Hoja de ruta hacia la electrificación: avances y desafíos en la electrificación de la industria del transporte comercial

Los vehículos eléctricos (EVs) para consumidores han logrado una penetración significativa en el mercado en la última década. Según Reuters, el tercer trimestre de 2023 registró las mayores ventas de EVs en los EE.UU., con un 7.9% de participación en el mercado, casi un 50% más que el año anterior. Sin embargo, otras industrias de transporte han tardado más en adoptar la electrificación. Este artículo identifica varios sectores no consumidores que probablemente verán crecimiento en la tecnología de vehículos eléctricos pronto y los desafíos de infraestructura de carga de flotas de EV que han retrasado la electrificación de flotas comerciales.

Tendencias actuales y futuras del transporte

Los autobuses y camiones son el próximo obstáculo para la electrificación del transporte. Afortunadamente, los avances florecientes de las tecnologías de vehículos eléctricos, como los sistemas de gestión de baterías, relés automotrices, conectores automotrices y más, están acelerando la adopción de vehículos eléctricos en estos segmentos de transporte:

Autobuses Eléctricos a Batería (BEB)

Los autobuses eléctricos a batería (BEB), diferentes de los autobuses eléctricos alimentados por cable de trolebús, están convirtiéndose cada vez más populares en entornos urbanos. Los BEB han sido utilizados en redes de transporte público debido a sus menores costos operativos, reducción de emisiones y facilidad de mantenimiento en comparación con los autobuses de combustión o los trolebuses.

Sin embargo, su uso requiere infraestructura de carga, por lo que la adopción puede ser más lenta en regiones con menos incentivos de política de infraestructura. Algunas ciudades del mundo, como Shenzhen, ya han reemplazado toda su flota municipal de autobuses gracias a los enormes incentivos gubernamentales y al fabricante de vehículos eléctricos de China, BYD.

Los avances en las tecnologías de semiconductores de potencia, como MOSFETs de carburo de silicio, permiten ensamblajes de baterías más económicos y eficientes. A medida que la tecnología de baterías sigue mejorando, también lo hará la autonomía de los autobuses BEB, y el costo de estos vehículos disminuirá, permitiendo una adopción más generalizada.

Autobuses con Carga en Movimiento (IMC)

Una solución híbrida para los BEBs y los trolebuses son los autobuses con carga en movimiento (IMC). Esta tecnología emergente de autobuses eléctricos se encuentra principalmente en Europa central. En las ciudades con líneas de trolebús previamente instaladas, los autobuses IMC pueden cargarse sobre la marcha y desviarse de las líneas de trolebús según sea necesario.

Los autobuses IMC tienen un mayor alcance total del vehículo, menor peso en vacío y utilizan sofisticados sistemas de gestión de baterías para operar en conjunto con energía directa. IMC también podría ver una expansión del mercado a medida que las tecnologías de carga por inducción en carreteras crecen junto con el fortalecimiento de la infraestructura de vehículos de consumo.

Camiones de carga pesada de gama baja a media

Los camiones pesados están pasando gradualmente a la energía eléctrica, especialmente aquellos que operan en rutas de corto alcance. Aunque estos vehículos tienen requisitos de peso y potencia drásticamente diferentes a los vehículos de consumo, su adopción es ventajosa debido a los bajos costos de mantenimiento de la flota y al aumento del rendimiento de los vehículos.

En aplicaciones de baja distancia, parar-arrancar-parar, como los vehículos de reparto y los camiones de basura, los vehículos eléctricos pueden resultar mucho más eficientes y rentables que sus competidores con motores de combustión. Especialmente considerando sus altas capacidades de torque instantáneo, es probable que los vehículos eléctricos de servicio pesado sean ampliamente adoptados pronto.

Por ejemplo, Amazon recientemente se asoció con el fabricante de vehículos eléctricos Rivian para crear 100,000 vehículos de reparto para 2030 y reemplazar gradualmente su flota existente de combustión, todo como parte de su esfuerzo por lograr emisiones netas de carbono cero para 2040. Esta nueva flota de vehículos contará con tecnología de vanguardia de vehículos eléctricos, sensores automotrices y sistemas de gestión de baterías inteligentes que ayudarán a Amazon a atender a sus clientes de manera más eficiente y reducir costos.

Desafíos de carga de flotas de vehículos eléctricos

Los modos de transporte como aviones, barcos grandes y camiones de larga distancia son menos propensos a adoptar la tecnología de vehículos eléctricos a corto plazo por las siguientes razones:

Densidad de potencia

Actualmente, las baterías tienen una relación potencia-peso demasiado alta, lo que hace que su adopción sea ineficiente o imposible para el vuelo. Los aviones requieren una potencia masiva al menor peso posible para lograr la máxima eficiencia. Incluso en la aviación basada en combustión, cuanto más pesado es el avión, más costoso es volarlo.

