Hållbarheten hos elfordonsmotorer

Elfordon (EV) är en nyckelväg för att minska koldioxidutsläppen i transportsektorn. Men de material som används inom dem kommer ofta under lupp när det gäller deras hållbarhet. Att objektivt kvantifiera hållbarhet är mycket svårt på grund av dess beroende av flera faktorer, men vissa tekniker, material och metoder kan säkert vara mer eller mindre hållbara än andra. Som en viktig del av en elbils drivlina är det också viktigt att överväga hållbarheten hos elmotorkonstruktioner när man tittar på ett fordons hållbara natur. IDTechEx rapport Elmotorer för elektriska fordon 2025-2035: Teknik, material, marknader och prognoser, förutspår behovet av över 160 miljoner elmotorer per år till 2035. Den här artikeln syftar till att diskutera några av de nyckelfaktorer och avvägningar som måste göras för elmotordesign om hållbarhet är det ultimata målet, skriver IDTechEx Research Director Dr James Edmondson.

Effekten av materialval

I de allra flesta fall är materialen som används i statorn till elmotorer på elmotormarknaden mycket lika, med stållaminat och kopparlindningar. Den stora skillnaden beror på rotormaterialen. Permanentmagnetmotorer för sällsynta jordartsmetaller utgör majoriteten av marknaden, och IDTechEx fann att de hade en marknadsandel på 85 % av elbilar för 2023.

Av de material som övervägs för elmotorer (stål, aluminium, koppar), per kg, har sällsynta jordartsmetaller den största miljöpåverkan när man överväger potentialen för ozonnedbrytning, global uppvärmning, försurning, övergödning och fotokemisk ozonbildning. Även om de utgör en relativt liten del av motorn (mindre än 1-2 kg), tenderar motorer som innehåller sällsynta jordartsmetaller att ha en större inverkan på miljön per kW effekt jämfört med alternativen utan sällsynta jordartsmetaller, trots magnet- fria motorer kräver vanligtvis större mängder andra material som koppar. Magnetfria motorer kan dock kräva andra tillverkningssteg som kan öka energiförbrukningen vid tillverkningen.

IDTechEx analys av miljöpåverkan av material i olika kommersiella elmotorer. Källa: IDTechEx

Öka effekttätheten och effektiviteten för att förbättra hållbarheten

Enkelt uttryckt betyder en effektivare motor att mindre energi går till spillo på att köra fordonet. Detta innebär mindre el från nätet som används, vilket, beroende på nätet, kan vara betydande för att minska CO₂ produktion. En effektivare motor innebär dessutom att ett mindre batteri kan användas för att uppnå samma fordonsräckvidd, vilket minskar materialanvändningen och miljöpåverkan från batterisystemet.

Den andra aspekten är effekttäthet. En mer effekttät motor kommer att använda mindre material för att uppnå samma effekt. Om man tar ett extremt exempel på hög effekttäthet med en axiell flödesmotor, har spelare som intervjuats av IDTechEx hävdat att en effekt på 190 kW kan uppnås med mindre än 1.2 kg magneter eller ~6.3 gram/kW. Jämför detta med en typisk modern radialflödesmotor på cirka 10 gram/kW.

Behöver vi fler motorer?

IDTechExs forskning har funnit att det genomsnittliga antalet motorer som användes per BEV 2023 var 13 % högre än 2015, eftersom fler fordon används med varianter med dubbla, tre och fyrhjuliga motorer. Att ha fler motorer i ett fordon kommer naturligtvis att öka materialutnyttjandet, inte bara för motorn utan också för alla tillhörande elektronik- och värmeledningskomponenter.

Man skulle kunna ställa sig frågan: hur många konsumenter behöver egentligen mer än en motor? Det är verkligen en trevlig lyx att ha, och biltillverkare föredrar ofta att sälja dessa fordon med högre specifikationer som har en högre vinstmarginal. Detta minskar fordonets hållbarhet; Men om det betyder att fler är villiga att köpa en BEV så kan detta ses som ett steg i rätt riktning för miljön i allmänhet. IDTechEx tror att ett nyckelsteg för att återuppliva tillväxten på elbilsmarknaden kommer att vara tillgången till lågkostnadsmodeller (särskilt i Europa) som sannolikt kommer att kräva en enmotorig lösning för att hålla kostnaderna nere.

Hur stor faktor är hållbarhet?

Hållbarhet är ett centralt mål för de flesta moderna företag, med många som har netto-nollmål inom en inte alltför avlägsen framtid och hela avdelningar dedikerade till att minska företagets miljöpåverkan. När biltillverkare försöker göra mer lönsamma elbilar, vilket kommer att vara en stor faktor i koldioxidutsläppen av vägtransporter, kommer hållbarheten för elbilskomponenter ofta att hamna bakom faktorer som prestanda, effektivitet och pris. Dessutom ägnas ofta mer granskning åt batterimaterialen, och det med rätta, med tanke på de mängder som används i jämförelse med motorerna. Detta återspeglas i tidiga regler som batteripasset i Europa som kräver CO₂ batteriets fotavtryck som ska rapporteras. Största delen av det initiala hållbarhetsfokuset kommer att ligga inom detta område, men i framtiden kan motorn visa sig vara en viktig väg för att förbättra fordonens hållbarhet.

IDTechEx rapport Elmotorer för elektriska fordon 2025-2035: Teknik, material, marknader och prognoser analyserar det nuvarande teknik- och materiallandskapet för elmotorer i elbilar och förutsäger framtida trender och krav för de kommande 10 åren. IDTechEx förutspår att över 160 miljoner elmotorer kommer att krävas för elbilsmarknaden 2035, med ungefär 30 % av fordonsmarknaden som använder tekniker utan sällsynta jordartsmetaller samma år.

Om du vill veta mer om den här rapporten, inklusive nedladdningsbara exempelsidor, Klicka här.

För hela portföljen av elfordonsmarknadsundersökningar tillgängliga från IDTechEx, klicka här.

Om IDTechEx 
 
IDTechEx tillhandahåller pålitlig oberoende forskning om framväxande teknologier och deras marknader. Sedan 1999 har vi hjälpt våra kunder att förstå ny teknologi, deras leveranskedjor, marknadens krav, möjligheter och prognoser.

Dela den här artikeln: