Avançando com veículos comerciais elétricos

Por Dr. Walter Rentzsch, Giovanni Schelfi e Dr.

A necessidade de combater as emissões de gases de efeito estufa (GEE) é real, assim como a necessidade de limitar o impacto negativo do aumento das temperaturas em nosso planeta e em nossas economias. O setor de transportes contribui com 29% das emissões de GEE nos EUA. Veículos médios e pesados representam 23% do setor de transportes, e os participantes da indústria de veículos comerciais entendem que devem fazer parte da solução para impulsionar a descarbonização de seu setor.

(Foto: Chad Elmore)

O progresso na tecnologia de veículos elétricos tem sido constante, com a queda dos preços das baterias, a chegada ao mercado de mais plataformas específicas e o desempenho geral dos veículos em termos de aumento de autonomia. Esses avanços ocorreram em um período relativamente curto. Embora possamos nos lembrar de cerca de 130 anos de esforços de desenvolvimento do motor a diesel, o foco da indústria em baterias e veículos elétricos a bateria em larga escala tem menos de 10 anos.

Entretanto, à medida que o caminho a seguir para veículos na indústria de veículos comerciais se torna mais claro, surgem desafios de segunda e terceira ordem.

Os preços de compra permanecem proibitivamente altos em comparação com os veículos a diesel, com impacto negativo nos casos de uso com custo total de propriedade positivo. Restrições operacionais limitam o número de rotas nas quais os veículos podem ser utilizados atualmente ou exigem mais veículos elétricos do que veículos a diesel para transportar cargas do ponto A ao ponto B. Os tempos de carregamento também continuam longos, reduzindo a produtividade dos ativos e desafiando os modelos de remuneração de motoristas existentes.

Adaptação de estratégias operacionais

Os modelos operacionais de frotas precisam ser adaptados e novas capacidades são necessárias. Restrições de infraestrutura, como a disponibilidade de vagas de estacionamento, limitam as opções de eletrificação. As necessidades financeiras, tanto para veículos quanto para infraestrutura, são significativas e sobrecarregam o balanço patrimonial das frotas, especialmente daquelas com menos veículos. Trabalhar com concessionárias de serviços públicos é desafiador e os prazos de instalação de infraestrutura excedem em muito os prazos típicos do setor para compras de ativos.

Esses desafios, combinados com a atual discussão crítica em torno dos veículos elétricos, levam a um maior grau de percepção de risco tecnológico, à medida que as frotas consideram a migração da propulsão a diesel para a elétrica. De certa forma, muitas frotas se sentem presas entre a cruz e a espada, com tecnologias e modelos de negócios ainda em desenvolvimento de um lado e a pressão regulatória e da opinião pública do outro.

Em particular, o foco das discussões sobre frotas mudou (ou pelo menos diminuiu) da disponibilidade de veículos e mudou para a infraestrutura e a disponibilidade da rede elétrica.

Para entender melhor essa situação e, com sorte, obter algumas implicações e insights relevantes, decidimos modelar o caso de construção de 100% para eletrificação da frota de veículos comerciais de Classe 3 a Classe 8 dos EUA.

O objetivo do nosso estudo foi determinar o investimento total necessário para desenvolver a infraestrutura de carregamento de veículos, a infraestrutura da rede de distribuição de energia elétrica e a infraestrutura de geração e transmissão de energia elétrica necessária para sustentar a penetração de 100% de veículos elétricos a bateria (VEB) na frota de veículos comerciais médios e pesados. Para esclarecer, esta análise não é uma projeção de cenário em termos de como a penetração de VEB progride ao longo do tempo, mas uma tentativa de determinar o esforço de investimento necessário para a transição de combustível para elétrons com base em premissas conservadoras razoáveis.

Três locais de carregamento

Nosso modelo distingue entre três tipos fundamentais de locais de carregamento: carregamento no local, carregamento local na rota e carregamento na rota da rodovia para veículos de longa distância.

O carregamento no local abrange carregadores particulares em locais próprios da frota, bem como centros de carregamento compartilhados com disponibilidade dedicada para clientes da frota. O carregamento local em rota é relevante para aplicações locais com alta quilometragem e oferece acesso público a carregadores de carregamento rápido de corrente contínua (DCFC) – em contraste com uma combinação de carregadores de Nível 2, Nível 3 e, em casos limitados, DCFC para carregamento no local. O carregamento em rodovias em rota é coberto por carregadores DCFC, bem como por carregadores de Nível 2/Nível 3 para o carregamento noturno de caminhões estacionados.

Para a simulação da rede de carregamento local, utilizamos dados telemáticos da frota da Biblioteca Nacional de Energia Renovável (NREL) para identificar como os veículos das Classes 3 a 8 são operados durante o dia (excluindo viagens de longa distância). A distribuição da quilometragem e o ciclo de trabalho determinaram a alocação das necessidades de carregamento entre o carregamento noturno no depósito e o carregamento "recarregável" na rota. Com base nessas informações, determinamos a infraestrutura de carregamento que precisa ser instalada tanto no depósito quanto na rota. Foram derivadas curvas de carga média agregada por classe de veículo que, combinadas com a distribuição regional de veículos por classe de peso, nos permitem simular instalações de carregadores e curvas de carga em nível de condado.

Para veículos de longa distância, analisamos a distribuição atual de postos de abastecimento nas rodovias, determinamos o número de veículos de longa distância que precisam ser recarregados em cada local com base nos volumes de tráfego de caminhões específicos da rota e diferenciamos entre as necessidades de recarga e recarga noturna. Isso, por sua vez, impulsiona os investimentos em infraestrutura de recarga em cada posto. Novamente, geramos uma curva de carga média agregada que nos permitiu simular instalações de carregadores e curvas de carga em nível de condado.

