Komatsu también tiene un agresivo programa de desarrollo y pruebas de trolleys a partir de la segunda mitad de este año tanto para camiones estándar como autónomos. (Foto: Komatsu)
Puede que los motores diésel sigan existiendo en el futuro inmediato, pero una gran cantidad de combustibles, tecnologías y opciones de electrificación alternativos están avanzando rápidamente de categoría
Por Carly Leonida, Editora Europea
Hay muchas buenas razones por las que la mayoría de los 52.200 camiones de transporte en servicio hoy en día en las minas de todo el mundo (número tomado de The Parker Bay Co.) son, de una forma u otra, accionados por motores diésel. La densidad de potencia y la flexibilidad que ofrecen estas unidades, así como la amplia disponibilidad de hardware, combustible y capacidades de servicio crean una combinación que es extremadamente difícil de superar.
Estas ventajas, junto con el hecho de que los camiones de transporte y los motores diésel son activos de vida relativamente larga, además de la aversión general de las empresas mineras al riesgo asociado a las “nuevas” tecnologías, significan que la mayor parte de los nuevos camiones que se unirán a la flota mundial en los próximos tres a cinco años también es probable que cuenten con motores capaces de funcionar, parcial o exclusivamente, con diésel. Sin embargo, la tendencia está empezando lentamente a mostrar signos de cambio.
Esto es evidente, tanto en la cantidad de nuevas tecnologías lanzadas durante el año pasado (MINExpo 2021 estuvo inundado de anuncios de soluciones de transporte electrificadas y bajas en carbono) como en las asociaciones que los proveedores, OEMs y mineros han firmado para desarrollar e implementar conjuntamente camiones de próxima generación en un paso hacia sus objetivos de descarbonización a gran escala.
Según McKinsey & Co., alrededor del 40%-50% de las emisiones de CO2 de la minería hoy en día provienen del diésel utilizado en equipos móviles, con otro 30%-35% de electricidad no renovable. La intensidad de las emisiones varía ampliamente entre las minas, con materias primas como los yacimientos de cobre y hierro en el extremo superior del espectro. Con un promedio de 25 millones de toneladas por año (t/a) en la mina de mineral de hierro de Australia Occidental, los camiones de transporte son la mayor fuente de emisiones de carbono en el sitio, incluso superior a la trituración, representando el 20%-25% del total.
Naturalmente, estos mineros están a la vanguardia del desarrollo y despliegue de la tecnología del transporte hoy en día, y más se están uniendo a sus filas. Los operadores se están apoyando más que nunca en los OEMs, la tecnología y los proveedores de motores para ampliar sus opciones de accionamiento para diferentes aplicaciones y, donde aún no existen opciones, algunos pioneros incluso están creando las propias: consulte el programa de camiones accionados por hidrógeno de Anglo American.
Para comprender mejor el alcance de las opciones de potencia disponibles en la actualidad y echar un vistazo al desarrollo de los futuros camiones, Equipo Minero invitó a seis empresas a compartir sus pensamientos y soluciones con sus lectores.
Incorporando Combustibles Sustentables e Híbridos a la Mezcla
A través de su marca mtu, Rolls-Royce ofrece motores diésel para camiones de transporte con cargas útiles de 100-500 toneladas cortas. Los modelos de la Serie 2000 y la Serie 4000 cubren el rango de accionamiento completo de 783-3.000 kilovatios (kW).
“Estos motores siempre se han caracterizado por presentar tecnologías nuevas y pioneras,” explicó Cobus van Schalkwyk, director de minería global de la unidad de negocios Power Systems de Rolls-Royce. “Por ejemplo, el motor mtu Serie 4000 fue el primer motor disponible comercialmente con inyección common-rail cuando se lanzó hace unos 25 años. Nuestra línea actual de motores mineros cumple con las últimas regulaciones de emisión a través de su proceso de combustión optimizado. En otras palabras, minimizamos las emisiones en la fuente en lugar de reducirlas a través del postratamiento de los gases de escape, incluso para las regulaciones más estrictas, como Tier 4 de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). Nuestras tecnologías clave para lograr esto son nuestro sistema patentado de recirculación de gases de escape (EGR) de cilindro donante, turbocompresor de doble etapa, inyección common-rail y nuestro sistema de control de motor desarrollado internamente.”
