Carrelli elevatori, un futuro al Litio (ma non per tutti)

Dalla rubrica Aspettando Intralogistica Italia. La tecnologia delle batterie al Litio applicata al settore dei carrelli elevatori è una delle innovazioni più importanti degli ultimi anni. Alcuni player di mercato ritengono di dover spingere su questa nuova tecnologia, visti i potenziali vantaggi in grado di apportare. Ci sono diversi fattori da tenere in considerazione e quindi non sempre, l’utilizzo di carrelli elevatori alimentati con batterie al Litio può portare a un vero valore aggiunto per l’utilizzatore finale, ma per il momento è importante conoscere tutti i vantaggi che il Litio può offrirci.

di Michele Strozzi

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17 mar 2021

In tutto il mondo stiamo assistendo a sempre più frequenti manifestazioni in favore della salvaguardia ambientale. E una grossa fetta di responsabilità spetta alle aziende a cui è demandato il compito, in ottemperanza alle mutate esigenze dei clienti, di entrare a far parte di una filiera di produzione realmente sostenibile, ottimizzando i processi produttivi, investendo in tecnologie all’avanguardia e puntando su una gestione digitalizzata della produzione.

Questa introduzione è essenziale per capire il contesto in cui si stanno muovendo i costruttori di carrelli elevatori, alle prese con una rapida evoluzione dei sistemi di alimentazione, condizionata da fattori normativi quali: la Direttiva Emissioni 97/68/CE - Nuovo Stage V – Regolamento UE 2016/1628, quella per Emissioni Sonore per macchine utilizzate all’esterno 2000/14/CE (in revisione con proposta di limiti più stringenti), la Direttiva Ecodesign 2009/125/CE – Progettazione Ecocompatibile, le Norme EN 16796 - Efficienza energetica dei carrelli industriali – Metodi di prova e le Restrizioni nazionalilocali sull’utilizzo dei motori diesel.

Il mercato dei carrelli elevatori

Sul mercato esiste una gran varietà di carrelli elevatori che si differenziano in base al sistema di trazione, alla posizione delle forche e al movimento eseguito.

Se escludiamo quella manuale, la trazione di un carrello elevatore può essere di due tipi: se elettrica possono essere impiegate batterie Piombo-Acido (ancora le più utilizzate), fuel cell a idrogeno e batterie al litio. Se endotermica, o a motore a scoppio: diesel, Gpl e metano.
In virtù della posizione delle forche i carrelli si dividono in: frontale (controbilanciato), laterale, trilaterale e quadrilaterale.

In carrelli elevatori possono poi essere retrattili, telescopici ecc. in base al movimento che compiono. Secondo i dati di Aisem (Associazione italiana sistemi di sollevamento, elevazione e movimentazione), quelli frontali, detti anche a contrappeso, sono i più diffusi nelle aziende, seguiti dai retrattili e dai carrelli magazzinieri impiegati perlopiù per operazioni di picking manuale. Il sistema di alimentazione più utilizzato è ancora oggi quello elettrico con batterie al Piombo-Acido (il 94% secondo i dati del 2018), seguito dal sistema elettrico con batterie al Litio (6%). All’ultimo posto, e in fase calante soprattutto per motivi normativi, ci sono i sistemi di alimentazione endotermici.

Con riferimento all’impiego dell’alimentazione elettrica è interessante osservare un’indagine a livello europeo riguardante i carrelli controbilanciati e quelli magazzinieri svolta dal Wits/Fem (World Industrial Truck Statistics/ European Federation of Materials Handling) che prende in considerazione il mercato dal 2006 a febbraio 2019.

Il sistema di alimentazione più utilizzato è ancora oggi quello elettrico con batterie al Piombo-Acido (il 94% secondo i dati del 2018), seguito dal sistema elettrico con batterie al Litio (6%).

