Tecnología de iones de litio: la próxima generación de eficiencia de carretillas elevadoras

A medida que las preocupaciones ambientales y la fluctuación de los precios del petróleo continúan empujando a los consumidores hacia alternativas a los motores de combustión interna (IC) tradicionales, las operaciones de montacargas han mirado cada vez más hacia soluciones de vehículos eléctricos durante la última década.

Los clientes ahora compran muchas más carretillas elevadoras eléctricas que las impulsadas por motores de combustión interna. Las carretillas elevadoras eléctricas ahora representan el 70 por ciento de las ventas totales, y con la creciente demanda de energía eléctrica surge la necesidad de proporcionar una solución que brinde todos los beneficios de IC sin una pérdida de productividad.

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

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

Entonces, ¿de qué se trata todo este bombo? ¿Los iones de litio tienen sentido para todos los clientes? ¿Es cierto que las baterías de iones de litio son mejores para el medio ambiente que las de plomo-ácido? Esto es lo que dicen los expertos de algunos de los principales fabricantes de LiB.

Si bien la tecnología de baterías de iones 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 LiB es una buena opción 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 EBU, lo que significa que los clientes que usan sus baterías de plomo-ácido más de un promedio de 1.6 veces por día es una opción potencial para LiB. Sin embargo, si el número de EBU de un cliente cae por debajo de 1.6, es probable que Navitas recomiende que el cliente continúe usando plomo-ácido.

"Por lo general, las aplicaciones de varios turnos (2-3 turnos) están por encima de 1,6 EBU", dijo Samer ElShafei, vicepresidente de Ventas Comerciales e Industriales de Navitas. "Nos ocupamos de la industria automotriz, de distribución general, de distribución de alimentos, minorista, papelera. Es muy completo. En realidad, es cualquier tipo de aplicación que opere equipos más de 1 turno al día".

Electrovaya no tiene una métrica específica que utilice para determinar la viabilidad de LiB para un cliente determinado. En cambio, la compañía asesora caso por caso.

Inicialmente, Electrovaya ofrecía baterías de muestra a los clientes y les permitía usarlas durante 2-3 semanas. Luego, en función de los datos recopilados de la batería, podrían determinar si la batería era adecuada o no para la aplicación de ese cliente.

"Basándonos en las lecciones aprendidas de estos ensayos y en la gran cantidad de datos, ahora podemos hacer un muy buen trabajo prescribiendo la solución adecuada para usted", dijo el Dr. Jeremy Dang, Director de Desarrollo de Negocios y Proyectos de Electrovaya. "Hoy podemos hablar con un nuevo cliente 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 sea adecuada para ellos".

Flux Power ofrece una visión similar. La empresa instala su propia telemática en las carretillas elevadoras, 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 estaba operando a aproximadamente un turno y medio. Después de probar los LiB en la flota, Flux recomendó que se quedaran con plomo-ácido.

"No tenía sentido que gastaran 20.000 dólares en una batería grande para algunas de sus unidades de pie", dijo Tod Kilgore, director de ventas de Flux Power. "El plomo-ácido que está disponible 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 optas por el litio".

La razón por la que los iones de litio no tienen sentido para todos los clientes hoy en día es simple: el alto costo inicial y la alta variabilidad en el retorno de la inversión. Los LiB son más caros que las baterías de plomo-ácido, y se utilizan mejor en aplicaciones de alto rendimiento, dicen los expertos.

"Cuanto más alta sea la UER, más rápido será el retorno", dijo ElShafei de Navitas. "En general, a más de 1,6 EBU, 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 que están interesados, y muchas veces, les decimos que este no es el producto adecuado para ellos en función de su operación", dijo Dang de Electrovaya. "Si se trata de una operación de uno o dos turnos, encontramos que el retorno de la inversión no es tan grande. En esos casos, incluso si todavía están interesados, minimizamos el costo de capital ofreciendo una batería más pequeña y jugamos con 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 o los 6 días de la semana. Aquí es donde realmente se va a ver el verdadero beneficio del litio".

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

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

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

Las baterías de iones de litio, sin embargo, se pueden fabricar con calentadores instalados para prosperar en tales condiciones. Casi todas las baterías de Electrovaya, por ejemplo, vienen con una clasificación de protección de ingreso (IP) de IP65, lo que significa que los componentes internos de la batería están protegidos contra el agua y la condensación, así como a temperaturas tan bajas como -35 grados centígrados.

Las clasificaciones IP van de 0 a 69 y se utilizan para calificar los niveles de eficacia del sellado contra el polvo y el agua. Los LiB 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 de IP66 significa que es "resistente al agua contra chorros potentes" e IP67 significa que el producto está protegido contra "inmersión entre 15 centímetros y 1 metro de profundidad". A modo de comparación, los teléfonos móviles modernos suelen tener una clasificación IP de 67 o 68, que protege el producto de "inmersión a largo plazo hasta una presión especificada".

