Wie Lithium

Mar 16, 2023

Um die globale Erwärmung auf einem theoretisch sicheren Niveau zu halten, muss der Übergang zu niedrigen oder Netto-Null-Kohlenstoffemissionen beschleunigt werden. Im Einklang mit der UN-Klimarahmenkonvention haben sich die Länder Ziele für Netto-Treibhausgasemissionen von Null bis zur Mitte des Jahrhunderts gesetzt, mit Zwischenzielen und Meilensteinen bis in die 2030er Jahre. Nachhaltigkeitsinitiativen von Unternehmen und staatliche Vorschriften, die Netto-Null-Kohlenstoffemissionen fördern, nehmen zu, und viele der größten amerikanischen Unternehmen haben ihre eigenen, ehrgeizigeren Netto-Null-Ziele festgelegt.

Eine der schnellsten und vielleicht wirtschaftlichsten Möglichkeiten zur Dekarbonisierung besteht darin, am Verbrauchsort saubere Energiequellen wie Strom zu nutzen und am Erzeugungsort auf erneuerbare Energiequellen umzusteigen.

Batteriechemie und -technologie, einschließlich industrieller Elektrifizierung, werden auf der Distributed Energy Conference von POWER vom 3. bis 6. Oktober im Gaylord Rockies Resort in der Nähe von Denver, Colorado, diskutiert. Es ist noch Zeit, sich für die Veranstaltung anzumelden!

Bei Antriebsanwendungen ist die Verbreitung von Lithium-Ionen-Batteriesystemen relativ gering, nimmt aber schnell zu. Zu den Antriebskraftsegmenten gehören industrielle Materialtransportgeräte wie Gabelstapler (Abbildung 1) und Frachtumschlaggeräte sowie industrielle Hebegeräte wie Scherenhebebühnen und Elektro-Schaufelhubwagen. Diese Ausrüstung findet Anwendung in Kraftwerken und der zugehörigen Netzinfrastruktur (z. B. bei der Wartung von Stromleitungen).

LEK, ein führendes Marktforschungsunternehmen, schätzt den Marktwert der nordamerikanischen Lithium-Ionen-Batteriesysteme allein im Antriebssegment auf etwa 2 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021, und Lithium-Ionen-Batterien machen weniger als 10 % des Marktes für elektrische MH-Geräte aus , im Gegensatz zu mehr als 90 % mit Blei-Säure-Batteriesystemen betriebenen Systemen. Es gibt jedoch eine segmentweite Migration hin zu Lithium-Ionen-Batteriesystemen weg von Bleisäure und Verbrennungsmotoren (ICE). LEK prognostiziert, dass die Verbreitung von Lithium-Ionen-Batteriesystemen aufgrund von Leistungsvorteilen und sinkenden Preisen voraussichtlich weiterhin rasch zunehmen wird. Bis 2026 werden Lithium-Ionen-Batteriesysteme voraussichtlich ein Drittel der installierten Basis ausmachen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von etwa 30 % wachsen und fast die Hälfte der Verkäufe neuer MH-Geräte ausmachen.

Lithium-Ionen-Energielösungen haben die industrielle Elektrifizierung vorangetrieben und beschleunigt, indem sie fortschrittliche Lithium-Ionen-Batterien und Ladegeräte für alle elektrischen MH-Geräte der Klassen 1 bis 3 bereitgestellt haben. Integrierte Lithium-Ionen-Batterien und Ladegeräte für den Ersatzteilmarkt, die über einen einzigen Lieferanten verfügbar sind, haben den Übergang weiter erleichtert von Bleisäure zu Lithium-Ionen-Systemen und sorgt so für einen nahtlosen Weg zu effizienteren und umweltfreundlicheren Abläufen. Einführung und Implementierung werden vereinfacht, da Aftermarket-Lithium-Ionen-Batterien mit allen elektrischen MH-Geräten kompatibel sind und Lithium-Ionen-Ladegeräte sowohl Lithium-Ionen- als auch Blei-Säure-Batterien laden können. Zusätzlich zu einem gesunden Ökosystem an Aftermarket-Lithium-Ionen-Batterien und Ladegeräten bieten MH-Erstausrüster wie Hyster-Yale Group und BYD neue Gabelstapler an, die für den Betrieb mit einer einzigen integrierten Lithium-Ionen-Batterie optimiert sind. Lithium-Ionen-Systeme bieten zahlreiche kommerzielle und technische Vorteile gegenüber Blei-Säure-Systemen (wie wir später untersuchen werden) und ermöglichen so einen schnelleren Übergang zur industriellen Elektrifizierung für Stromerzeugungs- und -verteilungsunternehmen.

