двухместного кузова и более эффективный силовой агрегат. Пока компания изготовила лишь около 45 зарегистрированных прототипов в штате Техас, однако в дальнейшем эта технология может появиться и на других серийных машинах бренда. Если вас интересуют будущие новинки компании, стоит также прочитать о том, как Tesla готовит тройной релиз в сентябре.

Почему экономический эффект мотора ограничен

Дело в том, что современные электромоторы сами по себе имеют чрезвычайно высокий КПД. Даже наименее эффективные из них преобразуют более 90% входящей энергии в крутящий момент на колесах. Попытка выжать еще несколько процентов не даст впечатляющего скачка в общем запасе хода.

Главное преимущество, которое дает новый двигатель Tesla без редкоземельных металлов, заключается в его компоновке. Высокая удельная мощность при меньших габаритах позволяет экономить пространство внутри компактного кузова Cybercab и снизить общую массу конструкции.

Геополитическая зависимость и поставки из Китая

Основная причина отказа от неодима и других подобных элементов заключается не столько в их абсолютной нехватке, сколько в геополитике. Почти весь мировой объем добычи и переработки редкоземельных металлов сосредоточен в Китае.

В последнее время Пекин ввел более строгие экспортные ограничения на технологии переработки этих материалов. Это заставило автопроизводителей в США и Европе срочно искать альтернативные источники поставок или менять конструкцию моторов, чтобы снизить зависимость от китайского импорта.

Итоги и оценка разработки

Представленный мотор не является фундаментальным научным открытием, ведь концепции безмагнитных или ферритных двигателей разрабатывались давно. Тем не менее Tesla стала одной из первых, кто довел эту технологию до практического применения в массовом транспорте.

Это важный шаг для оптимизации себестоимости и защиты цепочек поставок от внешних рисков, однако назвать его сенсационным переворотом в отрасли электромобилей также нельзя.