A queda rápida no custo das baterias de caminhão e células de combustível tornará a eletrificação de frete impossível

Resumo

O frete rodoviário de baixo carbono é essencial para mitigar o aquecimento global. No entanto, a eletrificação de veículos pesados enfrenta desafios significativos devido aos altos requisitos técnicos e competitividade de custos. Os dados futuros de custo do caminhão permanecem escassos e incertos, complicando a avaliação da tecnologia de caminhão de emissão zero (Zet). Através da meta-presução de mais de 200 fontes primárias, este estudo identifica as tendências de custo mais prováveis para o preço do componente Zet. As descobertas revelam que os custos estão diminuindo mais rápido do que o esperado, com os custos do sistema de bateria potencialmente diminuindo em 64% a 75%, atingindo € 150 por kWh até 2035 o mais tardar. Embora os sistemas de células de combustível possam ter reduções ainda maiores, é improvável que eles atinjam € 100 por kWh antes do início de 2040. Essa redução rápida de custo suporta projeções otimistas para a adoção do mercado Zet e mantém implicações significativas para sistemas futuros de energia e transporte.

Principal

Dadas as emissões substanciais de gases de efeito estufa de veículos pesados (HDVs), a eletrificação rápida do frete rodoviário pesado é crucial para limitar o aquecimento global sob o acordo climático de Paris. A UE, os EUA e a China apertaram sucessivamente as metas de emissão de caminhões a diesel pesados, necessitando de implantação rápida de caminhões de emissão zero, onde a demanda e a acessibilidade do operador são fatores-chave. No entanto, os altos custos de aquisição impedem a rápida adoção de caminhões em emissão zero. A eletrificação de veículos comerciais pesados enfrenta desafios significativos devido à sua complexidade técnica e competitividade de custos. Dados precisos e abrangentes sobre os custos de aquisição de caminhões em emissão zero são vitais para avaliar essa tecnologia. No entanto, os dados de custo dos componentes para caminhões em emissão zero permanecem escassos e incertos. Este estudo, portanto, coloca a questão: qual é a trajetória de custo futura mais provável para os componentes do caminhão de emissão zero central até 2050? As análises de papel projetam custos para cinco componentes críticos de caminhão elétrico da bateria (apostas) e/ou caminhão de célula de combustível (FCET). A rápida penetração do mercado de caminhões de emissão zero pode ser alcançada rapidamente com os custos inovadores necessários. Como tecnologia líder, os caminhões elétricos da bateria demonstram melhores perspectivas e efetividade imediata, apoiando vistas otimistas sobre o frete rodoviário descarbonizador.

Meta previsão usando análise de regressão

Este estudo identificou a literatura relevante por meio de pesquisas de bancos de dados Scopus e Google Scholar, categorizando fontes em três tipos: quase mercado (previsões de mercado e anúncios do setor de renomados analistas e empresas de consultoria), científicos (artigos revisados por pares) e outros (publicações acadêmicas e relatórios acadêmicos e não revisados). Todos os valores de custo foram padronizados para os preços de compras de OEM no nível do sistema para componentes de caminhão em emissão zero.

Sistema de bateria em rápido declínio e custos do sistema de células de combustível

A Figura 1 indica que os custos do sistema da bateria podem diminuir em 64% a 75% antes de 2050, com declínios anuais permanecendo rápidos e sustentados. Comparados a outros, as estimativas de quase mercado demonstram maior otimismo, mostrando variações menores e mais estáveis. Essa tendência se reflete nas projeções de custo projetadas: os modelos científicos e outros adotam uma abordagem mais conservadora. Para os anos 2020.2030 e 2050, o quase mercado (azul) prevê os custos do projeto de 275 €, € 140 e € 70 por kWh, respectivamente; As estimativas científicas (verdes) são de € 310, € 180 e € 100 por kWh; Enquanto outros (roxos) antecipam custos de € 200 e € 115 por kWh em 2030 e 2050, respectivamente.

