Eletrificação das máquinas de acesso está superando o ímpeto regulatório

JLG DaVinci AE1932 é uma tesoura de 19 pés, totalmente elétrica, alimentada por uma única bateria de íon-lítio que requer apenas 3,5 horas para carregar totalmente com seu carregador padrão de 650W. Um carregador opcional de 900W o carregará em 2,5 horas. Foto: JLG

A análise do diretório de lançamentos de novos equipamentos da empresa KHL de equipamentos de construção global mostra que 40% das 91 novas máquinas de construção lançadas no segundo trimestre de 2022 eram elétricas. Uma terceira era a plataforma aérea. Quarenta e oito por cento das introduções de máquinas de construção do primeiro trimestre foram elétricas.

Manitou, por exemplo, está visando 43% de suas máquinas a serem de baixa emissão até 2030 com uma grande iniciativa elétrica e híbrida em sua série Oxygen de telemanipuladores e plataformas aéreas. A empresa está oferecendo versões elétricas e híbridas de todas as novas plataformas autopropulsionadas que lançará em 2022, e alguns tele-manipuladores fixos e rotativos. Empresa afirma que os clientes economizarão mais de 20% no custo total de propriedade de suas máquinas elétricas em um ano médio.

O compromisso da indústria com um futuro elétrico começa a tomar forma no contexto dos investimentos da Oshkosh (matriz da JLG) e da Terex (matriz da Genie) em empresas de tecnologia de baterias. No início de 2021, a Oskosh investiu 25 milhões de dólares na Microvast, que inicialmente visava converter os veículos comerciais da empresa. Em agosto, a Terex fez um investimento da Série A na Acculon Energy, uma desenvolvedora de soluções de eletrificação de veículos que está disposta a trocar ações em sua empresa por capital de expansão.

Desafios para a adoção

Talvez os maiores desafios neste momento para a adoção em massa de trens de força elétricos em mais aplicações de acesso sejam a consistência na qualidade da bateria, o custo e a infra-estrutura de carga.

Um atuador eletromecânico de elevação no novo elevador tesoura AE1932 DaVinci da JLG substitui o cilindro hidráulico para eliminar vazamentos e melhorar o controle. DaVinci recupera energia para maximizar o tempo de trabalho entre as cargas da bateria (Foto: JLG).

Os fabricantes de equipamentos freqüentemente deixam a certificação dos componentes que compõem um conjunto para serem terceirizados, como a certificação de injetores de combustível em motores diesel ou células individuais em pacotes de baterias, para seus fornecedores. A indústria de acesso está aprendendo que a conformidade certificada dos componentes do pacote de baterias (células e sistema de gerenciamento de baterias, por exemplo) com os padrões da indústria está se tornando cada vez mais importante para garantir a segurança e a qualidade do trem de força à medida que os sistemas se movem para níveis mais altos de tensão.

“A falta de qualificação/certificação para estes padrões industriais pode levar a problemas de nível de sistema que ocorreram em outros setores, uma vez que os OEMs apressaram novas tecnologias de produtos, tais como eletrificação, para o mercado”, diz Rob Messina, vice-presidente sênior de desenvolvimento e gerenciamento de produtos globais da JLG.

Mas apesar do prêmio inicial que você paga pelas versões elétricas de tesouras, booms e tele-manipuladores com as atuais baterias baseadas principalmente em lítio, o custo total de propriedade provavelmente será muito melhor do que as máquinas elétricas alimentadas por células de chumbo-ácido inundadas.

“Quando as baterias de chumbo-ácido precisam ser substituídas a cada dois ou três anos, as baterias de lítio-íon podem não precisar ser substituídas durante a vida útil de uma aplicação”, diz Andrew Thomas, presidente da Acculon. O parceiro de baterias da Genie traz a experiência no projeto de baterias para aplicações industriais e na certificação de suas células, sistemas de gerenciamento de baterias e outros componentes para os padrões industriais. “Cada aplicação é diferente e requer um tratamento especial da arquitetura da bateria, seleção de célula de bateria e controle da bateria”.

Acesso eletrizante à condução

S-60 FE híbrido da Genie combina uma máquina a diesel com tração nas quatro rodas com o desempenho de uma lança totalmente elétrica para trabalhar por uma semana em um único tanque de combustível no modo híbrido, ou o dia inteiro no modo elétrico. Foto: Genie

O impulso em direção às máquinas de construção elétrica começou com a regulamentação governamental, e o Acordo de Paris de 2015 sobre gases de efeito estufa impulsionou a demanda por veículos elétricos, mas os fabricantes e compradores de equipamentos de acesso são agora cada vez mais obrigados por várias influências a limpar as emissões de seus equipamentos.

“Globalmente, as regulamentações estão provocando um aumento no interesse por equipamentos híbridos e elétricos, especialmente em países e locais que promulgaram normas de emissões no local de trabalho e onde os níveis de emissões são monitorados durante a duração de um projeto de construção”, diz Simone Manci, engenheira de aplicações da Genio. A demanda traz dinheiro, o dinheiro traz competição de fornecedores, a competição traz máquinas melhores. “O custo de implementação da tecnologia está diminuindo e os avanços tecnológicos significam que, em alguns casos, os equipamentos eletrificados podem proporcionar um desempenho melhor e mais eficiente”.

Como vimos há 15 anos em algumas cidades dos EUA densamente povoadas em condados que não haviam cumprido as normas de qualidade do ar da EPA estipulando contratos para projetos federais, as emissões totais limitadas que os equipamentos de um projeto de construção poderiam acrescentar ao ar municipal. Outros veículos e empresas foram igualmente limitados. Naturalmente, as jurisdições locais na Europa estavam fazendo coisas similares para limpar o ar. Os compromissos dos países para reduzir as emissões de gases de efeito estufa no Acordo de Paris de 2015 ampliaram os limites e incentivos para eliminar globalmente as emissões de carbono dos motores de combustão interna.

“Nossa base de clientes está ficando muito interessada em nosso portfólio, em nossa pontuação ESG (ambiental, social e de governança) e em como nosso impacto Scope 3 se parece”, diz Messina da JLG. “Um grande empurrão que vi nos EUA foi dado por investidores da ESG”.

As empresas líderes mundiais, incluindo as empresas públicas de aluguel, estão adotando a sustentabilidade como um imperativo comercial em grande parte porque o investimento em fundos acionários da ESG se tornou amplamente difundido.

De acordo com a Bloomberg Intelligence, o valor dos ativos de investimento globais da ESG ultrapassou US$ 35 trilhões em 2020, tornando-se um terço do total dos ativos globais sob gestão. Assumindo um crescimento de 15%, um terço do ritmo dos últimos cinco anos, os ativos da ESG poderiam exceder 50 trilhões de dólares até 2025.

A Europa responde por metade dos ativos globais da ESG e dominou o mercado até 2018. Nos EUA, o investimento da ESG cresceu mais de 40% nos últimos dois anos e espera-se que exceda 20 trilhões de dólares até 2022, mesmo que sua taxa de crescimento se reduza pela metade.

O investimento se cruza diretamente com modelos de equipamentos elétricos na forma como as empresas se qualificam como ações da ESG. Parte do processo é relatar suas emissões de carbono em relatórios de sustentabilidade. Os investidores começaram a exigir relatórios de carbono à medida que o mundo dos investimentos descobre que as empresas que relatam e reduzem as emissões de carbono são muitas vezes melhores investimentos. Além disso, mais investidores são sensíveis aos impactos da mudança climática e estão transferindo seus investimentos para ativos da ESG.

Um dos três escopos nos quais as emissões corporativas de carbono são classificadas, o Escopo 3, é para o carbono indireto. Para os fabricantes, isto inclui todas as emissões dos produtos que eles produzem ao longo da vida útil desses produtos. Portanto, os fabricantes de equipamentos listados se esforçam para reduzir as emissões de carbono de suas máquinas a fim de atrair investidores.

O lado elétrico da lança híbrida S-60 FE do Genie inclui um conjunto de baterias de 48V de vidro absorvente-mat porque as baterias AGM duram muito tempo quando carregadas com freqüência, funcionam bem em uma ampla faixa de temperaturas e suportam a carga de alta corrente do híbrido diesel. Foto: Genie

“O DaVinci (elevador totalmente elétrico AE1932 da JLG) utiliza 70% menos energia do que um elevador elétrico convencional de tesoura, o que significa que consome menos energia fora da rede para permanecer carregado; este é um grande benefício para o Scope 3”, diz Messina. “As reduções do escopo 3 serão uma grande parte dos próximos 10 anos. Ter soluções mais eficientes que utilizam menos energia será um grande impulsionador em nossa indústria à medida que as empresas de serviços públicos se tornarem cada vez mais sensíveis a seu ESG”.

O escopo 3 é particularmente importante para os fabricantes de equipamentos porque as emissões indiretas de carbono do uso de seus produtos, tipicamente medidas pelo seu consumo de energia, representam até 85% do total de emissões de carbono de suas empresas. Tornar as máquinas mais eficientes é a maior alavanca que elas podem usar para melhorar seus relatórios de sustentabilidade. E a refinada controlabilidade de um trem de força elétrico, em comparação com um motor de combustão interna, significa que uma máquina elétrica faz o trabalho não apenas sem produzir emissões locais, mas também requer menos energia, o que reduz suas emissões gerais de carbono.

