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

Los vehículos eléctricos (VE) 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 VE en la historia de los EE. UU., con una participación de mercado del 7.9%, un aumento de casi el 50% en comparación con el año anterior. Sin embargo, otras industrias de transporte han sido más lentas en adoptar la electrificación. Este artículo identifica varios sectores no relacionados con consumidores que probablemente experimenten un crecimiento en la tecnología de vehículos eléctricos pronto y los desafíos de infraestructura de carga de flotas de VE que han retrasado la electrificación de flotas comerciales.

Tendencias actuales y futuras del transporte

Los autobuses y camiones son el próximo desafío para la electrificación del transporte. Por suerte, los avances acelerados en tecnologías de vehículos eléctricos como los sistemas de gestión de baterías, relés automotrices, conectores automotrices, y más, están impulsando la adopción de vehículos eléctricos en estos segmentos de transporte:

Autobuses Eléctricos a Batería (BEB)

Los autobuses eléctricos de batería (BEB, por sus siglas en inglés), a diferencia de los autobuses eléctricos alimentados por cables de trole, están ganando cada vez más popularidad en los entornos urbanos. Los BEB se han utilizado en redes de transporte público debido a sus menores costos operativos, emisiones reducidas y facilidad de mantenimiento en comparación con los autobuses de combustión o los trolebuses.

Sin embargo, su uso requiere de una infraestructura de carga, por lo que la adopción puede ser más lenta en regiones con menos políticas de incentivo para la infraestructura. Algunas ciudades en todo el 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 los MOSFET de carburo de silicio, permiten ensamblajes de baterías más económicos y eficientes. A medida que la tecnología de baterías siga mejorando, también lo hará la autonomía de los autobuses eléctricos de batería (BEB), y el costo de estos vehículos disminuirá, lo que permitirá una adopción más generalizada.

Buses de Carga en Movimiento (IMC)

Una solución híbrida para los autobuses eléctricos a batería (BEB) y los trolebuses es el uso de autobuses con carga en movimiento (IMC, por sus siglas en inglés). Esta tecnología emergente de autobuses eléctricos se encuentra principalmente en Europa central. En ciudades con líneas de trolebús previamente instaladas, los autobuses IMC pueden cargarse en plena marcha y desviarse de las líneas de trolebús según sea necesario.

Los autobuses IMC tienen un rango general del vehículo más amplio, un peso en vacío más bajo y utilizan sistemas sofisticados de gestión de baterías para operar en conjunto con la energía directa. El IMC también podría ver una expansión en el mercado a medida que crecen las tecnologías de carga por inducción en carreteras junto con el fortalecimiento de la infraestructura de vehículos para consumidores. Para obtener más información sobre los sistemas de gestión de baterías y cómo permiten un uso eficiente de la energía, lea la guía de Arrow sobre sistemas de gestión de baterías.

Camiones de servicio pesado de gama baja a media

Los camiones de carga pesada 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 de los vehículos de consumo, su adopción es ventajosa dado el bajo costo de mantenimiento de la flota y el aumento en el rendimiento del vehículo.

En aplicaciones de baja distancia recorrida con paradas y arranques frecuentes, como vehículos de reparto y camiones de basura, los vehículos eléctricos podrían resultar mucho más eficientes y rentables que sus competidores con motor de combustión. Especialmente dado su alto torque instantáneo, es probable que los vehículos eléctricos de servicio pesado sean adoptados de manera generalizada pronto.

Por ejemplo, Amazon se asoció recientemente con el fabricante de vehículos eléctricos Rivian para crear 100,000 vehículos de reparto para 2030, reemplazando progresivamente su flota actual basada en 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 en vehículos eléctricos, sensores automotrices y sistemas inteligentes de gestión de baterías que ayudarán a Amazon a atender a sus clientes de manera más eficiente y a reducir costos.

