La electrificación de las máquinas de acceso está superando el impulso de la regulación

La JLG DaVinci AE1932 es una tijera totalmente eléctrica de 19 pies alimentada por una sola batería de iones de litio que solo requiere 3,5 horas para cargarse por completo con su cargador estándar de 650 W. Un cargador opcional de 900 W lo cargará en 2,5 horas. (Foto: JLG)

El análisis del directorio de introducciones de nuevos equipos de la compañía global de medios de construcción KHL muestra que el 40% de las 91 nuevas máquinas de construcción lanzadas en el segundo trimestre de 2022 eran eléctricas. Un tercero eran plataformas aéreas. El cuarenta y ocho por ciento de las introducciones de maquinaria de construcción del primer trimestre fueron eléctricas.

Manitou, por ejemplo, tiene como objetivo que el 43 % de sus máquinas sean de bajas emisiones para 2030 con una importante iniciativa eléctrica e híbrida en su serie Oxygen de manipuladores telescópicos y plataformas aéreas. La empresa ofrece versiones eléctricas e híbridas de todas las nuevas plataformas autopropulsadas que lanzará en 2022, y algunos manipuladores telescópicos fijos y giratorios. Manitou marketing afirma que los clientes ahorrarán más del 20% en el costo total de propiedad en sus máquinas eléctricas en un año promedio.

El compromiso de la industria con un futuro eléctrico comienza a tomar forma en el contexto de las inversiones de Oshkosh (empresa matriz de JLG) y Terex (empresa matriz de Genie) en empresas de tecnología de baterías. A principios de 2021, Oskosh invirtió 25 millones de dólares en Microvast, cuyo objetivo inicial es convertir los vehículos comerciales de la empresa. En agosto, Terex realizó una inversión de Serie A en Acculon Energy, un desarrollador de soluciones de electrificación de vehículos que está dispuesto a intercambiar acciones en su empresa por capital de expansión.

Desafíos para la adopción

Quizás los mayores desafíos en este momento para la adopción masiva de trenes de energía eléctrica en más aplicaciones de acceso son la consistencia en la calidad de la batería, el costo y la infraestructura de recarga.

Un actuador de elevación electromecánico en el nuevo elevador de tijera AE1932 DaVinci de JLG reemplaza el cilindro hidráulico para eliminar fugas y mejorar el control. DaVinci recupera energía para maximizar el tiempo de trabajo entre cargas de batería. (Foto: JLG)

Los fabricantes de equipos suelen dejar la certificación de los componentes que componen un montaje subcontratado, como la certificación de inyectores de combustible en motores diesel o celdas individuales en paquetes de baterías, a sus proveedores. La industria del acceso está aprendiendo que el cumplimiento certificado de los componentes del paquete de baterías (celdas y sistema de administración de baterías, por ejemplo) con los estándares de la industria se vuelve cada vez más importante para garantizar la seguridad y la calidad del tren de potencia a medida que los sistemas pasan a niveles de voltaje más altos.

“La falta de calificación/certificación para estos estándares de la industria puede conducir a problemas a nivel de sistema que han ocurrido en otras industrias a medida que los OEM han apresurado nuevas tecnologías de productos, como la electrificación, a los mercados”, dice Rob Messina, vicepresidente senior de productos globales. desarrollo y gestión de productos en JLG.

Pero a pesar de la prima inicial que paga por las versiones eléctricas de tijeras, brazos y manipuladores telescópicos con las baterías actuales, en su mayoría basadas en litio, es muy probable que el costo total de propiedad sea mucho mejor que el de las máquinas eléctricas que funcionan con celdas de plomo-ácido inundadas.

“Donde las baterías de plomo-ácido deben reemplazarse cada dos o tres años, es posible que las baterías de iones de litio no requieran reemplazo durante toda la vida útil de una aplicación”, dice Andrew Thomas, presidente de Acculon. El socio de baterías de Genie aporta experiencia en el diseño de baterías para aplicaciones industriales y en la certificación de sus celdas, sistemas de administración de baterías y otros componentes según los estándares de la industria. “Cada aplicación es diferente y requiere un tratamiento especial de la arquitectura de la batería, la selección de las celdas de la batería y el control de la batería”.