Los motores mtu ahora están disponibles para todas las regulaciones de emisión relevantes, incluidas las más estrictas en la Unión Europea, Estados Unidos y China y con calibraciones optimizadas para CO2.
“Dependiendo de los diferentes mercados y aplicaciones, los motores de combustión interna continuarán desempeñando un papel importante en los próximos años,” dijo van Schalkwyk. “No solo están contribuyendo para mantener las operaciones actuales en funcionamiento, sino que también desempeñarán un papel importante en la transformación del mercado en los próximos años y en el futuro con cero emisiones netas. Esto puede sonar contradictorio al principio, pero nuestros ingenieros han hecho que los motores mtu sean mucho más eficientes y respetuosos con el medio ambiente en las últimas décadas y continúan optimizándolos para un menor consumo de combustible y menores emisiones. Junto con la tecnología híbrida y los combustibles sostenibles, los motores de combustión interna, incluidos los motores diésel, son una parte importante de nuestra hoja de ruta hacia el cero neto.”
A partir de 2023, Rolls-Royce lanzará motores mtu de las Series 2000 y 4000 para su uso con combustibles sostenibles, como el e-diésel y los biocombustibles de segunda generación, lo que permitirá un funcionamiento neutro desde el punto de vista climático en casi todas las aplicaciones. La electrificación también jugará un papel importante.
“La industria minera apunta a que los camiones totalmente eléctricos a batería logren cero emisiones netas de GEI,” explicó van Schalkwyk. “Pero, para mantener la autonomía actual de los camiones diésel con más de 12 horas antes de reabastecerse de combustible, las baterías deben recargarse continuamente durante la operación. La única tecnología probada para la carga externa dinámica es la asistencia de trolley. Sin embargo, estos sistemas no siempre son fáciles de implementar desde el punto de vista económico.”
Rolls-Royce espera resolver este desafío a través de la tecnología, la cual está explorando con su concepto híbrido de camiones de transporte. Este es el primero de una serie de desarrollos que conducirán a la creación de camiones totalmente eléctricos. El concepto prevé un vehículo que funcione con baterías y lleve un cargador dinámico para evitar las limitaciones descritas anteriormente. Para que sea asequible y sencillo, en un principio contaría con un motor diésel de tamaño reducido que, combinado con combustibles sostenibles, sea GEI neutro.
“En el núcleo del concepto está la solución de almacenamiento de energía y un sofisticado sistema de gestión de potencia y energía para múltiples fuentes de energía, es decir, la batería más la fuente de recarga,” dijo van Schalkwyk. “Con la mejora de la densidad energética de las baterías y la llegada de soluciones avanzadas de carga dinámica, el concepto permite la reducción gradual y la eventual eliminación del motor de combustión y el aumento de la batería para llegar a la electrificación total.”
Van Schalkwyk dejó claro que la ruta hacia soluciones de camiones de transporte electrificados es un viaje, potencialmente, largo.
“Estos vehículos no llegarán y tomarán el relevo del diésel de un día para otro,” dijo. “Estamos convencidos de que nuestro enfoque evolutivo hace que la tecnología de ahorro de CO2 para camiones mineros esté disponible de la manera más rápida posible. También ofrece la mejor protección de activos valiosos, ya que se puede adaptar a las máquinas existentes.”
El concepto se presentó por primera vez en la feria MINExpo 2021 en Las Vegas, EE. UU., y, según van Schalkwyk, obtuvo muchos comentarios positivos. El equipo está dialogando actualmente con los clientes para analizar sus necesidades y refinar el concepto.
“Tenemos muchos años de experiencia con sistemas de propulsión híbridos,” añadió van Schalkwyk. “El primer tren impulsado por mtu Hybrid PowerPacks ha entrado recientemente en servicio de pasajeros en el Reino Unido después de un desarrollo exhaustivo. Nuestro sistema híbrido de transmisión ferroviaria permite ahorrar combustible y, por lo tanto, CO2 de hasta un 25%, al tiempo que ofrece un mejor rendimiento del tren.”