Ab 2026 wird voraussichtlich das Verbot des Verkaufs aller neuen ICE-Gabelstapler mit einer Tragfähigkeit von 12.000 Pfund (oder weniger) durch das California Air Resources Board (CARB) in Kraft treten. Derzeit befindet sich die Gesetzgebung im Entwurfsstadium und ist noch nicht in Kraft. Die schrittweise Abschaffung von ICE-Gabelstaplern aus der installierten Basis ist ebenfalls Teil dieses Vorschlags und befindet sich noch in der Entwicklung. Diese Gesetzgebung wird sich auf die Richtung der MH-Ausrüstungsindustrie auswirken, nicht nur in Kalifornien, sondern im ganzen Land. Da die Lebensdauer von MH-Geräten zwischen 5 und 10 Jahren liegt, verlagern Käufer von MH-Geräten ihre Anschaffungen auf Elektrostapler mit Lithium-Ionen-Batteriesystemen und sorgen so für mehr Dynamik und eine frühere Anpassung an diesen industriellen Elektrifizierungstrend.

Energieversorger verfügen im Allgemeinen über eine Flotte von Lastkraftwagen, die hauptsächlich aus Eimerwagen (Abbildung 2) oder „Troubleman Trucks“ besteht – so genannt, weil sie von Troublemans eingesetzt werden, also Experten, die entsandt werden, um die Ursachen von Stromausfällen zu untersuchen. Elektro-Arbeitsschaufelwagen werden verwendet, um einen Bediener oder Installateur auf einen Mast zu setzen, um Versorgungsleitungen zu reparieren oder zu warten. Im Rahmen ihrer Initiativen für saubere Energie stellen Energieversorger auf hybridbetriebene Kübelwagen um, wobei der Ausleger und die Kübelschaufel von einer elektrischen Batterie angetrieben werden und der LKW von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.

Für die Stromversorgung der Schaufel sind Lithium-Ionen-Batteriesysteme gegenüber Blei-Säure-Batterien die bevorzugte Wahl. Dieses fortschrittliche Lithium-Ionen-Hilfsstromsystem ermöglicht es den Monteuren, die Schaufel zu bedienen, ohne den Motor den ganzen Tag laufen zu lassen, und liefert ausreichend Ladung für nahezu einen ganzen Arbeitstag, einschließlich der Stromversorgung des hydraulischen Hebesystems, der Elektrowerkzeuge und der tragbaren Stromversorgung auf der Baustelle. Die Batterien ermöglichen auch den Betrieb der Klimaanlage, der Beleuchtung und des Funkgeräts der Lkw bei ausgeschaltetem Motor. Ohne Batterien würde das Hydrauliksystem der Hebebühne vom Motor des Lastkraftwagens angetrieben, sodass das Fahrzeug während des Betriebs im Leerlauf laufen müsste. Auf dem Weg zu und von der Baustelle wird das Batteriesystem über die Lichtmaschine des Motors aufgeladen. Es lädt auch in der Garage, ohne dass spezielle Ladegeräte erforderlich sind.