Appare evidente che se a livello di volumi produttivi nel 2018 sono stati superati gli ordini degli anni d’oro 2006-2008, il mix di prodotti è decisamente cambiato. La richiesta di carrelli magazzinieri è aumentata, quella di controbilanciati elettrici è invece stabile. Sono fortemente calate le richieste di controbilanciati endotermici: segno di una tendenza verso il rinnovamento, con prodotti a minor impatto ambientale. Con riferimento al nostro Paese, i dati Aisem dicono che nel 2018 il mercato dei carrelli industriali è cresciuto del 7% rispetto al 2017, proseguendo il trend positivo degli ultimi 6 anni.
Nonostante la crescita dei due segmenti: elettrici, controbilanciati e magazzinieri, occorre sottolineare un rallentamento che ha colpito maggiormente i carrelli controbilanciati elettrici dove si è passati dal +19% del 2017 al +8% del 2018.

Secondo un sondaggio, compiuto dalla Liuc Business School, su un campione di circa 300 aziende manifatturiere e della logistica italiane, il 90% dei rispondenti utilizza carrelli alimentati con batterie tradizionali al Piombo-Acido. Il dato significativo è che il 10% delle aziende utilizza esclusivamente carrelli con batterie al Litio. Chi ha optato per questa scelta si giustifica evidenziando il ridotto numero di manutenzioni (ogni 6-12 mesi), migliori prestazioni, ricarica in locali non areati (il che non li sottopone all’obbligo di dedicare aree dedicate per la ricarica) e in qualsiasi tempo morto di utilizzo.

Queste sono anche le motivazioni che potrebbero spingere alcune aziende a investire in carrelli elettrici alimentati al Litio. A frenare questa possibile scelta, oltre al costo iniziale elevato, c’è ancora l’incertezza legata ai costi di smaltimento a fine vita e la scarsa conoscenza della tecnologia, considerata ancora giovane.

Batterie al litio, sì o no

Note soprattutto per l’utilizzo in applicazioni elettroniche, gli accumulatori agli ioni di litio, o più semplicemente batterie al Litio, sono ricaricabili, caratterizzate da peso e dimensioni inferiori rispetto quelle tradizionali.

Data la loro velocità di ricarica e le caratteristiche del ciclo di carica delle batterie, è possibile usufruire dei cosiddetti “biberonaggi”, o cariche intermedie, che non sono invece sfruttabili nelle batterie al piombo-acido. In qualsiasi istante si può parcheggiare e ricaricare la batteria al Litio, anche parzialmente, gestendo la ricarica nelle pause e nei momenti di utilizzo del carrello, inoltre una sola batteria può coprire più turno di lavoro.

Se da un lato il costo iniziale di una batteria al Litio è 3-4 volte superiore a quella della tradizionale batteria al Piombo-Acido, dall’altro ha un numero di cicli di vita fino a tre volte superiori a parità di utilizzo del carrello.

Le batterie al Litio consentono di sfruttare il 95% circa dell’energia caricata senza compromettere le prestazioni quando il livello di carica è più basso, mentre con le batterie al Piombo-Acido è possibile sfruttare solo l’80%.

In qualsiasi istante si può parcheggiare e ricaricare la batteria al Litio, anche parzialmente, gestendo la ricarica nelle pause e nei momenti di utilizzo del carrello, inoltre una sola batteria può coprire più turno di lavoro.

A rendere ancora più breve il ritorno dell’investimento c’è la maggior velocità di ricarica delle batterie al Litio, pari a circa 30 minuti per il 50% di ricarica e 80 minuti per l’80%, inoltre non è richiesta una sala ricarica dotata di opportune cappe di aspirazione e di sistemi di ventilazione, dato che le batterie al Litio non emettono gas nocivi o pericolosi in atmosfera. Questo aspetto ha un’importanza rilevante alla luce della Direttiva Emissioni da Macchine Mobili non Stradali 97/68/CE.