“Há outra tendência lá fora: falamos sobre o novo pacto social. Muitas das pessoas que entram no mercado de trabalho agora exigem uma maior consciência de seu impacto sobre o planeta”, diz Messina. “E isso é uma grande variável nesta equação”.

Portanto, as forças motrizes por trás do rápido esforço de eletrificação de hoje são muito maiores do que a regulamentação governamental. Existe uma demanda inegável entre os principais interessados na indústria de equipamentos de acesso (investidores, funcionários, clientes) por produtos mais sustentáveis. Como as máquinas elétricas cada vez mais eficientes registram horas no campo, um conjunto crescente de evidências sugere que elas são um melhor investimento para seus proprietários e usuários.

Por que um novo equipamento de acesso elétrico é melhor

A demanda por máquinas mais ecológicas, combinada com os custos operacionais associados a motores de combustão interna cada vez mais complexos, está acelerando a adoção pelo comprador da nova geração de equipamentos elétricos de acesso em tesoura para terrenos acidentados e outras aplicações que normalmente não foram elétricas.

“Como engenheiro, é mais fácil desenvolver um produto elétrico do que um movido por um motor de combustão interna”, diz Messina. “Há menos peças móveis. A maneira como administramos a eficiência é mais simples”.

Os grupos motopropulsores elétricos são mais simples e mais econômicos para manter no trabalho do que aqueles alimentados por combustão interna. Por exemplo, Snorkel diz que seu elevador de lança totalmente articulado A46JRTE reduz a bateria e a manutenção do sistema elétrico o suficiente para reduzir os custos de serviço em até 93% em comparação com um motor padrão. Uma grande parte dessa redução é mão-de-obra, e a eliminação do motor e do sistema hidráulico do boom elimina os custos e riscos do descarte do filtro e do óleo usado.

As atuais baterias seladas, em sua maioria à base de lítio também evitam o investimento significativo de mão-de-obra para manter os níveis de água nas células da bateria e os limites de desempenho inerentes aos elevadores elétricos que extraem energia das baterias de chumbo-ácido (FLA) inundadas desde a eletrificação precoce.

“Baterias de chumbo-ácido inundadas requerem manutenção regular, o que infelizmente é freqüentemente ignorado, levando à falha da bateria e custos recorrentes de substituição”, diz Corey Connolly, gerente de produto da Skyjack.

Os benefícios acidentais das baterias seladas de hoje incluem a eliminação do risco de derramamento de ácido e de gases, tornando-as mais adequadas para trabalhar em áreas ambientalmente sensíveis, tais como salas limpas, centros de dados e hospitais. Esses segmentos particulares da economia da construção têm se mostrado resistentes aos recentes abrandamentos nos gastos de construção, por isso alguns fabricantes de equipamentos têm o cuidado de oferecer produtos que ampliam esses benefícios.

E a química atual da bateria de lítio oferece vantagens inerentes ao desempenho.

O Manitou MRT 2260, totalmente elétrico, trabalha até quatro horas entre cargas e tem uma capacidade máxima de carga de 12.000 libras e uma altura de trabalho de 72 pés. Foto: Manitou

“Com alta densidade de energia, as baterias de íons de lítio podem descarregar mais energia armazenada do que as baterias de chumbo-ácido, tornando-as mais eficientes”, diz Matthew Elvin, diretor executivo de Snorkel. “As baterias de íons de lítio têm uma melhor profundidade de descarga e podem ser usadas em uma capacidade maior antes da recarga.

“Como as baterias de íons de lítio têm uma eficiência maior, elas podem manusear uma amperagem maior para carregar mais rapidamente do que as baterias de chumbo-ácido. Quanto mais perto da capacidade total, as baterias de chumbo-ácido mais lentas devem ser carregadas para evitar o superaquecimento. Além disso, a não recarga completa das baterias de chumbo-ácido pode reduzir sua vida útil total.

O tempo de trabalho de uma taxa é o resultado de uma equação complexa que inclui o ciclo médio de trabalho derivado de uma gama de aplicações prováveis, a infra-estrutura de recarga esperada, uma faixa de custo alvo que os compradores pagarão ou o custo total de propriedade (TCO) que eles irão pagar. apreciar e mais fatores. O tempo de funcionamento de uma máquina entre as cargas varia, mas os revendedores podem ajudá-lo a reduzir o alcance.

