Mise à l'échelle de la rareté : le risque de pénurie de néo-aimants dans les véhicules électriques

Récemment, l'accent a été mis sur l'offre de puces vacillante ; cependant, un autre problème parallèle à l'approvisionnement en puces est la rareté des éléments de terres rares (REE).

L'un des principaux facteurs de la pénurie d'ETR est la création d'aimants en néodyme (NdFeB, NIB ou néo-aimants).

Les néo-aimants sont des aimants permanents fabriqués à partir d'un alliage de néodyme (Nd), élément de terre rare, et d'une certaine teneur en fer (Fe) et en bore (B). Ces aimants peuvent contenir des niveaux variables d'autres ETR, y compris le dysprosium (Dy), le terbium (Tb) et le praséodyme (Pr). Ces éléments sont utilisés pour améliorer la résistance à la corrosion et améliorer la coercivité intrinsèque. Certains néo-aimants ont un revêtement NiCuNi pour augmenter les températures de fonctionnement intrinsèquement basses à 160°C.

La raison pour laquelle ces aimants sont essentiels est due à leurs propriétés magnétiques uniques qui sont utilisées dans une grande variété d'applications et de composants électriques.

Avec leur composition unique, ces aimants de terre rare ont d'excellentes propriétés magnétiques, y compris une bonne force d'aimant (52MGOe), qui est mesurée par la force coercitive et la densité de flux.

Ils sont également faciles à transformer en formes uniques. Les aimants Neo sont plus légers que les aimants en ferrite. De plus, étant relativement plus disponibles, ils ne sont pas aussi chers que les aimants samarium-cobalt (SmCo) de qualité inférieure (en force), évalués à 32MGOe.

Une application croissante pour ces aimants est dans l'industrie de la fabrication de véhicules électriques en tant que composants de moteurs magnétiques.

Bien qu'ils soient fragiles et doivent être manipulés avec précaution, les aimants NdFeB (néodyme-ferrite-bore) restent la meilleure solution à inclure dans la fabrication de moteurs EV en raison des caractéristiques mentionnées ci-dessus. Cependant, leur pénurie est imminente.

D'ici 2030, avec l'essor de l'industrie des véhicules électriques, des dizaines de millions de véhicules électriques seront nécessaires pour répondre aux besoins du marché. Chaque moteur de VE contient 1 à 2 kg d'aimants permanents, tandis que les véhicules hybrides en contiennent un peu moins de 0,5 kg.

Selon l'IAE (International Energy Agency), le nombre de véhicules électriques passera de 3,1 millions en 2017 à 125 millions en 2030 ; même si des prévisions plus prudentes pour 2030 sont envisagées (faites par IDTechEx), comme l'augmentation de la demande d'aimants permanents de 31 %, le problème de la rareté continue de prévaloir.

Les moteurs magnétiques permanents des véhicules électriques peuvent être considérés comme supérieurs aux moteurs à induction des véhicules électriques, en raison de leur efficacité supérieure. Le passage du modèle 3 de Tesla à la fabrication d'aimants de moteur permanents pour les véhicules grand public était une preuve supplémentaire que les aimants NdFeB sont les moteurs de l'électrification. L'autonomie de Tesla est la meilleure actuelle ; cependant, les véhicules électriques chinois avec des batteries d'origine locale arrivent juste derrière. Actuellement, la Chine domine le marché des batteries au lithium.

Le problème avec les aimants NdFeB est que les rares éléments Dy et Tb utilisés pour l'amélioration thermique sur les aimants NdFeB ne sont extraits que dans une poignée d'endroits. Les grandes mines chinoises de Dy et de Tb dans le sud du pays rendent tous les autres marchés fortement dépendants de l'offre et de la dictée des prix avec des quotas d'exportation.

Une solution possible qui pourrait alléger le fardeau est le développement par Northern Minerals australien d'une source de dysprosium et de plusieurs autres sites miniers de terres rares visant à être développés en Russie, au Brésil et en Inde par d'autres sociétés.

La pénurie est également une conséquence d'autres applications d'aimants NdFeB. Les disques durs, les attaches magnétiques, les équipements audio, les machines de levage, les scanners IRM, les capteurs ABS, pour n'en nommer que quelques-uns, sont constitués de néo-aimants. Un autre facteur est les éoliennes, qui prévoient de prendre de l'ampleur à mesure que le monde se dirige vers davantage de ressources renouvelables.

Une considération importante pour l'industrie des véhicules électriques est de s'abstenir d'utiliser des aimants NdFeB pour réduire l'extraction de métaux de terres rares, bien qu'actuellement, cela puisse être plus facile à dire qu'à faire.

Néanmoins, les entreprises qui tentent de réduire Dy et Tb dans leurs véhicules électriques sont rares ; prenez Nissan et Honda, par exemple. Cependant, les tendances du marché mondial peuvent imposer un renversement des considérations d'approvisionnement éthique, et les États-Unis s'investissent désormais davantage dans des projets locaux de terres rares.

Un cadre aussi volatil indique des implications pour les EE qui peuvent aller de la relocalisation de carrière à des changements dans la conception et la fabrication. Trouver des substituts aux aimants aux terres rares les plus efficaces, par exemple, SmCo est une option pour des applications industrielles alternatives, mais peut-être pas pour les véhicules électriques.

L'exploitation minière extraterrestre n'est pas impossible, mais elle est encore farfelue pour des applications commerciales de masse. Il est essentiel de prendre en compte la planification des risques linéaires et les projections de la dépendance aux éléments de terres rares extraits en Chine dans les projets EE. La réutilisation, le recyclage et l'extraction des sous-produits sont des alternatives viables qui doivent être prioritaires à mesure que la demande de véhicules électriques augmente comme prévu.

Intéressé par d'autres défis auxquels l'industrie EE est confrontée ? Découvrez-en plus dans les articles ci-dessous.

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