Skalierende Knappheit: Das Risiko einer Neo-Magnet-Knappheit bei Elektrofahrzeugen

In letzter Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf das schwankende Chip-Angebot gerichtet; Ein weiteres Problem parallel zur Chipversorgung ist jedoch die Knappheit an Seltenerdelementen (REE).

Ein Hauptfaktor für den REE-Mangel ist die Herstellung von Neodym-Magneten (NdFeB, NIB oder Neo-Magneten).

Neo-Magnete sind Permanentmagnete aus einer Legierung des seltenen Erdelements Neodym (Nd) und einem gewissen Anteil an Eisen (Fe) und Bor (B). Diese Magnete können unterschiedliche Mengen anderer REEs enthalten, darunter Dysprosium (Dy), Terbium (Tb) und Praseodym (Pr). Diese Elemente werden verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und die intrinsische Koerzitivfeldstärke zu verbessern. Einige Neo-Magnete verfügen über eine NiCuNi-Beschichtung, um die an sich niedrigen Betriebstemperaturen auf 160 °C zu erhöhen.

Der Grund dafür, dass diese Magnete unverzichtbar sind, liegt in ihren einzigartigen magnetischen Eigenschaften, die in einer Vielzahl elektrischer Anwendungen und Komponenten eingesetzt werden.

Aufgrund ihrer einzigartigen Zusammensetzung verfügen diese Seltenerdmagnete über hervorragende magnetische Eigenschaften, einschließlich einer guten Magnetstärke (52 MGOe), die anhand der Koerzitivkraft und Flussdichte gemessen wird.

Sie lassen sich auch leicht zu einzigartigen Formen verarbeiten. Neo-Magnete sind leichter als Ferrit-Magnete. Darüber hinaus sind sie relativ leichter verfügbar und nicht so teuer wie die (nach Stärke) minderwertigen Samarium-Kobalt-Magneten (SmCo) mit einer Nennleistung von 32 MGOe.

Eine wachsende Anwendung für diese Magnete ist die Herstellung von Elektrofahrzeugen als Komponenten in Magnetmotoren.

Obwohl sie spröde sind und mit Vorsicht gehandhabt werden müssen, sind NdFeB-Magnete (Neodym-Ferrit-Bor) aufgrund der oben genannten Eigenschaften immer noch die beste Lösung für die Herstellung von Elektrofahrzeugmotoren. Ihre Knappheit steht jedoch unmittelbar bevor.

Bis 2030 werden mit dem Boom der Elektrofahrzeugindustrie Dutzende Millionen Elektrofahrzeuge benötigt, um den Marktbedarf zu decken. Jeder EV-Motor enthält 1–2 kg Permanentmagnete, während Hybridfahrzeuge etwas weniger als 0,5 kg haben.

Nach Angaben der IAE (International Energy Agency) wird die Zahl der Elektrofahrzeuge von 3,1 Millionen im Jahr 2017 auf 125 Millionen im Jahr 2030 steigen; Auch wenn konservativere Prognosen für 2030 (von IDTechEx) berücksichtigt werden, wie beispielsweise der Anstieg der Nachfrage nach Permanentmagneten um 31 %, bleibt das Knappheitsproblem bestehen.

Permanentmagnetmotoren in Elektrofahrzeugen können aufgrund ihres höheren Wirkungsgrads als überlegen gegenüber Induktionsmotoren in Elektrofahrzeugen angesehen werden. Die Umstellung des Tesla-Modells 3 auf die Herstellung von Permanentmagneten für Massenfahrzeuge war ein weiterer Beweis dafür, dass NdFeB-Magnete die Treiber der Elektrifizierung sind. Die Reichweite von Tesla ist die derzeit beste. Chinesische Elektrofahrzeuge mit lokal beschafften Batterien liegen jedoch knapp dahinter. Derzeit dominiert China den Markt für Lithiumbatterien.

Das Problem bei NdFeB-Magneten besteht darin, dass die seltenen Elemente Dy und Tb, die zur thermischen Verstärkung von NdFeB-Magneten verwendet werden, nur an wenigen Standorten abgebaut werden. Große chinesische Dy- und Tb-Minen im Süden des Landes machen alle anderen Märkte stark von Angebots- und Preisdiktaten mit Exportquoten abhängig.

Eine mögliche Lösung, die die Belastung verringern könnte, ist die Entwicklung einer Dysprosiumquelle und mehrerer anderer Seltenerdabbaustandorte durch Northern Minerals in Russland, die von anderen Unternehmen in Russland, Brasilien und Indien erschlossen werden sollen.

Der Mangel ist auch eine Folge anderer NdFeB-Magnetanwendungen. Festplatten, Magnetverschlüsse, Audiogeräte, Hebemaschinen, MRT-Scanner, ABS-Sensoren, um nur einige zu nennen, bestehen aus Neomagneten. Ein weiterer Faktor sind Windkraftanlagen, die im Zuge der weltweiten Entwicklung hin zu mehr erneuerbaren Ressourcen an Dynamik gewinnen wollen.

Eine wichtige Überlegung für die Elektrofahrzeugindustrie besteht darin, auf den Einsatz von NdFeB-Magneten zu verzichten, um den Abbau von Seltenerdmetallen zu reduzieren. Allerdings ist dies derzeit möglicherweise leichter gesagt als getan.

Dennoch gibt es nur wenige Unternehmen, die versuchen, Dy und Tb in ihren Elektrofahrzeugen zu reduzieren. Nehmen wir zum Beispiel Nissan und Honda. Die globalen Markttrends könnten jedoch zu einer Umkehr ethischer Beschaffungsaspekte führen, und die USA investieren nun verstärkt in lokale Seltenerdprojekte.

Solch ein volatiles Umfeld deutet auf Auswirkungen auf EEs hin, die von beruflichen Verlagerungen bis hin zu Veränderungen in Design und Fertigung reichen können. Die Suche nach Ersatz für die effizientesten Seltenerdmagnete, beispielsweise SmCo, ist eine Option für alternative industrielle Anwendungen, aber vielleicht nicht für Elektrofahrzeuge.

Außerirdischer Bergbau ist nicht unmöglich, aber für kommerzielle Massenanwendungen noch weit hergeholt. Es ist wichtig, die lineare Risikoplanung und Prognosen der Abhängigkeit von in China in EE-Projekten geförderten Seltenerdelementen zu berücksichtigen. Wiederverwendung, Recycling und die Gewinnung von Nebenprodukten sind praktikable Alternativen, die im Vordergrund stehen müssen, da die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen wie prognostiziert steigt.

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