As baterias de íons de lítio que alimentam o telescópico compacto e totalmente elétrico SR626E da Snorkel, por exemplo, podem funcionar continuamente por até seis horas entre as cargas, dependendo das condições, e um carregador integrado fornece uma carga completa durante a noite.

O tempo necessário para recarregar é outro fator de produtividade importante que é mais fácil de identificar, e as baterias de lítio oferecem vantagens dramáticas de recarga em relação às baterias FLA.

“A maioria dos elevadores de tesoura movidos hidraulicamente, assim como alguns movidos eletricamente, no mercado têm uma carga de bateria que dura apenas um turno e leva de oito a 10 horas para carregar totalmente. Isso significa que por quase meio dia a máquina não pode ser usada”, diz Bob Begley, diretor de gerenciamento de produto para tesouras e elevadores verticais da JLG. “Alguns elevadores de tesoura alimentados por uma bateria de íons de lítio (ou baterias múltiplas de íons de lítio) podem passar de não carregados a totalmente carregados em muito menos tempo. Por exemplo, leva apenas 3,5 horas para o elevador tesoura JLG DaVinci de íons de lítio carregar completamente com seu carregador padrão de 650 W. Com um carregador opcional de 900 W, ele é totalmente carregado em 2,5 horas, tornando a máquina utilizável por mais de 20 horas por dia. Ao longo dessas 20 horas, a bateria de íons de lítio não se degrada no desempenho, ao contrário das baterias equivalentes da FLA, que se degradam à medida que a porcentagem de carga diminui.

“A tecnologia de baterias de íons de lítio oferece oportunidades de carga. Por exemplo, com apenas 30 minutos de carga, a tesoura JLG DaVinci pode fornecer até algumas horas de energia para os usuários terminarem seu trabalho sem danificar a bateria. E com sua característica de carga rápida, em apenas cinco minutos, a bateria de íons de lítio pode ser carregada o suficiente para acionar a máquina a 100 pés com torque suficiente para carregá-la em um caminhão”.

Sobre o preço dos elevadores elétricos

Snorkel diz que as baterias de íons de lítio em sua lança articuladora elétrica A46JRTE reduzem os custos de manutenção da bateria e do sistema elétrico em até 93% em comparação com um motor padrão. Foto: Snorkel

O preço premium pago pelas máquinas elétricas de nova geração, uma questão importante em sua adoção, havia diminuído constantemente nos anos que antecederam a pandemia. Embora as condições operacionais tenham um grande impacto no custo total de propriedade, a manutenção reduzida e a vida útil muito maior da bateria sugerem que os sistemas de energia baseados em lítio sem manutenção produzem hoje uma vantagem significativa no custo total de propriedade.

“Há muita dinâmica em mudança no trabalho”, diz Messina. “O íon lítio teve uma enorme redução no custo de aquisição nos últimos dez anos. Hoje, eu caracterizaria o preço das baterias FLA como 1X, AGM (tapete de vidro absorvente) é 2X e lithium-ion é 4X”.

A eliminação da necessidade de reabastecer rotineiramente as células das baterias com água não só economiza muita mão-de-obra durante a vida útil de uma máquina, mas também elimina a possibilidade de erros de manutenção e também garante que as baterias seladas de íons de lítio durem mais tempo.

A maior vida útil de projeto das baterias de lítio já é um fator significativo na comparação do TCO. As baterias de chumbo-ácido têm uma vida útil média de dois a três anos. As baterias à base de lítio são geralmente projetadas para durar a vida útil da máquina, às vezes vistas como uma proposta de sete anos.

Na economia global de hoje, a crescente demanda por veículos elétricos complementa as persistentes rupturas na cadeia de abastecimento decorrentes do efeito pandêmico que aumentam o custo das baterias de lítio-íon. Apesar das condições atuais, espera-se que a crescente demanda continue estimulando a concorrência na fabricação de componentes e continue a reduzir o custo das baterias de íons de lítio e máquinas elétricas.

“Estamos nos aproximando da acessibilidade econômica”, diz Messina. “Em geral, os produtos de consumo tendem a se converter quando os prêmios do produto estão 25-30% acima do preço declarado do produto. “Ainda temos trabalho a fazer. E enquanto o custo da bateria é o elefante na sala, a energia de iões de lítio nos permite reduzir o custo total do sistema”.

A inovação do sistema que hoje é difícil de ignorar é a substituição do sistema hidráulico de máquinas por atuadores elétricos, como no elevador tesoura DaVinci totalmente elétrico da JLG, o telescópico SR626E da Snorkel e a lança articulada A46JRTE, o telescópico rotativo MRT 2260 da Manitou e uma lista crescente de equipamentos de acesso totalmente elétricos. Os fabricantes dizem que a chave pode reduzir os custos de vida útil em mais de 40%.

