Tesla kündigte überraschend an: Die Elektromotoren kommen vollständig ohne Seltene Erden aus. Sind die Trümpfe, die chinesische Unternehmen in der Hand halten, nach wie vor wettbewerbsfähig?

Elon Musk hat einen Tesla-Beitrag auf X geteilt und erklärt, dass der Antriebsmotor des Cybercab vollständig ohne Seltene Erden auskommt und die Reichweite überhaupt nicht verringert wird.

Musk fügte hinzu, dass dies extrem schwierig umzusetzen sei. Warum ist das so?

Denn die Energiedichte von Magneten ohne Seltene Erden (wie gewöhnliche Ferritmagnete) beträgt nur ein Bruchteil derjenigen von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten. Es ist eine Herausforderung für die Physik, mit „schwach magnetischen Materialien“ eine „starke magnetische Ausgabe“ zu erreichen, ohne die Reichweite des gesamten Fahrzeugs zu beeinträchtigen.

Daher stand „ohne Seltene Erden“ in der Vergangenheit für „schlechte Leistung, hohes Gewicht und schlechte Reichweite“. Aber Musk hat nicht nur angekündigt, komplett auf Seltene Erden zu verzichten, sondern auch behauptet, dass die Reichweite nicht verringert wird.

Am selben Tag fuhren goldene Tesla-Fahrzeuge ohne Lenkrad und ohne Pedale durch die Straßen der Vereinigten Staaten, um Fahrgäste zu befördern.

Die vergangene Geschichte von Tesla und den Seltenen Erden

Um dies zu verstehen, muss man einen Blick auf die Vergangenheit von Tesla werfen.

Die frühesten Modelle S und X verwendeten Asynchronmotoren mit Wechselstrom, die nicht auf Seltene Erden angewiesen waren. Zu dieser Zeit hatte Tesla nur wenig Einfluss auf seine Lieferkette, daher war die Verwendung von Asynchronmotoren eine Notlösung – obwohl sie etwas weniger effizient und schwerer waren, war Tesla nicht von Dritten abhängig.

In der Ära von Model 3 und Model Y wollte Tesla die Absätze steigern, die Kosten senken und die Reichweite verbessern. Da wurde der geringe Effizienznachteil von Asynchronmotoren nicht mehr akzeptabel, sodass das Unternehmen vollständig auf permanentmagneterregte Synchronmotoren umstieg.

Permanentmagneterregte Synchronmotoren sind hocheffizient, kompakt und leicht, aber sie haben eine entscheidende Schwäche: Sie kommen nicht ohne Seltene-Erden-Permanentmagnete aus Neodym-Eisen-Bor aus.

Im März 2023 zeigte Tesla am Investoren-Tag eine Tabelle mit den Materialangaben für Motoren. Damals mussten in den permanentmagneterregten Motoren von Tesla drei Arten von Seltenen Erden verwendet werden, mit Mengen von etwa 500 Gramm Neodym, 10 Gramm Dysprosium und 10 Gramm Terbium.

Dann kündigte Tesla auf dem Investorenkongress 2023 plötzlich das Ziel an, dass die Antriebsmotoren der nächsten Generation völlig frei von Seltenen Erden sein werden. Zwei Jahre später wurde der Cybercab bereits als Serienfahrzeug vorgestellt.

Von der Nichtverwendung von Seltenen Erden über die umfangreiche Verwendung bis hin zur Rückkehr zur Nichtverwendung von Seltenen Erden: Dies sind unterschiedliche Entscheidungen, die Tesla in verschiedenen Phasen getroffen hat – Bei kleinem Umfang hat die Sicherheit der Lieferkette Vorrang. Bei der Steigerung der Absätze stehen Effizienz und Kosten im Vordergrund. Jetzt, wo das Unternehmen groß genug ist und mit geopolitischen Risiken konfrontiert ist, wird die Sicherheit der Lieferkette wieder zur obersten Priorität.

Wie erreicht man keine Leistungseinbußen ohne Seltene Erden?

Herkömmliche permanentmagneterregte Synchronmotoren erzeugen ein starkes Magnetfeld mithilfe von Seltene-Erden-Permanentmagneten, sodass der Motor klein, leicht und hocheffizient gebaut werden kann. Ohne Seltene Erden lässt sich die Magnetfeldstärke nicht erhöhen, und die Leistung sinkt natürlich.

