Tres tecnologías que revolucionarán la electrificación de la minería

Muchos consideran que la electrificación es el futuro de los vehículos mineros, ya que puede lograr una reducción significativa de las emisiones de la industria minera, además de ser más barata, segura y productiva para las minas. Sin embargo, antes de que estas ventajas puedan materializarse, las tecnologías que rodean a los vehículos eléctricos deben desarrollarse a fondo hasta un punto en el que adoptar uno sea lo más fácil posible.

El desarrollo de la tecnología de baterías y carga será crucial en la transición eléctrica de la industria.

Baterías para vehículos mineros

Es probable que las pilas de combustible de hidrógeno formen parte de la solución de descarbonización de los vehículos mineros, pero IDTechEx prevé que la batería eléctrica sea el camino predominante. La tecnología de la batería de un vehículo minero eléctrico será fundamental para determinar su rendimiento, incluida su resistencia, vida útil y productividad, entre otras cosas. Los vehículos mineros presentan una amplia gama de tamaños y las baterías pueden variar enormemente, desde los 100 kWh de los vehículos ligeros hasta los 2 MWh de los grandes camiones de transporte eléctricos. El tamaño único de estas baterías hace que sólo ahora estén suficientemente desarrolladas y tengan un precio competitivo.

Los proveedores de baterías llave en mano, como CATL, ABB y Northvolt, siguen desarrollando productos especialmente adaptados a los vehículos mineros.

NMC y LFP son los dos tipos de baterías que ya se utilizan en la minería. El análisis de IDTechEx muestra que la mayoría de los vehículos eléctricos para minería (algo menos del 80%) utilizan LFP, y esto se debe a las prioridades específicas de los vehículos. La LFP tiende a tener densidades energéticas inferiores a la NMC, pero esto no es una preocupación importante para los vehículos mineros, que normalmente ya son pesados y, además, transportarán cargas adicionales de mineral.

IDTechEx prevé que algunos de los vehículos mineros más exigentes, como los camiones de transporte, superarán con creces la vida útil de un solo pack de NMC o LFP. Minimizar la frecuencia de las sustituciones utilizando un pack de baterías de mayor duración es una forma eficaz de hacer que los VE sean más económicos. La seguridad es otro factor crucial en la minería, especialmente en lo que respecta a la seguridad contra incendios de las baterías en túneles subterráneos. Las pilas LFP se consideran generalmente más seguras en este aspecto, limitando el riesgo que suponen para los trabajadores de la mina.

Más allá del NMC y el LFP, IDTechEx espera que otras tecnologías de baterías, como el LTO y el Na-ion, sigan desarrollándose y acaben siendo viables para los vehículos mineros. El uso de estas tecnologías dependerá de lo bien que puedan satisfacer las necesidades particulares de los vehículos.

Carga rápida

El problema de la carga de los vehículos es uno de los principales obstáculos para la adopción de vehículos eléctricos en la minería. Mientras que las minas están acostumbradas al repostaje rápido de los vehículos en 10 o 20 minutos, la carga suele requerir varias horas de inactividad, lo que dificulta la productividad del vehículo. Para combatir esta situación, los fabricantes de equipos originales están trabajando en una serie de soluciones innovadoras para acercar los tiempos de inactividad a un nivel con el que las minas estén más familiarizadas.

En muchas de estas soluciones se emplean métodos de carga convencionales basados en cables, y la mayoría de los VE para minería utilizan carga rápida de CC. Los fabricantes de equipos originales buscan ahora emplear nuevos métodos, como la carga múltiple y los sistemas de carga de megavatios, para reducir los tiempos de carga a entre 20 y 60 minutos (de 1 a 3C). Esto aumenta la productividad general de los vehículos, pero puede acelerar la degradación de las baterías y aumentar la frecuencia de sustitución de las mismas.

El intercambio de baterías es una alternativa a la carga por cable que ha despertado un gran interés entre los fabricantes de equipos originales para minería, sobre todo en el caso de los vehículos subterráneos. El intercambio de baterías consiste en disponer de dos baterías intercambiables por vehículo, una de las cuales puede cargarse mientras se utiliza la otra. El cambio se realiza con un bastón o un polipasto en tan sólo 5 o 10 minutos, por lo que es incluso más rápido que el repostaje de gasóleo convencional. El intercambio de baterías es excelente para la productividad, pero puede ser más caro en algunos casos y requerirá espacio e infraestructura adicionales.

La carga dinámica también desempeña un papel en la minería. Los vehículos pueden cargarse en ciclo utilizando raíles eléctricos o catenarias aéreas a lo largo de las vías principales. Esto tiene el potencial de eliminar por completo el tiempo de inactividad de carga y maximizar la productividad, pero todavía se está desarrollando y es lo que menos se ha utilizado.

Es probable que todos estos métodos de recarga contribuyan a impulsar la electrificación de la industria, y que se utilicen métodos distintos para vehículos diferentes en función de sus requisitos técnicos y sus ciclos de trabajo. Los fabricantes de equipos originales y los proveedores de recarga siguen trabajando en la optimización de sus tecnologías. En el informe de IDTechEx se ofrece un análisis más detallado de cada una de ellas.

Tecnología autónoma

La industria minera ha sido históricamente intensiva en mano de obra y ha supuesto un gran riesgo para la seguridad de los trabajadores. Los conductores de vehículos trabajan largos turnos expuestos al calor y al ruido, lo que puede contribuir a que se produzcan accidentes laborales y causar lesiones o la pérdida de vidas humanas. La automatización de los vehículos es una forma de que los operadores minimicen el coste humano de la minería y mejoren la seguridad general.

Además, la industria minera se presta especialmente bien a la automatización. La mayoría de los vehículos circulan por las mismas rutas generales, con pocas intersecciones y un tráfico externo limitado. Las redes de carreteras de una mina representan un dominio de diseño operativo muy estrecho para un vehículo autónomo.

Por estas razones, los vehículos mineros autónomos entraron en el mercado ya en la década de 1990 (mucho antes que los vehículos mineros eléctricos), cuando Caterpillar los introdujo como un servicio adicional para sus camiones de transporte. Su uso creció de forma constante hasta finales de la década de 2010, antes de experimentar un boom de adopción en los últimos cinco años, pasando de unos 500 vehículos mineros autónomos en todo el mundo a más de 1.000 en este periodo.

A ello ha contribuido el continuo desarrollo de sensores, algoritmos de percepción y redes de comunicación. Estos vehículos utilizan una serie de sensores, como cámaras, radares y LiDAR de diferentes longitudes de onda. Para funcionar en todas las condiciones de luz y meteorológicas, deben ser resistentes para soportar los duros entornos mineros. Los algoritmos de percepción ayudan a detectar peligros en la trayectoria del vehículo y minimizan el impacto del polvo y la humedad en el funcionamiento autónomo. Por último, el establecimiento de robustas redes 5G in situ permite la comunicación entre vehículos y mejora aún más la seguridad.