Por que as terras raras pesadas se tornaram um gargalo
Os ímãs estão no centro dos motores de veículos elétricos e híbridos. Os ímãs comerciais mais fortes são os de neodímio-ferro-boro. Eles oferecem alto torque em motores compactos. Mas há um problema: os ímãs de neodímio começam a perder força em temperaturas elevadas. Para combater o calor, os fabricantes tradicionalmente adicionam pequenas quantidades de elementos de terras raras pesadas, principalmente disprósio e térbio. Ambos aumentam a coercividade, ou seja, a resistência à desmagnetização, permitindo que os ímãs mantenham seu campo magnético quando o motor de tração esquenta.
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A oferta de terras raras pesadas está concentrada. A China extrai uma parcela significativa dos minérios de terras raras do mundo, refina a maioria dos óxidos e metais e produz cerca de 90% dos ímãs usados em carros e aparelhos eletrônicos, segundo pesquisas do setor e reportagens recentes. Quando as restrições às exportações se intensificam, o impacto nas cadeias de suprimentos é rápido. Nos últimos meses, montadoras correram para encontrar fornecedores alternativos de materiais para ímãs. A Suzuki Motor paralisou temporariamente algumas linhas de montagem após uma escassez de insumos, e fornecedores alertaram para uma possível crise semelhante à falta de semicondutores. A Reuters descreveu montadoras e fabricantes de autopeças em pânico diante dos gargalos no fornecimento de terras raras.
O que prometem os novos ímãs do Japão
Especialistas japoneses em materiais estão trabalhando para desvincular o desempenho dos motores dos metais de terras raras pesadas. A Proterial, antiga Hitachi Metals, afirma ter desenvolvido ímãs de neodímio para motores de tração que mantêm o desempenho sem nenhuma terra rara pesada. Segundo a empresa, o controle mais rigoroso das impurezas e da microestrutura durante o processamento resultou em graus de ímãs com força suficiente para veículos elétricos e híbridos.
Detalhes técnicos divulgados por fontes do setor descrevem dois novos graus de ímãs sinterizados de neodímio que dispensam disprósio e térbio. Um deles é voltado a motores de tração, direção elétrica e compressores, com densidade de fluxo magnético residual B_r de cerca de 1,40 tesla e coercividade intrínseca H_cJ de pelo menos 1671 quiloampères por metro. O segundo, destinado a aplicações de maior torque, eleva o B_r para cerca de 1,42 tesla, com H_cJ igual ou superior a 1830 quiloampères por metro. Em termos simples, o B_r indica quanto fluxo magnético um ímã pode fornecer, enquanto o H_cJ indica o quanto ele resiste à desmagnetização em altas temperaturas.
A Proterial afirma que já há amostras do primeiro grau disponíveis, produzidas em uma linha de produção em massa, e que uma variante mais resistente ao calor estará pronta para amostragem até abril de 2026. A empresa detém centenas de patentes relacionadas a ímãs sinterizados de neodímio e também destacou seu trabalho em uma liga magnética macia de alto fluxo, que pode reduzir o peso e as perdas em determinados núcleos de motores. Para os motores de tração, o principal avanço é eliminar as terras raras pesadas e, ao mesmo tempo, atingir os limites necessários de torque e temperatura.
A empresa está preparando a produção nacional em Kumagaya, na província de Saitama, e Yabu, na província de Hyogo. Se os contratos forem fechados, isso criará uma fonte doméstica de ímãs para motores de tração em um momento em que as montadoras buscam fornecedores menos expostos a mudanças de política em Pequim.
Daido Steel já mostra resultados concretos
A Daido Steel e sua subsidiária Daido Electronics já comercializam ímãs de neodímio para veículos híbridos que não usam terras raras pesadas. A abordagem refina o tamanho dos grãos dentro do ímã, produzindo cristais muito menores. Isso aumenta a coercividade e estabiliza o desempenho quando o motor esquenta. A Honda adotou esses ímãs em modelos híbridos em 2016, uma estreia entre as grandes montadoras.
Os sinais de demanda estão voltando a crescer. A Daido Steel informa ter recebido mais consultas de montadoras do Japão e dos Estados Unidos para aplicações em veículos híbridos e elétricos a bateria. Para atender aos pedidos esperados, a empresa planeja investir 5 bilhões de ienes em uma fábrica da Daido Electronics em Nakatsugawa, na província de Gifu. A meta é elevar a capacidade mensal para cerca de 45 toneladas até a primavera de 2026 e para aproximadamente 150 toneladas no ano fiscal de 2030.