Die Lösung von Tesla besteht aus drei Maßnahmen: Erstens wird die Synchron-Reluktanz-Technologie ausgebaut, sodass die magnetische Wegstruktur des Rotoreisens mehr Antriebskraft übernimmt. Einfach ausgedrückt: Der Motor dreht sich nicht durch die Anziehungskraft von Magneten, sondern durch die Änderung des magnetischen Widerstands aufgrund der Form des Eisenkerns selbst.

Zweitens erforscht das Unternehmen neue ferritische Verbundmagnetwerkstoffe, um mit schwach magnetischen Materialien in Kombination mit strukturellem Design eine Ausgabe zu erreichen, die der von starken Magneten nahekommt.

Drittens wird die Kupferfüllrate mithilfe von Haarnadelwicklungen erhöht, und in Kombination mit einem leistungsstärkeren Temperaturkontrollsystem werden Effizienz und Wärmeableitung verbessert.

Jede dieser drei Maßnahmen für sich betrachtet ist keine bahnbrechende neue Technologie. Die Schwierigkeit liegt darin, alle drei Maßnahmen zu kombinieren, ohne Leistungseinbußen hinzunehmen und gleichzeitig die Kosten zu senken. Dies ist eine Fähigkeit im Systemengineering, keine einzelne technische Durchbruch.

Aber das wirklich technisch Wertvolle ist nicht die Null-Seltene-Erden-Eigenschaft selbst, sondern die nachfolgenden Fertigungsdaten.

Der Takt der automatisierten Produktion von Antriebseinheiten wurde auf unter 10 Sekunden reduziert – bei traditionellen Automobilherstellern dauert die Montage eines Hochleistungsmotors mehrere Dutzend Minuten oder sogar Stunden, bei Tesla kommt alle 10 Sekunden ein fertiger Motor vom Band.

Die Fläche der Motorenproduktionslinie wird um 50 % verringert, die Kosten der Antriebseinheit der nächsten Generation betragen etwa 1000 US-Dollar, und der Bedarf an Siliziumkarbid-Chips für Wechselrichter sinkt ebenfalls.

Man spart Seltene Erden, Chips, Produktionsfläche und Arbeitskräfte, und die Kosten sinken um weitere 1000 US-Dollar.

Tesla führt hier keine technischen Versuche durch, sondern Serienproduktionsprüfungen – der Null-Seltene-Erden-Motor ist kein Probeexemplar aus dem Labor, sondern ein Serienprodukt, das bereits im Cybercab verbaut wird, alle 10 Sekunden vom Band läuft und geringere Kosten verursacht.

Von dem Abbau, der Trennung und der Raffination bis zur Herstellung von Hochleistungsmagnetwerkstoffen verfügt China über eine sehr vollständige Industriekette und deutliche Skalenvorteile bei Seltenen Erden.

Das klingt nach einem Vorteil, aber für Tesla ist dies ein potenzielles Lieferkettenrisiko. Ein Motor enthält 500 Gramm Seltene Erden – das scheint nicht viel zu sein, aber Tesla verkauft jährlich Millionen von Fahrzeugen. Zusammen mit zukünftigen Robotaxis und humanoiden Robotern könnte der Bedarf an Motoren das Mehrfache oder sogar das Zehnfache des heutigen Niveaus erreichen.

Zu diesem Zeitpunkt ist die stabile Versorgung mit Schlüsselmaterialien kein kleines Problem mehr.

Darüber hinaus fällt ein Detail auf: Der neue Null-Seltene-Erden-Motor von Tesla wird zuerst im Cybercab verbaut, dessen Zielmarkt hauptsächlich Nordamerika ist.

Was bedeutet das? Das bedeutet, dass Tesla technische Vorkehrungen für die „Entkopplung der nordamerikanischen Lieferkette von China“ trifft. Sollten sich die geopolitischen Spannungen in Zukunft verschärfen und vorgeschrieben werden, dass in Nordamerika verkaufte Fahrzeuge keine chinesischen Seltenen Erden verwenden dürfen, hat Tesla bereits eine fertige Lösung.

Und Elon Musk hat schon immer so gehandelt: Während andere noch über Risiken diskutieren, hat er bereits eine Alternativlösung entwickelt.

Sind die Trümpfe der chinesischen Unternehmen noch wettbewerbsfähig?

Chinas Industriekette für neue Energiefahrzeuge ist sehr stark, und Seltene Erden sind unser absoluter Vorteil. China verfügt nicht nur über die weltweit reichsten Reserven an Seltenen Erden, sondern beherrscht auch über 90 % der weltweiten Raffinationskapazität für Seltene Erden und die Herstellungskapazität für Hochleistungs-Neodym-Eisen-Bor-Magnete.