Del Diésel y la Digitalización al Hidrógeno
Otra área que ofrece reducciones inmediatas y futuras en las emisiones del motor es la digitalización. Rolls-Royce está trabajando actualmente en sistemas digitales que traerán beneficios tanto a los operadores de minas como al medio ambiente.
van Schalkwyk explicó: “Al capturar los datos del sistema de accionamiento y analizarlos en tiempo real, podremos optimizar el funcionamiento de nuestros motores, aumentar el tiempo de actividad y disponibilidad y reducir el consumo de combustible. Ya hemos desarrollado algoritmos de autoaprendizaje para el control del motor, los cuales nos ayudarán a optimizar el funcionamiento de nuestros motores.
“De hecho, actualmente estamos implementando la tecnología de monitoreo del estado del motor como parte de un proyecto piloto con varios clientes en la industria minera. La tecnología permitirá a las minas tomar medidas preventivas antes que ocurran las fallas en los componentes del motor y, por lo tanto, minimizar el tiempo de inactividad. El sistema permite el monitoreo de flotas enteras hasta el nivel de las partes individuales. El producto final que ofreceremos será totalmente escalable para satisfacer exactamente las necesidades de nuestros clientes.”
Como se insinuó anteriormente, Rolls-Royce se está transformando actualmente de un fabricante de motores a un proveedor de soluciones energéticas integradas y sostenibles. Como parte de esto, la empresa ha fundado una nueva unidad de negocios de Soluciones Energéticas Sostenibles, la cual se centra exclusivamente en el desarrollo de soluciones sostenibles y respetuosas con el clima en todas las aplicaciones.
“La aplicación minera es un buen ejemplo de un campo para el cual todo nuestro ecosistema de tecnologías futuras es relevante, de los combustibles sostenibles a los híbridos, de las soluciones digitales a los sistemas de almacenamiento de energía y el hidrógeno,” dijo van Schalkwyk. “Las tecnologías relacionadas con el hidrógeno incluyen pilas de combustible y los hidrolizadores. Hemos dado los primeros pasos significativos en esta dirección: el elemento de la pila de combustible mtu para el suministro de energía climáticamente neutra tuvo su estreno mundial en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Clima COP 26 en Glasgow a finales de 2021. En nuestra planta en Friedrichshafen, Alemania, se encuentra en funcionamiento un demostrador de pilas de combustible y, a partir de 2025, tenemos previsto suministrar sistemas de pilas de combustible fabricados en serie en el rango de los megavatios.
“También estamos trabajando en motores de combustión interna, que pueden funcionar con hidrógeno. A partir de 2023, los motores mtu y los kits de conversión podrían estar disponibles para su uso con hasta un 100% de hidrógeno. Todas estas tecnologías serán relevantes para las aplicaciones mineras en el futuro.”
Tecnología con Baterías al Servicio del Transporte Pesado
Los motores diésel, las soluciones híbridas y las opciones de energía alternativa requieren plataformas de vehículos especializadas, pero esto no ha afectado a los OEM. John Schellenberg, gerente de productos mineros para camiones en Hitachi Construction Machinery, se unió a Equipo Minero para discutir los desafíos y oportunidades.
“Los motores diésel tendrán un lugar en la minería durante algún tiempo,” dijo. “No todas las regiones tienen los requisitos de infraestructura local para adoptar soluciones de cero emisiones. Las regiones modernizadas que tienen una infraestructura bien desarrollada o la capacidad de invertir en infraestructura impulsarán la adopción de soluciones más ecológicas. Pero a nivel mundial, hay muchos lugares que todavía se están desarrollando y aún no tienen esa base. Algunas naciones en desarrollo podrán eludir la tecnología diésel actual y hacer la transición directamente a una solución de cero emisiones, porque su geografía o recursos locales están alineados para aprovechar la nueva tecnología. Sin embargo, otras naciones no tendrán este lujo y necesitarán depender de tecnologías basadas en el carbono para crecer y desarrollarse.”
Hitachi Construction Machinery tiene una sólida trayectoria en todo lo relacionado con la electricidad. Como tal, la línea actual de camiones mineros de la empresa está construida para la operación a diésel-eléctrica, con la opción de motores Cummins o mtu. Los trolleys y las tecnologías de asistencia con trolleys también han sido parte del paquete de soluciones de camiones de Hitachi desde la década de 1980, por lo que ésta es una opción natural en todos los modelos de camiones mineros de la empresa.