O estudo da Roland Berger sugere que a eletrificação pode não ser a única opção para a descarbonização de frotas de veículos rodoviários médios e pesados. (Foto: Chad Elmore)

E o preço é…

Considerando uma autonomia utilizável para caminhões das Classes 6 a 8 de 400 km e carregadores DCFC de 500 kW para carregamento local em rotas e 1 kW para carregamento em rodovias, nosso modelo mostrou uma necessidade de investimento de US$ 620 bilhões em carregadores, infraestrutura local e serviços públicos. O carregamento no local por meio de carregadores de Nível 2 e 3 representa a maior parte dos investimentos, com US$ 500 bilhões. Os investimentos em carregamento em rotas são divididos quase igualmente entre carregadores locais de 500 kW e carregadores rodoviários de 1 MW (US$ 69 bilhões e US$ 57 bilhões, respectivamente).

O custo do carregamento local é significativamente impulsionado por veículos pesados que exigem carregamento de Nível 3 ou mesmo DCFC em suas estações de recarga. Por veículo, veículos pesados exigem um investimento de US$ 145.000 em infraestrutura de carregamento, contra US$ 54.000 para veículos médios.

Além desses investimentos, as concessionárias de serviços públicos precisarão investir cerca de US$ 370 bilhões em modernização da rede de distribuição e novas construções apenas para atender à demanda local de recarga de veículos médios e pesados. Os desafios nessa expansão da infraestrutura decorrem da necessidade de construir infraestrutura antes da demanda por transporte rodoviário, a fim de evitar gargalos e atrasos, o que exige um planejamento de rede mais sofisticado, bem como apoio regulatório – ambos limitados até o momento. O ritmo geral dos investimentos das concessionárias também será limitado pela necessidade de controlar os aumentos de tarifas e manter a acessibilidade.

Investimentos adicionais em geração e transmissão são necessários e, segundo nosso modelo, somam US$ 44 bilhões. No entanto, esses investimentos já fazem parte dos planos de longo prazo das operadoras de sistemas elétricos.

O investimento total de quase US$ 1 trilhão é indicativo da natureza transformadora e do desafio significativo que a transição do setor de logística de veículos com motor de combustão interna (ICE) para veículos elétricos a bateria (BEVs) representa. Além desse investimento, os preços significativamente mais altos dos BEVs e as restrições operacionais impactam ainda mais o custo total de propriedade desses veículos.

Uma van Mercedes elétrica em exposição durante a Work Truck Week 2024. (Foto: Chad Elmore)

Uma série de implicações

O que isso significa para o ritmo de eletrificação na indústria de veículos comerciais?

Implicações selecionadas do estudo são as seguintes:

■ O investimento precisa ser continuamente otimizado. Por exemplo, o estudo atual pressupõe a operação de veículos elétricos a bateria (BEVs) da mesma forma que caminhões a diesel. Isso precisa ser modificado para levar em conta as limitações dos BEVs, por exemplo, por meio de planejamento otimizado de rotas e carregamento gerenciado. Fabricantes de equipamentos originais (OEMs), frotas, concessionárias de serviços públicos e reguladores precisam trabalhar em conjunto para identificar casos de uso apropriados e permitir a rápida construção da infraestrutura necessária. Uma melhoria mais rápida do desempenho técnico do que a atualmente assumida também teria um efeito positivo nas necessidades de investimento.

■ O investimento precisa ser gradual. A base para uma implementação gradual da eletrificação em veículos médios e pesados precisa ser a viabilidade financeira – ou seja, vamos nos concentrar nos casos de uso que mais se aproximam da paridade de TCO. Em nossa opinião, trata-se de vários casos de uso para veículos médios e pesados ao longo de corredores rodoviários claramente identificáveis.

■ A eletrificação pode não ser a única opção para a descarbonização. Aplicações ou rotas específicas podem ser atendidas de forma mais econômica por soluções alternativas, como o diesel renovável. Precisamos nos concentrar em soluções econômicas, de forma tecnologicamente agnóstica.

■ Considerando que o setor de logística nos EUA tem uma receita anual de cerca de US$ 800 bilhões, com lucros de apenas um dígito, é irrealista supor que essa transformação possa ser financiada pelos fluxos de caixa das operadoras de transporte. Embora seja preferível a utilização de capital privado no desenvolvimento da infraestrutura de recarga, o apoio governamental na forma de incentivos e regulamentação direcionados provavelmente será necessário até que melhorias na tecnologia e no modelo de negócios promovam vantagens generalizadas de TCO dos veículos elétricos a bateria em comparação aos veículos a combustão interna (ICE).

O setor de logística atenderá às expectativas de transporte seguro, acessível e ecologicamente correto de mercadorias e pessoas.

Acreditamos que a eletrificação é a tecnologia mais promissora para ampla adoção no momento em que este texto foi escrito. Considerando alguns dos desafios que uma transformação do setor, como a transição de veículos a combustão para veículos elétricos a bateria, acarreta, não é uma questão de "se", mas de "quando". Ao formularmos expectativas e políticas, é fundamental levar em consideração as preocupações das frotas e de outras partes interessadas para formular metas e cronogramas ambiciosos, porém realistas.

Sobre os autores: Dr. Walter Rentzsch é diretor, Dr. Wilfried G. Aulbur é sócio sênior e Giovanni Schelfi é sócio da Roland Berger, uma consultoria global de estratégia que regularmente fornece estudos sobre construção, agricultura e indústrias relacionadas para clientes. Seus clientes são fabricantes de equipamentos móveis, bem como fornecedores de motores e geração de energia.

Este artigo foi publicado originalmente na edição de maio de 2024 da Power Progress.