Diese Motoren werden fast ausschließlich in China hergestellt und unterlagen in der Vergangenheit erheblichen Preisschwankungen. Angesichts dieser Bedenken überrascht es, dass die Studie von IDTechEx ergeben hat, dass Seltenerd-Permanentmagnetmotoren in den letzten neun Jahren einen Marktanteil von über 77 % im Bereich der Elektrofahrzeuge halten konnten. Warum?
Marktanteile der Motorentechnologie in batterieelektrischen (BEV) und Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV). Quelle: IDTechEx
Der IDTechEx-Bericht „Elektromotoren für Elektrofahrzeuge 2024–2034“ prognostiziert einen Bedarf von über 140 Millionen Elektromotoren für den Markt für Elektrofahrzeuge. Obwohl ein Rückgang des Marktanteils von Seltenerdmotoren erwartet wird, geht der Bericht davon aus, dass der Markt im Jahr 2034 weiterhin größtenteils auf Permanentmagnetmotoren basieren wird.
Was ist beunruhigend?
China kontrolliert weitgehend das Angebot an Seltenen Erden, was in der Vergangenheit zu erheblichen Preisschwankungen geführt hat. Nachdem China 2011 seine Exporte von Seltenen Erden beschränkt hatte, stiegen die Preise für Neodym und Dysprosium um etwa 750 % bzw. 2000 %. Auch 2021 und 2022 stiegen die Preise weiter und erreichten 2022 mit dem Vierfachen ihres Achtjahresdurchschnitts ihren Höchststand. Obwohl sich die Preise 2023 und Anfang 2024 stabilisierten, geben sie weiterhin Anlass zur Sorge.
Die Beschaffung von Rohstoffen aus der Region und die Stärkung inländischer Lieferketten sind für viele Branchen und Regierungen, die ihre Zukunft sichern wollen, zu immer wichtigeren Zielen geworden. So haben beispielsweise die Vereinigten Staaten Mittel bereitgestellt, um ihre inländische Versorgung mit Seltenen Erden zu verbessern, doch es wird einige Zeit dauern, bis diese Projekte angelaufen sind.
Seltene Erden stellen auch Umweltprobleme dar, die mit ihrer Gewinnung und Verarbeitung sowie den dabei entstehenden Abfällen zusammenhängen.
Wie ist der aktuelle Stand von Markt und Technologie?
Permanentmagnetmotoren sind nach wie vor die dominierende Technologie in Elektrofahrzeugen. Aufgrund der genannten Bedenken wurden Fortschritte bei Alternativen ohne Seltenerdmetalle erzielt. Renault verwendet seit dem Zoe fremdgeerdete Synchronmotoren (EESM) in Elektrofahrzeugen, und auch andere Hersteller wie BMW haben diesen Ansatz übernommen. Obwohl diese Motoren die Materialkosten senken, ist ihre Herstellung aufgrund der Kupferwicklungen im Rotor und der notwendigen Rotorerregung oft komplexer. Daher sind die Herstellungskosten in der Regel höher.
Magnete ohne Seltene Erden stellen eine weitere Lösung dar und befinden sich in unterschiedlichen Stadien der Marktreife. Unternehmen wie Proterial behaupten, ihre Magnete böten „weltweit die höchste Leistung unter den Ferritmagneten“. Niron Magnetics entwickelt Eisennitridmagnete, deren nächste Generation die Leistung von Neodym-Magneten erreichen soll. PASSENGER ist ein europäisches Projekt zur Entwicklung von Strontiumferrit sowie Legierungen aus Mangan, Aluminium und Kohlenstoff. Obwohl diese Materialien Seltene-Erden-Magnete in naher Zukunft wahrscheinlich nicht ersetzen werden, könnten die Vorteile geringerer Kosten und stabiler Versorgung ausreichen, um den Markt in diese Richtung zu lenken. IDTechEx prognostiziert, dass Magnete ohne Seltene Erden bis 2034 einen Marktanteil von 12 % erreichen werden.
Warum Permanentmagnetmotoren nach wie vor die dominierende Technologie sind
Zwei Hauptfaktoren (mit zahlreichen weiteren Aspekten) bestimmen die Wahl der Motortechnologie: Leistung und Kosten. Seltenerd-Permanentmagnetmotoren bieten typischerweise die höchste Leistungs- und Drehmomentdichte, einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Herstellungskosten. Ihr Hauptnachteil sind die Materialkosten, da die Magnete in der Regel etwa ein Drittel der gesamten Materialkosten des Motors ausmachen.
Seit ihrem Höchststand im Jahr 2022 haben sich die Preise für Seltene Erden stabilisiert. Dadurch sind Permanentmagnetmotoren wieder wettbewerbsfähig geworden, und der Bedarf an Alternativen hat sich verringert. Die meisten Tier-1-Zulieferer bieten mittlerweile Permanentmagnetmotoren oder EESMs (Elektromagnetische Elastomer-Motoren) an, die endgültige Entscheidung liegt jedoch bei den Originalgeräteherstellern (OEMs). Laut Interviews von IDTechEx mit OEMs verfügen die meisten über EESM-Optionen, entweder intern oder über Zulieferer. Diese werden jedoch hauptsächlich für Situationen reserviert, in denen die Magnetpreise deutlich steigen oder die Notwendigkeit einer lokalen Materialversorgung (beispielsweise aufgrund geopolitischer oder regulatorischer Zwänge) zunimmt.
Ein umfassenderes Problem
Sofern es keine signifikante Verbesserung bei Magneten ohne Seltene Erden oder einen bedeutenden regulatorischen Impuls gibt, werden Permanentmagnetmotoren mit Seltenen Erden wahrscheinlich den größten Teil des Marktanteils behalten, insbesondere da China der größte Markt für Elektrofahrzeuge ist und weniger Anreiz hat, von Seltenen Erden abzurücken.
Eine wichtige Frage ist, ob Autofahrer tatsächlich so viel Leistung benötigen, wie sie typischerweise in Fahrzeugen oder Varianten mit zwei Motoren verbaut ist. Varianten mit zwei Motoren sind in der Regel weniger effizient und benötigen mehr Material für die Herstellung und den Einbau des zweiten Motors. Diese höhere Leistung und die zusätzlichen Motoren sind meist nicht notwendig, genauso wie größere Fahrzeuge im Allgemeinen nicht erforderlich sind. Leistungsstärkere und besser ausgestattete Modelle sprechen jedoch eine andere Kundengruppe an und bieten Fahrzeugherstellern die Möglichkeit, ihre Gewinnmargen zu erhöhen. Wenn dies dazu beiträgt, dass Elektrofahrzeuge Marktanteile gewinnen und Verbrennungsmotoren verdrängen, ist es vielleicht das kleinere Übel.
Der IDTechEx-Bericht „Elektromotoren für Elektrofahrzeuge 2024–2034“ untersucht die verschiedenen Arten von Elektromotoren für Elektrofahrzeuge sowie neue Alternativen wie Axialflussmotoren und Radnabenmotoren. Der Bericht analysiert den Markt für Elektrofahrzeuge (Pkw, Busse, Lkw, Transporter, Zweiräder, Dreiräder und Kleinstwagen) in China, Europa und den USA und enthält Nachfrageprognosen für Motoren nach Technologie und verwendeten Materialien für die nächsten zehn Jahre.
Autor: Dr. James Edmondson, Forschungsdirektor bei IDTechEx