El peso del combustible se toma en consideración drástica en cada vuelo, con las aerolíneas optando por una reserva mínima de combustible para cada vuelo para maximizar la eficiencia. De manera similar, los grandes barcos requieren enormes cantidades de energía para su transporte. Si bien almacenar esta energía puede parecer factible inicialmente, las baterías de hoy todavía pesan demasiado para reemplazar el combustible. Por ejemplo, un barco portacontenedores estándar puede llevar alrededor de 3 millones de galones de combustible diésel. Un solo galón de combustible diésel contiene 138,700 BTU o 40.6 kWh, que es la misma equivalencia de almacenamiento de energía que tres (3) Tesla Powerwall 3's. Tres Tesla Powerwall 3's tienen 23,666.4 pulgadas cúbicas y pesan 861 libras, mientras que un galón de diésel tiene 231 pulgadas cúbicas y pesa 7.1 libras.

Por lo tanto, para que un buque portacontenedores sea completamente eléctrico con las mismas capacidades de potencia, debe soportar 102 veces el espacio de almacenamiento y 121 veces su peso actual de almacenamiento de combustible. A modo de comparación, 9 millones de Tesla Powerwall 3 (equivalente a 3 millones de galones de diésel) es el mismo volumen que 30,211 contenedores de envío. El buque portacontenedores más grande del mundo puede transportar 24,000 contenedores y almacenar más de 5 millones de galones de combustible para sus operaciones.

Desafíos de infraestructura de carga para flotas de vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos requieren infraestructura de soporte como estaciones de carga o muelles. El desarrollo de esta infraestructura de carga puede ser costoso en entornos urbanos, prohibitivo por el costo en áreas rurales e incluso tecnológicamente inviable en entornos marítimos.

De aviones, barcos y camiones de larga distancia, los que tienen mayor probabilidad de contar con una infraestructura de apoyo a corto plazo son los camiones de larga distancia, ya que una gran mayoría de los entornos urbanos ya han comenzado la electrificación de infraestructura para apoyar los vehículos de consumo. El mayor desafío para los camiones de larga distancia es la electrificación de las áreas rurales, lo que puede restringir ciertas rutas comerciales que abarcan distancias fuera del alcance de los vehículos eléctricos de larga distancia.

Las áreas rurales pueden tener una infraestructura eléctrica limitada o nula, y mucho menos una infraestructura lo suficientemente robusta como para cargar continuamente flotas de vehículos de larga distancia. Para que los camiones de larga distancia sean adoptados, probablemente será necesario desarrollar generación y transporte de energía dedicados en centros de carga estratégicos, de manera similar a cómo las paradas de descanso rurales y las estaciones de petróleo existen para dar servicio a los vehículos de combustión.

Consideraciones de costes de vehículos eléctricos comerciales

Aunque algunas industrias pronto podrán técnicamente lograr la electrificación, el costo puede ser prohibitivo. Cambiar una flota de vehículos de combustión interna a vehículos eléctricos puede ser un costo prohibitivo para cualquier empresa.

Para las industrias con márgenes de ganancia limitados, el costo inicial del vehículo y la infraestructura probablemente dificultará la adopción generalizada, incluso si el costo operativo es menor a largo plazo. Los incentivos regulatorios y de políticas pueden compensar los costos de inversión para acelerar la adopción generalizada, de manera similar a cómo los créditos fiscales gubernamentales aceleran la adopción de vehículos de consumo en países interesados en hacerlo.

Un aumento en los vehículos eléctricos comerciales

Aunque algunos sectores pueden ser más lentos en adoptar la electrificación, como los grandes buques marítimos, la aviación y los camiones de larga distancia, las recientes mejoras en la tecnología de vehículos eléctricos permiten una revolución en el transporte comercial. Los autobuses BEB y IMC están ganando terreno internacional debido a sus menores costos operativos, emisiones reducidas y rendimiento superior. Es probable que los camiones pesados experimenten un renacimiento de la electrificación, ejemplificado por el plan de Amazon de reemplazar 100,000 vehículos de reparto basados en combustión por vehículos eléctricos en la próxima década.

Desafíos como la densidad de potencia, las limitaciones de infraestructura y los altos costos iniciales ralentizarán la electrificación en algunos sectores. Sin embargo, se continuará observando la adopción de vehículos eléctricos en casi todas las industrias y sectores en los próximos años, a medida que los sistemas de monitoreo de baterías, la gestión de energía y la tecnología de vehículos eléctricos continúan avanzando.