Il nuovo rapporto di IDTechEx “Veicoli elettrici nelle costruzioni 2022-2042”

I produttori del mercato delle macchine da costruzione da 200 miliardi di dollari stanno affrontando una sfida complessa: devono ridurre notevolmente la loro dipendenza dal gasolio, che è la linfa vitale delle loro macchine mobili, e passare a tecnologie a basse emissioni. Allo stesso tempo, devono continuare a fornire le prestazioni che i loro clienti si aspettano, garantendo al contempo che il costo totale di proprietà (TCO) renda fattibile l'adozione di queste macchine più pulite. 

L'elettrificazione giocherà senza dubbio un ruolo importante nel consentire alle imprese di costruzione di raggiungere i loro obiettivi ambientali e il nuovo rapporto di IDTechEx “Veicoli elettrici nelle costruzioni 2022-2042” fornisce una valutazione completa dei progressi attuali in questo settore emergente, con dettagli su casi di studio e background sulle tecnologie abilitanti chiave.

Per svolgere gli stessi compiti delle macchine diesel equivalenti gli elementi della catena cinematica nei veicoli elettrici da costruzione devono essere dimensionati per fornire le stesse prestazioni. Ciò richiede che le specifiche del motore e della batteria siano correttamente dimensionate. Pertanto, la chiave per l'impiego di macchine elettriche è la comprensione della loro tipica domanda giornaliera di potenza ed energia. Poiché l'industria delle costruzioni impiega una serie di diverse macchine mobili fuoristrada il requisito di potenza massima del motore varia ampiamente a seconda dell'applicazione e delle dimensioni della macchina. Allo stesso modo, il fabbisogno energetico giornaliero totale è governato dal caso d'uso della macchina, con alcuni cicli di lavoro che richiedono solo un funzionamento sporadico durante il giorno, mentre altre macchine funzionano quasi continuamente. I sistemi modulari sono necessari per ottimizzare le prestazioni e i costi della macchina elettrica.

La maggior parte dei produttori, soprattutto negli Stati Uniti e in Europa, hanno concentrato il loro lavoro iniziale di sviluppo dell'elettrificazione sulle macchine edili compatte, le cui piccole dimensioni e i requisiti del ciclo di lavoro relativamente leggero, significano che una tipica giornata lavorativa di otto ore può essere soddisfatta con una dimensione pratica di batteria agli ioni di litio (<50 kWh) e motore elettrico (<20 kW). Si stanno esplorando diverse strade potenziali per la ricarica di queste macchine, comprese le soluzioni con batterie di grandi dimensioni, che possono fornire un'intera giornata di lavoro senza essere ricaricate, batterie più piccole con possibilità di ricarica rapida durante la giornata di lavoro, funzionamento con cavo vincolato e scambio di batterie. La dimensione ottimale della batteria per ogni macchina dovrà bilanciare fattori quali l'alto costo dei pacchi batteria per fuoristrada, l'impatto della ricarica rapida sulla durata della batteria, la disponibilità di una fornitura elettrica costante e il costo dell'installazione dell'infrastruttura di ricarica nei cantieri.

Mentre le macchine piccole sono il punto di partenza naturale per l'elettrificazione in questo mercato, sono le macchine da costruzione più pesanti che contribuiscono maggiormente alle emissioni di CO2 del settore. È vitale che gli OEM forniscano soluzioni a zero emissioni anche per questi veicoli più grandi. Il problema sta nel fatto che macchine come i grandi escavatori possono richiedere 75+ kWh di energia per ora di funzionamento. Ciò significa installare una batteria enorme dove è richiesto un turno continuo di otto ore. Con gli attuali prezzi dei pacchi batterie agli ioni di litio per veicoli pesanti fuoristrada nell'ordine di 600 dollari e più per chilowatt, queste enormi batterie hanno un costo che ostacola notevolmente la fattibilità del TCO.

La strategia di ricarica per le macchine più grandi sarà la chiave per ridurre il requisito della capacità della batteria installata. Si stanno esplorando diversi approcci, per esempio, molti OEM cinesi hanno optato per un metodo di ricarica rapida a doppia pistola DC, che può aggiungere 300 kWh in una pausa pranzo, mentre la società olandese di ingegneria cleantech Urban Mobility Systems ha sviluppato un sistema di scambio di batterie utilizzando tre moduli di batterie da 130 kWh. Il sistema UMS è stato testato su grandi escavatori Doosan e Hyundai.

Anche il miglioramento dell'efficienza della catena cinematica sarà cruciale. Quasi tutte le attuali macchine da costruzione elettriche hanno sostituito il motore diesel con batterie e motori elettrici, ma utilizzano ancora un sistema idraulico standard, che può avere un'efficienza inferiore al 30%. Per affrontare questo problema, aziende come Danfoss stanno sviluppando una tecnologia idraulica digitale che migliora l'efficienza della catena cinematica, riducendo il consumo di energia, con il risultato che una batteria più piccola può essere utilizzata per fornire gli stessi giorni di lavoro.

L'obiettivo finale per le macchine da costruzione elettriche è un sistema completamente elettrico, che sostituisce completamente l'idraulica e al suo posto utilizza attuatori e motori elettrici. Doosan Bobcat ha lanciato una pala cingolata completamente elettrica, la T7X, al CES 2022. Sviluppato con Viridi Parente e Moog, il miglioramento dell'efficienza del sistema completamente elettrico permette l'uso di una batteria da 62 kWh laddove, se il veicolo avesse utilizzato l'idraulica, la batteria avrebbe dovuto avere una capacità di oltre 300 kWh per fornire la stessa resistenza. Un ulteriore lavoro di sviluppo nel prossimo decennio è necessario per vedere i sistemi completamente elettrici distribuiti più ampiamente. Gli attuatori elettrici sono attualmente costosi e non sono ancora in grado di soddisfare le esigenze delle macchine da costruzione più grandi.

L'innovazione è necessaria per realizzare l'elettrificazione in questo difficile settore, e le aziende lungimiranti stanno già impegnando sforzi e risorse per affrontare queste sfide. IDTechEx prevede che la quota elettrica del mercato dei veicoli da costruzione varrà più di 100 miliardi di dollari all'anno entro il 2042.

Per saperne di più, il nuovo rapporto di IDTechEx “Veicoli elettrici nelle costruzioni 2022-2042” analizza i lavori di elettrificazione in corso su una serie di tipi di macchine da costruzione, tra cui escavatori, pale gommate, gru e sollevatori telescopici. Il rapporto fornisce le prospettive ventennali indipendenti di IDTechEx per il mercato dei veicoli elettrici da costruzione, con previsioni per le vendite, la domanda di batterie e le entrate del mercato, per tipo di macchina, e previsioni regionali separate per Europa, Cina e Stati Uniti. Il rapporto fa parte del più ampio portafoglio di ricerca sulla mobilità di IDTechEx, che segue l'adozione di veicoli elettrici, le tendenze delle batterie, l'autonomia e la domanda su terra, mare e aria.