Tecnología de ion de litio: La próxima generación de eficiencia en carretillas elevadoras

A medida que las preocupaciones medioambientales y las fluctuaciones en los precios del petróleo continúan empujando a los consumidores hacia alternativas a los motores tradicionales de combustión interna (CI), las operaciones de carretillas elevadoras han buscado cada vez más soluciones para vehículos eléctricos en la última década.

Los clientes ahora compran muchas más carretillas elevadoras eléctricas que las que funcionan con motores de combustión interna. Las carretillas elevadoras eléctricas representan ahora el 70 por ciento de las ventas totales, y con el aumento de la demanda de energía eléctrica surge la necesidad de ofrecer una solución que aporte todos los beneficios del circuito integrado sin pérdida de productividad.

Las baterías de plomo-ácido han sido una solución capaz durante años y siguen dominando el mercado hoy en día. Se estima que las baterías de plomo-ácido alimentan el 90 por ciento de los carretillas elevadoras eléctricas en funcionamiento.

Pero en los últimos años ha surgido un nuevo actor que está revolucionando la forma en que algunas empresas hacen negocios. La tecnología de baterías de ion de litio (LiB) representa la próxima generación de eficiencia de carretillas elevadoras, y los expertos afirman que la cuota de mercado de LiB en carretillas elevadoras eléctricas crecerá significativamente en los próximos años. 

Entonces, ¿de qué va todo este bombo? ¿Tiene sentido el ion de litio para cada cliente? ¿Es cierto que las baterías de ion de litio son mejores para el medio ambiente que las de plomo-ácido? Esto es lo que opinaron expertos de algunos de los principales fabricantes de LiB.

Aunque la tecnología de baterías de ion de litio ofrece beneficios únicos, los expertos admiten que no siempre tienen sentido para todos los clientes. Cada fabricante de baterías es diferente en la forma en que determina si el LiB es adecuado para un cliente específico.

Navitas Systems utiliza un cálculo llamado Uso Equivalente de Batería, o EBU, para determinar si LiB es la solución adecuada para un cliente determinado. Navitas utiliza un umbral de 1,6 EBUs, lo que significa que los clientes que usan sus baterías de plomo-ácido más de una media de 1,6 veces al día es una posible opción para LiB. Sin embargo, si el número de EBU de un cliente cae por debajo de 1,6, Navitas probablemente recomendará que el cliente continúe usando plomo-ácido.

"Normalmente, las aplicaciones de varios turnos – 2-3 turnos – superan las 1,6 EBUs", dijo Samer ElShafei, vicepresidente de Ventas Comerciales e Industriales de Navitas. "Nos ocupamos de la industria automotriz, distribución general, distribución de alimentos, comercio minorista, papelera. Es muy equilibrado. Es realmente cualquier tipo de aplicación que maneje equipos más de un turno al día."

Electrovaya no tiene una métrica específica que utilice para determinar la viabilidad del LiB para un cliente determinado. En su lugar, la empresa asesora más caso por caso.

Electrovaya inicialmente ofreció baterías de muestra a los clientes y les permitió usarlas durante 2-3 semanas. Luego, basándose en los datos recogidos de la batería, podían determinar si la batería era adecuada para la aplicación de ese cliente.

"Basándonos en las lecciones aprendidas de estos ensayos y la gran cantidad de datos, ahora podemos hacer un trabajo realmente bueno prescribiendo la solución adecuada para ti", dijo el Dr. Jeremy Dang, Director de Negocio y Desarrollo de Proyectos de Electrovaya. "Hoy podemos hablar con un cliente nuevo y hacerle algunas preguntas como: '¿cuántos camiones tienes? ¿Cuántos cargadores? ¿Cuántas baterías de plomo-ácido? ¿Cuántos turnos?' Y a partir de ahí, podemos prescribir una solución que les convenga."

Flux Power ofrece una visión similar. La empresa instala su propia telemática en los carretones elevadores, las baterías y los cargadores para ayudar a determinar si sus baterías son adecuadas para un cliente en particular.

Flux realizó una encuesta con un pequeño centro de distribución de Costco que tenía ocho unidades y funcionaba con un turno y medio. Tras probar los LiBs en la flota, Flux recomendó que se mantuvieran con plomo-ácido.

"No tenía sentido que gastaran 20.000 dólares en una batería grande para algunas de sus unidades de stand-up", dijo Tod Kilgore, director de ventas de Flux Power. "El plomo-ácido que hay ahora mismo es una tecnología muy buena, pero hay un momento y un lugar para ello. Lo mismo ocurre con el litio. Si tienes flotas más pequeñas y un solo turno, no eliges litio."