La loro ricarica può avvenire anche in corsia, un vantaggio per i magazzini che spesso lavorano a ritmi intermittenti e che necessitano di riassegnare la sala ricarica ad altre attività. Per le batterie al Litio non è più richiesta l’operazione di cambio della batteria, che prevede personale addetto e attrezzatura specifica. Sono scongiurate esalazioni di gas nocive, a tutto vantaggio della sicurezza e della salute degli addetti del magazzino. E, al contrario delle batterie al Piombo-Acido, la batteria al Litio non necessita di rabbocchi periodici di acqua demineralizzata.

All’impiego dei carrelli elettrici, in particolare quelli alimentati con batterie al Litio, sono legate molte tendenze tecnologiche, gestionali e di marketing. Tra queste un ruolo predominante lo svolge Industria 4.0, un’esigenza sempre sentita da tutte quelle imprese che puntano ad aumentare la propria competitività attraverso l’implementazione di tecnologie IoT, dalle quali derivano altre importanti possibilità come, per esempio, la manutenzione predittiva, la guida automatica Agv, la gestione e il monitoraggio della flotta di carrelli ecc.

A fronte degli evidenti vantaggi, non tutti gli utilizzatori di carrelli elevatori sono intenzionati a investire sull’alimentazione elettrica con batterie al Litio ritenendola una tecnologia ancora troppo giovane e che presenta lacune applicative. Per questo motivo, la ricerca è attiva per migliorare costantemente le prestazioni di queste batterie per arrivare a impiegarle su carrelli fino a 14-16 t di portata.

Batterie e magazzini 4.0 per ottimizzare i processi

I carrelli elevatori elettrici sono diventati parte integrante del processo di digitalizzazione reso possibile dalla rivoluzione 4.0, fungendo anch’essi, se collegati a un sistema di gestione del parco, da dispositivi di raccolta dati.
Oltre ai classici parametri monitorati (ubicazione, stato di funzionamento meccanico, ore di utilizzo ecc.), si aprono oggi altre opportunità legate al monitoraggio delle batterie e dei relativi caricabatterie, grazie a sistemi integrati di gestione energetica.

Monitorare lo stato di conservazione delle batterie e dei caricabatterie consente di mantenerne a lungo le prestazioni e, di conseguenza, di avere tempi di funzionamento più lunghi riducendo la spesa di sostituzione a fine vita. Generalmente, i problemi più frequenti a cui sono sottoposte le batterie riguardano le eccessive temperature di esercizio, rabbocchi d'acqua carenti e caricabatterie poco efficienti. Per questo è necessario poter disporre di informazioni per consentire all’operatore di utilizzare nella maniera migliore le batterie del parco carrelli.

I sistemi disponibili oggi sul mercato consentono la raccolta di grandi quantità di dati in tempo reale direttamente dalle batterie e dai caricabatterie, generando avvisi, allarmi, resoconti e suggerimenti che permettono di ottimizzare i processi.

Il futuro è nelle batterie al litio?

Pare evidente che l’alimentazione endotermica, per i nuovi carrelli elevatori, è destinata a ridursi ulteriormente nei prossimi anni a favore dell’alimentazione elettrica. L’Italia, peraltro, con il 93% delle macchine in circolazione alimentate elettricamente, è tra i paesi europei più avanti in questo ambito.

Per quanto riguarda l’alimentazione elettrica, la parte del leone spetta alle classiche batterie al Piombo-Acido, sebbene la partita con le batterie agli ioni di Litio sia appena iniziata.

L’introduzione delle batterie al Litio in applicazioni differenti rappresenta un’innovazione radicale e, in quanto tale, solo negli ultimi anni è stata presa in considerazione dai costruttori di carrelli elevatori dopo attente valutazioni. Il passaggio da una tecnologia a un’altra, infatti, presuppone una serie di vantaggi che devono essere correttamente sfruttati.