Figura 1. Previsão de custos de zero sistema de bateria de caminhão de emissão

Como mostrado na Figura 2, o custo dos sistemas de células a combustível é projetado para diminuir de 65% a 85% até 2050. O cenário de quase mercado (azul) é estimado em aproximadamente € 540 por quilowatt em 2020, que cai abaixo do limite de € 100, em 2045, em torno de € 85% a 2020, por € 100, em 2045, a cientidade de 2045 por €, em cerca de € 85 por 2020, por € 100, em € 100, o Sclury, em torno de € 85 por € (2050, em € 100, o Sclury, em cerca de € 85 por € a 2050. 2030s, finalmente se estabelecendo a cerca de € 80 por quilowatt até 2050. O outro cenário (roxo) fica entre as estimativas de quase mercado e científicos, não atingindo o nível de 100 euros por quilowatt.

Figura 2. Previsão de custos para sistemas de células de combustível Zet de serviço pesado

Visão geral de custos para cinco componentes Zet principais

A Tabela 1 apresenta os custos do componente de caminhões em emissão zero. O potencial de redução de custos para componentes adjacentes é relativamente limitado. O custo dos motores elétricos deve diminuir de aproximadamente € 42 por quilowatt em 2020 para € 30 por quilowatt até 2050. Para tanques de armazenamento de hidrogênio, a redução de custo durante o período 2020-2050 é estimada em 2,6% -2,9%. O custo estável do sistema para os componentes PE & HV permanece em torno de € 50 por quilowatt. Tabela 1: Custos de componentes no nível do sistema de cinco componentes principais de energia zero em € 2020

Diferentes expectativas de custo para baterias e células de combustível

De acordo com as meta-predefições, espera-se que os custos de bateria e células de combustível diminuam rapidamente. A análise comparativa revelada neste estudo destaca a complexa interação entre projeções científicas e realidades reais do mercado para tecnologias emergentes em vários estágios de maturidade comercial. A análise das previsões de custo da bateria indica a estabilidade de quase mercado em diferentes prazos, enquanto as estimativas de custos científicas publicadas entre 2010 e 2023 enfrentam revisões significativas para baixo. Os sistemas de células de combustível demonstram uma tendência inversa. Comparados com as projeções de quase mercado, os modelos científicos mostram maior estabilidade e perspectivas consistentemente mais otimistas. A divergência pode resultar de diferenças na maturidade tecnológica e incertezas em relação a trajetórias futuras de desenvolvimento dessas duas tecnologias.

Volumes necessários, taxas de aprendizado e custos de avanço

Este estudo compara estimativas de custo com a potencial expansão do mercado de caminhões de emissão zero do tipo S na América do Norte, Europa e China, o projetando a produção anual totaliza entre 2,5 milhões e 3 milhões de unidades. Os resultados da regressão indicam que atingir custos custos do sistema de bateria em torno de € 150 por kWh até 2028 (próximo ao mercado) a 2032 (científico) exigiria a produção cumulativa entre 1.300 GWh (perto do mercado) e 5.200 GWh (científico), correspondendo a taxas de aprendizagem de aproximadamente 16% (científicas) a 19% (perto do mercado). Para alcançar a geração de eletricidade abaixo de € 100 por kWh até 2039 (quase mercado) a 2049 (científico), 11.000 GWh (quase mercado) ou mesmo 68.000 GWh (científico) da produção de eletricidade. Dada a participação de mercado significativa de caminhões elétricos movidos a bateria, o cenário anterior provavelmente é viável no final da década de 2030. Para sistemas de células de combustível direcionados a € 150 por kW até 2027 (científico) a 2035 (próximo ao mercado), a produção cumulativa precisaria variar de 135.000 unidades (científicas) a 1,4 milhão de unidades (próximo ao mercado). A taxa de adoção correspondente é projetada para variar de 14% (fase científica) a 26% (fase próxima do mercado). Dada a ampla adoção de modelos de caminhões de células de combustível no final da década de 1920, o último cenário pode se tornar viável. Os preços abaixo de € 100 por quilowatt podem ser alcançados entre 2040 (fase científica) e 2045 (fase próxima do mercado), com a demanda cumulativa que deve flutuar entre 2,3 milhões de unidades (fase científica) e 6,8 milhões de unidades (fase próxima do mercado).