“Las soluciones de baterías han sido parte de la cartera ferroviaria de Hitachi durante más de 10 años, por lo que la transición de la tecnología de rieles / baterías a la línea de camiones es una progresión natural,” dijo Schellenberg. “Esta es la dirección que Hitachi Construction Machinery está siguiendo; utilizando nuestra tecnología actual y adaptándola a nuevas aplicaciones. Esto limita el riesgo de desarrollo y ayuda a nuestros clientes a confiar en nuestro enfoque.”
Schellenberg explicó que, dado que la línea de productos de camiones mineros de Hitachi Construction Machinery ya utiliza un sistema de accionamiento eléctrico, el mayor desafío de adoptar nuevas fuentes de energía para la plataforma existente es el almacenamiento y la gestión de energía; existen limitaciones de espacio y peso a bordo, debido a la densidad energética de las soluciones de batería y/o hidrógeno.
“Los camiones diésel actuales generalmente llevan suficiente combustible para 24 horas de operación,” dijo. “Dependiendo de la tecnología de batería que seleccione una mina, están buscando un máximo de 1-3 horas de operación utilizando las soluciones actuales. Esto significa que es fundamental utilizar la energía de la manera más eficiente posible. También deben considerar cómo reabastecer esa energía a bordo. El reabastecimiento de combustible actual para unidades diésel es un proceso de 10 a 20 minutos, una vez al día. Si necesita recargar una batería 10 o más veces en un día, debe descubrir cómo hacerlo de manera rápida y segura. Por lo tanto, el almacenamiento y la transferencia de energía ocupan un lugar muy destacado en nuestra lista de ‘desafíos.’”
Hitachi Construction Machinery está colaborando con proveedores y usuarios finales para ayudar a establecer los límites de su I+D en este ámbito. La empresa está colaborando con proveedores de baterías para comprender las limitaciones de las diferentes tecnologías de baterías disponibles en la actualidad y también está apoyando activamente a otras unidades de negocio que están trabajando en el desafío de la carga.
“A través de estas colaboraciones, obtenemos una mejor comprensión de las posibilidades técnicas generales para el almacenamiento y la transferencia de energía a bordo,” dijo Schellenberg. “A continuación, mantenemos conversaciones detalladas con los usuarios finales para determinar cómo modificar las prácticas operativas de modo que la nueva tecnología pueda aprovecharse para satisfacer sus necesidades.”
Schellenberg agregó que la empresa también está observando una serie de tecnologías futuras, incluyendo el hidrógeno.
“El hidrógeno tiene mucho potencial, pero hay desafíos tanto a bordo como fuera asociados a la tecnología,” dijo. “Como proveedor de camiones y excavadoras, tenemos ideas sobre cómo resolver los problemas a bordo, pero también debemos observar cómo otras partes de la industria también resuelven los problemas fuera. A partir de hoy, estamos monitoreando lo que está sucediendo con esta tecnología, incluyendo los compromisos de desarrollo de infraestructura asumidos por los usuarios finales y los gobiernos.
“En general, creo que alimentar los camiones de transporte de las minas de diferentes maneras ofrece una gran oportunidad para que la industria minera en su conjunto busque nuevas formas de hacer negocios. Sobre la base de una serie de revisiones realizadas por Hitachi Construction Machinery y los clientes, creo que la electrificación no sólo es posible con la tecnología actual, sino que también puede lograr una mejor tasa de rendimiento comercial que las técnicas convencionales en una serie de aplicaciones.
“Desde el punto de vista del desarrollo de equipos, el motor diésel ha sido una constante en el diseño de equipos móviles durante casi 100 años. Ahora necesitamos cambiar esta “constante,” que no solo ha influido en la forma y la capacidad en general de los equipos móviles, sino también en el diseño de la mina. Esto significa que los equipos no se centrarán en una masa giratoria en su centro, y las salidas de potencia serán más amplias para permitir perfiles de transporte más pronunciados. ¿Cómo aprovecharán los usuarios finales estos cambios y los aplicarán al diseño de las minas?”
Desarrollo del Concepto de Camión “Power Agnostic”
Es una buena pregunta. Una que insinúa las posibles ganancias que podrían obtenerse si se produce un cambio radical que abarque todo el proceso de diseño y planificación de la mina. Lo complicado con el diseño de la mina es que cada sitio tiene desafíos y oportunidades únicas. No todas las empresas estarán listas de inmediato para revisar sus planes y procesos para aprovechar las fuentes de energía verde, mientras que otras pueden adelantarse.
