Los datos operativos revelan los desafíos y oportunidades de la electrificación de camiones.

 Prefacio:

La electrificación del camión sigue siendo un desafío crítico para lograr el transporte de emisiones cero. Según los datos operativos anuales de 61,598 camiones eléctricos en China, este estudio revela que las tasas de adopción de camiones eléctricos son significativamente más bajas que los vehículos diesel. Solo el 23% de los camiones de reparto y el 30% de los semirremolques pueden reemplazar completamente las contrapartes diesel uno a uno. En promedio, se requieren 3.8 camiones de entrega eléctricos o 3.6 semirremolques eléctricos para reemplazar un vehículo diesel. Para los vehículos diesel reemplazables, los camiones eléctricos pueden reducir los costos en un 15%-54%y las bajas emisiones de carbono del ciclo de vida en un 1%-49%. Al optimizar los patrones de uso, mejorar la densidad de energía de la batería y mejorar la infraestructura de carga, la viabilidad de electrificación puede mejorarse sustancialmente. Para 2030, se proyecta que los camiones eléctricos de China logren emisiones de carbono más bajas que los vehículos diesel.

La reducción de las emisiones de dióxido de carbono en el transporte es crucial para lograr la neutralidad de carbono, y los vehículos de alta resistencia representan aproximadamente el 30% de las emisiones globales de CO2 desde el transporte por carretera. La electrificación de la flota ha sido reconocida como una solución clave, con regiones como Estados Unidos y Europa que establecieron objetivos para acelerar la electrificación de camiones de servicio pesado. Sin embargo, en China, el crecimiento de las ventas de camiones eléctricos (ET) ha sido lento, lo que representa solo el 1.5% de los camiones recién registrados en 2021, significativamente más bajo que los vehículos y los autobuses eléctricos. La adopción del mercado de ETS sigue siendo cautelosa, principalmente debido a las limitaciones de rango, la capacidad de batería insuficiente e infraestructura de carga inadecuada. El potencial de reducción de carbono del ciclo de vida de ETS sigue siendo incierto. Este estudio utiliza datos operativos anuales de más de 60,000 ET en China, proponiendo "relaciones de grupo prioritarias" y "tasas de reemplazo" como indicadores de viabilidad de electrificación para evaluar la rentabilidad real de la rentabilidad y la reducción de emisiones de los ETS. La investigación demuestra que la optimización de los patrones de uso, la mejora de la tecnología de la batería y la mejora de las instalaciones de carga pueden mejorar sustancialmente el potencial de reducción de rentabilidad y emisión de ETS, proporcionando información valiosa para futuras iniciativas de electrificación de camiones.

Diferencia en los patrones de uso de camiones eléctricos y diesel:

Este estudio, basado en el análisis de datos operativos a gran escala de 61,598 camiones eléctricos (ETS) y 55,411 camiones diesel en China en 2021, revela que los camiones eléctricos demuestran una intensidad de uso significativamente menor en comparación con sus contrapartes diesel. La mayoría de los vehículos eléctricos alcanzan solo el 42% -75% del kilometraje diario registrado por camiones diesel (Figura 1), y muchos no pueden utilizar completamente la capacidad de su batería. Las restricciones clave incluyen capacidad de batería limitada, ansiedad de rango y diferencias en la asignación de tareas. Mientras que algunos camiones eléctricos de servicio pesado mitigan problemas de alcance a través de la carga frecuente, sus viajes activos generales siguen siendo menos que los de los vehículos diesel. La investigación indica que aproximadamente el 16% -48% de los camiones diesel podrían ser reemplazados uno a uno por alternativas eléctricas, particularmente camiones de entrega de servicio ligero al 23% y semirremolques de servicio pesado al 30%.

                                                                                               
Figura 1. Stock de vehículos y patrones de uso de flotas de camiones eléctricos

Comparaciones de emisión y costos entre camiones eléctricos y diesel individuales:   

Las emisiones de costos y carbono son métricas clave para evaluar la efectividad de la electrificación de camiones. Los camiones eléctricos demuestran una reducción significativa de CO2 de rueda a rueda, con reducciones de emisiones del ciclo de vida que varían entre 8% y 37% debido a las altas emisiones de producción de baterías y un rango de conducción limitado (Figura 2). A medida que el suministro de energía de China se limpia después de 2030, se espera que la mayoría de los camiones eléctricos (ETS) logren reducciones de emisiones del 70% al 91%. En términos de costo, el costo total de propiedad (TCO) para cinco categorías de camiones eléctricos ya ha superado el de los vehículos diesel, con ahorros que van del 12% al 37%. Los camiones eléctricos de grupo prioritario se destacan particularmente, lo que logró una reducción de 15% a 54% en TCO y del 1% a 49% de disminución en las emisiones de CO2 a través de su alta intensidad de uso y menores costos de combustible.