La razón por la que el ion de litio no tiene sentido para todos los clientes hoy en día es sencilla: el alto coste inicial y la alta variabilidad en el retorno de la inversión. Los LiBs son más caros que las baterías de plomo-ácido y, según los expertos, se usan mejor en aplicaciones de alto rendimiento.

"Cuanto mayor es la EBU, más rápido será el retorno", dijo ElShafei de Navitas. "Generalmente, con más de 1,6 EBUs, estamos viendo retornos positivos de la inversión en 18-24 meses. Lo principal es encontrar la aplicación adecuada para la tecnología adecuada."

"A menudo recibimos consultas de clientes interesados, y muchas veces les decimos que este no es el producto adecuado para ellos según su funcionamiento", dijo Dang de Electrovaya. "Si eres una operación de uno o dos turnos, vemos que el retorno de la inversión no es tan grande. En esos casos, aunque sigan interesados, minimizamos el coste de capital ofreciendo una batería más pequeña y ajustamos la relación batería/cargador para que no tengan demasiados cargadores. Pero la mayoría de las veces, buscamos clientes que estén disponibles las 24 horas del día, los 7 días de la semana, las 24 horas del día. Aquí es donde realmente veréis el verdadero beneficio del litio."

Hay bastantes aplicaciones en las que el ion de litio tiene sentido, pero algunas están atrayendo más la atención de los fabricantes de baterías que otras.

La industria de almacenamiento en frío es la más evidente debido a la capacidad del litio para funcionar en una amplia gama de temperaturas y entornos.

"En almacenamiento en frío, las baterías de plomo-ácido no funcionan tan bien", dijo Dang. "La impedancia y el impacto en la capacidad son un asesino para ellos."

Sin embargo, las baterías de iones de litio pueden fabricarse con calentadores instalados para adaptarse a estas condiciones. Casi todas las baterías de Electrovaya, por ejemplo, cuentan con una clasificación de protección contra la entrada (IP) de IP65, lo que significa que los componentes internos de la batería están protegidos del agua y la condensación, así como en temperaturas tan bajas como menos 35 grados Celsius.

Las calificaciones IP oscilan entre 0 y 69 y se utilizan para calificar los niveles de eficacia en el sellado de polvo y agua. Los LiBs para aplicaciones de almacenamiento en frío suelen tener una clasificación IP* entre 65 y 67. Una clasificación IP65 significa que el producto es "resistente al agua", una clasificación IP66 significa que es "resistente al agua contra potentes chorros" e IP67 significa que el producto está protegido contra "inmersión entre 15 centímetros y 1 metro de profundidad". Para comparar, los teléfonos móviles modernos suelen tener una clasificación IP de 67 o 68, lo que protege el producto de una "inmersión prolongada hasta una presión especificada".

"Algunos de nuestros competidores ofrecen dos soluciones de baterías separadas basadas en la aplicación de temperatura", dijo Dang. "Para los clientes de cámaras frigoríficas, proporcionan una batería con algún tipo de calentador y, en un entorno ambiental, quitan el calefactor. En nuestro caso, tenemos una solución única para todos. No nos importa si es una aplicación de menos 35 grados o de 35 grados, recetamos el mismo modelo de batería."

El almacenamiento en frío tiene sentido para los LiBs, pero la aplicabilidad del ion de litio es mucho más amplia que una sola industria, dice ElShafei de Navitas.

"Realmente está relacionado con la cantidad de energía que se está utilizando", dijo. "Tiene una gran aplicación y retornos en la industria del almacenamiento en frío, pero su aplicabilidad es mucho más amplia que la del almacenamiento en frío. Algunos podrían referirse a ello porque es su mercado objetivo inicial en el que centran su producto o sus esfuerzos."

Otra área donde los LiB encajan bien son para empresas logísticas externas.

"Esos son algunos de nuestros usuarios de alta duración", dijo Dang. "Es la naturaleza del negocio. Están moviendo mercancías todo el tiempo, así que pueden necesitar baterías de alta capacidad y de alta capacidad, algo que el plomo-ácido no necesariamente podrá manejar."

La mayoría de las empresas llevan muchos años utilizando baterías de plomo-ácido, por lo que la decisión de pasar a una nueva tecnología no siempre es fácil, y la transición en sí no siempre es sencilla.

¿Quizá el factor principal para los clientes que consideran la transición?

"Obviamente el precio", dice ElShafei de Navitas. "Para la nueva tecnología, es más caro al principio. Si el cliente puede comparar la inversión desde un coste total de propiedad, eso ayuda con el litio en lugar de solo el precio inicial."

