Le terre rare nelle auto elettriche sono un ingrediente invisibile ma cruciale per aumentarne l’efficienza: senza di loro, molti motori EV semplicemente non funzionerebbero. Ma dietro l’efficienza si nascondono costi ambientali, sociali e geopolitici.
Terre rare nell’auto elettrica: cosa sono e perché contano davvero
Le cosiddette terre rare sono un gruppo di 17 elementi chimici della tavola periodica, classificati dalla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): Lantanio (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Promezio (Pm), Samario (Sm), Europio (Eu), Gadolinio (Gd), Terbio (Tb), Disprosio (Dy), Olio (Ho), Erbio (Er), Tulio (Tm), Itterbio (Yb), Lutezio (Lu), Ittrio (Y) e Scandio (Sc).
Eh no, il cobalto e tutti gli altri elementi delle batterie non sono terre rare.
Questi elementi non sono realmente “rari” in natura, ma lo sono per la difficoltà di estrazione e raffinazione. I nomi chiave per il settore auto sono: neodimio (Nd), praseodimio (Pr), disprosio (Dy) e terbio (Tb). Si trovano nei magneti permanenti usati nei motori sincroni delle auto elettriche. Questi elementi garantiscono forza magnetica elevata, stabilità alle alte temperature e compattezza. Le proprietà di questi materiali li rendono ideali per le applicazioni in cui la densità di energia magnetica è cruciale.
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Oltre all’automotive, sono fondamentali in settori come l‘elettronica di consumo, la difesa e le energie rinnovabili. Ma è proprio nella mobilità elettrica che il loro utilizzo è esploso.
Motori elettrici e terre rare: prestazioni che fanno la differenza
I motori più diffusi nelle EV sono i motori sincroni a magneti permanenti, o PMSM, utilizzano leghe magnetiche NdFeB (neodimio-ferro-boro) arricchite spesso con Dy (Disprosio) o Tb (Terbio) per migliorare la tenuta termica permettendo al motore di funzionare anche oltre i 150 °C senza smagnetizzarsi.
Il risultato? Motori più compatti, efficienti e potenti. In sintesi, offrono più coppia in meno spazio, una maggiore efficienza (fino al 97%) e la possibilità di aumentare l’autonomia o ridurre la dimensione delle batterie.
Senza questi magneti, le auto dovrebbero montare motori più grandi e pesanti per ottenere le stesse prestazioni.
I vantaggi prestazionali si traducono in efficienza sistemica: meno sprechi di energia, meno dissipazione di calore, più chilometri per ogni kWh immagazzinato nella batteria. È per questo che gran parte delle auto elettriche vendute impiega motori a magneti permanenti contenenti terre rare.
Quante terre rare servono per ogni auto elettrica?
In media, il motore di una EV contiene 600 grammi di terre rare nel motore di trazione.
Nel 2024, con oltre 17 milioni di EV vendute nel mondo (BEV + PHEV), si stima un consumo globale di oltre 10.000 tonnellate di terre rare solo per la trazione elettrica. E questo numero è destinato ad aumentare.
Terre rare e auto elettrica: il dominio cinese e i rischi geopolitici
La Cina controlla circa il 90% della raffinazione e l’60-70% della estrazione di terre rare a livello globale. Questo rende il settore automotive occidentale fortemente dipendente. Gli Stati Uniti, l’Europa e il Giappone stanno correndo ai ripari con nuovi progetti estrattivi, ma avviare una miniera richiede anni di permessi e investimenti.
L’Europa ha riserve (come Kiruna in Svezia) ma manca una filiera industriale completa. A complicare il quadro c’è il fatto che la raffinazione delle terre rare è complessa, energivora e inquinante: serve un know-how che la Cina ha costruito in decenni di investimenti strategici.
Una questione geopolitica (e mediatica)
Nel 2010 la Cina bloccò le esportazioni verso il Giappone durante una crisi diplomatica. Nel 2023 ha imposto restrizioni sull’esportazione magneti in terre rare, alimentando timori di nuovi shock di mercato.
I governi occidentali hanno risposto inserendo le terre rare tra le materie prime critiche e strategiche. L’Unione Europea ha lanciato l’European Raw Materials Alliance, ma ci vorranno anni per vedere risultati su scala.
