De transitie naar elektrisch bouwmaterieel gaat in fases, zo verwacht onderzoeker/expert Jeroen Janssen van ElaadNL. In dit blog geeft hij inzicht in de verschillende fases gezien vanuit het oogpunt van de fabrikant. Het dataonderzoeksteam van ElaadNL waar Jeroen deel van uitmaakt werkt momenteel aan een update van de Outlook over Zero Emissie (ZE) Bouwen. Deze wordt begin juli verwacht.
Er is een grote wens én noodzaak om zo snel mogelijk heel Nederland te elektrificeren. Mobiliteit is niet alleen een grote uitstoter van CO2 (18,6% in 2022 volgens het CBS), maar draagt ook bij aan stikstof- en fijnstofuitstoot. Daarnaast lijkt het op het eerste gezicht een sector die makkelijk te elektrificeren is. Kijk bijvoorbeeld naar de autofabrikant Tesla, die ging van 26 verkochte auto’s in Nederland in 2012, naar de best verkopende auto in 2023 met de Tesla Model Y (13758 stuks). Met alle kennis die opgedaan is in die tien jaar, moeten vrachtwagens en mobiele werktuigen zoals graafmachines, heftrucks en tractoren toch ook binnen een paar volledig elektrisch kunnen zijn? Waarom dat niet zo eenvoudig is als het lijkt, leg ik hier uit.
Hoewel we bij personenwagens in elk segment volwassen EVs zien, is dat bij mobiele werktuigen nog niet het geval. Kleinere apparaten zoals bijvoorbeeld minigravers zijn zeker ‘af fabriek’ al met volledige elektrisch aandrijving te kopen, maar voor het iets zwaardere materiaal is dat nog echt een uitdaging. Een deel van deze uitdaging komt door de huidige stand van de techniek: de energiedichtheid van batterijen is voor groter materieel (>56kW) vaak te laag om een volledige werkdag mee te kunnen werken zonder bijladen. De ontwikkeling hiervan gaat echter razendsnel. Dan is er nog een belangrijkere uitdaging: het ontwikkelen en seriematig bouwen van deze machines tegen acceptabele kosten. Aan de hand van drie fasen loop ik door de opschaling van productie en verkoop heen. Drie fasen die bijna zonder uitzondering door elke fabrikant van elk type machine of voertuig doorlopen gaat worden. In de tekst wordt gekozen voor ‘machine’, maar dit kun je ook vervangen voor ‘werktuig’ of ‘voertuig’.
Dit is hoe de wereld er nu uitziet: fabrikanten verdienen hun geld met het verkopen van machines op diesel (en soms lpg/benzine). Zoals in veel industrieën, is het een zeer competitieve wereld waar marges constant onder druk staan. Men ontwikkelt voortdurend, niet alleen omdat het moet vanwege emissie-eisen (implementatie van Euro 6 of Stage V motoren), maar ook omdat de markt steeds meer vraagt op het gebied van productiviteit, veiligheid en connectiviteit. De onder druk staande resources moeten nu ook ingezet gaan worden om een elektrische variant te bouwen. Dit betekent dat er een dieselmodel simpelweg omgebouwd wordt: de dieselmotor eruit en batterijen en elektromotor erin. Uiteraard met zoveel mogelijk gebruik van al bestaande componenten; het mag niet teveel kosten. Gelukkig kan er gebruik gemaakt worden van lessen uit bijvoorbeeld de auto-industrie en kunnen bestaande (laad)protocollen geïmplementeerd worden. De machine doorloopt zoveel mogelijk de standaard productielijn, maar wordt apart nog omgebouwd, het liefst nog voordat de verbrandingsmotor erin gaat natuurlijk. Je kunt je voorstellen dat deze manier van werken verre van efficiënt is.
Er zijn natuurlijk ook slimme marktpartijen in deze niche gedoken. Waar fabrikanten het moeten hebben van zoveel mogelijk aantallen, zijn nieuwe spelers veel wendbaarder om op (relatief) kleine schaal machines om te bouwen. Het is meestal makkelijker om een nieuw proces te beginnen, dan om bestaande, vaak logge, processen aan te passen.
Tijdens de opschaling en de marktgroei voor elektrische machines, maken fabrikanten meer ingenieurs vrij om te werken aan een nieuw model. Een nieuw model in deze fase betekent een machine die wordt ontwikkeld met zowel een dieselmotor, als een elektrische aandrijflijn als optie. Denk bijvoorbeeld bij personenwagens aan de Kia e-Niro en de VW e-Golf. Uiteraard worden componenten van een vorig model meegenomen, maar in principe hebben ingenieurs de vrijheid om beide aandrijflijnen zo goed mogelijk te integreren. Dit is niet eenvoudig: waar je bij een dieselmotor rekening moet houden met een motor, koeling, uitlaat + nabehandelingssystemen, brandstoftank, cardanas, assen, etc., is dat bij een elektrische variant een batterijpakket en een elektromotor. Deze onderdelen hebben niet dezelfde afmetingen. Het blijft dus compromissen sluiten, zoals op deze gebieden:
In deze fase is de elektrische variant nog een stuk duurder dan de dieselversie. Niet alleen vanwege een (nu nog) duur batterijpakket, maar ook omdat de schaalvoordelen van grote aantallen nog niet gehaald worden én omdat toeleveranciers ook nieuwe onderdelen moeten ontwikkelen. Het spreekt voor zich dat deze toeleveranciers hun investeringskosten willen terugverdienen en bij lage aantallen betekent dat flink hogere kosten!
Als er genoeg machines verkocht worden, komt er vanzelf een omslagpunt; fabrikanten bouwen geen machines uit liefdadigheid, maar om geld mee te verdienen. Dit betekent dat er meer focus komt op de (door)ontwikkeling. Een volgende grote stap is om vanaf het begin uit te gaan van een elektrische aandrijflijn. Dit geeft ontwerpers de vrijheid om keuzes te maken die de (kosten)efficiëntie in alle aspecten gaat verbeteren. De positie van componenten is optimaal, subsystemen zijn perfect afgesteld, software kan simpeler, productie kan eenvoudiger én worden opgeschaald, aantallen gaan omhoog en kosten daarom omlaag. Er hoeven tenslotte geen compromissen meer worden gesloten met een dieselmotor die in dezelfde machine moet passen!
De voorgaande drie stappen komen voor bij alle ‘traditionele’ fabrikanten van elektrische machines in de transitie. Uiteraard kunnen er nieuwe spelers op de markt komen die met een nieuw businessmodel gelijk bij stap 3 beginnen, zoals Tesla bij de personenwagens. De drie stappen leiden tot de volgende belangrijke punten: