Os dados operacionais revelam os desafios e oportunidades de eletrificação de caminhões

 Prefácio:

A eletrificação de caminhões continua sendo um desafio crítico para alcançar o transporte de emissão zero. Com base em dados operacionais anuais de 61.598 caminhões elétricos na China, este estudo revela que as taxas de adoção de caminhões elétricos são significativamente menores que os veículos a diesel. Apenas 23% dos caminhões de entrega e 30% dos semi-reboques podem substituir completamente os colegas diesel individualmente. Em média, 3,8 caminhões de entrega elétrica ou 3,6 semi-reboques elétricos devem substituir um veículo diesel. Para veículos a diesel substituíveis, os caminhões elétricos podem reduzir os custos em 15%a 54%e reduzir as emissões de carbono do ciclo de vida em 1%a 49%. Ao otimizar os padrões de uso, aumentar a densidade de energia da bateria e melhorar a infraestrutura de carregamento, a viabilidade da eletrificação pode ser substancialmente melhorada. Até 2030, os caminhões elétricos da China são projetados para obter emissões de carbono mais baixas do que os veículos a diesel.

A redução de emissões de dióxido de carbono no transporte é crucial para alcançar a neutralidade de carbono, com veículos pesados representando aproximadamente 30% das emissões globais de CO2 do transporte rodoviário. A eletrificação da frota foi reconhecida como uma solução-chave, com regiões como os Estados Unidos e a Europa tendo estabelecido alvos para acelerar a eletrificação de caminhões pesados. Na China, no entanto, o crescimento das vendas de caminhões elétricos (ET) foi lento, representando apenas 1,5% dos caminhões recém -registrados em 2021 - significativamente menores que veículos e ônibus elétricos. A adoção do mercado do ETS permanece cautelosa, principalmente devido a limitações de alcance, capacidade insuficiente da bateria e infraestrutura de carregamento inadequado. O potencial de redução de carbono do ciclo de vida do ETS permanece incerto. Este estudo utiliza dados operacionais anuais de mais de 60.000 ETs na China, propondo "índices de grupo prioritário" e "taxas de substituição" como indicadores de viabilidade de eletrificação para avaliar os benefícios reais de custo-efetividade e redução de emissões do ETS. A pesquisa demonstra que otimizar padrões de uso, melhorar a tecnologia da bateria e melhorar os instalações de carregamento pode aumentar substancialmente o potencial de custo-efetividade e redução de emissões do ETs, fornecendo informações valiosas para futuras iniciativas de eletrificação de caminhões.

Diferença nos padrões de uso de caminhões elétricos e diesel:

Este estudo, com base na análise de dados operacionais em larga escala de 61.598 caminhões elétricos (ETS) e 55.411 caminhões a diesel na China em 2021, revela que os caminhões elétricos demonstram intensidade de uso significativamente menor em comparação com seus colegas diesel. A maioria dos veículos elétricos atinge apenas 42% a 75% da quilometragem diária registrada pelos caminhões a diesel (Figura 1), com muitos não utilizam completamente sua capacidade da bateria. As principais restrições incluem capacidade limitada da bateria, ansiedade do alcance e diferenças na alocação de tarefas. Enquanto alguns caminhões elétricos pesados mitigam problemas de alcance por meio de carregamento frequente, suas viagens ativas gerais permanecem menores que as dos veículos a diesel. A pesquisa indica que aproximadamente 16% a 48% dos caminhões a diesel podem ser substituídos um a um por alternativas elétricas, particularmente caminhões de entrega leves a 23% e semi-reboques de serviço pesado a 30%.

                                                                                               
Figura 1. Estoque de veículos e padrões de uso de frotas de caminhões elétricos

Emissão e comparações de custos entre caminhões elétricos e diesel individuais:   

As emissões de custo e carbono são métricas -chave para avaliar a eficácia da eletrificação de caminhões. Os caminhões elétricos demonstram redução significativa de CO2 de roda para roda, com reduções de emissões do ciclo de vida variando entre 8% e 37% devido a altas emissões de produção de bateria e faixa de driving limitada (Figura 2). À medida que a fonte de alimentação da China se torna mais limpa após 2030, a maioria dos caminhões elétricos (ETS) deve obter reduções de emissões de 70% a 91%. Em termos de custo, o custo total de propriedade (TCO) para cinco categorias de caminhões elétricos já superou o dos veículos a diesel, com economias variando de 12% a 37%. Os caminhões elétricos do grupo prioritário se destacam particularmente, alcançando uma redução de 15% a 54% na DCC e 1% a 49% nas emissões de CO2 através de sua alta intensidade de uso e menores custos de combustível.

Figura 2. Emissões de CO2 do ciclo de vida e custo total de propriedade de caminhões elétricos e caminhões a diesel por veículo

Aprimorando o efeito de eletrificação da frota, otimizando o uso:

A pesquisa indica que a substituição "individual" de caminhões a diesel por veículos elétricos (ETS) é viável apenas para um número limitado de veículos. Sob padrões de uso atual, normalmente requer substituição de um caminhão a diesel por 3,8 caminhões de entrega elétrica ou 3,6 semi-reboques elétricos, resultando na maioria das frotas de ET perdendo vantagens de custo ou ciclo de vida (Figura 3). Otimizar o uso pode aumentar a eficácia da eletrificação. Por exemplo, o aumento da utilização da bateria para 85% pode aumentar a taxa de substituição individual além de 49% para a maioria das frotas, reduzindo significativamente as taxas de reposição. A taxa de substituição para caminhões de entrega leve, por exemplo, cai de 3,8 para 2,0, enquanto atinge o custo total de propriedade (TCO) e o equilíbrio de dióxido de carbono. O aumento das viagens ativas melhora ainda mais a viabilidade dos caminhões elétricos. O potencial de otimização para semi-reboques elétricos para serviços pesados permanece limitado, exigindo avanços tecnológicos, como baterias de maior densidade de energia, para oferecer melhores benefícios de custo-efetividade e redução de emissões.

Figura 3. Taxa de substituição da frota usando normalização

Melhorando os benefícios de eletrificação da frota de caminhões no futuro:

A otimização demonstra o potencial dos caminhões elétricos atuais (ETS), destacando a importância crítica dos avanços tecnológicos, particularmente em sistemas de bateria e carregamento. Ao aumentar a densidade da energia da bateria para 220 WH/kg, a proporção de grupo prioritária pode exceder 70% em todas as frotas. Para semi-reboques para serviços pesados, essa proporção foi aumentada de 36% para 87%, reduzindo significativamente a frequência de reposição enquanto reduz os custos totais de propriedade e as emissões de CO2 do ciclo de vida

(Figura 4). Para frotas de baixa demanda, como caminhões de lixo, as melhorias da bateria produzem benefícios limitados. Sob a tecnologia atual, o aumento da capacidade da bateria aumenta a faixa, mas requer trade-offs na redução da carga útil. Os semi-reboques pesados atingem 11% de redução de CO2 e 25% de economia de custos, aumentando a capacidade da bateria em 50%, reduzindo a carga útil em 7%. O consumo de energia de corte adicional em 25% através da troca de bateria pode permitir que futuros semi-reboques pesados obtenham paridade de custos com veículos a diesel. A adoção da eletricidade sustentável é essencial para reduzir as emissões de CO2 do ciclo de vida para veículos elétricos, com a maioria das frotas alcançando reduções significativas. As estratégias futuras devem adotar abordagens de melhoria diferenciadas adaptadas às características da frota para maximizar os co-benefícios no custo total de propriedade (TCO) e redução de carbono.

Figura 4. Efeitos futuros de eletrificação de caminhões elétricos em diferentes cenários

Resumo::

Através da modelagem do ciclo de vida e análise de sensibilidade, este estudo revela que a redução do consumo de energia em 10%pode diminuir o custo total de propriedade (TCO) de caminhões elétricos (ETS) em 1,2%-3,1%e diminuir as emissões de CO₂ em 4,9%-7,6%. Enquanto a degradação da bateria aumenta significativamente a TCO e as emissões, seu impacto permanece menos impactante que a otimização de energia. A baixa eficiência operacional continua a ser a principal barreira à eletrificação, tornando cruciais as taxas de utilização. A análise de grupo prioritária demonstra que o ETS de alta quilometragem pode obter benefícios duplos na redução de custos e na redução de emissões. Os incentivos políticos desempenham um papel vital na promoção da adoção de ET, como visto no programa de HVIP da Califórnia, que abrange 80% das diferenças de preços de compra, ao mesmo tempo em que apoia a viabilidade econômica da Tesla Semi no transporte de longo curso. A China precisa investir ainda mais em infraestrutura para enfrentar os desafios de ansiedade e alocação de tarefas. A pesquisa ressalta a importância do big data na tomada de decisões de eletrificação, com análises refinadas ajudando a otimização da política. Os futuros avanços tecnológicos e a integração de energia limpa aumentarão substancialmente as taxas de adoção de ET, pavimentando um caminho viável para a transição de baixo carbono.