"Algunos de nuestros competidores están ofreciendo dos soluciones de batería separadas basadas en la aplicación de temperatura", dijo Dang. "Para los clientes de almacenamiento en frío, proporcionarán una batería con algún tipo de calentador y, en un entorno ambiental, quitarán el calentador. En nuestro caso, tenemos un tipo de solución única para todos. No nos importa si se trata de una aplicación de menos 35 grados o una aplicación de 35 grados, prescribimos el mismo modelo de batería".

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

"Realmente se asocia con la cantidad de energía que se utiliza", dijo. "Tiene una gran aplicación y rentabilidad en la industria del almacenamiento en frío, pero la aplicabilidad es mucho más amplia que la del almacenamiento en frío. Algunos podrían hacer referencia a él porque ese es su mercado objetivo inicial en el que centran su producto o sus esfuerzos".

Otra área en la que los LiB son una buena opción es para las empresas de logística de terceros.

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

La mayoría de las empresas han estado utilizando baterías de plomo-ácido durante muchos años, por lo que la decisión de hacer la transición a una nueva tecnología no siempre es fácil, y la transición en sí no siempre es perfecta.

¿Quizás el factor principal para los clientes que están considerando la transición?

"Obviamente el costo", dice ElShafei de Navitas. "Para la nueva tecnología, es más costoso al principio. Si el cliente es capaz de ver la inversión desde un costo total de propiedad, entonces eso ayuda con el litio en lugar de solo el precio inicial".

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

Si un cliente determina que LiB tiene sentido para su aplicación después de analizar el costo total de propiedad, todavía hay varias cosas que debe considerar en preparación para la transición. La adopción de LiB requiere una capacitación significativa, la reconfiguración de las instalaciones y más.

Por ejemplo, los operadores de montacargas deben recibir capacitación sobre el litio, especialmente si no están familiarizados con la carga de oportunidad. Con las carretillas elevadoras motorizadas LiB, se pide a los operadores que conecten las baterías a un cargador cada vez que la carretilla elevadora no esté en uso, incluso si es solo para un breve descanso.

"Esto no es algo a lo que estén acostumbrados. Entonces, en los primeros dos meses, los operadores no enchufaban sus baterías, y las baterías estaban demasiado agotadas para el siguiente turno", dice Dang de Electrovaya. "Se necesitaron dos meses para entrenarlos completamente, mostrarles que es muy importante conectarse durante cualquier descanso, ya sea de cinco minutos o de 30 minutos. En ese tiempo, aunque no parezca mucho, la batería recuperará mucha energía que ya se utilizó, por lo que es beneficioso para la próxima persona que quiera usar el camión.

"Con cada cliente con el que hemos hecho esto, siempre hay un cambio de cultura. Los primeros dos meses serán duros, pero después de los dos primeros meses, las cosas serán mucho más suaves y se verá el verdadero beneficio de nuestro sistema de baterías de iones de litio".

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

La carga de oportunidad ofrece la posibilidad de descentralizar la ubicación de carga al tener varias estaciones de carga.

"Tenemos algunas situaciones en las que los clientes tienen áreas de carga más pequeñas y pueden tener 20 camiones estacionados en un área, pero lo hacen en 5 áreas diferentes dentro de las instalaciones", dice ElShafei. "Hemos visto otras instalaciones en las que distribuyen cargadores por todas sus instalaciones de fabricación y ni siquiera necesitan llevar el camión a la sala de descanso en esa situación. Es posible que lo estacionen en un equipo de la línea de fabricación. La conclusión es que la carga de oportunidad ofrece mucha flexibilidad".

Los fabricantes de baterías pueden ayudar a que la transición de plomo-ácido a LiB sea más fluida ayudando a las empresas a capacitar a sus empleados y replantearse el diseño de sus instalaciones.

"Al principio, la formación era un poco ad hoc, pero ahora tenemos programas de formación formales, tanto con el equipo de mantenimiento de los clientes y los formadores principales, como con algunos de los propios distribuidores 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 es más práctico de esa manera. Es una manera fácil de recordar y alentar a los operadores a enchufar siempre las baterías. Pero en algunos casos, los clientes no tienen la flexibilidad de agregar cargadores a una ubicación específica debido a las limitaciones de sus instalaciones".

Flux Power lleva a cabo un estudio completo del sitio antes de cualquier instalación para llegar a un diseño personalizado que funcione en función de 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 diferente", dijo Kilgore de Flux Power. "La mayoría de los clientes tienen operadores de montacargas que han estado trabajando durante 10 o 20 años con plomo ácido en su mente, y no es fácil cambiar esa mentalidad. Es como pasar de un casete a un CD".