O custo de aquisição continua sendo um desafio, pois há poucos fornecedores de componentes que fabricam atuadores lineares na escala e na potência necessária para elevar cargas de construção até a altura. Mas, mais uma vez, o aumento da demanda está atraindo a concorrência que está empurrando os preços para baixo.

“É um progresso que precisamos ver”, diz Messina. “Você obtém fidelidade de controle, você reduz o custo total de propriedade quase pela metade. Sua eficiência energética aumenta significativamente, portanto seu consumo de energia diminui, o que significa grandes melhorias em seu Escopo 3”.

“À medida que vemos mais fabricantes e indústrias seguindo este caminho, os mercados auxiliares irão crescer. Nós o vimos com motores. Há muita gente fazendo motores agora, enquanto há 20 anos atrás não tínhamos um buffet, por assim dizer, de fornecedores disponíveis. Agora todos os fornecedores estão procurando por um futuro eletrificado. Tem sido uma mega tendência, pelo menos nos últimos seis anos. Penso que à medida que formos sendo adotados cada vez mais amplamente (de ativação elétrica), veremos esses pontos de preço descerem para aquele prêmio de 25% a 30% e começará a fazer muito sentido”.

Onde cobrar?

Os fabricantes de equipamentos concordam que a falta de infra-estrutura de carga para equipamentos de acesso elétrico, particularmente nos estágios iniciais da construção ou em locais remotos, é um dos maiores desafios que ameaçam a adoção.

“As barras híbridas são realmente um bom passo para os locais de trabalho que não estão prontos para a eletrificação total”, diz Zach Gilmor, gerente de produto da Genie. “Eles também são uma boa solução para locais de trabalho que querem a capacidade de manter uma máquina no local desde o início da construção, antes que haja infra-estrutura elétrica para suportar a carga da bateria, até o final, quando a máquina é necessária dentro de casa”.

Introduzida há cerca de seis anos, a linha de plataformas híbridas FE da Genie combina as vantagens de uma máquina diesel com tração nas quatro rodas com o desempenho de uma plataforma totalmente elétrica. As máquinas FE podem funcionar durante uma semana em um único tanque de combustível em modo híbrido, ou durante todo o dia em modo elétrico silencioso, de emissão zero. Elas funcionarão exclusivamente a diesel se suas baterias estiverem totalmente descarregadas e, no modo híbrido, seu sistema de controle mantém as baterias carregadas através da tecnologia de frenagem regenerativa e da partida/parada automática do motor.

Os híbridos FE da Genie usam baterias AGM porque funcionam bem quando totalmente recarregadas o máximo possível, têm melhor desempenho em condições variáveis de temperatura e podem lidar com a carga de alta corrente enquanto a máquina está operando no modo híbrido. Sua capacidade de lidar com altas cargas de corrente permite uma recarga rápida em menos de 2,5 horas.

Regulamentos mais rigorosos em algumas áreas urbanas exigem o uso de veículos com emissão zero, o que excluirá os híbridos. Vemos estes mandatos em alguns centros urbanos europeus. O Conselho de Recursos Aéreos da Califórnia deu o primeiro passo para este tipo de regulamentação em larga escala ao aprovar a regra Advanced Clean Cars II em agosto.

Photo: Snorkel

A regra estabelece um roteiro para exigir que 100% dos carros novos e caminhões leves vendidos na Califórnia sejam veículos com emissão zero até 2035. Outros quinze estados que atualmente seguem as regras de veículos da Califórnia devem adotar estes regulamentos através de seus próprios regulamentos. O Advanced Clean Cars II não se aplica a veículos comerciais, como equipamentos de acesso, mas estas regras demonstram que é possível uma regulamentação mais específica para veículos.

A probabilidade de custos operacionais mais baixos e máquinas mais flexíveis e menos intensivas em mão-de-obra pode aliviar o estresse da transição para equipamentos de acesso elétrico. Com a tecnologia dinâmica dos veículos elétricos agora impulsionada pela concorrência da crescente demanda, a proposta de propriedade só deve se tornar mais atraente. Por exemplo, a JCB investiu em um fornecedor de hidrogênio limpo e demonstrou um protótipo de retroescavadeira, telemanipulador e escavadeira movida a hidrogênio. Há mais inovações por vir.

Quer ler esta história na imprensa? Veja a versão completa desta matéria na edição de setembro/outubro da revista Scaffold & Access.