I carrelli elevatori, alimentati con batterie al Piombo-Acido, prevedono il cosiddetto “cassone” che serve a contenere le batterie stesse, più ingombranti di quelle al Litio. I costruttori di carrelli, per ovviare al problema dell’ingombro hanno progettato macchine più compatte, in grado di contenere, distribuiti in varie tasche, i moduli che compongono la batteria al Litio. Questo cambio progettuale è stato fondamentale, perché ha implicato ridisegnare le linee di produzione, rivedere la supply chain dei vari fornitori e, non ultimo, un differente approccio al cliente che deve essere indirizzato verso la soluzione a lui più vantaggiosa.

«Nelle ultime edizioni delle principali fiere di settore, si è parlato molto di soluzioni al Litio per i carrelli elevatori» dice Giovanni Volpe, Country Manager Italy di Exide, «di fatto, i contratti quadro che abbiamo siglato per i prossimi tre anni per le forniture di batterie su carrelli elevatori sono sostanzialmente riferiti al Piombo-Acido. Ciò vuol dire che i produttori di carrelli sono molto attenti al cambiamento ma, attualmente, a livello produttivo puntano ancora su un’alimentazione più classica». Volpe prosegue spiegandone il motivo: «Uno dei motivi di questa scelta è che a fine vita della batteria al Piombo-Acido ai costi di smaltimento vanno sottratti i ricavi derivanti dal riciclo del Piombo. Per quanto riguarda il Litio, materiale non riciclabile, sono certi solo i costi di smaltimento. Questa è la ragione per cui i produttori di batterie e di carrelli nella loro quotazione inseriscono questi costi che prima o poi dovranno sostenere. E ciò si somma al costo della batteria al Litio che è circa tre volte superiore di quello di una batteria al Piombo-Acido».

L’Italia, peraltro, con il 93% delle macchine in circolazione alimentate elettricamente, è tra i paesi europei più avanti in questo ambito.

La spesa iniziale molto più alta potrebbe, quindi, essere un ostacolo alla diffusione delle batterie al Litio sui carrelli elevatori, considerando anche che esistono sul mercato batterie al Piombo-Acido di ultima generazione altrettanto “green” e dalle prestazioni molto elevate.

Concludendo, Giovanni Volpe, ci spiega il panorama italiano. «In Italia, in questo momento, ci sono ancora poche realtà disposte a investire solo ed esclusivamente sul Litio per poter dare ai costruttori di batterie e carrelli un’univoca direzione da seguire. Un discorso a parte va fatto per l’automazione e per alcune applicazioni nel cleaning per cui le batterie al Litio rappresentano certamente la soluzione ideale».

In ogni caso occorre prestare molta attenzione alla tipologia di applicazione prima di fornire la soluzione ideale a lungo termine.

Il maggior interesse verso le batterie al Litio è riscontrato per alcune tipologie di prodotti, quelli comunemente detti “da magazzino”, come transpallet elettrici, stoccatori e commissionatori retrattili. Una tendenza che secondo molti è destinata a crescere visto che il costo del kW/h con l’impiego di batterie al Litio sta calando in maniera importante.

Per Claudio Bortolotti, Sales Manager di Toyota Material Handling Italia, le opportunità offerte dall’utilizzo delle batterie al Litio sui carrelli elevatori possono aprire importanti opportunità di mercato. «Grazie alla modularità e alle dimensioni ridotte delle batterie al Litio c’è la possibilità di riprogettare il carrello riducendone l’ingombro, quindi, di studiare soluzioni prima impensabili» – prosegue poi Bortolotti – «Toyota crede molto in questa tecnologia tant’è che si attrezzata per diventare non solo acquirente, ma anche produttore di batterie agli ioni di Litio con una fabbrica dedicata situata in Svezia».