Añadió Kilgore, de Flux Power: "Lo curioso con el litio es que necesitas datos de la telemática porque los costes de tus iniciales son muy altos. No vamos a vender una batería a un cliente que no tiene sentido o que no va a generar retorno de la inversión."

Si un cliente determina que LiB tiene sentido para su aplicación tras analizar el coste total de propiedad, aún hay varios aspectos a considerar en preparación para la transición. Adoptar LiB requiere una formación significativa, la reconfiguración de las instalaciones y mucho más.

Por ejemplo, los operadores de carretillas elevadoras necesitan formación en litio, especialmente si no están familiarizados con la carga oportunista. Con las carretillas elevadoras alimentadas por LiB, se pide a los operadores que enchufen las baterías a un cargador cada vez que la carretilla no se use, incluso si es solo para un breve descanso.

"Esto no es algo a lo que estén acostumbrados. Así que, en los dos primeros meses, los operadores no enchufaban sus baterías y las baterías estaban demasiado descargadas para el siguiente turno", dice Dang de Electrovaya. "Tardaron dos meses en entrenarlos completamente, mostrarles que es muy importante conectarse durante cualquier descanso, ya sea de cinco minutos o treinta. En ese tiempo, aunque no parezca mucho, la batería recuperará mucha energía que ya se ha consumido, por lo que es beneficioso para la siguiente persona que quiera usar el camión.

"Con cada cliente con el que hemos hecho esto, siempre hay un cambio cultural. Los dos primeros meses serán duros, pero después de los dos primeros meses, todo irá mucho más fluido y veréis el verdadero beneficio de nuestro sistema de baterías de ion de litio."

Sin embargo, independientemente del tipo de batería, ElShafei de Navitas afirma que la carga por oportunidad será cada vez más común en el futuro, incluso en baterías de plomo-ácido. Aunque puede haber una curva de aprendizaje para los operadores, hay beneficios innegables en un enfoque de cobro por oportunidad.

La carga por oportunidad ofrece la capacidad de descentralizar la ubicación de carga al tener múltiples estaciones de carga.

"Tenemos situaciones en las que los clientes tienen áreas de carga más pequeñas y pueden tener 20 camiones aparcados en una zona, pero lo hacen en 5 zonas diferentes dentro de la instalación", dice ElShafei. "Hemos visto otras instalaciones donde distribuyen cargadores por toda su fábrica y ni siquiera necesitan llevar el camión a la sala de descanso en esa situación. Puede que lo aparquen en un equipo de la línea de fabricación. La conclusión es que la cobración por oportunidad ofrece mucha flexibilidad."

Los fabricantes de baterías pueden facilitar la transición del plomo-ácido al LiB ayudando a las empresas a formar a sus empleados y replantear la distribución de sus instalaciones.

"Al principio, la formación era un poco improvisada, pero ahora sí tenemos programas formales de formación – tanto con el equipo de mantenimiento de los clientes y los formadores másteres, como con algunos de los propios vendedores de carretillas elevadoras", dice Dang de Electrovaya. "En la mayoría de los casos, nuestros clientes instalan los cargadores justo al lado de la sala de descanso o junto al baño porque así es más práctico. Es una forma sencilla de recordar y animar a los operadores a que siempre enchufen las pilas. Pero en algunos casos, los clientes no tienen la flexibilidad de añadir cargadores en una ubicación específica debido a limitaciones en sus instalaciones."

Flux Power realiza una inspección completa del lugar antes de cualquier instalación para elaborar un diseño personalizado que se adapte a las necesidades y preocupaciones operativas únicas del cliente.

"Es una experiencia de aprendizaje, y la educación es algo muy importante. Es una tecnología totalmente diferente, y una mentalidad totalmente distinta", dijo Kilgore de Flux Power. "La mayoría de los clientes tienen operadores de carretillas elevadoras que llevan 10 o 20 años trabajando con el plomoácido en mente, y no es fácil cambiar esa mentalidad. Es como pasar de una cinta a un CD."

Pero los expertos con los que hablamos coincidieron: la reformación y la reconsideración de la distribución de las instalaciones no están disuadiendo a los clientes de pasar a LiB.

"Nuestros clientes son comprensivos, bastante progresistas. El factor número uno es el coste", dice Dang de Electrovaya. "No todo el mundo puede permitirse o tiene presupuesto para comprar litio, especialmente para una operación pequeña. Pero para alguien como Amazon o WalMart, un centro de distribución 24/7, el retorno de la inversión es claro y tienen el presupuesto para permitirse la alta inversión inicial de capital."

