A medida que el mundo aumenta los esfuerzos para reducir nuestras emisiones de carbono y un grupo líder de OEM de automóviles se ha comprometido a terminar con los automóviles que funcionan con combustibles fósiles, la industria del transporte por carretera está bajo el foco de atención, ya que es una columna vertebral esencial de la economía, una de las mayores fuentes de emisiones, y uno de los casos de uso más desafiantes para la descarbonización.
Si bien las respuestas a un problema tan complejo son múltiples y comienzan con las soluciones existentes (eficiencia de conducción, consolidación de cargas, optimización de rutas y cambio modal al ferrocarril), una pregunta sigue siendo central y central para la industria: «¿Qué tecnología es la más prometedora para lograr cero camiones de emisiones?»
Biocombustibles, la solución menos disruptiva pero probablemente no escalable
Los biocombustibles ya se utilizan de forma significativa y tienen la ventaja de ser compatibles con la flota existente con alguna modificación. La producción de biogás actual asciende a 35 Mtep, y el potencial total estimado basado en los desechos solo podría alcanzar entre 600 y 700 Mtep, según la Agencia Internacional de Energía, apenas cubriría las necesidades de la industria mundial del transporte por carretera. Quedan dudas sobre cuánto de ese potencial sería económicamente viable y, a corto plazo, deberían desarrollarse y utilizarse al máximo de su potencial, pero a largo plazo, pueden priorizarse para el transporte marítimo y la aviación en lugar del transporte por carretera.
Camiones eléctricos a batería (BET) o pilas de combustible de hidrógeno (HFC), un debate que requiere un enfoque más sistémico
Si bien hay poco debate sobre los biocombustibles, la mayor parte de la industria está analizando si su futuro dependerá de las baterías o del hidrógeno. Los defensores de cada tecnología destacan la mejor carga útil (1,5T), el mayor alcance (hasta 1200 km) y el reabastecimiento de combustible más rápido (10 a 15 min) de HFC, mientras que BET muestra un consumo de energía tres veces menor y menores costos de Capex y mantenimiento. . Además de las ventajas respectivas de cada tecnología para respaldar el transporte por carretera, su impacto debe considerarse más ampliamente a través de un enfoque sistémico, ya que los camiones finalmente necesitarán electricidad libre de CO2 para moverse y la transición fuera de ICE, una cadena de suministro e infraestructura completamente nuevas.
Vehículos eléctricos: una rápida adopción para turismos gracias a la sobrealimentación
Antes de centrarnos en los camiones, echemos un vistazo a los turismos. Parece que el juego ha terminado y los BEV (vehículos eléctricos a batería) no solo se han hecho cargo de los HFC (células de combustible de hidrógeno), sino que también están planeados para reemplazar a los ICE (motores de combustión interna) en las próximas dos décadas a medida que aumentan las economías de escala. reemplazar progresivamente los subsidios.
Mirando hacia atrás en esa transformación, es notable notar que el obstáculo para la adopción masiva se eliminó más fácilmente mediante el desarrollo de una carga rápida que nunca más aumentando el rango de la batería, lo que deterioraría la competitividad y el impacto ambiental.
El hidrógeno requeriría 3 veces más electricidad libre de CO2, un recurso que todavía está lejos de ser abundante
Lo primero a considerar es el impacto en la producción de electricidad como las baterías o el hidrógeno, ambos necesitarán electricidad libre de CO2. Mirando la situación actual, la electricidad renovable global asciende a 7 600 TWh, incluida la nuclear, equivaldría a 10 300 TWh de combustibles no fósiles y bajos en carbono o el 38% de la electricidad total. En comparación, con los niveles de eficiencia actuales, convertir el 100 % del transporte por carretera a BET requeriría 3500 TWh, mientras que pasar a HFC requeriría 10 000 TWh. Estas limitaciones principales y el gasto de capital considerable y el tiempo significativo necesario para aumentar la producción de electricidad libre de CO2 indican que se debe priorizar BET.
Hidrógeno y Baterías: ambas tecnologías requerirán enormes recursos…
En segundo lugar, debemos analizar la cadena de suministro necesaria para respaldar esta transición. BET requerirá grandes cantidades de minerales (principalmente litio) y producción de baterías, mientras que HFC requerirá un aumento significativo de la electrólisis de hidrógeno (la producción actual de hidrógeno proviene en un 95 % de los combustibles fósiles, solo en un 5 % de la electrólisis). En ambos casos, estamos hablando de multiplicar los niveles de producción actuales por unas pocas docenas de veces, pero el aumento actual y el previsto muestran una ventaja significativa para las baterías dado el impulso iniciado con los automóviles de pasajeros. Como los minerales son un recurso finito, también debemos considerar los recursos de litio, y con 86 Mt de litio, tenemos varias veces más de lo que se necesitaría para cubrir la flota mundial de automóviles y camiones, a pesar de la necesidad de reducir la flota global y escalar reciclando para cerrar el ciclo.