Electrificación del acceso a la conducción

El impulso hacia las máquinas de construcción eléctricas comenzó con la regulación gubernamental, y el Acuerdo de París de 2015 sobre gases de efecto invernadero impulsó la demanda de vehículos eléctricos, pero los fabricantes y compradores de equipos de acceso ahora se ven cada vez más obligados por varias influencias a limpiar las emisiones de sus equipos.

“A nivel mundial, las regulaciones están impulsando un aumento en el interés por los equipos híbridos y eléctricos, especialmente en países y lugares que han promulgado estándares de emisiones en el lugar de trabajo y donde los niveles de emisiones se monitorean durante la duración de un proyecto de construcción”, dice Simone Manci, ingeniera de aplicaciones de Genio. La demanda trae dinero, el dinero trae competencia de proveedores, la competencia trae mejores máquinas. “El costo de implementar la tecnología se está reduciendo y los avances tecnológicos significan que, en algunos casos, los equipos electrificados pueden ofrecer un rendimiento mejor y más eficiente”.

El S-60 FE híbrido de Genie combina una máquina diésel con tracción en las cuatro ruedas con el rendimiento de una pluma totalmente eléctrica para trabajar durante una semana con un solo tanque de combustible en modo híbrido, o todo el día en modo eléctrico. (Foto: Genie)

Como vimos hace 15 años en algunas ciudades estadounidenses densamente pobladas en condados que no habían alcanzado los estándares de calidad del aire de la EPA que estipulaban contratos para proyectos federales, las emisiones totales limitadas que los equipos en un proyecto de construcción podrían agregar al aire municipal. Otros vehículos y negocios estaban igualmente limitados. Por supuesto, las jurisdicciones locales en Europa estaban haciendo cosas similares para despejar el aire. Los compromisos de los países para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en el Acuerdo de París de 2015 han extendido los límites y los incentivos para eliminar las emisiones de carbono de los motores de combustión interna a nivel mundial.

“Nuestra base de clientes se está interesando mucho en nuestra cartera, nuestras puntuaciones ESG (ambientales, sociales y de gobernanza) y cómo es nuestro impacto de Alcance 3”, dice Messina de JLG. “Un gran impulso que he visto en los EE. UU. ha sido de los inversores ESG”.

Las principales empresas del mundo, incluidas las empresas de alquiler de propiedad pública, están adoptando la sostenibilidad como un imperativo comercial en gran parte porque la inversión en fondos de acciones ESG se ha generalizado.

Según Bloomberg Intelligence, el valor de los activos de inversión ESG globales superó los 35 billones de dólares en 2020 para convertirse en un tercio del total de activos globales bajo gestión. Suponiendo un crecimiento del 15 %, un tercio del ritmo de los últimos cinco años, los activos ESG podrían superar los 50 billones de dólares para 2025.

Europa representa la mitad de los activos ESG globales y dominó el mercado hasta 2018. En los EE. UU., la inversión ESG ha crecido más del 40 % en los últimos dos años y se espera que supere los 20 billones de dólares en 2022, incluso si su ritmo de crecimiento se reduce a la mitad.

La inversión se cruza directamente con los modelos de equipos eléctricos en la forma en que las empresas califican como acciones ESG. Parte del proceso es reportar sus emisiones de carbono en informes de sustentabilidad. Los inversionistas han comenzado a exigir informes de carbono a medida que el mundo de las inversiones descubre que las empresas que informan y reducen las emisiones de carbono suelen ser mejores inversiones. Además, más inversores son sensibles a los impactos del cambio climático y están cambiando sus inversiones a activos ESG.

