Qué se necesitará para electrificar los equipos de construcción

Tomas de corriente

¡Este loco truco ayudará a electrizarlo todo! (Pista: es eficiencia energética)

Por Sara Golden

17 de noviembre de 2022

La industria de la construcción es uno de los principales contribuyentes al cambio climático y representa el 20 por ciento de las emisiones globales. El problema aumentará: se espera que la superficie cuadrada crezca un 20 por ciento a nivel mundial para 2030. Para tener una oportunidad de alcanzar los objetivos netos cero, la intensidad energética del sector de la construcción debe caer casi cinco veces más rápido en los próximos 10 años que en los últimos 10, según la Agencia Internacional de Energía (AIE).

Clave para descarbonizar la construcción: electrificar los vehículos pesados ​​de construcción.

Si bien ya hay en el mercado vehículos de construcción compactos totalmente eléctricos (pensemos en una carretilla elevadora en un almacén), cuanto más grande sea el equipo (cargadoras de ruedas y excavadoras), más difícil será electrificarlos.

En agosto, visité el escaparate de construcción de Danfoss en Dinamarca, donde los ingenieros están tratando de resolver la tuerca de la máquina de construcción totalmente eléctrica. Mientras estuve allí, pude echar un vistazo a algunas consideraciones que los ingenieros están abordando al electrificar equipos.

La electrificación de estas máquinas plantea una gran cantidad de desafíos únicos. Es fundamental para cada desafío: las baterías son muy diferentes de los motores de combustión interna (ICE).

Impulsar vehículos de construcción eléctricos requiere mucha energía. Eso significa muchas baterías. Y esos pueden ser muy costosos.

Para ponerlo en contexto, una cargadora de ruedas ICE que vi en las instalaciones de Danfoss costó alrededor de $150,000, en total. La pantalla de batería que el equipo utilizó para alimentar el prototipo costó 90.000 dólares adicionales. Eso es un aumento del 60 por ciento del costo.

Un cargador de ruedas modernizado en las instalaciones de Danfoss al que se le quitó el ICE y se agregó una pantalla de batería de 140 kilovatios hora en la parte trasera, aproximadamente el doble de la cantidad de un automóvil eléctrico estándar de largo alcance.

Es más, el prototipo no puede funcionar durante la misma cantidad de horas que un homólogo ICE entre cargas. De manera realista, el vehículo podría funcionar durante cuatro horas, según el equipo de ingenieros. Para que el sitio de construcción esté listo, sería necesario asegurar ocho horas de operación como mínimo.

"No se trata simplemente de sacar un motor de combustión y poner, digamos, un motor eléctrico", dijo Casper Olesen, ingeniero senior de sistemas de Danfoss Power Solutions. "Es repensar toda la máquina".

El camino más fácil a seguir es aumentar la eficiencia energética. Si bien las ganancias marginales de eficiencia pueden haber sido difíciles de vender para los vehículos ICE, la eficiencia en los equipos totalmente eléctricos se traduce en ahorros directos.

"Las tecnologías son cada vez más atractivas porque ahora la eficiencia no sólo marca la diferencia si se utilizan 10 o 15 litros de diésel por hora", afirmó Olesen. "En realidad, la pregunta es: '¿Puedo colocar suficientes baterías en la máquina para poder usarla en mi trabajo?'"

Quitar el sistema hidráulico convencional y cambiarlo por uno de alta eficiencia podría agregar una o dos horas al tiempo de funcionamiento. Tecnologías como las bombas de desplazamiento variable y las bombas de velocidad variable pueden reducir las pérdidas en ralentí (energía consumida cuando el vehículo no está en funcionamiento).

Otros cambios de diseño son sutiles pero marcan una diferencia acumulativa. Por ejemplo, el equipo está programando la pala delantera del cargador de ruedas para que adopte un ángulo específico por defecto cuando la máquina está en marcha para reducir la resistencia al viento.

Hay muchas eficiencias que ganar aquí. La excavadora ICE actual, por ejemplo, tiene sólo un 30 por ciento de eficiencia, lo que significa que el 70 por ciento de la energía suministrada por el motor se desperdicia antes de que el cucharón toque la tierra, según cálculos de Danfoss. Combinar electrificación y eficiencia significa que solo se necesita el 25 por ciento del aporte de energía para mover la misma cantidad de tierra.

Un ejemplo que destaca el potencial en eficiencia energética y electrificación de una excavadora convencional de 16 toneladas, proporcionado por Danfoss.

La transición a equipos de construcción con cero emisiones requiere más que vehículos. También requiere de infraestructura para cargar los equipos.

"Se necesita algo de tiempo para pasar de lo que hoy se conoce a algo nuevo, porque también es necesario establecer la red de servicios detrás de la infraestructura", dijo Erik Westergaard, ingeniero de sistemas de Danfoss.