Para reflejar esto y proporcionar una mayor opcionalidad, Komatsu tiene varios programas de desarrollo concurrentes centrados en la reducción de GEI y plataformas de cero emisiones para la minería de superficie. El esfuerzo de diseño de los camiones “power agnostic” (que pueden funcionar con una variedad de fuentes de energía) recientemente anunciado por la empresa va en paralelo con el desarrollo de módulos de energía exclusivos para sus camiones.
“Los tres tipos básicos de módulos de energía de Komatsu son: suministro de energía, almacenamiento de energía y suministro híbrido,” dijo Don Lindell, director de GHG Alliance y sostenibilidad, en Komatsu. Un módulo de suministro de energía genera energía a partir de fuentes como un motor diésel y puede combinarse con la energía de trolleys aéreos para obtener ahorros adicionales. Un módulo de almacenamiento de energía obtiene energía de fuentes externas, como un trolley o una estación de carga estática, y la almacena en baterías para su uso mientras el camión está desconectado de una fuente de alimentación. Los módulos de suministro híbrido generan y almacenan energía utilizando una combinación de tecnologías, como las pilas de combustible de hidrógeno junto con las baterías de litio. El compromiso con los miembros de la Alianza GHG de Komatsu muestra un claro beneficio de los tres módulos de energía dependiendo de la estrategia de transición de una mina y el momento de implementación.”
La Alianza GHG de Komatsu fue lanzada en agosto de 2021. Fue formada por Komatsu y varios de sus clientes, incluidos Rio Tinto, BHP, Codelco y Boliden, para innovar rápidamente en apoyo a los objetivos de reducción de carbono. A través de su marco de trabajo, los socios están trabajando con Komatsu para colaborar en la planificación de productos, desarrollo, pruebas e implementación de equipos e infraestructura de minería de próxima generación con cero emisiones. El objetivo inicial de la alianza es avanzar en el concepto del camión “power agnostic” de Komatsu, que debutó en MINExpo 2021. El objetivo final es desarrollar una serie de vehículos de transporte que puedan funcionar con una variedad de fuentes de energía, incluyendo la diésel-eléctrica, eléctrica, trolley (cableado), alimentación de batería e incluso pilas de combustible de hidrógeno.
Como parte de esto, Komatsu tiene un agresivo programa de desarrollo y pruebas de trolleys a partir de la segunda mitad de este año tanto para camiones estándar como autónomos.
“El orden o prioridad de estas plataformas está determinado en parte por el mercado y los miembros de la Alianza GHG,” dijo Lindell. “La plataforma “power agnostic” de Komatsu se lanzará en varios modelos y clases de tamaño que tradicionalmente se suministran con accionamientos eléctricos.
“Los miembros de la Alianza GHG brindan orientación sobre la demanda y los plazos a través del compromiso en la planificación de estrategias de cero emisiones, lo cual ayuda a impulsar las prioridades,” dijo Lindell. “La planificación temprana y la colaboración son clave para desarrollar una transición exitosa a largo plazo hacia la economía de cero emisiones.”
El Lugar de Trolley en la Mina Eléctrica
Trolley Assist es una tecnología probada en minería; una que ha visto una renovación del interés en los últimos cinco años. ABB ha estado a la vanguardia de este renacimiento. Su instalación de trolleys en la operación Aitik de Boliden (y ahora Kevitsa) en Suecia ha atraído mucho la atención de la industria y, tal fue el éxito del proyecto, que las empresas han firmado un acuerdo con Epiroc para adaptar la tecnología para su uso subterráneo también en la mina Kristineberg.
Mehrzad Ashnagaran, gerente global de línea de productos de electrificación y plantas compuestas en ABB, habló con Equipo Minero sobre los beneficios y consideraciones necesarios para el éxito de la asistencia con trolleys.
“La transición a las minas totalmente eléctricas está impulsada por la necesidad de que la industria se descarbonice y se comprometa a alcanzar cero emisiones netas en línea con la legislación medioambiental en evolución, principalmente mediante la eliminación del diésel de los camiones de transporte, una fuente importante de CO2 en muchas minas a rajo abierto,” dijo.
