Las tecnologías emergentes de baterías acelerarán la electrificación de las máquinas de obra pública
Las máquinas fuera de carretera de los sectores de la construcción, la agricultura y la minería se encuentran en pleno proceso de electrificación, impulsadas por los beneficios financieros, operativos y medioambientales que pueden aportar. Sin embargo, las diferentes máquinas varían mucho en cuanto a tamaño, autonomía, exigencias del ciclo de trabajo y otros aspectos, lo que requiere diversas opciones de baterías para satisfacer las necesidades de cada máquina.
¿Qué tecnologías de baterías se utilizan hoy en día en las máquinas?
En los inicios de la electrificación de las máquinas de obra pública, especialmente en la construcción, se utilizaban baterías de plomo-ácido en máquinas compactas más pequeñas. Sin embargo, con la madurez del mercado mundial de vehículos eléctricos y de las tecnologías de baterías, las máquinas utilizan ahora de forma generalizada paquetes de baterías de iones de litio. Concretamente, siguen el ejemplo del mercado de la automoción al utilizar paquetes tanto de NMC como de LFP.
Estas tecnologías ofrecen un buen equilibrio entre densidad energética, vida útil, velocidad de carga y coste, lo que permite una amplia aplicación en muchos tipos de máquinas. Es fundamental destacar que, debido a su uso en el mercado de la automoción, cuentan con una infraestructura de cadena de suministro ya existente que puede aprovecharse para facilitar a los fabricantes de equipos originales (OEM) el acceso a los paquetes de baterías para el desarrollo y la fabricación de máquinas.
Las tecnologías NMC y LFP han dado buenos resultados en el mercado de la maquinaria fuera de carretera y seguirán avanzando, especialmente a medida que continúe su desarrollo y los precios sigan bajando. Sin embargo, ciertas máquinas exigirán a sus baterías más de lo que pueden ofrecer los diseños convencionales de iones de litio, como una vida útil más larga, una mayor densidad energética o capacidades de carga más rápidas.
En estos casos, es posible que los fabricantes de equipos originales (OEM) tengan que recurrir a tecnologías de baterías emergentes para cubrir la brecha de rendimiento. En concreto, el nuevo informe de IDTechEx «Baterías para maquinaria de construcción, agricultura y minería 2026-2036: Tecnologías, actores y previsiones» destaca los ánodos de LTO, los ánodos de silicio, las baterías de estado sólido y las de iones de sodio como opciones tecnológicas clave para las máquinas del futuro.
¿Qué pueden aportar las tecnologías emergentes de baterías?
Ánodos de LTO
Los ánodos de LTO utilizan un material activo de óxido de titanato de litio que puede emplearse en lugar de un ánodo de grafito típico, a menudo combinado con un cátodo de NMC. La celda resultante tiene una densidad energética entre tres y cinco veces inferior a la de una celda con ánodo de grafito, pero, lo que es más importante, el ánodo sufre cambios de volumen muy pequeños durante los ciclos, lo que se traduce en una excelente vida útil de entre 20 000 y 60 000 ciclos. Además, permite una carga muy rápida a velocidades de 6-10C.
Esta combinación única de parámetros de rendimiento hace que los ánodos de LTO sean muy adecuados para su uso en maquinaria minera. Estas máquinas a menudo necesitan funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, durante muchos años seguidos, por lo que requieren tanto una vida útil prolongada como una carga rápida para minimizar el tiempo de inactividad. Además, las máquinas más grandes, como las de minería, son más tolerantes a densidades energéticas más bajas y pueden adaptarse a las deficiencias de los ánodos de LTO.
La tecnología LTO se está comercializando cada vez más en el sector minero. Aunque el alto contenido de litio del ánodo conlleva unos costes mucho más elevados, que en ocasiones pueden alcanzar los 1000 dólares estadounidenses por kWh, esto puede seguir siendo más económico que tener que sustituir varias veces los paquetes de NMC o LFP a lo largo de la vida útil de una máquina.
Ánodos de silicio y baterías de estado sólido
Tanto los ánodos de silicio como las baterías de estado sólido son tecnologías que han sido objeto de un amplio desarrollo e investigación para su uso futuro en el mercado de la automoción.
Los ánodos de silicio utilizan un mayor porcentaje de silicio (10 % o más) en los ánodos de grafito, mientras que las baterías de estado sólido implican sustituir el electrolito líquido de una célula típica de iones de litio por un electrolito sólido.
Ambas tecnologías pueden proporcionar densidades energéticas más altas que las células típicas, pero también se enfrentan a considerables limitaciones de vida útil que restringen su uso a solo unos 1000 ciclos. Como resultado, las aplicaciones en el sector todoterreno se centrarán principalmente en máquinas más pequeñas (donde la densidad es primordial) con una menor utilización. Esto encaja muy bien con el perfil operativo de los tractores eléctricos en la agricultura, que pueden funcionar menos de 1000 horas a lo largo de su vida útil, pero que se benefician de baterías de alta densidad para transportar arados y herramientas por grandes extensiones de terreno.
Baterías de iones de sodio
Las baterías de iones de sodio están surgiendo como una alternativa potencialmente más económica a las de iones de litio, ya que utilizan materiales más abundantes y de menor coste, como el sodio y el aluminio, en lugar del litio y el cobre, respectivamente. Las de iones de sodio también ofrecen densidades similares a las de LFP, con el potencial de mejorar la potencia y la vida útil, aunque estas pueden variar ampliamente según el diseño de la célula. El resultado es una célula que puede aplicarse ampliamente en maquinaria de construcción, agricultura y minería, por lo que se espera que su adopción sea considerable en la próxima década.
Perspectivas de mercado de IDTechEx
El informe de IDTechEx «Baterías para maquinaria de construcción, agricultura y minería 2026-2036: tecnologías, actores y previsiones» profundiza en todas las tecnologías mencionadas anteriormente y otras más, destacando cómo el mercado mundial de baterías para maquinaria fuera de carretera crecerá hasta alcanzar los 45 GWh en 2036. El desarrollo de tecnologías de baterías que permitan satisfacer las necesidades de rendimiento de las máquinas será fundamental para alcanzar este crecimiento previsto del mercado global.
El informe de IDTechEx desglosa el estado de la electrificación en los sectores de la construcción, la agricultura y la minería, proporcionando análisis de los requisitos técnicos, económicos y de rendimiento de las máquinas, una evaluación comparativa de los productos de baterías llave en mano actualmente en el mercado y una visión general en profundidad de las tecnologías clave de baterías y su relevancia para las aplicaciones fuera de carretera.
Se proporcionan previsiones detalladas a 10 años sobre la demanda mundial de baterías para aplicaciones fuera de carretera (en GWh) y los ingresos por baterías (en miles de millones de dólares estadounidenses), segmentadas por sector (construcción, agricultura y minería), tipo de máquina, región (EE. UU., China, Europa y el resto del mundo) y tecnología de baterías (NMC, LFP, LTO, ánodo de silicio, estado sólido e iones de sodio).
