As tecnologias emergentes de baterias irão acelerar a eletrificação das máquinas de construção.
As máquinas fora de estrada nos sectores da construção, agricultura e mineração estão a passar por um processo de electrificação, impulsionado pelos benefícios financeiros, operacionais e ambientais que este pode trazer. No entanto, diferentes máquinas variam muito em tamanho, alcance, requisitos de ciclo de trabalho e outros aspetos, o que requer várias opções de baterias para satisfazer as necessidades de cada máquina.

Que tecnologias de baterias estão atualmente a ser utilizadas nessas máquinas?

Nos primórdios da eletrificação das máquinas de construção, particularmente na construção civil, as baterias de chumbo-ácido eram utilizadas em máquinas mais pequenas e compactas. Contudo, com a maturação do mercado global de veículos elétricos e das tecnologias de baterias, as máquinas utilizam agora amplamente baterias de iões de lítio. Especificamente, seguem o exemplo do mercado automóvel, utilizando baterias NMC e LFP.

Estas tecnologias oferecem um bom equilíbrio entre densidade energética, vida útil, velocidade de carregamento e custo, permitindo uma ampla aplicação em diversos tipos de máquinas. É crucial destacar que, devido à sua utilização no mercado automóvel, estas tecnologias possuem uma infraestrutura de cadeia de abastecimento já existente que pode ser aproveitada para facilitar o acesso dos fabricantes de equipamento original (OEMs) a baterias para o desenvolvimento e fabrico de máquinas.

As tecnologias NMC e LFP têm apresentado um bom desempenho no mercado das máquinas fora de estrada e continuarão a avançar, especialmente à medida que o seu desenvolvimento prossegue e os preços continuam a descer. No entanto, certas máquinas exigirão mais das suas baterias do que os designs convencionais de iões de lítio podem oferecer, como uma maior vida útil, maior densidade de energia ou capacidades de carregamento mais rápidas.

Nestes casos, os OEM poderão necessitar de recorrer a tecnologias de baterias emergentes para colmatar a lacuna de desempenho. Especificamente, o novo relatório da IDTechEx, "Baterias para Máquinas de Construção, Agricultura e Mineração 2026-2036: Tecnologias, Empresas e Previsões", destaca os ânodos de LTO, os ânodos de silício, as baterias de estado sólido e as baterias de iões de sódio como opções tecnológicas importantes para as máquinas do futuro.

O que podem oferecer as tecnologias de baterias emergentes?

Ânodos de LTO

Os ânodos de LTO utilizam um material ativo de óxido de titanato de lítio que pode ser utilizado em vez de um ânodo de grafite típico, frequentemente combinado com um cátodo de NMC. A célula resultante tem uma densidade de energia três a cinco vezes inferior à de uma célula com ânodo de grafite, mas, mais importante, o ânodo sofre variações de volume muito pequenas durante a ciclagem, resultando numa excelente vida útil de 20.000 a 60.000 ciclos. Além disso, permite um carregamento muito rápido a taxas de 6–10C.

Esta combinação única de parâmetros de desempenho torna os ânodos de LTO ideais para utilização em máquinas de mineração. Estas máquinas têm geralmente de operar 24 horas por dia, 7 dias por semana, durante muitos anos, exigindo tanto uma longa vida útil como um carregamento rápido para minimizar o tempo de inatividade. Além disso, as máquinas maiores, como as utilizadas na mineração, são mais tolerantes a densidades de energia mais baixas e podem compensar as desvantagens dos ânodos de LTO.

A tecnologia LTO está a ser cada vez mais comercializada no setor mineiro. Embora o elevado teor de lítio do ânodo acarrete custos significativamente mais elevados, atingindo por vezes os 1.000 dólares por kWh, isto pode ainda ser mais económico do que ter de substituir as baterias NMC ou LFP várias vezes ao longo da vida útil de uma máquina.

Ânodos de silício e baterias de estado sólido:

Tanto os ânodos de silício como as baterias de estado sólido são tecnologias que têm sido objeto de um extenso desenvolvimento e investigação para utilização futura no mercado automóvel.

Os ânodos de silício utilizam uma percentagem mais elevada de silício (10% ou mais) nos ânodos de grafite, enquanto as baterias de estado sólido envolvem a substituição do eletrólito líquido de uma célula de iões de lítio típica por um eletrólito sólido.
Ambas as tecnologias podem fornecer densidades de energia mais elevadas do que as células típicas, mas também enfrentam limitações consideráveis ​​de vida útil que restringem a sua utilização a apenas cerca de 1.000 ciclos. Como resultado, as aplicações fora de estrada concentrar-se-ão principalmente em máquinas mais pequenas (onde a densidade é fundamental) com menor utilização. Isto enquadra-se bem no perfil operacional dos tratores elétricos na agricultura, que podem operar durante menos de 1.000 horas durante a sua vida útil, mas beneficiam de baterias de alta densidade para transportar arados e alfaias por grandes áreas.

de iões de sódio

estão a surgir como uma alternativa potencialmente mais económica às baterias de iões de lítio, uma vez que utilizam materiais mais abundantes e de menor custo, como o sódio e o alumínio, em vez do lítio e do cobre, respetivamente. As baterias de iões de sódio também oferecem densidades semelhantes às de LFP (Low-Physics Fluorescent), com o potencial de melhorar a potência e a vida útil, embora estes parâmetros possam variar bastante dependendo do design da célula. O resultado é uma célula de bateria que pode ser amplamente aplicada em máquinas de construção, agricultura e mineração, e a sua adoção deverá ser significativa na próxima década.

Análise de Mercado da IDTechEx:

O relatório da IDTechEx, “Baterias para Máquinas de Construção, Agricultura e Mineração 2026–2036: Tecnologias, Empresas e Previsões”, explora todas as tecnologias acima mencionadas e muito mais, destacando como o mercado global de baterias para máquinas fora de estrada crescerá para 45 GWh até 2036. O desenvolvimento de tecnologias de baterias que satisfaçam as necessidades de desempenho das máquinas será fundamental para alcançar este crescimento projetado no mercado global.

O relatório da IDTechEx detalha o estado da eletrificação nos setores da construção, agricultura e mineração, fornecendo uma análise dos requisitos técnicos, económicos e de desempenho das máquinas, uma comparação dos produtos de baterias prontos a utilizar atualmente no mercado e uma visão aprofundada das principais tecnologias de baterias e da sua relevância para aplicações fora de estrada.

São apresentadas previsões detalhadas a 10 anos sobre a procura global de baterias para aplicações fora de estrada (em GWh) e as receitas com baterias (em milhares de milhões de dólares americanos), segmentadas por setor (construção, agricultura e mineração), tipo de máquina, região (EUA, China, Europa e o resto do mundo) e tecnologia de baterias (NMC, LFP, LTO, ânodo de silício, estado sólido e iões de sódio).