Figura 2. Emisiones de CO2 del ciclo de vida y costo total de propiedad de camiones eléctricos y camiones diesel por vehículo

Mejora del efecto de electrificación de la flota optimizando el uso:

La investigación indica que el reemplazo "uno a uno" de camiones diesel con vehículos eléctricos (ETS) solo es viable para un número limitado de vehículos. Según los patrones de uso actuales, generalmente requiere reemplazar un camión diesel con 3.8 camiones de reparto eléctricos o 3.6 semirremolques eléctricos, lo que resulta en la mayoría de las flotas ET que pierden el costo o las ventajas de CO2 del ciclo de vida (Figura 3). La optimización del uso puede mejorar la efectividad de la electrificación. Por ejemplo, aumentar la utilización de la batería al 85% puede aumentar la tasa de reemplazo uno a uno más allá del 49% para la mayoría de las flotas, reduciendo significativamente las relaciones de reemplazo. La tasa de reemplazo de los camiones de reparto de servicio ligero, por ejemplo, cae de 3.8 a 2.0, mientras que alcanza el costo total de propiedad (TCO) y el equilibrio de dióxido de carbono. El aumento de los viajes activos mejora aún más la viabilidad de los camiones eléctricos. El potencial de optimización para semirremolques eléctricos de servicio pesado sigue siendo limitado, lo que requiere avances tecnológicos como baterías de mayor densidad de energía para ofrecer una mejor efectividad y beneficios de reducción de emisiones.

Figura 3. Tasa de reemplazo de la flota utilizando la normalización

Mejora de los beneficios de electrificación de la flota de camiones en el futuro:

La optimización demuestra el potencial de los camiones eléctricos actuales (ETS) al tiempo que destaca la importancia crítica de los avances tecnológicos, particularmente en la batería y los sistemas de carga. Al aumentar la densidad de energía de la batería a 220 wh/kg, la relación de grupo prioritario puede exceder el 70% en todas las flotas. Para los semirremolines de servicio pesado, esta relación se ha impulsado del 36% al 87%, reduciendo significativamente la frecuencia de reemplazo al tiempo que reduce los costos totales de propiedad y las emisiones de CO2 del ciclo de vida

(Figura 4). Para flotas de baja demanda, como camiones de basura, las mejoras de la batería producen beneficios limitados. Según la tecnología actual, el aumento de la capacidad de la batería mejora el rango, pero requiere compensaciones en la reducción de la carga útil. Los semirremolques de servicio pesado alcanzan una reducción del CO2 del 11% y el ahorro de costos del 25% al aumentar la capacidad de la batería en un 50%, al tiempo que reduce la carga útil en un 7%. El consumo de energía adicional en un 25% a través del intercambio de baterías podría permitir a los futuros semirremolques de servicio pesado para lograr la paridad de costos con vehículos diesel. La adopción de electricidad sostenible es clave para reducir las emisiones de CO2 del ciclo de vida para vehículos eléctricos, y la mayoría de las flotas logran reducciones significativas. Las estrategias futuras deben adoptar enfoques de mejora diferenciados adaptados a las características de la flota para maximizar los beneficios de los costos totales de propiedad (TCO) y la reducción de carbono.

Figura 4. Efectos de electrificación futuros de camiones eléctricos en diferentes escenarios

Resumen::

A través del modelado del ciclo de vida y el análisis de sensibilidad, este estudio revela que reducir el consumo de energía en un 10%puede reducir el costo total de propiedad (TCO) de los camiones eléctricos (ETS) en 1.2%-3.1%y disminuir las emisiones de CO₂ en un 4.9%-7.6%. Si bien la degradación de la batería aumenta significativamente TCO y las emisiones, su impacto sigue siendo menos impactante que la optimización de potencia. La baja eficiencia operativa continúa siendo la barrera principal para la electrificación, lo que hace que las tasas de utilización mejoradas sean cruciales. El análisis de grupos prioritarios demuestra que los ET de alto kilometraje pueden lograr beneficios duales tanto en la reducción de costos como en la reducción de emisiones. Los incentivos políticos juegan un papel vital en la promoción de la adopción ET, como se ve en el programa HVIP de California que cubre el 80% de las diferencias de precios de compra al tiempo que apoya la viabilidad económica semi de Tesla en el transporte de larga distancia. China necesita invertir más en infraestructura para abordar los desafíos de ansiedad y asignación de tareas. La investigación subraya la importancia de los grandes datos en la toma de decisiones de electrificación, con análisis refinado que ayuda a la optimización de la política. Los avances tecnológicos futuros y la integración de energía limpia aumentarán sustancialmente las tasas de adopción de ET, allanando un camino viable para la transición baja en carbono.