“Esto solo se puede lograr si las soluciones digitales, de automatización y electrificación, como la asistencia de trolleys y los sistemas de carga automatizados para camiones de transporte híbridos, son competitivos en costos en comparación con las alternativas de combustibles fósiles existentes. Para los proveedores de tecnología especializados como ABB, eso significa colaborar con los OEMs para proporcionar soluciones de estándar abierto e independientes del proveedor que evolucionan a medida que cambian las necesidades de los clientes.”
El mercado minero “totalmente eléctrico” está tomando forma gradualmente y el ecosistema de soluciones eléctricas, como los conectores, las baterías y las capacidades de carga, está evolucionando y madurando constantemente. Sin embargo, la necesidad de funcionar continuamente en condiciones industriales exigentes impone desafíos adicionales, y hay un cambio paralelo en el mercado hacia la energía renovable, la implementación de soluciones de almacenamiento de energía y una gestión más inteligente de la energía.
La asistencia de trolleys, los sistemas de carga automatizados para camiones de transporte híbridos y la colaboración de los OEMs ya están ayudando a los operadores a alcanzar objetivos de cero emisiones netas, pero Ashnagaran dijo que es importante tener en cuenta que todos están interconectados. Por esta razón, las soluciones como la asistencia de trolleys no deben verse de forma aislada, sino más bien como un componente en el viaje de la industria hacia la carbono neutralidad.
ABB proporciona tecnologías con estándares abiertos y agnósticos del OEM que proporcionan una solución completa y evitan que los clientes se queden atrapados con un solo proveedor.
Rolls Royce presenta su mtu Hybrid Truck Concept en MINExpo 2021. (Imagen: Rolls Royce)
Ashnagaran explicó: “La solución eMine de ABB está respaldada por ABB Ability MineOptimize, un enfoque exclusivo para la transformación digital que unifica los sistemas de electrificación, automatización y digitales en un solo sistema que está totalmente integrado vertical y horizontalmente, desde el rajo hasta el puerto. MineOptimize es la culminación de 40 años de experiencia de ABB en el suministro de soluciones integradas de energía eléctrica y control a gran escala.
“ABB ha extendido este enfoque único a su sistema de trolleys. Una vez más, integramos las tecnologías de electrificación, automatización y digitales dentro de un ecosistema que incluye otros OEMs y socios tecnológicos. Nadie puede hacer este viaje solo; más bien, este exclusivo modelo triangular permite a ABB y a sus socios del proyecto acompañar a los clientes durante su transición a motores y minas totalmente eléctricos.”
Según Ashnagaran, los clientes pueden tardar en comprender que la integración de un sistema de asistencia con trolleys requiere un rediseño de la mina y existen implicaciones operativas en cuanto a la estrategia, la programación y a los conjuntos de habilidades.
La integración de un sistema de trolleys y una infraestructura de carga también cambia los requisitos de carga de energía de la mina, a menudo haciéndolos más volátiles. Por lo tanto, es importante que las operaciones mineras que se están electrificando también optimicen su conexión a la red para gestionar las fluctuaciones de la oferta y la demanda, junto con una previsión precisa de la producción y el almacenamiento de energía. Una vez más, esto aumentará su importancia a medida que las minas se vayan automatizando también.
GNL: Beneficios para Hoy y Mañana
Para las minas que tienen un alto índice de consumo de diésel, la conversión de los motores de los camiones de transporte para que acepten un porcentaje de gas natural licuado (GNL) es otra forma en la que las minas pueden reducir sus costos operativos hoy en día, al tiempo que reducen sus emisiones totales de GEI.
El sistema EVO MT de GFS Corp. para camiones de transporte (y otra maquinaria minera) ha sido diseñado para permitir la adaptación relativamente sencilla de la maquinaria existente con un tiempo de inactividad mínimo y sin riesgo para la producción en relación con la operación del GNL.
“Nuestra filosofía de diseño consiste en maximizar el ahorro de costos para el cliente y, al mismo tiempo, garantizar que los camiones puedan funcionar siempre 100% con combustible diésel en caso de necesidad,” afirma Jason Green, presidente de GFS Corp. “Aunque la disponibilidad del GNL está mejorando a nivel mundial, la cadena de distribución y suministro no es tan sólida y competitiva en comparación con los combustibles destilados, y creemos que es importante que los operadores tengan la posibilidad de volver a utilizar el 100% de diésel en caso de que se interrumpa el suministro de GNL.”