En los sitios de construcción nueva, es posible que no haya ninguna conexión eléctrica, y mucho menos opciones de alto voltaje.

"Entonces, si estás dentro de la ciudad, es posible que puedas encontrar un enchufe grande y conectarte", dijo Olesen. "Pero si se extiende por el campo, es necesario asegurarse de tener una capacidad de batería lo suficientemente grande".

A partir de ahí, ninguna opción para cargar es perfecta. Los operadores podrían transportar las máquinas a otro lugar para cargarlas o llevar un banco de baterías al sitio todos los días para recargar las máquinas durante la noche.

La organización de estrategia climática de Danfoss, Project Zero (que pagó mi viaje a Dinamarca), recomienda asociaciones para planificar la infraestructura de vehículos eléctricos de manera temprana y cuidadosa. El equipo sugiere involucrar a las partes interesadas en la comunicación de los beneficios de la reducción del ruido y la contaminación del aire para generar apoyo público, así como contar con procesos municipales transparentes y predecibles para dar señales a largo plazo sobre la dirección de los estándares de construcción. Esto puede reforzarse si las localidades exigen a las empresas que proporcionen su huella de carbono de la construcción cuando participen en licitaciones públicas.

Las nuevas máquinas requieren una mano de obra que sepa cómo utilizarlas.

Hoy en día, los desarrolladores de bienes raíces comerciales cuentan con ingenieros de ICE altamente especializados para mantener los equipos en funcionamiento. Con vehículos totalmente eléctricos, los proyectos necesitarían contar con ingenieros en electrónica de potencia e ingenieros de alto voltaje altamente especializados, así como personal de servicio.

"Por lo tanto, es necesario crear un departamento de ingeniería completamente nuevo, porque no tiene las mismas competencias y especialización", afirmó Olesen.

Las baterías también requieren un nuevo conjunto de conocimientos. Las diferentes químicas de baterías tienen diferentes mejores prácticas, y no seguirlas podría destruir un sistema de batería. No puedes dejarlos llenos por mucho tiempo; no puedes dejar que se agoten por completo.

"Por lo tanto, existe una curva de aprendizaje bastante pronunciada para los grupos y las personas que los utilizan", afirmó Westergaard. "Si realmente quieres que las cosas duren más, se necesita un poco más de conocimiento".

Esto no sólo requiere reentrenamiento y nuevas competencias, sino que la fuerza laboral es limitada, ya que estas máquinas son nuevas. La buena noticia es que los equipos totalmente eléctricos tienen menos piezas móviles, lo que significa que, en última instancia, requerirán menos mantenimiento.

Los promotores inmobiliarios y el sector privado pueden señalar la demanda de este conjunto de habilidades estableciendo reglas para las adquisiciones públicas, incluidos requisitos para los vehículos y maquinaria utilizados en proyectos de construcción.

Los fabricantes de equipos originales (OEM) también pueden desempeñar un papel aquí. Los fabricantes de equipos de construcción pueden ayudar a comunicar el cambio en los recursos necesarios para hacer realidad un vehículo totalmente eléctrico.

En estos primeros días de equipos de construcción totalmente eléctricos, la demanda de ser totalmente eléctrico no es económica. Más bien, proviene de quienes dan prioridad a la reducción de las emisiones, la contaminación del aire y el ruido.

El sector minero es un buen ejemplo. Eliminar la contaminación del aire provocada por las máquinas podría abaratar las operaciones, siendo uno de los mayores gastos la ventilación del aire en las minas subterráneas. La opción totalmente eléctrica elimina la necesidad de eliminar las emisiones de escape, lo que reduce los costos generales.

La reducción de la contaminación del aire y del ruido puede ser un beneficio para los proyectos de construcción en las ciudades, que pueden tener ordenanzas sobre ruido o regulaciones sobre contaminación. El sector público puede ayudar a impulsar este mercado exigiendo estándares de intensidad de carbono en las solicitudes de propuestas, o estableciendo estándares de emisiones para todas las construcciones dentro de un municipio.

Los desarrolladores con objetivos netos cero también son los primeros en adoptarlo. El desarrollador Lendlease, por ejemplo, tiene objetivos climáticos que se extienden a la construcción, lo que significa que el equipo está afrontando estos desafíos de los vehículos totalmente eléctricos y utilizando diésel renovable cuando las alternativas totalmente eléctricas aún no están listas.

En última instancia, todas las organizaciones que participan en la construcción pueden ayudar a lograr cambios simplemente alentando a los desarrolladores a rendir cuentas de todas las emisiones. Si bien la fricción para lograr una construcción neta cero puede parecer fuerte, el sector tiene un enorme potencial de eficiencia energética no aprovechado que puede conducir a profundas reducciones de emisiones y encaminarnos hacia el cero neto.

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