Existen muchas razones por las que la industria de la manipulación de materiales se ha orientado hacia los productos eléctricos. Las carretillas elevadoras eléctricas requieren significativamente menos mantenimiento, ofrecen costes operativos más bajos que los productos de combustión integrada y son más silenciosas.

¿Pero una de las principales razones del cambio gradual a eléctrico? Las empresas son cada vez más conscientes de cómo están impactando al medio ambiente, y las carretillas elevadoras eléctricas producen cero emisiones durante las operaciones.

Dado que las baterías de ion de litio son más eficientes que sus equivalentes de plomo-ácido, es razonable pensar que los LiB serían una opción más ecológica. Pero no siempre es así: los LiBs tienen sus propias preocupaciones medioambientales.

Los componentes principales de una celda de ion de litio requieren la extracción de carbonato de litio, cobre, aluminio y mineral de hierro. El litio es solo una pequeña parte de la celda de la batería en masa, por lo que los impactos ambientales del cobre y el aluminio son mucho más significativos.

El mayor diferenciador, sin embargo, es la reciclabilidad de las baterías. Las baterías de plomo-ácido existen desde hace mucho tiempo y, como resultado, cuentan con programas de reciclaje mucho más maduros. Las baterías de plomo-ácido se reciclan aproximadamente el 99 % de las veces, en comparación con las LiB, que actualmente tienen una tasa de reciclabilidad inferior al 5 %.

"Definitivamente depende de cómo se extrae el litio y de cómo se recicle y devuelva al medio ambiente", dice Dang de Electrovaya. "Solo encuentras unos pocos vendedores en Norteamérica dispuestos a reciclar LiBs. Pero creo que, a medida que el mundo se adapte más al uso del litio, surgirán más empresas de reciclaje y se desarrollarán mejores programas y tecnologías de reciclaje.

"Hay algunas áreas en las que el plomo es más ecológico que el litio, pero el ámbito en el que el litio es realmente más respetuoso con el medio ambiente es en su aplicación o uso. Nuestros LiBs están completamente sellados y sin gas."

A medida que se desarrollan programas de reciclaje para los LiBs, los fabricantes de baterías están explorando formas únicas de darles una segunda y tercera vida útil.

Flux Power pide a sus clientes que devuelvan las baterías cuando hayan alcanzado su límite, y Flux las utiliza como energía de respaldo para la energía solar.

Navitas y Electrovaya también están encontrando formas de reacondicionar los LiB usados cuando llegan al final de su uso previsto, lo que normalmente implica una operación de alto rendimiento.

"Pienso en la analogía de un teléfono móvil", dice ElShafei, de Navitas. "Tú personalmente usas mucho el móvil, y en algún momento podrías decir 'mi iPhone ya no dura tanto y no me ayuda a pasar el día', así que por la duración de la batería, te compras un teléfono nuevo. Eso también ocurre con un camión. Sin duda hay un mercado para personas que no usan su iPhone tanto como tú. Quizá ellos lo usan 4 horas al día y tú lo usas 8-10 horas al día. Lo mismo ocurre con los súper elevadores. Quizá le ponen software nuevo, lo limpian, lo repintan, le ponen nuevos contactores y un fusible, y luego lo revenden a una aplicación de turno que simplemente lo usa menos que el primer cliente."

Electrovaya ofrece hasta 10 años de garantía en sus baterías. Aunque su batería más antigua tiene actualmente cuatro años, Electrovaya planea reutilizar baterías con la vida útil que quede al final de la garantía de 10 años.

"Encontraremos alguna aplicación de segunda vida, ya sea almacenamiento de energía o quizá una operación de un solo turno como una tienda familiar", dice Dang. "Cada año hacemos una inspección anual de las baterías. En nuestra inspección más reciente, a los tres años, las baterías tenían una degradación mínima, por lo que realmente superarán el periodo de garantía. A los 10 años, mientras sigan en marcha, no planeamos desmontar una batería y reciclarla. Planeamos reutilizarla.

"La belleza del litio es que, dependiendo de la formulación y química específica del litio usada, las baterías pueden durar mucho tiempo. En nuestro caso, usamos la tecnología NMC, o Níquel-Magnesio-Cobalto-Litio. Esta química, combinada con nuestra formulación exclusiva, permite que la batería dure hasta 9000 ciclos. Así que, si eres un operador que usa unos 2-3 ciclos al día, esta batería puede durar hasta 12 años, y eso es de un uso intensivo. Si eres un usuario de uso medio que usa 1-2 ciclos al día, aquí te están faltando mucho más de 15 años. Así que, después de los 10 años, definitivamente puedes ver otros dos años o incluso más en algo como el almacenamiento de energía."