Marken wie Renault, Nissan und BMW befürchten offenbar Versorgungsengpässe bei Seltenerdmetallen aus China

Viele Elektroautos haben derzeit noch Elektromotoren, die auf Permanentmagneten basieren. Doch Permanentmagneten werden aus Seltenen Erden gemacht, Elementen wie Neodym, Terbium und Dysprosium. Und diese Metalle kommen meist aus China. Weil die Autohersteller Abhängigkeiten befürchten, meiden sie nun verstärkt E-Motoren mit Permanentmagneten, meldet Reuters.

Aufgrund von Spannungen zwischen China und den USA könnte die Zufuhr von Seltenen Erden gefährdet werden. Auch Preisschwankungen und Umweltschäden werden laut Reuters befürchtet. Nach einer Analyse der Nachrichtenagentur schränken daher Hersteller, die fast die Hälfte des weltweiten Auto-Umsatzes ausmachen, den Einsatz von Permanentmagneten ein.

Permanentmagnet-Motoren gelten als effizienteste Form von Elektromotoren. Anders als bei fremderregten Motoren, die zur Erzeugung des Magnetfelds einen Elektromagneten verwenden, wird hier keine elektrische Energie zur Erzeugung des Magnetfelds benötigt. Zu den Nachteilen von permanenterregten Motoren gehört, dass das Magnetfeld nicht geregelt und somit die Drehzahl weniger variiert werden kann.

Die Magnete für Permanentmagnet-Motoren bestehen meist aus Neodym, und bei diesem Seltenerdmetall kontrolliert China rund 90 Prozent des Angebots. Die Preise dafür machten in den letzten Jahrzehnten immer wieder Bockssprünge. Laut Wikipedia lag der Preis für das Kilogramm Neodym im Jahr 2001 noch unter 10 Dollar. Als China im Jahr 2010 drohte, die Versorgung mit Seltenen Erden zu drosseln, stieg der Preis bis auf 80 Dollar.

2011 erreichte der Preis einen Höchststand bei 244 Dollar. Danach ging er wieder zurück und liegt heute bei etwa 100 Dollar pro Kilo. Allerdings wiegen die Neodym-Magnete in einem typischen Elektroauto maximal drei Kilo. 

Zu den Unternehmen, die versuchen, Permanentmagnet-Motoren zu reduzieren, gehört Nissan. Die japanische Marke will laut Reuters für die Motoren des Ariya keine Permanentmagnet-Motoren einsetzen. Auch Konzernpartner Renault setzt beim langjährigen Elektroauto-Bestseller Zoe auf fremderregte Motoren, nämlich fremderregte Synchronmotoren (FSM).

BMW xDrive als Schnittmodell in Dingolfing: Antriebseinheit HEAT unter dem Kofferraum
Hinterradantrieb des BMW iX (Schnittmodell): Die E-Motoren sind fremderregte Synchronmaschinen ohne Permanentmagnete

Gleiches gilt für BMW: Die Marke setzt bei ihren neueren Elektroautos wie dem iX3, dem i4 und dem iX (dessen Antriebseinheit unser Titelbild zeigt) auf das FSM-Prinzip.

"Der ganzheitliche Ansatz zur Steigerung der Nachhaltigkeit schließt
auch Technologie-Entwicklungen ein, die eine Reduzierung und sogar
den Verzicht auf die Nutzung von kritischen Werkstoffen ermöglichen.

So wurde beispielsweise für die Elektromotoren, die Bestandteil
der fünften Generation der BMW eDrive Technologie sind, ein
Konstruktionsprinzip entwickelt, das die Verwendung von Materialien
aus dem Bereich der Metalle der Seltenen Erden im Rotor entbehrlich
macht. Anstelle von Magneten, für die diese Rohstoffe benötigt werden,
wird ein stromerregter Rotor verwendet, um für eine spontane und
zudem präzise kontrollierbare Anregung des Elektroantriebs zu
sorgen." (BMW-Pressemitteilung zum iX)

Tesla verwendet seit 2019 in Model S und Model X verschiedene Motoren: einen mit Seltenerd-Magneten und einen ohne. Der Induktionsmotor biete mehr Leistung, während der mit Permanentmagneten effizienter ist, so Tesla. Dabei erhöhe der Permanentmagnet-Motor die Reichweite um zehn Prozent.

Audi Q4 50 e-tron quattro Edition One (2021) in
Audi verwendet beim Q4 50 e-tron quattro vorne eine ASM, hinten eine PSM

Auch der VW-Konzern setzt bei seinen MEB-Autos auf verschiedene Motoren. Die Modelle mit Hinterradantrieb haben zwar stets eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (PSM), doch bei den Allradmodellen kommt vorne eine Asynchronmaschine (ohne Permanentmagnete) hinzu. So ist es beim VW ID.4 GTX und  beim Audi Q4 e-tron mit Allradantrieb.

Wegen der hohen Effizienz der PSM erfolgt der Antrieb vorwiegend über die Hinterachse. Die ASM wird nur zugeschaltet, wenn mehr Leistung angefordert wird oder wenn es die Fahrstabilität verbessert. Die Vorteile der ASM liegen laut Audi in der kurzzeitigen Überlastfähigkeit und in den geringen Schleppverlusten, wenn sie nicht arbeitet – also zum Beispiel beim antriebslosen Segeln.

"Eine große Stärke des PSM-Motors ist die Effizienz – sein Wirkungsgrad liegt in den allermeisten Fahrsituationen deutlich über 90 Prozent. (...)  Die prinzipiellen Vorteile der ASM sind ihre kurzzeitige Überlastfähigkeit und die minimalen Schleppverluste bei Inaktivität – wichtig deshalb, weil sich der vordere Motor aus Effizienzgründen in den meisten Fahrsituationen nicht am Antrieb beteiligt." (Audi-Pressemitteilung zum Q4 e-tron)

Offenbar geht der Trend in Richtung Seltenerd-Vermeidung. Unternehmen, die Millionen für die Entwicklung von Elektroautos ausgeben, wollten nicht alle Eier in einen Korb legen, sondern entwickelten lieber Alternativen, zitiert Reuters einen Analysten. Laut IHS Markit wird sich der Einsatz von Elektromotoren ohne Seltene Erden bis 2030 fast verachtfachen, doch Permanentmagnet-Motoren würden immer noch dominieren, so das Analystenhaus.