Los fabricantes de maquinaria para la construcción, la agricultura y la minería (CAM) han iniciado recientemente su camino hacia la electrificación. En los próximos 10 años, IDTechEx prevé un fuerte crecimiento de este mercado, impulsado por la caída del precio de las baterías y las ventajas de coste total de propiedad que ofrecen las máquinas eléctricas.

De este modo, se creará un nuevo mercado de baterías que, según el nuevo informe de IDTechEx «Battery Markets in Construction, Agriculture & Mining Machines 2024-2034», crecerá hasta alcanzar un valor de 7.800 millones de dólares, con una tasa de crecimiento anual constante de 10 años del 27,1% y una demanda anual de más de 50 GWh en 2034.

Amplia gama de tamaños de batería necesarios en el mercado CAM. Fuente: IDTechEx

La industria CAM llega un poco tarde a la fiesta de la electrificación, pero esto significa que se beneficia de una cadena de suministro de electrificación próspera y establecida, cortesía de la industria del automóvil. En los inicios de la electrificación de la industria automovilística, dos factores impulsaron el desarrollo de las baterías: la densidad de energía para la autonomía y el coste de la batería. Así, la industria del automóvil eléctrico se decantó por las baterías de níquel manganeso cobalto (NMC) y las de litio fosfato ferroso (LFP), que ofrecen una solución equilibrada a estos dos factores. Sin embargo, el nuevo informe de investigación de mercado de IDTechEx concluye que las máquinas CAM tienen una amplia variedad de necesidades, lo que crea oportunidades para las tecnologías de baterías más allá del statu quo definido para la automoción.

Son muchas las tecnologías de baterías que salen al mercado hoy en día, desde evoluciones de las tecnologías de iones de litio hasta opciones revolucionarias de iones de sodio. Cada tecnología aporta sus pros y sus contras; por ejemplo, las baterías de titanato de litio (LTO) ofrecen una vida útil diez veces superior a la de otras baterías, pero tienen la mitad de densidad energética. O las baterías que utilizan silicio en lugar de grafito en el ánodo ofrecen una densidad energética excepcional y una gran capacidad de potencia, pero sufren en la duración de los ciclos. Como la mayoría de las cosas en la vida, hay compensaciones; no existe una solución perfecta que ofrezca la mejor densidad de energía, potencia, longevidad, coste y seguridad, todo en el mismo paquete. Por suerte, en CAM, a menudo hay tipos de máquinas con unas necesidades que se ajustan a las ventajas y desventajas de las opciones de baterías actuales.

Los camiones de transporte son un buen ejemplo de máquina CAM con necesidades muy especializadas. Estas gigantescas máquinas de más de 150 toneladas se utilizan para trasladar la materia prima extraída en explotaciones mineras de todo el mundo. Su tiempo de actividad es enorme, ya que suelen trabajar más de 20 horas al día y 360 días al año. Por su peso y tiempo de funcionamiento, necesitan grandes baterías para realizar su trabajo. IDTechEx ha visto baterías de hasta 2 MWh en estas máquinas. En perspectiva, 2 MWh equivalen a 20 baterías de Tesla Model S o a 50 baterías de Nissan Leaf (40 kWh). Una batería de este tamaño pesaría unas 10 toneladas y probablemente costaría entre 500.000 y 1 millón de dólares. Afortunadamente, dado que la máquina ya pesa tanto y transporta cargas útiles de cientos de toneladas, el tamaño y el peso de la batería no tienen importancia; de hecho, los motores a los que sustituye la cadena cinemática eléctrica ya pesan entre 10 y 25 toneladas.

Para un camión de transporte eléctrico, IDTechEx ve tres prioridades principales que debe satisfacer el tipo de batería elegido:
1. Debe ser capaz de cargarse rápidamente para ofrecer el tiempo de actividad que necesitan estas máquinas.
2. Debe tener una buena longevidad. IDTechEx calcula que un camión de transporte pasará por 12.000 ciclos de carga a lo largo de su vida útil.
3. Debe tener sentido desde el punto de vista económico. Algunas tecnologías de baterías no durarían los 12.000 ciclos, lo que obligaría a costosas sustituciones. Algunas tecnologías podrían alcanzar el ciclo de vida, pero normalmente cuestan un poco más.

Teniendo en cuenta estas prioridades, el informe de IDTechEx concluye que la LTO es una gran opción para los camiones de transporte. La LTO es una tecnología muy fiable, y los paquetes disponibles en el mercado de ensambladores de paquetes de baterías llave en mano, como Forsee Power, ABB y Voltabox, tienen una vida útil de entre 20.000 y 100.000 ciclos. Además, es muy bueno en carga rápida, con muchos ejemplos capaces de cargar en 6 minutos o menos. Por supuesto, la LTO tiene sus desventajas: su densidad energética es aproximadamente la mitad que la de las opciones LFP y es más cara por kWh. Sin embargo, ninguno de estos factores es especialmente importante para los camiones de transporte. Son lo bastante grandes para soportar el peso añadido, mientras que la longevidad de las baterías LTO elimina la necesidad de sustituirlas, lo que compensa con creces su coste adicional.

Sin embargo, las baterías grandes y las capacidades de carga rápida plantean otro problema: la carga. Si una batería de 2 MWh se cargara en 6 minutos, necesitaría una conexión a la red de 20 MW. Esta demanda de energía es tan elevada que se necesitarían unas seis turbinas eólicas marinas dedicadas a su carga. Se está trabajando en vías de solución para estas necesidades de carga, un tema que se analiza en el informe de IDTechEx «Off-Grid Charging For Electric Vehicles 2024-2034: Technologies, Benchmarking, Players and Forecasts».

La industria CAM está llena de máquinas como ésta. Máquinas que tienen un conjunto específico de necesidades para sus casos de uso especializado. Las miniexcavadoras tienen chasis pequeños que requieren soluciones similares a las de la industria del automóvil. Las grandes cargadoras requieren baterías grandes y baratas, lo que quizá cree un mercado para las soluciones de iones de sodio. En la agricultura, el espacio del chasis es más limitado, pero el uso estacional significa que se necesitan menos ciclos, lo que podría abrir la puerta a las tecnologías de ánodos de silicio.

Autor: Dr. James Jeffs, analista tecnológico senior de IDTechEx