La sostenibilidad de los motores de los vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos (VE) son una vía clave para descarbonizar el sector del transporte. Sin embargo, los materiales que se utilizan en ellos suelen ser objeto de escrutinio en lo que respecta a su sostenibilidad. Cuantificar objetivamente la sostenibilidad es muy difícil debido a su dependencia de múltiples factores, pero ciertas tecnologías, materiales y prácticas pueden ser ciertamente más o menos sostenibles que otras. Como parte clave del sistema de propulsión de un VE, considerar la sostenibilidad de los diseños de motores eléctricos también es importante al analizar la naturaleza sostenible de un vehículo. Informe de IDTechEx Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2025-2035: tecnologías, materiales, mercados y previsiones, predice la necesidad de más de 160 millones de motores eléctricos por año para 2035. Este artículo tiene como objetivo discutir algunos de los factores clave y las compensaciones que se deben hacer para el diseño de motores eléctricos si la sostenibilidad es el objetivo final. escribe el director de investigación de IDTechEx, Dr. James Edmondson.

El impacto de la elección de materiales

En la gran mayoría de los casos, los materiales utilizados en el estator de los motores eléctricos en el mercado de vehículos eléctricos son muy similares, con láminas de acero y bobinados de cobre. La principal diferencia se reduce a los materiales del rotor. Los motores de imanes permanentes de tierras raras constituyen la mayor parte del mercado, y IDTechEx descubrió que tenían una participación de mercado del 85 % en los automóviles eléctricos para 2023.

De los materiales considerados para los motores eléctricos (acero, aluminio, cobre), por kg, las tierras raras tienen el mayor impacto ambiental si se considera el potencial de agotamiento de la capa de ozono, calentamiento global, acidificación, eutrofización y creación de ozono fotoquímico. Si bien representan una cantidad relativamente pequeña del motor (menos de 1-2 kg), los motores que contienen tierras raras tienden a tener un mayor impacto en el medio ambiente por kW de potencia en comparación con las alternativas sin tierras raras, a pesar del hecho de que los motores sin imanes generalmente requieren mayores cantidades de otros materiales como el cobre. Sin embargo, los motores sin imanes pueden requerir otros pasos de fabricación que podrían aumentar el consumo de energía en la fabricación.

Análisis de IDTechEx sobre el impacto ambiental de los materiales en varios motores de vehículos eléctricos comerciales. Fuente: IDTechEx

Aumentar la densidad energética y la eficiencia para mejorar la sostenibilidad

En pocas palabras, un motor más eficiente significa que se desperdicia menos energía al conducir el vehículo. Esto significa que se utiliza menos electricidad de la red, lo que, según la red, podría ser significativo para reducir el CO₂ Además, un motor más eficiente significa que se podría utilizar una batería más pequeña para lograr la misma autonomía del vehículo, lo que reduce el uso de material y el impacto ambiental del sistema de batería.

El otro aspecto es la densidad de potencia. Un motor con mayor densidad de potencia utilizará menos materiales para lograr la misma potencia de salida. Tomando un ejemplo extremo de alta densidad de potencia con un motor de flujo axial, los jugadores entrevistados por IDTechEx han afirmado que se puede lograr una potencia de 190 kW con menos de 1.2 kg de imanes o ~6.3 gramos/kW. Compárese esto con un motor de flujo radial moderno típico de alrededor de 10 gramos/kW.

¿Necesitamos más motores?

La investigación de IDTechEx ha descubierto que la cantidad promedio de motores utilizados por vehículo eléctrico de batería en 2023 fue un 13 % mayor que en 2015, ya que se están implementando más vehículos con variantes de motor doble, triple y cuádruple. Por supuesto, tener más motores en un vehículo aumentará el uso de material, no solo para el motor, sino también para todos los componentes electrónicos y de gestión térmica asociados.

Uno podría preguntarse: ¿cuántos consumidores necesitan realmente más de un motor? Sin duda, es un lujo agradable y los fabricantes de automóviles a menudo prefieren vender estos vehículos de mayor especificación que implican un margen de beneficio mayor. Esto reduce la sostenibilidad del vehículo; sin embargo, si significa que más personas están dispuestas a comprar un BEV, entonces esto puede verse como un paso en la dirección correcta para el medio ambiente en general. IDTechEx cree que un paso clave para revitalizar el crecimiento en el mercado de vehículos eléctricos será la disponibilidad de modelos de bajo costo (especialmente en Europa) que probablemente requerirán una solución de un solo motor para mantener bajos los costos.

¿Qué importancia tiene la sostenibilidad?

La sostenibilidad es un objetivo fundamental de la mayoría de las empresas modernas, muchas de las cuales tienen objetivos de cero emisiones netas en un futuro no muy lejano y departamentos enteros dedicados a reducir el impacto ambiental de la empresa. A medida que los fabricantes de automóviles intentan hacer que los vehículos eléctricos sean más rentables, lo que será un factor importante en la descarbonización del transporte por carretera, la sostenibilidad de los componentes de los vehículos eléctricos a menudo quedará rezagada respecto de factores como el rendimiento, la eficiencia y el precio. Además, a menudo se presta más atención a los materiales de la batería, y con razón, dadas las cantidades utilizadas en comparación con los motores. Esto se refleja en las primeras regulaciones, como el pasaporte de baterías en Europa, que exige que el CO₂ Se informará sobre la huella de carbono de la batería. La mayor parte del enfoque inicial en materia de sostenibilidad se centrará en esta área, pero en el futuro, el motor podría resultar una vía importante para mejorar la sostenibilidad del vehículo.

Informe de IDTechEx Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2025-2035: tecnologías, materiales, mercados y previsiones analiza el panorama actual de la tecnología y los materiales para los motores eléctricos en vehículos eléctricos y pronostica las tendencias y demandas futuras para los próximos 10 años. IDTechEx prevé que se necesitarán más de 160 millones de motores eléctricos para el mercado de vehículos eléctricos en 2035, y que aproximadamente el 30 % del mercado automotriz utilizará tecnologías sin tierras raras en el mismo año.

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