Desafíos de carga de flotas de vehículos eléctricos

Los modos de transporte como aviones, barcos grandes y camiones de larga distancia tienen menos probabilidades de adoptar la tecnología de vehículos eléctricos (VE) 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 con el menor peso posible para lograr la máxima eficiencia. Incluso en la aviación basada en combustión, cuanto más pesado es el avión, más caro resulta volarlo.

El peso del combustible se considera de manera drástica en cada vuelo, con las aerolíneas optando por un combustible de reserva mínimo para cada vuelo con el fin de maximizar la eficiencia. De manera similar, los grandes barcos requieren cantidades masivas de energía para su transporte. Aunque almacenar esta energía puede parecer inicialmente factible, las baterías actuales aún pesan demasiado como para reemplazar el combustible. Por ejemplo, un buque portacontenedores estándar puede transportar aproximadamente 3 millones de galones de diésel. Un solo galón de combustible diésel contiene 138,700 BTU o 40.6 kWh, lo que equivale al almacenamiento de energía de tres (3) Tesla Powerwall 3. Tres Tesla Powerwall 3 tienen un volumen de 23,666.4 pulgadas cúbicas y pesan 861 libras, mientras que un galón de diésel ocupa 231 pulgadas cúbicas y pesa 7.1 libras.

Entonces, 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 el peso actual de su almacenamiento de combustible. A modo de comparación, 9 millones de Tesla Powerwall 3 (equivalentes a 3 millones de galones de diésel) ocupan el mismo volumen que 30,211 contenedores de envío. El buque portacontenedores más grande del mundo puede transportar 24,000 contenedores y almacena más de 5 millones de galones de combustible para sus operaciones.

Desafíos de la infraestructura de carga para flotas de vehículos eléctricos

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

De los aviones, barcos y camiones de larga distancia, los que probablemente cuenten con una infraestructura de apoyo en el corto plazo son los camiones de larga distancia, ya que una gran mayoría de los entornos urbanos ya han comenzado la electrificación de la infraestructura para respaldar los vehículos de consumo. El desafío más grande para los camiones de larga distancia es la electrificación de las áreas rurales, lo que podría restringir ciertas rutas comerciales que abarcan distancias fuera del alcance de los vehículos eléctricos de larga distancia.

Las zonas rurales pueden tener una infraestructura eléctrica limitada o inexistente, y mucho menos una infraestructura lo suficientemente robusta para cargar de manera continua flotas de vehículos de larga distancia. Para que se adopten los camiones de larga distancia, probablemente será necesario desarrollar generación y transporte de energía dedicados en puntos estratégicos de carga, de manera similar a cómo las áreas de descanso rurales y las estaciones de petróleo existen para atender a los vehículos de combustión.

Consideraciones de costos de vehículos eléctricos comerciales

Si bien algunas industrias pueden estar técnicamente en condiciones de lograr la electrificación en el corto plazo, el costo puede ser prohibitivo. Cambiar una flota de vehículos de combustión interna a vehículos eléctricos puede resultar económicamente inviable para cualquier empresa.

Para las industrias con márgenes de beneficio limitados, el costo inicial de los vehículos y la infraestructura probablemente dificultará una 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 una adopción generalizada, de manera similar a cómo los créditos fiscales del gobierno aceleran la adopción de vehículos de consumo en países que buscan fomentarla.

Un aumento en 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 e IMC están ganando reconocimiento internacional debido a sus menores costos operativos, emisiones reducidas y rendimiento superior. Es probable que los camiones de carga pesada experimenten un renacimiento de la electrificación, ejemplificado por el plan de Amazon para reemplazar 100,000 vehículos de reparto con motores de combustión por vehículos eléctricos en la próxima década.

Desafíos como la densidad de potencia, las limitaciones de infraestructura y los altos costos iniciales retrasarán la electrificación en algunos sectores. No obstante, en los próximos años se observará una adopción continua de vehículos eléctricos (VE) en casi todas las industrias y sectores, a medida que los sistemas de monitoreo de baterías, la gestión de energía y la tecnología de los vehículos eléctricos sigan avanzando.