Pero todos los expertos con los que hablamos estuvieron de acuerdo: el reentrenamiento y el replanteamiento de los diseños de las instalaciones no están disuadiendo a los clientes de cambiar a LiB.

"Nuestros clientes son comprensivos, son bastante progresistas. El factor número uno es el costo", dice Dang de Electrovaya. "No todos pueden pagar o tienen el presupuesto para comprar litio, especialmente para una operación más pequeña. Pero para alguien como Amazon o WalMart, un centro de distribución las 24 horas del día, los 7 días de la semana, el retorno de la inversión es claro y tienen el presupuesto para pagar la alta inversión inicial de capital".

Hay muchas razones por las que la industria de la manipulación de materiales ha cambiado a los productos eléctricos. Las carretillas elevadoras eléctricas requieren significativamente menos mantenimiento, ofrecen costos operativos más bajos que los productos IC y son más silenciosas.

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

Debido a que las baterías de iones de litio son más eficientes que sus contrapartes de plomo-ácido, es razonable pensar que las LiB serían una opción más ecológica. Pero no siempre es así: las LiB tienen sus propias preocupaciones medioambientales.

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

Sin embargo, el mayor diferenciador es la reciclabilidad de las baterías. Las baterías de plomo-ácido han existido durante mucho tiempo y, como resultado, tienen programas de reciclaje mucho más maduros. Las baterías de plomo-ácido se reciclan aproximadamente el 99 por ciento de las veces, en comparación con las LiB, que actualmente tienen una tasa de reciclabilidad de menos del 5 por ciento.

"Definitivamente depende de cómo se extraiga el litio y de cómo se recicle y se devuelva al medio ambiente", dice Dang de Electrovaya. "Solo se encuentran unos pocos proveedores selectos en América del Norte que están dispuestos a reciclar LiB. Pero creo que a medida que el mundo haga más la transición hacia el 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 verde que el litio, pero el área en la que el litio es realmente más respetuoso con el medio ambiente es en la aplicación o el uso. Nuestros LiB están completamente sellados sin gasificación".

A medida que se desarrollan programas de reciclaje para los LiB, los fabricantes de baterías están explorando formas únicas de dar a estas baterías una segunda y tercera vida.

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 primer uso previsto, lo que generalmente significa una operación de alto rendimiento.

"Pienso en la analogía de un teléfono celular", dice ElShafei de Navitas. "Personalmente, usas mucho tu teléfono celular y, en algún momento, podrías decir 'mi iPhone ya no dura tanto y no me ayuda a pasar el día', así que debido a la duración de la batería, obtienes un teléfono nuevo. Eso también sucederá con una carretilla elevadora. Ciertamente hay un mercado para las personas que no usan su iPhone tanto como tú. Tal vez lo usan 4 horas al día y tú lo usas de 8 a 10 horas al día. Lo mismo ocurre con las carretillas elevadoras. Tal vez le ponen un nuevo software, lo limpian, lo vuelven a pintar, le colocan nuevos contactores y un fusible, y luego lo revenden a una aplicación de 1 turno que lo usa con menos frecuencia que el primer cliente".

Electrovaya ofrece hasta 10 años de garantía en sus baterías. Si bien su batería más antigua tiene actualmente cuatro años, Electrovaya planea reutilizar las baterías con la vida útil restante al final de la garantía de 10 años.

"Encontraremos alguna aplicación de segunda vida, ya sea para el almacenamiento de energía o tal vez para una operación de un solo turno como una tienda familiar", dice Dang. "Todos los años hacemos una inspección anual de las baterías. En nuestra inspección más reciente a los tres años, las baterías tuvieron una degradación mínima, por lo que en realidad superarán el período de garantía. A los 10 años, siempre y cuando se mantengan en el buen camino, no planeamos descomponer una batería y reciclarla. Planeamos reutilizarlo.

"La belleza del litio es que, dependiendo de la formulación específica de litio y la química utilizada, las baterías pueden durar mucho tiempo. En nuestro caso, utilizamos la tecnología NMC, o Níquel, Magnesio, Cobalto y Litio. Esta química combinada con nuestra formulación patentada permite que la batería dure hasta 9000 ciclos. Por lo tanto, si usted es un operador que usa alrededor de 2-3 ciclos al día, esta batería durará hasta 12 años, y eso es en el lado del uso intensivo. Si eres un usuario de servicio medio que usa 1-2 ciclos al día, estás hablando de más de 15 años aquí. Entonces, después de la marca de 10 años, definitivamente se pueden ver otros dos años o incluso más en algo como el almacenamiento de energía".