Introduzione

Le operazioni di estrazione mineraria a lungo affidate a camion, escavatori e caricatori per spostare volumi di sovraccarico e minerale. I macchinari diesel offrono un'alta densità di energia, la disponibilità di carburante nelle sedi remote e un comprovato record di tracciamento operativo. Tuttavia, l'industria mineraria deve affrontare la pressione di montaggio per ridurre le emissioni di gas serra, rispettare gli standard di qualità dell'aria più rigorosi, e ridurre i costi operativi a prezzi di carburante volatili.

Considerazioni economiche

Il caso economico per la sostituzione di apparecchiature diesel con alternative elettriche che si basano su un trade-off tra un investimento iniziale più elevato e costi operativi inferiori a vita. Un modello completo di costo-di-proprietà (TCO) deve tener conto del prezzo di acquisto, degli aggiornamenti infrastrutturali, del consumo energetico, della manutenzione e della longevità delle attrezzature.

Investimenti iniziali

Un camion a batteria-elettrico di trasporto, per esempio, può costare 4–6 milioni di dollari rispetto a $3–4 milioni per una versione diesel di capacità simile. Questo premio riflette il costo di grandi batterie, sistemi di azionamento elettrico e di elettronica di potenza avanzata. Inoltre, l'infrastruttura di ricarica necessaria per sostenere una flotta di macchine elettriche rappresenta una spesa significativa di capitale.

Costi operativi

I costi di funzionamento per le apparecchiature elettriche sono generalmente inferiori a diverse categorie. I costi di carburante sono la differenza più evidente: i prezzi di energia per chilowatt-hour sono generalmente da 30 a 50 per cento più economici rispetto al diesel su base elettrica-equivalente, a seconda della posizione e della miscela di rete.

Costo totale di proprietà

L'analisi TCO che incorpora questi fattori mostra che le apparecchiature elettriche possono rompere anche in 3-6 anni per molte operazioni di estrazione mineraria, assumendo tassi di utilizzo moderati. I siti con lunghe e alte vie di trasporto di salita beneficiano di maggior parte del recupero energetico rigenerativo frenante. Le operazioni di risanamento o di discesa possono vedere un periodo di rimborso più lungo perché il risparmio energetico è più piccolo.

Incentivi e Finanziamenti

In Stati Uniti, il Inflation Reduction Act offre crediti fiscali per alcuni veicoli a emissioni zero e infrastrutture di ricarica, applicabili alle operazioni minerarie in condizioni specifiche. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti d'America Crediti fiscali per veicoli elettrici]] può ridurre i costi correnti fino al 30 per cento per le attrezzature ammissibili.

Benefici ambientali e sanitari

Il caso ambientale per l'elettrificazione delle apparecchiature per l'estrazione delle strisce è semplice: emissioni zero di coda, che offrono benefici a livello globale e miglioramenti della qualità dell'aria locale.

Riduzioni delle emissioni

Un unico grande camion diesel di trasporto può emettere 200–300 tonnellate di CO2 all'anno, insieme con azoto oxide diesel (NOx), particolato materia (PM), e gli ossidi di zolfo (SOx).

Conformità regolamentare

Le operazioni di estrazione mineraria devono essere conformi alle normative in materia di emissioni gasolio. Il governo federale del Canada sta facendo riferimento ai mandati di veicoli a emissioni zero per le apparecchiature off-road. L’Unione europea ETS e il meccanismo di regolazione del carbonio devono penalizzare indirettamente l’uso di carburante diesel nelle miniere.

Salute e sicurezza dei lavoratori

I lavoratori a banda larga sono esposti ad alte concentrazioni di materia particolata, NOx e idrocarburi non bruciati, in particolare nei box in cui la ventilazione naturale è scarsa. Ridurre o eliminare queste emissioni riduce significativamente il rischio di cancro ai polmoni, malattie polmonari ostruttive croniche e malattie cardiovascolari.

Sfide tecniche e infrastrutture

Nonostante i vantaggi che ne derivano, il passaggio all'attrezzatura elettrica introduce notevoli ostacoli tecnici, l'ambiente minerario, la rimozione, la polvere, il caldo e soggetto a carichi estremi, pone le richieste di batterie e sistemi di ricarica che differiscono dalle applicazioni on-road.

Infrastrutture di ricarica

Le operazioni di estrazione mineraria coprono in genere centinaia di acri, con le attrezzature che si muovono dinamicamente tra le facce di carico, le discariche e le scorte. Le stazioni di ricarica fissa possono creare colli di bottiglia se l'attrezzatura deve viaggiare a lunghe distanze per ricaricare.

Alimentazione e capacità di macinazione

Anche se si possono installare infrastrutture di ricarica, le esigenze di potenza di una miniera completamente elettrica sono immense. Una flotta di 20 camion di trasporto batteria-elettrico, ogni disegno 1 MW durante la ricarica rapida, potrebbe richiedere 20 MW di energia istantanea - equivalente a una piccola città. Molti siti minerari sono lontani da robusti connessioni di rete.

Tecnologia e prestazioni della batteria

Le batterie agli ioni di litio attuali offrono densità di energia di 150–250 Wh/kg, adeguate per molte applicazioni minerarie, ma molto al di sotto della densità energetica del diesel (12000 Wh/kg su base chimica), ciò significa che le batterie sono grandi e pesanti.

Adeguamenti operativi

Il trasferimento da diesel a cambiamenti elettrici cambia modelli di turno, programmi di manutenzione e comportamento dell'operatore. Il carico richiede 30 minuti a 2 ore a seconda del livello di potenza e della capacità della batteria, che richiedono un coordinamento attento con cambiamenti di turno e interruzioni dei pasti. Gli operatori hanno bisogno di formazione su frenata rigenerativa, monitoraggio dello stato di carica, e evitando gli scarichi profondi.

Esempi di studi e di industria

In Canada, la miniera di potassa di BHP ha intenzione di utilizzare camion interrati all-elettrici, ma i principi simili si applicano alle operazioni di superficie. In Australia, Fortescue Metals Group ha testato un camion di trasporto elettrico a batteria nella sua miniera di ferro di Natale Creek, che riporta 15-20 per cento costi operativi inferiori per tonnellata rispetto al diesel.

Conclusioni

La sostituzione di apparecchiature diesel con alternative elettriche nelle miniere di strip offre vantaggi economici, ambientali e di sicurezza significativi. L'attrezzatura elettrica riduce tipicamente i costi di carburante e manutenzione, riduce le emissioni di gas serra a quasi zero, e migliora la salute dei lavoratori eliminando l'esposizione agli scarichi diesel. Tuttavia, questi vantaggi sono dotati di un sostanziale investimento upfront in attrezzature e infrastrutture di ricarica, nonché di sfide tecniche relative all'alimentazione, alle prestazioni di batteria e all'adattamento operativo.