El coche eléctrico que Europa necesita
- La solución pasa por motores eléctricos reciclables
- Menor uso de tierras raras
- Recuperar los imanes cambiando el diseño
- Cambiar aluminio por plástico
- Comparativa con otros motores en el mercado
Nadie podrá desarrollar coches eléctricos con más rapidez que China, ni con ese marketing deslumbrante propio de los Tesla norteamericanos. Pero Europa está apostando por el desarrollo de un coche eléctrico eficiente y competitivo, hoy más necesario que nunca.
La venta de coches eléctricos en Alemania, máximo productor en Europa, se hundió el año pasado un 27 % en medio de la transición del vehículo de combustión al libre de emisiones. No obstante, la nueva normativa CAFE de emisiones de la Unión Europea obliga a reducir sensiblemente el mercado de automóviles de combustión y aumentar la cuota de mercado de eléctricos e híbridos enchufables. Hay que conseguir coches eléctricos eficientes, que tanto el mercado europeo como el internacional quieran comprar.
La solución pasa por motores eléctricos reciclables
Europa ya fabrica coches eléctricos de gran calidad, pero tienen problemas para triunfar en el mercado por los menores costes de sus competidores norteamericanos y, en especial, chinos. Necesitamos innovar para fabricar mejor a gran escala, usando materiales que logren un motor de menor peso y volumen y mejores prestaciones. El camino es optimizar el diseño y la reutilización de elementos críticos como las tierras raras procedentes de los imanes.
En el proyecto HEFT, liderado por la Escuela Politécnica Superior de Mondragon Unibertsitatea, trabajamos en la generación de motores eléctricos reciclables. Hemos logrado disminuir de forma conjunta el consumo energético y el uso de materias críticas, incluyendo una reducida dependencia de tierras raras.
Actualmente, los prototipos del proyecto HEFT se encuentran en fase de fabricación y montaje. Se calcula que estarán listos para su validación en banco de ensayos en el último trimestre del 2025.
Menor uso de tierras raras
Se han planteado diferentes rutas para reducir la dependencia de tierras raras. En HEFT desarrollamos imanes de cerio (Ce) que permiten disminuir la dependencia del neodimio (Nd), material más crítico que el cerio.
El cerio es el más abundante de todos los materiales críticos, por lo que se puede decir que el riesgo de suministro es moderado y su precio, menor, frente a un riesgo alto del neodimio. El cerio se obtiene de las minas a la vez que el neodimio. Como el Nd tiene mejores prestaciones magnéticas que el Ce, es más demandado y supone un mayor coste.
¿Cuál es entonces la ventaja del cerio? Este puede ser considerado un subproducto derivado de la extracción de los elementos de tierras raras de mayor valor de mercado, como el neodimio, el disprosio y el terbio. El empleo del cerio en imanes enriquecería su uso en aplicaciones de mayor valor añadido (aquellas que ofrecen un beneficio adicional o diferencial a los usuarios, más allá de sus funciones básicas), reduciendo la necesidad del uso de neodimio.
Por eso diferentes fabricantes, especialmente chinos, tienen ya en catálogo imanes con cerio que sustituye, en parte, al neodimio. China es el principal productor de ambos, aunque en Europa hay algunos yacimientos de minerales de los que también se obtienen.
Recuperar los imanes cambiando el diseño
Generalmente, los diseños de los motores no facilitan que los imanes salgan intactos y puedan ser reutilizados (tras magnetizarlos de nuevo). Si el diseño no está preparado para recuperarlos, es muy probable que el imán se dañe al extraerlo, y la única posibilidad de reutilizar sus tierras raras sea convertirlo en polvo.
En el proyecto HEFT hemos buscado un diseño que permite optimizar las prestaciones del motor y facilitar la extracción de los imanes para su reutilización o reciclaje. Lo conseguimos fijando el imán en el rotor con un epoxy (un tipo de adhesivo) que al calentarse pierde sus propiedades y permite la extracción del imán.
Durante el diseño se han incorporado criterios como la reducción de las pérdidas de energía y los costes del motor. Se ha realizado un estudio de mercado previo para establecer los principales requerimientos (par, potencia, tensión y velocidad máxima) de los motores eléctricos para los segmentos de vehículo A+B y C+D+E en la próxima década.
Cambiar aluminio por plástico
Hemos cambiado el aluminio de las carcasas de los motores por plástico, lo que aligera su peso y le hace más compacto. El material empleado es un fenólico (material muy utilizado en la industria química, farmacéutica y clínica) con una huella de carbono inferior a la del aluminio. La huella de carbono se reduce hasta el 82 % cuando se hace un análisis de ciclo de vida, desde la extracción de las materias primas hasta que está listo para enviar a fábrica para el montaje del vehículo.
También hemos conseguido refrigeraciones de aceite novedosas, mediante canales, junto a los imanes y en el centro del eje, por donde circula el aceite.
Comparativa con otros motores en el mercado
Atendiendo a estas y otras innovaciones, se han analizado las prestaciones de los motores diseñados en HEFT, y se han comparado con motores estándar o referencia de cada segmento.
El resultado es que el motor HEFT para el segmento A+B consigue un 59.74 % de ahorro en peso, un 43 % de ahorro en volumen, un 60 % de ahorro en tierras raras y un 55,57 % de incremento de la fuerza que el motor puede mantener de manera constante sin sobrecalentarse o dañarse (par en servicio continuo) frente al motor del Fiat 500e.
La comparación del Motor HEFT para el segmento C+D+E frente al motor de Volkswagen ID.4 significa un 59,86 % de ahorro en peso; un 32 % de ahorro en volumen; un 58% de ahorro en tierras raras, y un 36,94 % de incremento del par continuo en servicio continuo.
En el último trimestre del 2025 se fabricarán cuatro prototipos, dos de cada segmento de vehículo, todos ellos con imanes diferentes (cerio, imanes reciclados, imanes reusados, etc).
A Europa le interesa un motor para vehículos eléctricos más eficiente y responsable con el uso de tierras raras. Éste puede ser el mejor camino.
Fernando Garramiola, Profesor del Departamento de Electrónica e Informática, Mondragon Unibertsitatea y Javier Poza, Profesor del Departamento de Electrónica e Informática, Mondragon Unibertsitatea
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
