Porque as terras raras pesadas se tornaram um ponto de estrangulamento
Os ímãs estão no coração dos motores elétricos e híbridos. Os ímãs comerciais mais potentes são os ímãs de neodímio-ferro-boro. Estes entregam alto binário em motores compactos. Há uma contrapartida. Os ímãs de neodímio começam a perder força a temperaturas elevadas. Para combater o calor, os fabricantes adicionam tradicionalmente pequenas quantidades de terras raras pesadas, principalmente disprósio e térbio. Ambos os elementos aumentam a coercividade, a resistência à desmagnetização, de modo que os ímãs mantêm o seu campo quando um motor de tração trabalha quente.
Índice
O abastecimento de terras raras pesadas é concentrado. A China extrai uma grande parte das terras raras do mundo, refina a maioria dos óxidos e metais e produz cerca de 90 por cento dos ímãs que entram em automóveis e eletrónicos, segundo inquéritos setoriais e informação recente. Quando as restrições à exportação se apertam, as cadeias de abastecimento sentem-no depressa. Nos últimos meses, os fabricantes de automóveis correram a assegurar fornecimentos alternativos de materiais para ímãs. A Suzuki Motor suspendeu temporariamente algumas linhas de montagem após uma falta de componentes, e fornecedores avisaram de uma possível escassez reminiscente da escassez de chips. A Reuters descreveu fabricantes de automóveis e de componentes em pânico face aos pontos de estrangulamento das terras raras.
O que prometem os novos ímãs japoneses
Especialistas em materiais japoneses estão a trabalhar para quebrar a ligação entre o desempenho do motor e os metais de terras raras pesadas. A Proterial, anteriormente Hitachi Metals, afirma ter desenvolvido ímãs de neodímio para motores de tração que mantêm o desempenho sem qualquer terra rara pesada. Ao apertar o controlo das impurezas e da microestrutura durante o processamento, a empresa relata qualidades de ímã suficientemente fortes para veículos elétricos e híbridos.
Detalhes técnicos publicados por fontes setoriais descrevem duas novas qualidades sinterizadas de neodímio que dispensam o disprósio e o térbio. Uma qualidade destina-se a motores de tração, direção assistida elétrica e compressores, com densidade de fluxo magnético residual B_r de cerca de 1,40 tesla e coercividade intrínseca H_cJ de pelo menos 1671 kiloampere por metro. Uma segunda qualidade, visando aplicações de binário mais elevado, eleva o B_r para cerca de 1,42 tesla com H_cJ igual ou superior a 1830 kiloampere por metro. Por simplificação, o B_r indica quanta densidade de fluxo um ímã consegue entregar, e o H_cJ indica quão difícil é desmagnetizá-lo a alta temperatura.
A Proterial afirma que quantidades de amostra provenientes de uma linha de produção em massa já estão disponíveis para a primeira qualidade, e que uma variante de maior resistência ao calor estará pronta para amostras até abril de 2026. A empresa detém centenas de patentes relacionadas com ímãs sinterizados de neodímio e realçou também trabalho numa liga magnética mole de alto fluxo, que poderia reduzir peso e perdas em certos núcleos de motor. Para os motores de tração, o título é a eliminação das terras raras pesadas ao atingir os principais limiares de binário e temperatura.
A empresa está a preparar produção nacional em Kumagaya, na prefeitura de Saitama, e em Yabu, na prefeitura de Hyogo. Se vierem contratos, isto criaria uma fonte nacional de ímãs para motores de tração, num momento em que as empresas automóveis procuram um abastecimento menos exposto a mudanças políticas em Pequim.
A Daido Steel mostra tração inicial
A Daido Steel e a sua subsidiária Daido Electronics já comercializam ímãs de neodímio para híbridos que não utilizam terras raras pesadas. A sua abordagem refina o tamanho de grão dentro do ímã, produzindo grãos cristalinos muito mais finos. Isso aumenta a coercividade e estabiliza o desempenho quando o motor aquece. A Honda adotou estes ímãs em modelos híbridos em 2016, uma primeira para um grande fabricante de automóveis.
Os sinais de procura estão a voltar a subir. A Daido Steel relata um aumento de pedidas de informação de fabricantes de automóveis no Japão e nos Estados Unidos para aplicações híbridas e totalmente elétricas. Para responder à procura esperada, a empresa planeia investir 5 mil milhões de ienes numa fábrica da Daido Electronics em Nakatsugawa, na província de Gifu. O objetivo é elevar a capacidade mensal para cerca de 45 toneladas na primavera de 2026 e para cerca de 150 toneladas no ano fiscal de 2030.