Le alternative alle terre rare
Esistono motori senza terre rare, come:
- motori a induzione (asincroni), usati solitamente per i veicoli a trazione integrale
- Motore Sincrono a Eccitazione Esterna (EESM), usati da BMW e Renault
- motori a riluttanza, anche se sono ancora poco diffusi per l’elevata rumorosità
Inoltre, Toyota ha sviluppato magneti con meno neodimio, sostituendolo con lantanio e cerio (La e Ce), meno costosi e più abbondanti. L’obiettivo è doppio: ridurre i costi e attenuare la dipendenza geopolitica.
Equilibrio delicato tra innovazione e sostenibilità
Le terre rare sono il cuore pulsante dei motori elettrici moderni, ma anche un collo di bottiglia. Da una parte garantiscono efficienza e prestazioni elevate; dall’altra espongono a rischi ambientali e geopolitici. Il futuro? Passa da innovazioni nei materiali e design di motori magnet-free. L’elettrico può fare a meno delle terre rare, ma non ancora. Nel frattempo, ogni grammo va pesato con intelligenza.
Buongiorno, mi vengono in mente un paio di dettagli:
== motori a induzione (asincroni) sono semplici e robusti, si usano da sempre nei macchinari alimentati in trifase, e nelle BEV li ha usati anche Tesla Model S, e-Audi, etc;
al momento mi pare li usano più che altro sull’asse di trazione secondario, mentre sull’asse principale usano motori a magneti permanenti
i motori a induzione essendo asincroni, significa che “sfizionano” tra il campo elettromagentico rotante dello statore e quello del rotore, che viene trascinato ma tende a ruotare un po’ più lento, come farebbe un il disco trascinato di un convertitore di coppia idraulico su una trasmissione meccanica automatica; per questo “sfrizionamento”, che avviene tramite correnti elettriche indotte e relativo calore, perdono qualche percento in efficenza ( e vale anche per i motori sincroni ma con rotore avvolto in spire di rame, senza magneti, come quelli Renault)
== motori a magneti permanenti (PM) sono i campioni di efficenza a bassi giri, e sono anche discreti ad alti giri
se ricordo, magneti permanenti robusti, si è trovato un modo di farli con nuove chimiche anche senza terre-rare, ma la filliera industriale sarà pronta dicono tra 3 anni; potrebbe essere utile anche per le turbine eoliche; nel frattempo alcuni stanno riducendo le quantità di terre rare usate, come accennato nell’articolo, e come anche nei comunicati di Tesla per es.
== motori a Riluttanza Magnetica e funzionamento sincrono (sync RM),
non sono rumorosi, o meglio quelli rumorosi sono i motori a riluttanza magnetica specifici per funzionare “passo a passo”, usati nell’automazione), e sono già in uso;
i motori a riluttanza magnetica li si può considerare una versione migliorata dei “vecchi” motori a induzione e grazie alle BEV sono stati migliorati e prodotti anche in taglie grandi
== motori sincroni ibridi (Sync RM + PM), i nuovi re dell’efficenza
– Tesla Model 3 (ma anche le Prius e altre) usano un motore elettrico sincrono di tipologia ibrida, cioè ha un rotore a riluttanza magnetica potenziato nella coppia dall’aggiunta anche di magnetici permanenti
qui sta un trucco notevole, una specie di cambio di velocità interno al motore:
a seconda dell’angolo di fase impostato dall’inverter tra campo elettrom. rotante dello statore e il campo del rotore, sfasati tra loro ma in rotazione sincrona, i campi magnetici di riluttanza e dei magneti permanenti si sommano (amplificandosi) o si sottraggono (diminuendo di intensità);
quando non necessario, è possibile ridurre il campo magnetico del rorore e quindi la sua sovrapposizione (in gergo mi pare il “flusso”) con lo statore, e ridurre le (già piccole) perdite di energia indotte nello statore dal passaggio del campo magnetico del rotore (una sorta di atrito anche questo), è come se un motore termico potesse ridurre la cilindrata quando non serve, riducendo gli atriti
rimangono quasi solo le perdite in atriti aerodinamici dovuti al rotore in movimento con aria e liquidi di raffreddamento/olii, oltre ai cuscinetti, e il motore scalda pochissimo, ha un rendimento elevato, ad esempio si mantiene sopra 93%, in un range più ampio di giri e coppia rispetto a un motore solo PM, e valori di giri e coppia più favorevoli arriva a 97% (e qualche brand Cinese ora sta dicendo 98%)
perche’ non dovrei costruire un motore elettrico senza utilizzare terre rare ( che paroloni ) un motore che pesa 10 kg in piu’ e ha il 10% di potenza in meno , stiamo parlando di 10 kg su auto da 1600 o 1800 kg se non di piu’ e di potenze di oltre 150 kw , ma siamo seri ?