Diese Hybrid-Kübelwagen sind energieeffizienter, da sie weniger Leerlaufstunden benötigen und so Kohlendioxidemissionen, Lärm und Motorverschleiß reduzieren. Dieses System ermöglicht es Störern, den Lkw-Motor während der Arbeit an einer Linie vollständig abzuschalten, wodurch die Lkw sicherer, leiser, kraftstoffeffizienter und umweltfreundlicher werden. Darüber hinaus sorgt die Eliminierung von Motorgeräuschen für sicherere Arbeitsbedingungen, verbessert die Kommunikation der Arbeiter und ermöglicht einen ruhigeren Betrieb auf der Baustelle. Der Motor eines Standard-LKW mit Schaufel verbraucht jede Stunde, in der die Schaufel im Einsatz ist, etwa eine Gallone Kraftstoff. Schätzungen zufolge sollen die neuen Hybrid-Lkw etwa 30 % Kraftstoff einsparen. Die Reduzierung des Leerlaufs um nur 15 Minuten pro Tag und Fahrzeug spart bei einer Flotte von fast 6.000 Fahrzeugen jährlich etwa 1,2 Millionen US-Dollar an Kraftstoffkosten. Darüber hinaus werden die Emissionen jedes Jahr um schätzungsweise 1,3 Tonnen Feinstaub, 21 Tonnen Stickoxide, 26 Tonnen Kohlenmonoxid und 3.800 Tonnen Kohlendioxid reduziert.

Die kalifornischen Aufsichtsbehörden warten auf die Genehmigung der Environmental Protection Agency (EPA) für das Advanced Clean Trucks (ACT)-Gesetz, das Fahrzeughersteller dazu verpflichtet, ab 2024 einen bestimmten Prozentsatz emissionsfreier Lkw zu verkaufen. Dieses Gesetz wird Kalifornien dabei helfen, seine Klimaziele zu erreichen und die Luft in den am stärksten benachteiligten und verschmutztesten Gemeinden des Staates reinigen. Es wird erwartet, dass Elektro-Arbeitsschaufelwagen unter die Annahme der ACT-Regeln fallen. Dies hat kürzlich zur Entwicklung des landesweit ersten vollelektrischen Eimerwagens mit zwei separaten elektrischen Systemen geführt, die den Antriebsstrang und die Hebebühne mit Strom versorgen.

Aus technologischer Sicht wird die Lithium-Ionen-Technologie zunehmend als überzeugende Alternative zu Blei-Säure-Batteriesystemen angesehen, da sie eine höhere Energiedichte, eine längere Lebensdauer, geringere Betriebskosten und einen geringeren Wartungsaufwand bietet:

Lithium-Ionen-Batterien bieten im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien große Einsparungen, wenn man die Gesamtbetriebskosten (TCO) berücksichtigt. Obwohl die Vorabkosten einer Lithium-Ionen-Batterie höher sind, ist der Return on Investment (ROI) attraktiv, da eine höhere Betriebseffizienz und niedrigere Gesamtbetriebskosten erzielt werden, mit den unten aufgeführten Betriebskostenverbesserungen:

Im Einklang mit den Op-Ex-Verbesserungen werden durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien auch bei der Verwendung von MH-Geräten die folgenden Capex-Verbesserungen erzielt:

Die industrielle Elektrifizierung mit fortschrittlichen Lithium-Ionen-Batterien und Ladegeräten ist nicht nur sauber und kostengünstig, sondern ermöglicht auch die Konnektivität und Telemetrie des Internets der Dinge (IoT). Intelligente, vernetzte Plattformen ebnen den Weg für intelligente Systeme, die die Automatisierung beschleunigen, menschliche Eingriffe reduzieren und datengesteuerte Entscheidungsfindung und Analysen ermöglichen können.

IoT-Konnektivität verbessert das Flottenmanagement durch Fernüberwachung der Anlagen und Bereitstellung von Echtzeittransparenz mithilfe der von diesen Anlagen über ein IoT-Gateway erfassten Daten. IoT-Konnektivität hilft Flottenmanagern dabei, die Anlagenauslastung und Betriebseffizienz zu verbessern und die Lebensdauer der Anlage zu verlängern, wodurch sowohl die Betriebskosten als auch die Investitionsausgaben ihres Betriebs reduziert werden.

—Jeffrey VanZwol ist Chief Marketing Officer von Green Cubes Technology, einem in Kokomo, Indiana, ansässigen Entwickler und Hersteller von Lithium-Stromversorgungssystemen mit Niederlassungen auf der ganzen Welt. Weitere Informationen unter www.greencubes.com.

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