A empresa está também a avançar com tecnologia de ímãs deformados a quente que dispensam terras raras pesadas e reduzem o consumo de energia durante a fabricação em comparação com as rotas sinterizadas convencionais. Isso pode cortar a emissão de carbono ao nível da fábrica e reduzir a exposição aos segmentos mais apertados do mercado de terras raras. A Daido Electronics está a alargar a produção e o apoio ao cliente pelo Japão, Tailândia, China e Estados Unidos, incluindo planos de fabricar ímãs para motores de tração no Ohio.
Os novos ímãs aguentam as cargas térmicas dos VE?
Os motores de tração de um automóvel familiar podem atingir temperaturas internas bem acima de 150 graus Celsius, e pontos de calor localizados ainda mais elevados em subidas acentuadas ou acelerações repetidas. O calor reduz a força do ímã e pode causar perda irreversível se a coercividade intrínseca não for suficientemente elevada. As adições de terras raras pesadas aumentam o H_cJ, razão pela qual se tornaram padrão nas qualidades mais exigentes.
A Proterial afirma ter atingido H_cJ e B_r adequados sem disprósio nem térbio ao controlar impurezas e textura durante a sinterização. Os analistas acolhem o progresso, mas procurarão validação por terceiros. O desempenho tem de se manter ao longo de milhares de ciclos térmicos, em toda a gama de velocidade e carga, e após exposição à humidade e a spray salino. Comentários setoriais iniciais questionam também se os novos ímãs igualam ou superam as melhores qualidades com disprósio, tanto em desempenho como em custo.
O que os engenheiros vão verificar
As equipas de projeto vão traçar curvas completas de desmagnetização às temperaturas de operação e depois testar a perda irreversível após eventos de sobrecarga. Vão verificar o binário e o rendimento em conjunto com o gerador e o inversor, e não apenas as propriedades do ímã isolado. A integridade mecânica também conta. A qualidade, forma, revestimento, adesivo e a manguita do rotor têm de suportar stress térmico e mecânico repetido.
A validação inclui também a consistência da produção. Uma qualidade que cumpre a especificação num piloto tem de o fazer todos os meses à escala. Os fornecedores vão pedir dados de controlo estatístico de processo, rastreabilidade e análises de falha de testes acelerados de vida útil. Esse processo pode demorar meses no laboratório e um ano ou mais a partir do momento em que as peças são montadas em veículos protótipo.
A corrida global e as alternativas
A política de terras raras tornou-se um ponto de pressão para o setor automóvel. A China controla a maior parte do refinação e cerca de 90 por cento da produção de ímãs. Durante abrandamentos recentes de licenças, fornecedores europeus encerraram linhas temporariamente e alguns fabricantes de automóveis avisaram que poderia seguir-se a paragem de fábricas sem entregas fiáveis de ímãs. A ansiedade recorda a escassez de semicondutores e está a empurrar as empresas a diversificar tanto a tecnologia como a geografia.
Desenhos alternativos de motor fazem parte da caixa de ferramentas. Unidades síncronas de rotor bobinado, motores de indução e máquinas de relutância comutada dispensam ímãs permanentes. Algumas usam ímãs de ferrite, abundantes mas mais fracos, combinados com geometrias inovadoras para recuperar desempenho. Várias marcas europeias introduziram motores sem ímãs em modelos selecionados. A Tesla afirmou que a sua próxima geração de unidades de ímã permanente não usará terras raras, o que incentivou uma procura mais alargada de novos materiais e topologias. A investigação de mercado indica que os motores de ímã permanente ainda detêm mais de três quartos do mercado de automóveis elétricos entre 2015 e 2022, com teor de terras raras reduzido e uma subida gradual das alternativas.
Países fora da China apressam-se a preencher lacunas. Na Índia, fabricantes de motores e startups licenciam desenhos de tração sem ímãs baseados em ímãs de ferrite e princípios de relutância, enquanto recicladores nacionais trabalham na recuperação de terras raras a partir de resíduos eletrónicos. O objetivo não é apenas uma solução temporária. É construir uma cadeia de abastecimento regional que possa suportar programas de veículos em rápido crescimento.
O reciclamento e novos centros de processamento estão a ganhar ímpeto na América do Norte. A Cyclic Materials, com sede em Ontário, alcançou um acordo de fornecimento com o grupo químico Solvay para terras raras recicladas, e o Canadá está a investir em capacidade de processamento para abastecer clientes nas Américas e na Europa. Líderes setoriais dizem que as tensões comerciais galvanizaram planos para construir abastecimento independente. Pat Ryan, administrador-gerente da UCore, exprimiu esse sentimento numa declaração recente sobre a mudança de política.
