Ciò creerà un nuovo mercato delle batterie che, secondo il nuovo rapporto IDTechEx "Battery Markets in Construction, Agriculture & Mining Machines 2024-2034", raggiungerà un valore di 7,8 miliardi di dollari, con un tasso di crescita annuo costante del 27,1% nei prossimi 10 anni e una domanda annua superiore a 50 GWh nel 2034.
Ampia gamma di dimensioni di batterie necessarie nel mercato CAM. Fonte: IDTechEx
Il settore delle macchine a camme (CAM) è arrivato un po' in ritardo alla festa dell'elettrificazione, ma questo significa che beneficia di una catena di fornitura per l'elettrificazione fiorente e consolidata, grazie all'industria automobilistica. Agli albori dell'elettrificazione automobilistica, due fattori hanno guidato lo sviluppo delle batterie: la densità energetica per l'autonomia e il costo della batteria. Pertanto, l'industria dei veicoli elettrici ha privilegiato le batterie al nichel-manganese-cobalto (NMC) e al litio-ferro-fosfato (LFP), che offrono una soluzione equilibrata a questi due fattori. Tuttavia, un nuovo rapporto di ricerche di mercato di IDTechEx conclude che le macchine a camme hanno una vasta gamma di esigenze, creando opportunità per le tecnologie delle batterie al di fuori del consolidato panorama automobilistico.
Oggi sul mercato sono disponibili numerose tecnologie per batterie, dalle evoluzioni della tecnologia agli ioni di litio alle rivoluzionarie opzioni agli ioni di sodio. Ogni tecnologia ha i suoi pro e contro; ad esempio, le batterie al titanato di litio (LTO) offrono una durata dieci volte superiore rispetto ad altre batterie, ma hanno la metà della densità energetica. Oppure le batterie che utilizzano il silicio al posto della grafite nell'anodo offrono un'eccezionale densità energetica e un'elevata capacità di potenza, ma hanno una durata inferiore in termini di cicli di carica/scarica. Come per la maggior parte delle cose nella vita, ci sono dei compromessi; non esiste una soluzione perfetta che offra la migliore densità energetica, potenza, durata, costo e sicurezza in un unico prodotto. Fortunatamente, in CAM, spesso ci sono tipologie di macchine con esigenze che si allineano con i vantaggi e gli svantaggi delle attuali opzioni di batterie.
I camion da trasporto sono un ottimo esempio di macchina CAM con esigenze altamente specializzate. Queste gigantesche macchine, che pesano oltre 150 tonnellate, vengono utilizzate per trasportare materie prime estratte dalle miniere di tutto il mondo. Il loro tempo di attività è enorme, poiché in genere operano per più di 20 ore al giorno, 360 giorni all'anno. A causa del loro peso e del tempo di funzionamento, necessitano di batterie di grandi dimensioni per svolgere il loro lavoro. IDTechEx ha visto batterie fino a 2 MWh in queste macchine. Per dare un'idea, 2 MWh equivalgono a 20 batterie di una Tesla Model S o 50 batterie di una Nissan Leaf (40 kWh ciascuna). Una batteria di queste dimensioni peserebbe circa 10 tonnellate e costerebbe probabilmente tra 500.000 e 1 milione di dollari. Fortunatamente, dato che la macchina pesa già così tanto e trasporta carichi utili di centinaia di tonnellate, le dimensioni e il peso della batteria non sono critici; infatti, i motori che la propulsione elettrica sostituisce pesano già tra le 10 e le 25 tonnellate.
Per un autocarro elettrico da trasporto, IDTechEx individua tre priorità principali che il tipo di batteria scelto deve soddisfare:
1. Deve essere in grado di ricaricarsi rapidamente per garantire i tempi di attività richiesti da queste macchine.
2. Deve avere una lunga durata. IDTechEx stima che un autocarro da trasporto effettuerà 12.000 cicli di carica durante la sua vita utile.
3. Deve essere economicamente vantaggioso. Alcune tecnologie di batterie non durerebbero 12.000 cicli, rendendo necessarie costose sostituzioni. Alcune tecnologie potrebbero raggiungere tale durata, ma in genere costano un po' di più.
Tenendo conto di queste priorità, il rapporto IDTechEx conclude che la tecnologia LTO rappresenta un'ottima opzione per i camion da trasporto merci. L'LTO è una tecnologia molto affidabile e i pacchi batteria disponibili presso assemblatori di sistemi chiavi in mano, come Forsee Power, ABB e Voltabox, hanno una durata compresa tra 20.000 e 100.000 cicli. Inoltre, offre prestazioni eccellenti nella ricarica rapida, con molti modelli in grado di ricaricarsi in 6 minuti o meno. Naturalmente, l'LTO presenta anche degli svantaggi: la sua densità energetica è circa la metà di quella delle batterie LFP e il costo per kWh è superiore. Tuttavia, nessuno di questi fattori è particolarmente rilevante per i camion da trasporto merci. Questi veicoli sono sufficientemente grandi da sopportare il peso aggiuntivo, mentre la longevità delle batterie LTO elimina la necessità di sostituzioni, compensando ampiamente il costo aggiuntivo.
Tuttavia, le batterie di grandi dimensioni e le capacità di ricarica rapida pongono un altro problema: la ricarica stessa. Se una batteria da 2 MWh dovesse caricarsi in 6 minuti, richiederebbe una connessione alla rete elettrica da 20 MW. Questa domanda di energia è talmente elevata che sarebbero necessarie circa sei turbine eoliche offshore dedicate per ricaricarla. Si stanno esplorando soluzioni a queste esigenze di ricarica, un tema analizzato nel rapporto IDTechEx "Off-Grid Charging For Electric Vehicles 2024-2034: Technologies, Benchmarking, Players and Forecasts".
Il settore CAM è ricco di macchine di questo tipo. Macchine che presentano esigenze specifiche per i loro casi d'uso specializzati. I mini escavatori hanno telai di piccole dimensioni che richiedono soluzioni simili a quelle del settore automobilistico. Le pale caricatrici di grandi dimensioni necessitano di batterie grandi ed economiche, il che potrebbe creare un mercato per le soluzioni agli ioni di sodio. In agricoltura, lo spazio disponibile sul telaio è più limitato, ma l'utilizzo stagionale comporta un minor numero di cicli di carica/scarica, aprendo così la strada alle tecnologie con anodo di silicio.
Autore: Dr. James Jeffs, analista tecnologico senior presso IDTechEx