Uno de los tres alcances en los que se clasifican las emisiones de carbono corporativas, el Alcance 3, es para el carbono indirecto. Para los fabricantes, eso incluye todas las emisiones de los productos que producen a lo largo de la vida útil de esos productos. Por lo tanto, los fabricantes de equipos que cotizan en bolsa se esfuerzan por reducir las emisiones de carbono de sus máquinas para atraer inversores.

“El DaVinci (el elevador de tijera AE1932 totalmente eléctrico de JLG) utiliza un 70 % menos de energía que una tijera eléctrica convencional, lo que significa que consume menos energía fuera de la red para mantenerse cargado; este es un gran beneficio para Scope 3”, dice Messina. “Las reducciones de Alcance 3 serán una gran parte de los próximos 10 años. Tener soluciones más eficientes que usen menos energía será un gran impulsor en nuestra industria a medida que las empresas públicas sean cada vez más sensibles a sus ESG”.

El lado eléctrico de la pluma híbrida S-60 FE de Genie incluye un paquete de baterías de fibra de vidrio absorbente de 48 V porque las baterías AGM duran mucho tiempo cuando se cargan con frecuencia, funcionan bien en una amplia gama de temperaturas y manejan la carga de alta corriente del híbrido diésel. (Foto: Genie)

El alcance 3 es particularmente importante para acceder a los fabricantes de equipos porque las emisiones indirectas de carbono por el uso de sus productos, normalmente medidas por su consumo de energía representan hasta el 85 % de las emisiones de carbono totales de sus empresas. Hacer máquinas más eficientes es la mayor palanca que pueden usar para mejorar sus informes de sostenibilidad. Y la controlabilidad refinada de un tren de potencia eléctrico, en comparación con uno impulsado por combustión interna, hace que una máquina eléctrica haga el trabajo no solo sin producir emisiones locales, sino que también requiere menos energía, lo que reduce sus emisiones totales de carbono.

“Hay otra tendencia por ahí: hablamos del nuevo acuerdo social. Muchas de las personas que ingresan a la fuerza laboral ahora exigen una mayor conciencia de su impacto en el planeta”, dice Messina. “Y esa es una gran variable en esta ecuación”.

Entonces, las fuerzas impulsoras detrás del rápido esfuerzo de electrificación de hoy son mucho más grandes que la regulación gubernamental. Existe una demanda innegable entre las partes interesadas clave en la industria de equipos de acceso (inversores, empleados, clientes) de productos más sostenibles. A medida que las máquinas eléctricas cada vez más eficientes registran horas en el campo, un creciente cuerpo de evidencia sugiere que son una mejor inversión para sus propietarios y usuarios.

Por qué los nuevos equipos de acceso a la electricidad son mejores

La demanda de máquinas más respetuosas con el medio ambiente, combinada con los costos operativos asociados con motores de combustión interna cada vez más complejos, está acelerando la adopción por parte de los compradores de la nueva generación de equipos de acceso eléctrico en aplicaciones de tijera para terrenos difíciles y otras que normalmente no han sido eléctricas.

“Como ingeniero, es más fácil desarrollar un producto eléctrico que uno impulsado por un motor de combustión interna”, dice Messina. “Hay menos piezas móviles. La forma en que gestionamos la eficiencia es más sencilla”.

Los trenes de potencia eléctrica son más simples y rentables de mantener en el trabajo que los que funcionan con combustión interna. Por ejemplo, Snorkel dice que su plataforma elevadora articulada completamente eléctrica A46JRTE reduce el mantenimiento de la batería y del sistema eléctrico lo suficiente como para reducir los costos de servicio hasta en un 93 % en comparación con un motor estándar. Una gran parte de esa reducción es la mano de obra, y al eliminar el motor y el sistema hidráulico de la pluma se eliminan los costos y los riesgos de la eliminación del filtro y el aceite usado.

Las baterías selladas de hoy en día, en su mayoría a base de litio, también evitan la importante inversión en mano de obra para mantener los niveles de agua en las celdas de la batería y los límites de rendimiento inherentes a los ascensores eléctricos que han extraído energía de las baterías de plomo-ácido (FLA) inundadas desde la electrificación temprana.