El GNL es una opción atractiva para las minas que ven los costos de combustible como uno de sus mayores gastos operativos, junto con cosas como neumáticos y explosivos.
“Para que las conversiones al gas natural valgan la pena, las minas deben tener un cierto nivel de consumo de combustible diésel,” explicó Green. “Hemos comprobado que las minas medianas y grandes, con mucha maquinaria y una gran carga de combustible, son las que más se benefician porque, a la hora de elaborar un plan de negocio, las minas tienen que tener en cuenta no sólo los costos de adaptación, sino también la inversión en infraestructura del GNL para el almacenamiento y el reabastecimiento de combustible in terreno.”
También es importante contar con una fuente local de GNL. A primera vista, algunos proyectos pueden parecer viables, pero si el terminal de GNL más cercano está a 1.000 kilómetros de distancia, entonces los costos continuos del transporte y la logística pueden ser significativos. Las conversiones del mercado secundario también pueden afectar las garantías del OEM y del motor.
Dependiendo de la tecnología que se incorpore, un porcentaje del consumo de diésel del camión se sustituye por GNL; Green explicó que la proporción máxima que recomienda GFS es de un 70% de GNL y un 30% de diésel, aunque en realidad la mezcla suele oscilar entre el 40% y 50% de GNL y el resto de diésel.
“Depende del ciclo de trabajo del camión de transporte y de su modo de funcionamiento,” explicó “Siempre que el motor esté operando con carga media a alta, es cuando es posible optimizar la sustitución por GNL. Cuando el camión está operando a cargas ligeras, ralentí o bajando hacia el rajo, esos modos son mucho menos efectivos para la sustitución del diésel.”
El GNL tiene una densidad energética inferior a la del diésel, por lo que, en términos de volumen, se necesitan entre 1.6-1.7 galones de GNL para proporcionar la misma cantidad de energía que un galón de combustible diésel. Debido a esto, se debe almacenar más GNL a bordo del camión para ofrecer el mismo rendimiento que el diésel. El almacenamiento de GNL también requiere estanques criogénicos especializados, los cuales pueden limitar su ubicación.
Otro aspecto a tener en cuenta es la programación de las actividades de la flota para poder reabastecer tanto de diésel como GNL.
“Eso agrega otra capa de complejidad,” dijo Green. “Sería mucho más sencillo si las minas pudieran utilizar exclusivamente GNL, pero, que yo sepa, nadie ofrece todavía motores 100% a gas para camiones de transporte; hay demasiadas limitaciones tecnológicas y logísticas.”
Aunque la mayoría de los proyectos de reconversión están motivados por el ahorro de costos, las ventajas que ofrece el GNL en materia de emisiones atraen cada vez más la atención.
Green explicó: “Aunque algunas empresas mineras están apostando por combustibles y/o tecnologías alternativas, creemos que la gran mayoría de las máquinas mineras seguirán utilizando el diésel en un futuro próximo. Las soluciones híbridas y de baterías se volverán más comunes a medida que dichas tecnologías continúen implementándose.”
El Transporte como Parte del Panorama General
En conclusión, el futuro de la potencia de los camiones de transporte es una historia de dos mitades. A corto y mediano plazo, al menos durante los próximos 10 a 15 años, el motor diésel seguirá siendo el rey de la flota mundial de camiones, ya sea como opción de potencia principal con tecnologías de reducción de emisiones y, cuando corresponda, sustituciones de combustible sostenibles, o acompañado de motores eléctricos, asistencia de trolleys y almacenamiento de energía como parte de una solución híbrida.
Sin embargo, a medio-largo plazo (más de 20 años), a medida que los mineros comiencen a reducir su huella de carbono y tomen medidas más radicales hacia el cero neto, la composición de la flota mundial comenzará gradualmente a inclinarse a favor de opciones electrificadas y totalmente eléctricas y, eventualmente, tecnologías futuras como el hidrógeno.
