Các nguyên tố đất hiếm là một vấn đề gây tranh cãi lâu nay trong chuỗi cung ứng xe điện, vì khó có thể đảm bảo nguồn cung cấp chúng và phần lớn sản lượng trên toàn thế giới có nguồn gốc hoặc được xử lý tại Trung Quốc.

Điều này rất quan trọng vì một số lý do, trong đó không ít lý do là do chính quyền Biden hiện đang thúc đẩy các vật liệu linh kiện xe điện được sản xuất trong nước.

Tuy nhiên, có rất nhiều quan niệm sai lầm về nguyên tố đất hiếm là gì và bao nhiêu trong số chúng được sử dụng bởi ô tô điện. Trên thực tế, pin lithium-ion thường không chứa các nguyên tố đất hiếm (mặc dù chúng có chứa các “khoáng chất quan trọng” khác như được định nghĩa trong Đạo luật Giảm lạm phát).

Trên bảng tuần hoàn, “các nguyên tố đất hiếm” là những nguyên tố được tô màu đỏ trong hình bên dưới. Chúng thực sự không phải là tất cả những gì đặc biệt hiếm, với Neodymium dồi dào khoảng 2/3 so với đồng.

Các nguyên tố đất hiếm trong EV được sử dụng trong động cơ ô tô điện thay vì pin. Được sử dụng nhiều nhất là Neodymium, được sử dụng trong nam châm cực mạnh cho loa, ổ cứng và động cơ điện. Dysprosium, Terbium và Praesodymium thường được sử dụng làm chất phụ gia trong nam châm Neodymium.

Thực tế, các nguyên tố đất hiếm không được sử dụng trong mọi loại động cơ ô tô điện – Tesla sử dụng chúng trong động cơ nam châm vĩnh cửu DC chứ không phải trong động cơ cảm ứng AC hay Động cơ không đồng bộ ba pha (AC Induction Motor) có vai trò chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.

Ban đầu, Tesla sử dụng động cơ cảm ứng AC trong xe của mình, loại động cơ không cần nguyên tố đất hiếm. Trên thực tế, nó cũng liên quan đến tên của công ty - Nikola Tesla là người phát minh ra động cơ cảm ứng AC. Nhưng sau đó khi Model 3 ra mắt, công ty đã giới thiệu một động cơ nam châm vĩnh cửu mới và cuối cùng cũng bắt đầu sử dụng những động cơ này trên các phương tiện khác của mình.

Tesla đã từng tuyên bố rằng, từ năm 2017 đến năm 2022, hãng đã cố gắng giảm 25% mức sử dụng đất hiếm trong các bộ truyền động Model 3 mới này vì nó tăng hiệu quả của hệ thống truyền động.

Nhưng có vẻ như Tesla đang cố gắng đạt được điều tốt nhất đó là một động cơ nam châm vĩnh cửu, nhưng không có các nguyên tố đất hiếm.

Tesla hiện đang tìm cách tiếp tục giảm chi phí, tránh các quy trình có rủi ro về môi trường và sức khỏe, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các mặt hàng dễ bị biến động giá mạnh nhất.

Đất hiếm được sử dụng làm nam châm trong mọi thứ, từ điện thoại đến tua-bin gió và máy bay chiến đấu, từ lâu đã trở thành vấn đề nhức nhối đối với các nhà sản xuất ô tô và lĩnh vực năng lượng sạch, vì giá cả khó lường và sự kiểm soát chặt chẽ của Trung Quốc đối với chuỗi cung ứng. Trung Quốc chiếm khoảng 2/3 hoạt động khai thác và 85% hoạt động tinh chế nguyên liệu.

Rủi ro của việc phụ thuộc vào Bắc Kinh đã được nêu bật vào năm 2010, khi giá cả tăng vọt do quyết định cắt giảm xuất khẩu của Trung Quốc. Năm 2019 và 2020 tiếp tục có đồn đoán rằng các lô hàng có thể bị hạn chế một lần nữa trong bối cảnh căng thẳng thương mại với Mỹ.

Các nhà sản xuất ô tô khác bao gồm BMW AG, Toyota Motor Corp. và General Motors Co. cũng đã phải tìm cách giảm sự phụ thuộc vào đất hiếm trong cuộc đua với Tesla.

Cổ phiếu của các nhà sản xuất bao gồm JL Mag Rare-Earth Co. và Jiangsu Huahong Technology Stock Co. ngay lập tức bị bán tháo sau bình luận của Campbell, trong khi Lynas Rare Earths Ltd. - nhà sản xuất vật liệu lớn nhất bên ngoài Trung Quốc - giảm khoảng 1/4 trong tháng này.

Nils Backeberg, người sáng lập công ty tư vấn Project Blue có trụ sở tại London cho biết, sự thiếu đa dạng trong chuỗi cung ứng nam châm vĩnh cửu đất hiếm là “mối quan tâm chính đối với ngành về địa chính trị của các vật liệu quan trọng”. Việc sử dụng các công nghệ rẻ hơn mặc dù ít tập trung vào hiệu suất và hiệu quả hơn có thể sẽ trở nên phổ biến hơn.

Theo William Roberts, nhà phân tích nghiên cứu cấp cao của công ty tư vấn Rho Motion có trụ sở tại London, một giải pháp thay thế tiềm năng có thể là nam châm ferrite, được làm bằng sắt và trộn với các vật liệu như barium và strontium, có sẵn rộng rãi hơn và rẻ hơn.

GM trước đây đã sử dụng những thứ này và Proterial Ltd. có trụ sở tại Nhật Bản cho biết vào tháng 12 rằng họ đã phát triển động cơ sử dụng nam châm ferrite phù hợp với hiệu suất của các bộ phận sử dụng đất hiếm.

Niron Magnetics Inc. có trụ sở tại Minneapolis, đã hợp tác với Volvo Car AB, năm ngoái đã giành được khoản tài trợ trị giá 17,5 triệu USD của Bộ Năng lượng Mỹ để giúp mở rộng quy mô nghiên cứu nam châm không chứa đất hiếm sử dụng công nghệ dựa trên sắt nitride.

Một nhóm từ Đại học Cambridge và các đồng nghiệp từ Áo cũng đã công bố một phương pháp mới để tạo ra tetrataenite, một chất có thể thay thế cho nam châm đất hiếm, trong một bài báo nghiên cứu xuất bản năm ngoái.

Công ty nghiên cứu Adamas Intelligence Inc. cho biết nam châm ferrite là ứng cử viên sáng tạo nhất cho sự đổi mới của Tesla, mặc dù công nghệ này vẫn phải đối mặt với một thách thức vì nó không thường đi kèm với "hình phạt về trọng lượng hoặc hiệu quả đáng kể”.

Các hệ thống động cơ dựa trên đất hiếm hiện tại cũng có thành tích hiệu quả và nhu cầu về vật liệu trong xe điện và năng lượng tái tạo được dự báo sẽ tăng mạnh.

Khoảng 3,8 tỷ USD cho nam châm oxit đất hiếm đã được tiêu thụ trong các ứng dụng liên quan đến chuyển đổi năng lượng vào năm 2022 và con số này sẽ đạt hơn 36 tỷ USD vào năm 2035, Adamas dự báo.