“Las baterías de plomo-ácido inundadas requieren un mantenimiento regular, que desafortunadamente se ignora con frecuencia, lo que genera fallas en la batería y costos de reemplazo recurrentes”, dice Corey Connolly, gerente de producto de Skyjack.

El manipulador telescópico giratorio MRT 2260 completamente eléctrico de Manitou funciona hasta cuatro horas entre cargas y tiene una capacidad de carga máxima de 12,000 libras y una altura de trabajo de 72 pies. (Foto: Manitou)

Los beneficios incidentales de las baterías selladas actuales incluyen la eliminación del riesgo de derrames de ácido y desgasificación, lo que las hace más adecuadas para trabajar en áreas ambientalmente sensibles como salas limpias, centros de datos y hospitales. Estos segmentos particulares de la economía de la construcción han demostrado ser resistentes a las recientes desaceleraciones en el gasto en construcción, por lo que algunos fabricantes de equipos tienen cuidado de ofrecer productos que amplíen esos beneficios.

Y la química de las baterías de litio de hoy en día ofrece ventajas de rendimiento inherentes.

“Con una alta densidad de energía, las baterías de iones de litio pueden descargar más energía almacenada que las baterías de plomo-ácido, lo que las hace más eficientes”, dice Matthew Elvin, director ejecutivo de Snorkel. “Las baterías de iones de litio tienen una mejor profundidad de descarga y se pueden usar a una mayor capacidad antes de recargarlas.

“Dado que las baterías de iones de litio tienen una mayor eficiencia, pueden manejar un amperaje más alto para cargarse más rápido que las baterías de plomo-ácido. Cuanto más cerca de la capacidad total, las baterías de plomo-ácido más lentas deben cargarse para evitar el sobrecalentamiento. Además, no recargar completamente las baterías de plomo-ácido podría reducir su vida útil general”.

La cantidad de tiempo de trabajo en una carga es el resultado de una ecuación compleja que incluye el ciclo de trabajo promedio derivado de un rango de aplicaciones probables, la infraestructura de recarga esperada, un rango de costo objetivo que pagarán los compradores o el costo total de propiedad (TCO) que pagarán. apreciar y más factores. El tiempo que una máquina funcionará entre cargas varía, pero los distribuidores pueden ayudarlo a reducir el rango.

Las baterías de iones de litio que alimentan el manipulador telescópico compacto SR626E totalmente eléctrico de Snorkel, por ejemplo, pueden funcionar de forma continua hasta seis horas entre cargas, según las condiciones, y un cargador integrado ofrece una carga completa durante la noche.

El tiempo requerido para recargar es otro factor de productividad importante que es más fácil de precisar, y las baterías de litio ofrecen ventajas de recarga dramáticas sobre las baterías FLA.

“La mayoría de los elevadores de tijera de accionamiento hidráulico, así como algunos de accionamiento eléctrico, en el mercado tienen una carga de batería que dura solo un turno y tarda de ocho a 10 horas en cargarse por completo. Eso significa que durante casi medio día la máquina no se puede utilizar”, dice Bob Begley, director de gestión de productos para tijeras y elevadores verticales de JLG. “Algunos elevadores de tijera alimentados por una batería de iones de litio (o varias baterías de iones de litio) pueden pasar de no cargarse a cargarse por completo en mucho menos tiempo. Por ejemplo, solo se necesitan 3,5 horas para que el elevador JLG DaVinci de iones de litio se cargue por completo con su cargador estándar de 650 W. Con un cargador opcional de 900 W, se carga por completo en 2,5 horas, lo que hace que la máquina se pueda utilizar durante más de 20 horas al día. En el transcurso de esas 20 horas, la batería de iones de litio no degrada el rendimiento, a diferencia de las baterías FLA equivalentes, que se degradan a medida que disminuye el porcentaje de carga.