Più efficienza, significa minori costi di ricarica, maggior velocità di ricarica e maggiore autonomia: tutte cose molto ricercate da chi vuole acquistare un’auto elettrica.
I motori a magneti permanenti sono per molli uranisti di mezza età, che mangiano l’ossobuco di seitan e il pane fatto con la farina di grilli, sono completamente calvi ma portano i baffi a manubrio e la barba lunga che pettinano con l’olio e vestono pantaloni coi risvoltini che lasciano scoperte le caviglie malgrado la scarpa (rigorosamente in ecopelle) dal collo alto.
E non vi dico quanto profumo usano.
L’unico motore elettrico da uomini veri è quello col collettore a spazzole, quello che mentre lo usi fai tante scintille, rigorosamente regolato da oggetti tipo reostati e chopper, con una parziale deroga per quelli a eccitazione separata.
Ma solo perché siamo nel 2025.
Tutto il resto sono mollezze da Dolce e Gabbana.
motori a spazzole, reostati, batterie al cadmio o ai metal-idruri (rigorosamente truccate usando un elemento in più nel pacco batteria, alzando il voltaggio), ci giocavo da ragazzino con i radiomodelli economici della tamiya, negli anni in cui iniziavano ad arrivare componenti più toste come i motori senza spazzole, i regolatori elettronici, e le batterie al litio
Secono me oggi ci vuole manico anche per i motori a induttanza, bisogna indurre con l’astuzia il rotore a mettersi in movimento, ma ancora di più in quelli a riluttanza, il rotore è riluttante, ma dopo un po’ di chiacchere lo si può convincere
Io sui motori a riluttanza ho rotto le balle al Signor Massimo per un po’, so che il casino è l’elettronica di gestione (ma vado a orecchio ovviamente).
Ma sappiamo che lui è selvatico e soprattutto totalmente disinteressato alla tecnica, e quindi non raccoglie nessun tipo di invito ad approfondire.
Anzi, sbuffa, sbatte i piedi e protesta come se l’argomento fosse superfluo su un sito che parla di veicoli.
Ma siccome i motori a riluttanza, oltre a non aver terre rare, vibrano e fanno rumore, già questo ovviamente me li rende simpatici.
E quindi torno alla carica: forse il buon Filippo Pagliuca si incaricherà di fare una ricerchina su rincipi di funzionamento, pro e contro al 2025, stato dell’arte ed eventuali ultime novità future in materia?
(Valà che bravo lo zio Ale: gli ho già fatto la scaletta dell’articolo. Ma cosa volete di più?)
I motori a riluttanza ci sono anche nella variante passo passo, questa è la più difficile da manovrare, servono trucchi e parlantina instancabile da azzeccagarbugli e facce toste per convincere il rotore, fosse anche per sfinimento, non perché ci caschi..e per ricominciare a ogni singolo passo.. dentro l’inverter c’è una I.A. che simula le voci dei nostri politici sovranisti più presenti sui socials.. per questo almeno nei motori passo passo i cinesi non possono batterci
Ok, ma a noi ci piacciono le automobili, che ci frega a noi dei motori passo passo? mica vogliamo ballare la breakdance.
pattinamenti di ruote sincopati, avanti e reverse, breakkati a ritmo di musica.. insieme ai diffusori della musica verso l’esterno, potrebbe (?) essere il nuovo mai-piu-senza del prolifico settore marketing Fiat elettriche Abarth
Un focus puntuale. Come accennato, le soluzioni alternative per ridurre l’uso di terre rare esistono, quindi si è già trovato il modo di affrontare una eventuale criticità negli approvvigionamenti. Rimane il fatto che una brusca diminuzione della disponibilità dovuta a fattori geopolitici potrebbe comunque creare dei grattacapi in questo momento.
Qualche settimana fa è giunta la notizia che la Cina ha iniziato a rallentare le esportazioni di tali materiali… Il che potrebbe generare dei colli di bottiglia in pochi mesi (sempre che le tensioni non inizino ad allentarsi).