Gli fa eco Ciro Martone Product Manager di Toyota Material Handling Italia «La tecnologia scelta da Toyota per le proprie batterie è quella che dà il miglior rapporto peso/potenza, fino a 48V, con soluzioni modulari che ci permettono di esser più veloci ed efficaci in caso di guasto anche di una sola cella» – Martone prosegue poi parlando delle prospettive aziendali – «Questo ci dà maggiori prospettive future tenendo conto che alcuni produttori di carrelli tendono a montare le batterie al Litio nei vani delle batterie tradizionali. In Toyota i concetti costruttivi dei carrelli cambiamo completamente per sfruttare al meglio i vantaggi derivanti dall’impiego delle batterie al Litio a cominciare dalla loro maggiore leggerezza che si traduce in un minor consumo delle macchine, senza trascurare l’aspetto ecologico tenendo conto che mediamente la durata di una batteria al Litio è di circa tre volte superiore rispetto a una batteria Piombo-Acido. Ovviamente tutto questo va contestualizzato nell’applicazione, ovvero se il carrello viene impiegato su un singolo turno o su più turni».

«Grazie alla modularità e alle dimensioni ridotte delle batterie al Litio c’è la possibilità di riprogettare il carrello riducendone l’ingombro, quindi, di studiare soluzioni prima impensabili» (Claudio Bortolotti)

Per quanto riguarda il maggior investimento iniziale per l’utilizzatore finale Ciro Martone fa un discorso molto chiaro. «Innanzitutto, chiediamo al cliente se può fare i biberonaggi per le cariche intermedie, quindi capire qual è la necessità energetica giornaliera della macchina. In questo caso si può optare per batterie più piccole e meno costose, investendo qualcosa di più sul caricabatterie per potenze elevate» Prosegue il Sales Manager di Toyota Material Handling Italia: «Fatta questa premessa, è vero che l’investimento iniziale è comunque superiore, ma occorre valutare la vita utile della macchina perché una batteria al Litio, a seconda delle applicazioni, può durare fino a 7 anni contro i 5 di una batteria al Piombo, di conseguenza si allunga anche la durata operativa della macchina». Bortolotti si esprime anche sulla questione sicurezza: «Sul fronte della sicurezza, le norme europee ci impongono di costruire queste batterie con sistemi ridondanti di controllo dei principali parametri che sono tensione, corrente e temperatura. Quindi, il rischio di incendio delle batterie al Litio, che è il timore più grande che ha il cliente è molto remoto e comunque non superiore alle batterie al Piombo».

Per elencare, insomma, i vantaggi più evidenti delle batterie agli ioni di Litio: sono più leggere, durano più a lungo, richiedono poca manutenzione e necessitano di pochi minuti per la ricarica. Per quest’ultima operazione servono appositi caricabatterie in grado di accettare correnti fino a 250-300 A, non sostenibili per una comune batteria al Piombo-Acido che si danneggerebbe. Tra le aziende più importanti nella produzione di sistemi innovativi e su misura per la carica delle batterie da trazione nell'intralogistica c’è sicuramente la multinazionale austriaca Fronius.

Una questione normativa ancora aperta

Davide Miotello, National Sales Manager per l’Italia, porta il discorso dell’utilizzo delle batterie al Litio sul terreno impervio delle normative che, a suo avviso, non sono di supporto ai produttori di carrelli, batterie e caricabatterie. «Trattandosi di una tecnologia ancora di nicchia, sebbene in costante crescita, a livello normativo vige ancora troppa confusione. Parlando di after market, con la batteria al Piombo-Acido si ha sempre la certezza di rimanere all’interno di determinati parametri di sicurezza, con gli ioni di Litio questa certezza non esiste, non perché non sia possibile a livello operativo, ma solo perché a livello normativo ci sono leggi che contrastano con altre» prosegue Miotello, «l’esigenza di una maggior chiarezza normativa è sentita da tutte le aziende coinvolte, per questo, in sede Aisem spingiamo affinché ci sia presto un adeguamento di una parte del sistema normativo a questa nuova tecnologia».