“La tecnología de baterías de iones de litio ofrece oportunidades de carga. Por ejemplo, con tan solo 30 minutos de carga, la tijera JLG DaVinci puede proporcionar hasta un par de horas de energía para que los usuarios terminen su trabajo sin dañar la batería. Y con su función de carga rápida, en tan solo cinco minutos, la batería de iones de litio se puede cargar lo suficiente como para conducir la máquina 100 pies con suficiente torque para cargarla en un camión”.

Sobre el precio de los elevadores eléctricos

La prima de precio pagada por las máquinas eléctricas de nueva generación, un problema importante en su adopción, había disminuido constantemente en los años previos a la pandemia. Si bien las condiciones de operación tienen un gran impacto en el costo total de propiedad, el mantenimiento reducido y la vida útil mucho más prolongada de la batería sugieren que los sistemas de energía basados ​​en litio sin mantenimiento producen una ventaja significativa en el costo total de propiedad en la actualidad.

“Hay muchas dinámicas cambiantes en el trabajo”, dice Messina. “El ion de litio ha tenido una gran reducción en el costo de adquisición en los últimos diez años. Hoy, caracterizaría el precio de las baterías FLA como 1X, AGM (estera de vidrio absorbente) es 2X y el de iones de litio es 4X”.

Eliminar la necesidad de rellenar las celdas de la batería con agua de forma rutinaria no solo ahorra una gran cantidad de mano de obra durante la vida útil de una máquina, sino que elimina la posibilidad de errores de mantenimiento y también garantiza que las baterías de iones de litio selladas duren más.

La mayor vida útil del diseño de las baterías de litio ya es un factor significativo en la comparación del TCO. Las baterías de plomo-ácido tienen una vida útil promedio de dos a tres años. Las baterías a base de litio generalmente están diseñadas para durar la vida útil de la máquina, a veces vistas como una propuesta de siete años.

En la economía global actual, la creciente demanda de vehículos eléctricos complementa las persistentes interrupciones de la cadena de suministro por el efecto de la pandemia que aumentan el costo de las baterías de iones de litio. A pesar de las condiciones actuales, se espera que la creciente demanda continúe estimulando la competencia en la fabricación de componentes y continúe reduciendo el costo de las baterías de litio y las máquinas eléctricas.

Nos estamos acercando a la asequibilidad”, dice Messina. “En general, los productos de consumo tienden a la conversión cuando las primas del producto están entre un 25% y un 30% por encima del precio establecido del producto. “Todavía tenemos trabajo que hacer. Y si bien el costo de la batería es el elefante en la habitación, la energía de iones de litio nos permite reducir el costo total del sistema”.

Snorkel dice que las baterías de iones de litio en su pluma articulada eléctrica A46JRTE reducen el mantenimiento de la batería y del sistema eléctrico lo suficiente como para reducir los costos de servicio hasta en un 93% en comparación con un motor estándar. (Foto: Snorkel)

La innovación del sistema que es difícil de ignorar hoy en día es reemplazar los sistemas hidráulicos de la máquina con actuadores eléctricos, como en la tijera DaVinci totalmente eléctrica de JLG, el manipulador telescópico SR626E de Snorkel y la pluma articulada A46JRTE, el manipulador telescópico giratorio MRT 2260 de Manitou y una lista cada vez mayor de equipos de acceso totalmente eléctricos. Los fabricantes dicen que el cambio puede reducir los costos durante la vida útil de la máquina en más del 40%.

El costo de adquisición sigue siendo un desafío, ya que hay pocos proveedores de componentes que fabriquen actuadores lineales a la escala y potencia necesarias para levantar cargas de construcción a la altura. Pero una vez más, el aumento de la demanda está atrayendo una competencia que está empujando los precios a la baja.

“Es un progreso que necesitamos ver”, dice Messina. “Obtiene fidelidad de control, reduce el costo total de propiedad casi a la mitad. Su eficiencia energética aumenta considerablemente, por lo que su consumo de energía disminuye, lo que significa grandes mejoras en su Scope 3”.