Discussão

Este estudo compara os resultados da pesquisa com estimativas de custos alvo ou mínimo para evitar projeções excessivamente conservadoras. Após a recalibração dos custos do sistema da bateria, o preço estimado é de aproximadamente € 90 por kwh até 2030 e 70 euros por kWh até 2050, alinhando -se intimamente com as metas projetadas definidas pela iniciativa do Departamento de Energia dos EUA e do Hydrogênio SRIA48 da Europa. A abordagem de meta-presidência centrada no custo pode ignorar as dependências do cenário e a especificidade/tendências técnicas. Os cenários e suposições centrais influenciam os volumes de produção, que por sua vez afetam a evolução dos custos dos componentes. Uma análise de regressão adicional indica que os cenários de custo otimistas demonstram maior custo-benefício para baterias e células de combustível. Fatores críticos como design técnico e seleção de materiais afetam significativamente o custo e o desempenho. As incertezas e as lacunas de dados dos componentes dificultam as avaliações technoeconômicas abrangentes das tecnologias individuais de 2020 a 2050. Embora os custos de bateria e células de combustível diminuam com o melhor desempenho técnico, os avanços tecnológicos envolvendo novos componentes e as tendências emergentes podem desistir dessas reduções de custos. Atualmente, os caminhões elétricos demonstram competitividade de custos em comparação com os caminhões a diesel. No entanto, devido aos preços potencialmente altos de hidrogênio verde, os caminhões de células de combustível podem ter dificuldades para alcançar a paridade total de custo de propriedade ao longo da década de 2030. A taxa de custo de compra para caminhões em emissão zero aumenta substancialmente em comparação com os caminhões diesel atuais. Além dos fatores econômicos, as capacidades tecnológicas também influenciam as decisões de compra de caminhões. Os veículos elétricos em emissão zero alcançaram paridade técnica com caminhões a diesel. Por fim, a disponibilidade de infraestrutura e a aceitação do usuário desempenharão funções decisivas na adoção.

Conclusão

Este estudo fornece uma visão geral das estimativas de custo para cinco componentes-chave de caminhões de emissão zero por meio da análise de meta-presução e regressão, produzindo quatro conclusões principais: primeiro, os custos de componentes para caminhões zero são projetados para diminuir significativamente. Espera -se que os custos futuros do sistema de bateria se estabilizem a € 150 por kWh até 2035 e excedam € 100 por kWh até 2050. Os custos do sistema de células de combustível podem atingir cerca de € 150 por kWh no final dos anos 2030, com o máximo de potencial se aproximando de 100 euros por kWh no final dos anos 2040. Segundo, as projeções de custo mostram variações sistemáticas nas categorias de tecnologia, que podem depender da maturidade tecnológica. Enquanto as baterias próximas ao mercado demonstram as projeções de custo mais estáveis entre as fontes, suas previsões permanecem mais otimistas do que as dos sistemas científicos. Para células de combustível, as abordagens científicas tendem a custos mais baixos ou alvo. Terceiro, o potencial de redução de custos substancial suporta perspectivas otimistas para ambas as tecnologias. Isso indica que a rápida implantação de caminhões de emissão zero terá impactos significativos nos participantes dos setores de transporte e energia. Finalmente, a pesquisa destaca a concorrência entre tecnologias de caminhões em emissão zero e levanta questões sobre a liderança do mercado e a necessidade de adotar diferentes tecnologias. Todas as reduções de custo previstas dependem de uma transição bem-sucedida para o frete rodoviário de baixo carbono. Comparados aos caminhões de células de combustível, os caminhões de emissão zero podem oferecer o caminho mais econômico para alcançar a paridade total de custo de propriedade, enquanto os caminhões de células de combustível ainda podem exigir suporte de política adicional até 2030.