Đất hiếm mất vị thế trong ngành sản xuất ô tô điện

Công ty sản xuất ô tô điện hàng đầu thế giới Tesla gây chú ý hồi đầu năm nay khi tuyên bố sẽ cắt giảm sử dụng đất hiếm trên các thế hệ xe tiếp theo.

Nỗ lực sản xuất động cơ xe điện chứa ít hoặc không sử dụng đất hiếm của ngành công nghiệp ô tô gia tăng khi các nhà sản xuất ô tô châu Âu, Mỹ và Nhật Bản đang chạy đua tìm kiếm giải pháp thay thế nguồn nhiên liệu mà Trung Quốc đang thống trị.

Các nhà sản xuất ô tô điện chủ yếu dựa vào động cơ có nam châm vĩnh cửu làm từ đất hiếm. Các loại động cơ điện không có nam châm vĩnh cửu, trước đây quá lớn và quá kém hiệu quả, hoặc những loại có hàm lượng đất hiếm giảm đáng kể đã trở nên khả thi về khía cạnh thương mại, thúc đẩy việc gấp rút tìm kiếm giải pháp thay thế.

Công ty sản xuất ô tô điện hàng đầu thế giới Tesla gây chú ý hồi đầu năm nay khi tuyên bố sẽ cắt giảm sử dụng đất hiếm trên các thế hệ xe tiếp theo. Các nhà sản xuất ô tô, từ General Motors đến Jaguar Land Rover và các nhà cung cấp linh kiện xe điện đang nghiên cứu hoặc đã phát triển các động cơ có hàm lượng đất hiếm từ thấp đến bằng 0, chẳng hạn như các động cơ tạo ra từ trường bằng dòng điện (EESM) thay vì nam châm vĩnh cửu.

Những công ty khác như Nissan đang tiến xa hơn những báo cáo trước đây, với chiến lược kép phát triển cả động cơ EESM mới và động cơ nam châm vĩnh cửu nhưng đất hiếm sẽ dần được loại bỏ hoàn toàn.

Trung Quốc thống trị việc khai thác và chế biến nhóm 17 kim loại được gọi là đất hiếm, mặc dù các công ty ở nơi khác đang cố gắng nới lỏng sự kiểm soát. Những hạn chế gần đây của Trung Quốc đối với việc xuất khẩu gali và than chì - vốn rất quan trọng đối với hoạt động sản xuất xe điện - nêu bật nguy cơ phụ thuộc quá mức vào một nguồn cung.

Nhà cung cấp ZF của Đức đã phát triển một động cơ EESM tương đương với kích thước và hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu, theo Giám đốc Công nghệ Otmar Scharrer. “Đây là một đóng góp quan trọng giúp chúng tôi độc lập hơn một chút” – ông Scharrer nói.

Theo ông Scharrer, ZF đang đàm phán với các nhà sản xuất ô tô Mỹ, châu Âu và Trung Quốc để cung cấp động cơ và có thể sản xuất mẫu xe điện sử dụng động cơ mới trong vòng 2 năm.

Ngoài việc phụ thuộc quá nhiều vào đất hiếm, các công ty ô tô còn lo ngại việc tinh chế đất hiếm còn liên quan đến dung môi và chất thải độc hại xung đột với các mục tiêu bền vững. Ông Ben Chiswick - Giám đốc phát triển kinh doanh kỹ thuật của Drive System Design có trụ sở tại Detroit, Mỹ đang phát triển động cơ không dùng đất hiếm với 3 nhà sản xuất ô tô cho biết: “Nếu bạn làm đúng, bạn sẽ có một sản phẩm bền vững hơn nhiều”.

Một số nhà sản xuất ô tô như BMW cho biết đã đạt được mục tiêu sau nhiều năm nghiên cứu. Ông Uwe Deuke - kỹ sư phụ trách phát triển động cơ EESM của BMW cho xe điện thế hệ tiếp theo - cho biết: “Đây không phải là cuộc chạy thử, nó hoạt động rất tốt mà không cần đất hiếm”.

Động cơ nam châm vĩnh cửu EV trung bình sử dụng khoảng 600 gram neodymium đất hiếm nặng. Giá neodymium đã biến động rất lớn, hiện ở mức 125 USD/kg, giảm so với mức đỉnh 223 USD của năm ngoái, nhưng vẫn cao hơn nhiều so với mức 65 USD vào năm 2020.

Công ty Vitesco của Đức đã thiết kế động cơ EESM cho Renault và sẽ ra mắt phiên bản mới vào năm 2026. Ông Gerd Roesel - người đứng đầu bộ phận đổi mới điện khí hóa của nhà cung cấp Đức - cho biết, các giải pháp thay thế không dùng đất hiếm giúp tránh được những biến động giá lớn đó.

Những công ty khác như Niron Magnets của Mỹ cũng đang phát triển nam châm vĩnh cửu không cần đất hiếm. Giám đốc điều hành Niron Jonathan Rowntree cho biết, thông báo của Tesla về việc loại bỏ đất hiếm đã “mở mang tầm mắt của người mua về thực tế rằng, bạn không thực sự cần đất hiếm để chế tạo nam châm xe điện”.

Trong khi đó, Nissan sử dụng động cơ EESM trên chiếc crossover Ariya của mình. Ông Shunji Oki - chuyên gia bộ phận kỹ thuật xe điện và hệ thống truyền động của Nissan - cho biết, công ty đang phát triển cả động cơ EESM và động cơ nam châm vĩnh cửu.

Công ty tư vấn IDTechEx - cho biết, các nhà sản xuất ô tô vội vã tìm giải pháp thay thế khi giá đất hiếm tăng, nhưng hiện giá đã giảm. IDTechEx dự báo rằng, hiện tại, động cơ nam châm vĩnh cửu đất hiếm sẽ mất một số thị phần toàn cầu trong thập kỷ tới nhưng vẫn chiếm hơn 70% do các nhà sản xuất xe điện Trung Quốc không phải đối mặt với áp lực cắt giảm việc sử dụng - thị phần của họ sẽ gần đạt mức 50% ở châu Âu.

Và khi các nhà sản xuất ô tô phương Tây vẫn đang phải gắn bó với nam châm vĩnh cửu có đất hiếm, họ cũng đồng thời nỗ lực giảm đáng kể hàm lượng. Ví dụ, nền tảng xe điện thế hệ tiếp theo của Mercedes-Benz hầu như không có đất hiếm nặng.

Bên cạnh đó, đất hiếm không chỉ có trong động cơ. Ở một số xe điện, khoảng 1/3 lượng đất hiếm được sử dụng nằm trong loa của hệ thống âm thanh. Công ty Warwick Acoustics của Anh đã phát triển những chiếc loa không dùng đất hiếm có trọng lượng nhẹ hơn 90% và tiết kiệm năng lượng hơn so với những chiếc loa thông thường.