“A medida que veamos que más fabricantes e industrias van por este camino, los mercados auxiliares crecerán. Lo vimos con los motores. Hay mucha gente fabricando motores ahora, mientras que hace 20 años no teníamos un buffet, por así decirlo, de proveedores disponibles. Ahora todos los proveedores buscan un futuro electrificado. Ha sido una mega tendencia durante al menos los últimos seis años. Creo que a medida que obtengamos una adopción cada vez más generalizada (de la activación eléctrica), veremos que estos puntos de precio se reducen a esa prima del 25% al ​​30% y esto comenzará a tener mucho sentido”.

¿Dónde cobrar?

Los fabricantes de equipos coinciden en que la falta de infraestructura de carga para equipos de acceso eléctrico, particularmente en las primeras etapas de construcción o en ubicaciones remotas, es uno de los mayores desafíos que amenazan la adopción.

“Las plumas híbridas son realmente un buen paso para los lugares de trabajo que no están listos para la electrificación total”, dice Zach Gilmor, gerente de productos de Genie. “También son una buena solución para los lugares de trabajo que desean tener la capacidad de mantener una máquina en el lugar desde el principio. de la construcción, antes de que haya infraestructura eléctrica para apoyar la carga de baterías, hasta el final, cuando se necesita la máquina en el interior”.

Snorkel ingresó a la arena compacta totalmente eléctrica con el manipulador telescópico SR626E, con una capacidad de carga de 5,730 libras y una altura de elevación de 19 pies. (Foto: Snorkel)

Presentada hace unos seis años, la gama de plataformas híbridas FE de Genie combina las ventajas de una máquina diésel con tracción en las cuatro ruedas con el rendimiento de una plataforma totalmente eléctrica. Las máquinas FE pueden funcionar durante una semana con un solo tanque de combustible en modo híbrido, o todo el día en modo eléctrico silencioso y sin emisiones. Funcionarán exclusivamente con diésel si sus baterías están completamente descargadas y, en modo híbrido, su sistema de control mantiene las baterías cargadas mediante tecnología de frenado regenerativo y arranque y parada automáticos del motor.

Los híbridos FE de Genie usan baterías AGM porque funcionan bien cuando se recargan por completo con la mayor frecuencia posible, funcionan mejor en condiciones de temperatura variable y pueden manejar la carga de alta corriente mientras la máquina funciona en modo híbrido. Su capacidad para manejar cargas de alta corriente permite una recarga rápida en menos de 2,5 horas.

Las regulaciones más estrictas en algunas áreas urbanas exigen el uso de vehículos de cero emisiones que excluirán a los híbridos. Vemos estos mandatos en algunos centros de ciudades europeas. La Junta de Recursos del Aire de California dio el primer paso hacia este tipo de regulación a gran escala al aprobar la regla Advanced Clean Cars II en agosto. La regla establece una hoja de ruta para exigir que el 100 % de los autos y camiones ligeros nuevos vendidos en California sean vehículos de cero emisiones para 2035. Se espera que otros quince estados que actualmente siguen las reglas de vehículos de California adopten estas regulaciones a través de sus propias reglamentaciones. Advanced Clean Cars II no se aplica a vehículos industriales como equipos de acceso, pero estas reglas demuestran que es posible una regulación más específica del vehículo.

La probabilidad de costos operativos más bajos y máquinas más flexibles y que requieran menos mano de obra puede aliviar la tensión de la transición a equipos de acceso eléctricos. La tecnología dinámica de vehículos eléctricos impulsada ahora por la competencia por la creciente demanda, la propuesta de propiedad solo debería volverse más atractiva. Por ejemplo, JCB invirtió en un proveedor de hidrógeno limpio y ha mostrado un prototipo de retroexcavadora, manipulador telescópico y excavadora que funcionan con hidrógeno. Hay más innovaciones por venir.

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