También vale la pena recordar que, si bien los camiones son una fuente muy visible de emisiones de GEI, son solo una categoría de equipos en terreno que son responsables de ellos. Las excavadoras, los bulldozers, los equipos de trituración y molienda… todos estos elementos y otros más generan emisiones de CO2, ya sea directa o indirectamente, y por lo tanto un enfoque integrado para la descarbonización que abarque una fuente de electricidad a largo plazo, confiable y sostenible, así como los sistemas adecuados de distribución y control de energía también son cruciales. En conjunto, estas soluciones ofrecen una oportunidad sustancial para hacer un cambio radical en la reducción de las emisiones en general de la minería.
Esta es la primera vez que un camión de transporte de 290 toneladas se ha convertido para funcionar con hidrógeno. (Foto: Anglo American)
Anglo Lanza Camión de Minero Impulsado por Hidrógeno
Anglo American presentó recientemente un prototipo del camión de transporte impulsado por hidrógeno más grande del mundo diseñado para operar en condiciones mineras cotidianas en su mina de metales del grupo de platino (PGM) Mogalakwena en Sudáfrica. El camión híbrido de hidrógeno a batería de 2 MW, que genera más energía que su predecesor diésel y es capaz de transportar una carga útil de 290 toneladas métricas ™, forma parte de la Solución de Transporte de Cero Emisiones (ZEHS) nuGen de Anglo American.
Esta es la primera vez que un camión de este tamaño y peso (510 toneladas cargadas, que incluye un peso bruto del vehículo de 220 toneladas y una capacidad de carga útil de 290 toneladas) se ha convertido para funcionar con hidrógeno que se producirá en terreno en combinación híbrida con una batería.
El camión nuGen utiliza una pila de combustible de hidrógeno híbrida que proporciona aproximadamente la mitad de la energía y un paquete de baterías para la otra mitad, para permitir la recuperación de energía del frenado. El hidrógeno entra en la pila de combustible desde el estanque y se mezcla con el oxígeno para crear agua en una reacción química catalizada por el platino. Esto genera electricidad que se utiliza para alimentar los motores que accionan las ruedas. La única emisión del vehículo es vapor de agua.
La central eléctrica híbrida de 2-MW a batería/pila de combustible de hidrógeno, que sustituye al motor diésel instalado, ha sido diseñada por Anglo American y First Mode en Seattle, EE.UU. Los sistemas de gestión de energía y batería del camión se han desarrollado para mejorar la eficiencia general mediante la recuperación de energía cuando los camiones de transporte se desplazan cuesta abajo, a través del frenado regenerativo. Al captar la energía regenerativa creada al conducir cuesta abajo, se reduce la necesidad de energía externa. Esta energía, almacenada en la batería, junto con el hidrógeno, amplía la autonomía del camión y reduce el tiempo fuera de ciclo de los camiones, ya que el reabastecimiento de hidrógeno es significativamente más rápido que la recarga de baterías.
Como parte de la solución nuGen integrada, Anglo también ha construido un complejo de producción, almacenamiento y reabastecimiento de hidrógeno en Mogalakwena que incorpora el electrolizador más grande de África y un campo solar fotovoltaico para apoyar la operación del camión de transporte. nuGen es parte de FutureSmart Mining, el enfoque de Anglo dirigido a la innovación para la minería sostenible, el cual reúne la tecnología y la digitalización para impulsar resultados de sostenibilidad, incluyendo su compromiso con la neutralidad de carbono en todas sus operaciones para 2040.
“nuGen es una demostración tangible de que nuestro programa FutureSmart Mining está cambiando el futuro de nuestra industria,” dijo el CEO de Anglo American, Duncan Wanblad. “Dado que las emisiones diésel de nuestra flota de camiones de transporte representan entre el 10% y el 15% de nuestras emisiones totales de Alcance 1, este es un paso importante en nuestro camino hacia operaciones neutras en carbono para 2040. La industria minera está desempeñando un papel considerable para ayudar al mundo a descarbonizarse, tanto a través de nuestra propia huella de emisiones como de los metales y minerales que producimos y que son fundamentales para los sistemas de energía y transporte con bajas emisiones de carbono.”
En los próximos años, Anglo tiene previsto convertir o reemplazar su flota actual de camiones diésel con este sistema de transporte de cero emisiones, alimentado con hidrógeno verde. Si este piloto tiene éxito, la empresa podría eliminar hasta el 80% de las emisiones de diésel en sus minas a rajo abierto.
