Le nuove tecnologie per le batterie accelereranno l'elettrificazione delle macchine edili.
Le macchine fuoristrada nei settori dell'edilizia, dell'agricoltura e dell'industria mineraria stanno subendo un processo di elettrificazione, spinto dai vantaggi finanziari, operativi e ambientali che ne derivano. Tuttavia, le diverse macchine variano notevolmente in termini di dimensioni, autonomia, requisiti di ciclo di lavoro e altri aspetti, rendendo necessarie diverse opzioni di batterie per soddisfare le esigenze di ciascuna macchina.

Quali tecnologie per le batterie vengono attualmente utilizzate in queste macchine?

Agli albori dell'elettrificazione delle macchine edili, in particolare nel settore delle costruzioni, le batterie al piombo-acido venivano utilizzate nelle macchine più piccole e compatte. Tuttavia, con la maturazione del mercato globale dei veicoli elettrici e delle tecnologie delle batterie, le macchine utilizzano ora ampiamente pacchi batteria agli ioni di litio. In particolare, seguono l'esempio del mercato automobilistico utilizzando pacchi sia NMC che LFP.

Queste tecnologie offrono un buon equilibrio tra densità energetica, durata, velocità di ricarica e costo, consentendo un'ampia applicazione in molti tipi di macchine. È fondamentale sottolineare che, grazie al loro utilizzo nel mercato automobilistico, queste tecnologie dispongono di un'infrastruttura di catena di fornitura preesistente che può essere sfruttata per facilitare l'accesso dei produttori di apparecchiature originali (OEM) ai pacchi batteria per lo sviluppo e la produzione di macchinari.

Le tecnologie NMC e LFP hanno ottenuto buoni risultati nel mercato dei macchinari fuoristrada e continueranno a progredire, soprattutto con il proseguimento del loro sviluppo e il continuo calo dei prezzi. Tuttavia, alcuni macchinari richiederanno alle proprie batterie prestazioni superiori a quelle offerte dai tradizionali design agli ioni di litio, come una maggiore durata, una maggiore densità energetica o capacità di ricarica più rapide.

In questi casi, gli OEM potrebbero dover ricorrere a tecnologie emergenti per le batterie al fine di colmare il divario prestazionale. In particolare, il nuovo report IDTechEx, "Batteries for Construction, Agriculture, and Mining Machinery 2026-2036: Technologies, Players, and Forecasts", evidenzia gli anodi LTO, gli anodi al silicio, le batterie a stato solido e le batterie agli ioni di sodio come opzioni tecnologiche chiave per i macchinari del futuro.

Cosa possono offrire le tecnologie emergenti per le batterie?

Anodi LTO

Gli anodi LTO utilizzano un materiale attivo a base di ossido di titanato di litio che può essere impiegato in sostituzione del tipico anodo di grafite, spesso in combinazione con un catodo NMC. La cella risultante presenta una densità energetica da tre a cinque volte inferiore rispetto a quella di una cella con anodo di grafite, ma, aspetto ancora più importante, l'anodo subisce variazioni di volume minime durante i cicli di carica e scarica, garantendo un'eccellente durata di vita compresa tra 20.000 e 60.000 cicli. Inoltre, consente una ricarica molto rapida a velocità di 6-10C.

Questa combinazione unica di parametri prestazionali rende gli anodi LTO particolarmente adatti all'impiego nei macchinari minerari. Tali macchinari, infatti, devono spesso funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per molti anni, richiedendo sia una lunga durata che una ricarica rapida per ridurre al minimo i tempi di inattività. Inoltre, i macchinari di grandi dimensioni, come quelli utilizzati nell'industria mineraria, sono più tolleranti a densità energetiche inferiori e possono compensare le carenze degli anodi LTO.

La tecnologia LTO sta trovando sempre maggiore applicazione commerciale nel settore minerario. Sebbene l'elevato contenuto di litio dell'anodo comporti costi significativamente più alti, che a volte raggiungono i 1.000 dollari USA per kWh, ciò può comunque risultare più economico rispetto alla necessità di sostituire più volte i pacchi NMC o LFP durante la vita utile di una macchina.

Anodi al silicio e batterie a stato solido:

sia gli anodi al silicio che le batterie a stato solido sono tecnologie che sono state oggetto di un'ampia attività di sviluppo e ricerca per un futuro utilizzo nel mercato automobilistico.

Gli anodi al silicio utilizzano una percentuale più elevata di silicio (10% o più) negli anodi di grafite, mentre le batterie a stato solido prevedono la sostituzione dell'elettrolita liquido di una tipica cella agli ioni di litio con un elettrolita solido.
Entrambe le tecnologie possono fornire densità di energia più elevate rispetto alle celle tradizionali, ma presentano anche notevoli limitazioni in termini di durata, che ne restringono l'utilizzo a circa 1.000 cicli. Di conseguenza, le applicazioni fuoristrada si concentreranno principalmente su macchine più piccole (dove la densità è fondamentale) con un utilizzo inferiore. Questo si adatta perfettamente al profilo operativo dei trattori elettrici in agricoltura, che possono funzionare per meno di 1.000 ore nel corso della loro vita utile, ma traggono vantaggio da batterie ad alta densità per trasportare aratri e attrezzi su vaste aree.

agli ioni di sodio

si stanno affermando come un'alternativa potenzialmente più economica rispetto alle batterie agli ioni di litio, poiché utilizzano materiali più abbondanti e meno costosi, come sodio e alluminio, al posto rispettivamente di litio e rame. Le batterie agli ioni di sodio offrono inoltre densità simili a quelle delle batterie agli ioni di litio, con il potenziale di migliorare potenza e durata, sebbene questi valori possano variare notevolmente a seconda del design della cella. Il risultato è una cella di batteria che può essere ampiamente utilizzata nei macchinari per l'edilizia, l'agricoltura e l'industria mineraria, e si prevede che la sua adozione sarà significativa nel prossimo decennio.

Prospettive di mercato IDTechEx:

Il rapporto IDTechEx, "Batterie per macchinari edili, agricoli e minerari 2026-2036: tecnologie, attori e previsioni", analizza in dettaglio tutte le tecnologie menzionate e molte altre, evidenziando come il mercato globale delle batterie per macchinari fuoristrada crescerà fino a raggiungere i 45 GWh entro il 2036. Lo sviluppo di tecnologie per batterie in grado di soddisfare le esigenze prestazionali delle macchine sarà fondamentale per raggiungere questa crescita prevista nel mercato globale.

Il rapporto IDTechEx analizza lo stato dell'elettrificazione nei settori delle costruzioni, dell'agricoltura e dell'industria mineraria, fornendo un'analisi dei requisiti tecnici, economici e prestazionali delle macchine, un benchmarking dei prodotti per batterie chiavi in ​​mano attualmente sul mercato e una panoramica approfondita delle principali tecnologie per batterie e della loro rilevanza per le applicazioni fuoristrada.

Vengono fornite previsioni dettagliate a 10 anni sulla domanda globale di batterie per veicoli fuoristrada (in GWh) e sui ricavi derivanti dalle batterie (in miliardi di dollari USA), segmentate per settore (edilizia, agricoltura e industria mineraria), tipo di macchina, regione (USA, Cina, Europa e resto del mondo) e tecnologia delle batterie (NMC, LFP, LTO, anodo di silicio, stato solido e ioni di sodio).