… y enfrentará usos competitivos
Además del aumento de la cadena de suministro, la competencia por el uso también puede ser un obstáculo para la adopción de nuevas tecnologías. En el caso de las baterías, los coches van una década por delante y se llevan la mayor parte de la producción de baterías de Litio. Por otro lado, se debe dar prioridad a los camiones, ya que pueden generar de 3 a 4 veces más reducción de CO2 por kWh de batería que un automóvil. Un automóvil promedio recorre principalmente distancias cortas todos los días, pero aún obtiene una batería de 500 km de alcance para viajes más largos cuando la distancia promedio de un camión está entre 200 y 700 km pero con un patrón más regular que permite una mejor utilización de la batería.
En el caso de los HFC, nadie espera que los turismos compitan por el hidrógeno limpio procedente de la electrólisis. Sin embargo, existen numerosos usos, incluidos los existentes (química, metalurgia, cemento) actualmente suministrados por hidrógeno a partir de combustibles fósiles o nuevos por desarrollar (inyección a la red, combustibles sintéticos para el transporte marítimo o la aviación…)
La tecnología de las baterías es más madura y progresa más rápido...
Otra dimensión a considerar es la madurez tecnológica. Las baterías de litio se han beneficiado enormemente de los dispositivos móviles para volverse competitivas para los turismos y siguen progresando. Si bien ya están disponibles para el transporte por carretera y también podrían volverse competitivos en costos en los próximos años, los HFC han existido durante muchas décadas, han mostrado un progreso tecnológico mucho más lento y no se espera una producción en masa antes del final de la década.
… y requeriría una infraestructura un poco menos costosa
Por último, tanto la carga de BET como el reabastecimiento de HFC requerirán una infraestructura completamente nueva. Se estima que BET necesitaría 30 veces más cargadores que las estaciones de servicio de hidrógeno (especialmente considerando que el 90 % de los cargadores serían de carga lenta durante la noche), pero por otro lado, el costo de la infraestructura de carga terminaría siendo un 30 % más alto para HFC que para BET .
Teniendo en cuenta la competitividad económica y la reducción de CO2, la eficiencia energética de BET no se puede igualar…
Dado que la energía (combustible hoy, electricidad mañana) representa del 20 al 40 % de la estructura de costos del transporte por carretera, la balanza también se inclina fuertemente a favor de BET (recuerde que BET requiere tres veces menos electricidad que HFC) a menos que grandes cantidades de electricidad barata libre de CO2 requieran estar disponible para ser convertido en hidrógeno pero no disponible para cargar la batería. Incluso considerando las emisiones del ciclo de vida relacionadas con la fabricación de baterías, BET logra una mejor huella de carbono que HFC con fuentes de electricidad comparables.
¿Qué pasa con la carga útil, una clara ventaja para HFC hasta ahora, pero importa tanto?
Si bien la ventaja actual para HFC es significativa (para camiones pesados, HFC sería 1,5 T más pesado que ICE cuando BET con un alcance de 500 km sería 3 T más pesado), debe ponerse en perspectiva de la carga útil máxima 24 T, el hecho de que tanto BET como HFC disfrutan de una asignación de carga útil de 2 T en muchos países, pero también el hecho de que la gran mayoría de los camiones completos están más saturados por volumen que por peso. Por último, pero no menos importante, a medida que la tecnología BET madura, el cambio a un sistema de propulsión completamente eléctrico con motores más pequeños en cada eje podría permitir cerrar esa brecha al eliminar el peso de la transmisión. También podemos esperar un mayor progreso en la densidad de energía de la batería o similar a lo que está sucediendo con los automóviles de pasajeros. El paquete de baterías se convierte en parte de la estructura, ambas evoluciones resultan en un ahorro de peso adicional.
Autonomía y repostaje: la parte más desafiante para BET
En una industria con márgenes estrechos, ¿quién aceptaría pérdidas significativas de productividad, especialmente cuando la mano de obra es la segunda, si no la primera, parte de la base de costos? En este caso, también es bueno recordar que la gran mayoría de la flota mundial de camiones está realizando distancias diarias compatibles con los rangos de batería actuales (400 km y próximamente 500 km) y carga nocturna en las instalaciones. Sin embargo, la gran mayoría de las emisiones son producidas por un número menor de camiones pesados que cubren distancias más largas y, en este caso, la competencia entre HFC y BET podría ser más reñida.
Sin embargo, también se debe considerar la tendencia actual de progreso con las capacidades de carga de MW que podría reducir la recarga a lo que los automóviles de pasajeros ya pueden experimentar hoy, de 20 a 30 minutos para recuperar el 80% del rango, un tiempo que termina bien alineado. con la mayoría de las normas de seguridad que requieren descansos obligatorios de los conductores. Por último, opciones como cambios de batería o sistemas de catenaria podrían contribuir a la extensión del alcance.
Entonces, en general, si el análisis sistémico (disponibilidad de electricidad y eficiencia energética, cadena de suministro e infraestructura requeridas, madurez tecnológica), así como los beneficios deseados (competitividad económica, reducción de CO2) juegan a favor de BET, si la carga útil no es realmente un cambio de juego, entonces tal vez la industria debería trabajar para responder la pregunta:
«¿Realmente necesitamos camiones con más de 1 000 km de autonomía y 10 minutos de repostaje?»
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