Vom Bergbau über die Trennung und Raffination bis zur Verarbeitung von Magnetwerkstoffen hat China in diesem Bereich eine nahezu absolute Monopolstellung aufgebaut.

In der Vergangenheit wurden in den USA neue Minen, neue Raffinerien und neue Magnetfabriken schrittweise in Betrieb genommen, um die Schwäche bei Seltenen Erden zu beheben.

Aber egal ob es um die Neubeschaffung von Ausrüstung, die Anpassung von Trennverfahren oder die Prüfung der fertigen Magnete durch Automobilhersteller geht – dieser Zyklus dauert möglicherweise 3 bis 5 Jahre, und das Produkt ist am Ende möglicherweise nicht wettbewerbsfähig gegenüber chinesischen Produkten.

Tesla hingegen geht einen neuen Weg: Wenn man darauf wartet, dass die US-amerikanische Industriekette vollständig aufgebaut ist, dauert das ewig. Es ist viel effizienter, wenn die eigenen Ingenieure den Motor neu entwerfen, sodass man komplett auf Seltene Erden verzichtet. 0 Gramm Seltene Erden – damit versucht Tesla, die Spielregeln neu zu schreiben.

Für chinesische Automobilhersteller ist diese Situation kompliziert: Vorteile können manchmal zu Trägheit führen – Wir haben schließlich reichlich Seltene Erden, die zudem günstig und hochwertig sind. Warum sollten wir uns die Mühe machen, Motoren ohne Seltene Erden zu entwickeln?

Aber Tesla zeigt mit Taten: Ein Lieferkettenvorteil ist keine technische Schutzmauer. Heute dominiert man den Markt dank niedriger Kosten für Seltene Erden. Wenn andere in Zukunft die Null-Seltene-Erden-Technologie erfolgreich umsetzen und noch niedrigere Kosten erreichen, bleibt der eigene Vorteil dann noch bestehen?

Im zukünftigen Wettbewerb um Motoren wird Seltene Erden nicht mehr die unvermeidliche Schwäche von Elektroantriebssystemen sein, wenn sich der Fokus von „wer hat den stärkeren Magneten“ zu „wer verwendet weniger Material, hat eine höhere Effizienz und niedrigere Kosten“ verschiebt – genau wie bei der Einführung von Lithium-Ionen-Batterien, als niemand erwartet hat, dass sie die Hälfte des Marktes von Nickel-Metallhydrid-Batterien und Verbrennungsfahrzeugen übernehmen würden.

Noch wichtiger ist, dass Tesla mit diesem Schritt allen Automobilherstellern der Welt ein Beispiel gibt: Schlüsselmaterialien sind nicht unumgänglich.

Diese Logik gilt nicht nur für Seltene Erden, sondern auch für Chips, Batteriematerialien und alle wichtigen Bereiche der Lieferkette – Solange man bereit ist, zu investieren und neue Denkwege zu gehen, kann man die vermeintlich unumgängliche Schwäche umgehen, indem man einen anderen Weg einschlägt.

Tatsächlich haben chinesische Unternehmen bereits seit langem die drei technischen Wege für Motoren ohne Seltene Erden – Synchron-Reluktanz, Schalt-Reluktanz und elektrische Erregung – erforscht, und viele davon sind bereits in Serienproduktion.

In der Industrie haben die synchronen Reluktanzmotoren von Wolong Electric und Inovance bereits in großen Mengen ausgeliefert, ihr kombinierter Marktanteil übersteigt 34 %. Ihre Energieeffizienz entspricht der von Siemens und ABB, und die Kosten sind 30 % niedriger.

Im Automobilbereich sind die Motoren mit variablem Magnetfluss von BYD bereits in Fahrzeugen verbaut, der Verbrauch an Seltenen Erden wird direkt halbiert, die Leistung steigt um 12 % und die Hochgeschwindigkeitsreichweite um 15 %. Die technischen Vorkehrungen für elektrisch erregte Motoren bei NIO und XPeng sind ebenfalls bereits abgeschlossen. Die elektrische Erregungstechnologie, die im BMW iX3 verwendet wird, ist auch für chinesische Automobilhersteller umsetzbar.

Dass Tesla die Spielregeln ändern will, ist für chinesische Unternehmen sowohl eine Warnung als auch eine Chance.

Die Warnung lautet: Man darf sich nicht auf dem Vorteil der Seltenen Erden ausruhen, der Wechsel der technischen Wege kann schneller kommen als erwartet.

Die Chance lautet: Wenn Tesla den Weg der