A empresa também está desenvolvendo a tecnologia de ímãs deformados a quente, que dispensa terras raras pesadas e reduz o consumo de energia durante a fabricação em comparação com os métodos convencionais de sinterização. Isso pode diminuir as emissões de carbono na fábrica e reduzir a exposição aos segmentos mais restritos do mercado de terras raras. A Daido Electronics está ampliando a produção e o suporte a clientes no Japão, na Tailândia, na China e nos Estados Unidos, incluindo planos para fabricar ímãs para motores de tração em Ohio.
Os novos ímãs suportam as temperaturas dos veículos elétricos?
Os motores de tração de um carro familiar podem atingir temperaturas internas bem acima de 150 graus Celsius, com pontos localizados ainda mais quentes em subidas íngremes ou durante acelerações repetidas. O calor reduz a força dos ímãs e pode causar perda irreversível se a coercividade intrínseca não for suficientemente alta. A adição de terras raras pesadas eleva o H_cJ, motivo pelo qual esses elementos se tornaram padrão nos graus mais exigentes.
A Proterial afirma ter alcançado níveis adequados de H_cJ e B_r sem disprósio ou térbio, controlando as impurezas e a orientação dos cristais durante a sinterização. Analistas recebem bem o avanço, mas aguardam validação independente. O desempenho precisa se manter ao longo de milhares de ciclos térmicos, em toda a faixa de velocidade e carga e após exposição à umidade e à névoa salina. Comentários iniciais do setor também questionam se os novos ímãs igualam ou superam os melhores graus com disprósio, tanto em desempenho quanto em custo.
O que os engenheiros vão verificar
As equipes de projeto vão traçar curvas completas de desmagnetização nas temperaturas de operação e, em seguida, testar possíveis perdas irreversíveis após episódios de sobrecarga. Elas vão comparar torque e eficiência considerando a combinação com o gerador e o inversor, e não apenas as propriedades isoladas do ímã. A integridade mecânica também importa. O grau, o formato e o revestimento do ímã, assim como o adesivo e a camisa do rotor, precisam suportar estresse térmico e mecânico repetido.
A validação também inclui a consistência da produção. Um grau que atende às especificações em uma produção-piloto precisa continuar atendendo a elas todos os meses, em escala. Os fornecedores vão solicitar dados de controle estatístico de processo, rastreabilidade e análises de falhas obtidas em testes de vida acelerados. Esse processo pode levar meses na fase de laboratório e um ano ou mais depois que as peças forem instaladas em veículos protótipos.
A corrida global e as alternativas
A política para terras raras se tornou um ponto de pressão para o setor automotivo. A China controla a maior parte do refino e cerca de 90% da produção de ímãs. Durante recentes atrasos na concessão de licenças, fornecedores europeus paralisaram temporariamente linhas, e algumas montadoras alertaram que poderiam ter de suspender a produção caso não recebessem os ímãs de forma confiável. A preocupação lembra a crise dos semicondutores e está levando as empresas a diversificar tanto as tecnologias quanto a localização dos fornecedores.
Projetos alternativos de motores fazem parte das opções. Motores síncronos de rotor bobinado, motores de indução e máquinas de relutância comutada dispensam ímãs permanentes. Alguns usam ímãs de ferrite, abundantes, mas mais fracos, combinados com geometrias inovadoras para recuperar o desempenho. Diversas marcas europeias lançaram motores sem ímãs em modelos selecionados. A Tesla afirmou que sua próxima geração de motores de ímã permanente não usará terras raras, o que estimulou uma busca mais ampla por novos materiais e configurações. Pesquisas de mercado indicam que os motores de ímã permanente ainda detêm mais de três quartos do mercado de carros elétricos entre 2015 e 2022, enquanto o teor de terras raras diminui e as alternativas avançam gradualmente.
Países fora da China correm para preencher as lacunas. Na Índia, fabricantes de motores e startups estão licenciando projetos de motores de tração sem ímãs baseados em ferrite e em princípios de relutância, enquanto recicladoras nacionais trabalham para recuperar terras raras de resíduos eletrônicos. O objetivo não é apenas uma solução temporária, mas construir uma cadeia de suprimentos regional capaz de atender a programas de veículos em rápida expansão.
A reciclagem e os novos polos de processamento estão ganhando força na América do Norte. A Cyclic Materials, sediada em Ontário, fechou um acordo de compra de terras raras recicladas com o grupo químico Solvay, e o Canadá está investindo em capacidade de processamento para atender clientes nas Américas e na Europa. Líderes do setor dizem que as tensões comerciais aceleraram os planos de criar uma oferta independente. Pat Ryan, CEO da UCore, expressou essa percepção em uma declaração recente sobre a mudança de política.