Il National Sales Manager per l’Italia mette in luce anche i paradossi all’interno del paese: «Basti pensare che oggi l’istallazione di una batteria al Litio è a totale discrezione dei Vigili del Fuoco, il cui parere può differire da regione a regione anche per la stessa azienda che può avere filiali sparse ovunque che fanno la medesima attività. Tale caos può avere delle ripercussioni negative sulla diffusione delle batterie al Litio sui carrelli elevatori. Nonostante questo, Fronius investe costantemente in Ricerca e Sviluppo per quanto riguarda la tecnologia al Litio e presto introdurrà sul mercato il proprio Energy Package che include batteria al Litio e relativo caricabatteria».

Su quanto convenga per un’azienda passare a una flotta di carrelli alimentati con batterie al Litio, anche Davide Miotello conviene sul fatto che dipende dal tipo di applicazione e sull’impiego che viene fatto delle macchine. «Fermo restando i benefici che si possono ottenere impiegando macchine più compatte e che consumano meno energia, dal punto di vista tecnico ci devono essere dei reali vantaggi operativi per cui un cliente decida di passare dal Piombo-Acido agli ioni di Litio perché ciò significa non solo investire in nuove e più costose tecnologie, ma anche riadattare l’impianto elettrico».

«L’esigenza di una maggior chiarezza normativa è sentita da tutte le aziende coinvolte, per questo, in sede Aisem spingiamo affinché ci sia presto un adeguamento di una parte del sistema normativo a questa nuova tecnologia» (Davide Miotello)

Dalle parole di Miotello può sorgere il dubbio che il Litio rappresenti più una moda che una vera necessità del mercato. Ciò che è certo è che allo stato attuale delle cose è difficile poter dire che questa sarà la tecnologia del futuro, come afferma Loreno Leri, Head of Marketing di Still in Italia.

«Non sarà un passaggio che coinvolgerà senza distinzione tutti i carrelli elevatori, ma tutto dipenderà dai settori applicativi valutando la convenienza di caso in caso. In questo senso la consulenza al cliente di noi costruttori di carrelli sarà sempre più importante, cercando di capire preliminarmente quale potrebbe essere la soluzione a lui più congeniale, valutando l’intero ciclo di lavoro». Prosegue poi Loreno Leri: «In ogni caso i vantaggi derivanti dall’utilizzo delle batterie al Litio sono evidenti a cominciare dal fatto che non occorre fare il cambio batteria potendo fare delle ricariche intermedie. Cosa non di poco conto è poi il fatto che le aziende non sono più obbligate ad avere delle sale di ricarica, poiché le batterie al Litio, non emettendo nell’aria nessun gas, possono essere ricaricate ovunque».

Va inoltre sottolineato che le batterie al litio non sono l’unica alternativa alle batterie al Piombo-Acido, essendo presenti sul mercato altre tecnologie quali per esempio la Vrls Tppl (Thin Plate Pure Lead), costituita da piastre ultrasottili al piombo puro. Questa caratteristica costruttiva comporta una resistenza interna molto bassa e una tensione di esercizio più elevata rispetto alle tradizionali batterie ad acido libero.

Spiega Martin Walsh, Senior Product Manager Mp & Rp Emea: «Le caratteristiche fisiche della piastra risultano in un'ottima capacità di accettazione di cariche molto rapide e nella possibilità di lavorare in stato di carica parziale, praticamente annullando l'effetto memoria» Martin Walsh prosegue illustrando i progetti dell’azienda: «EnerSys ha investito ulteriormente nella tecnologia Tppl, creando un’ulteriore soluzione che si basa sull’aggiunta di carbonio nella formulazione del materiale attivo. Ciò riduce la solfatazione della piastra negativa e aumenta la superficie e la porosità. Riduce la resistenza interna e aumenta l'accettazione della carica. Questa batteria Tppl+Carbon, ha le stesse caratteristiche del Tppl tradizionale con ulteriori vantaggi significativi, in particolare la ricarica ultraveloce e le eccezionali prestazioni in bicicletta PSoC».

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