IDTechEx Finds Electric Haul Trucks to Become a US$15 Billion Industry

Electric haul trucks will be key to achieving meaningful emissions reduction in the mining industry and assisting mining companies to meet their sustainability objectives. Haul trucks make up almost a quarter of the global mining vehicle population but are by far the largest and most emitting vehicles, contributing to over 90% of vehicular emissions in mining or over 174 megatonnes of CO2 annually. Electrification of these vehicles is steadily progressing at a rate that is drawing the attention of key players across the industry, including mining companies, OEMs, and battery suppliers. IDTechEx’s new report, “Electric Vehicles in Mining 2024-2044: Technologies, Players, and Forecasts”, explores the facets drawing key stakeholders into the space, why electric haul trucks are expected to be a success, and what is still needed as part of the electric transition.

Compared to other mining vehicles, and especially to on-highway vehicle segments, haul truck electrification is still in its nascent stages. Only one or two electric haul trucks have been made per year, and only in 2023 did the total number of these vehicles tip into the double digits. The majority of these have been prototypes and testing models developed by the mining companies themselves and independent retrofitters instead of OEMs. They repurpose existing diesel machines to install batteries or fuel cells for zero-emission operation. First Mode and WAE have been the two most active players in this area and are expanding their retrofitting capacities in the near term.

More recently, major mining OEMs have moved into the electric haul truck space, seeking to develop and commercialize electric models of their existing vehicles in-house. This includes the two largest mining OEMs globally, Caterpillar and Komatsu. Caterpillar has built the 793 Electric prototype, currently in testing and with aims for commercialization by 2027. Komatsu is at a similar stage of development with its 830E electric, aiming for production pre-2030.

What can electric haul trucks offer?

The ramp-up in interest from OEMs in electric haul trucks can be attributed to the rising demand from mining companies. Many of the world’s largest miners have signed agreements with retrofitters and now OEMs for the supply of EV haul trucks when the technology is commercially available. These companies are increasingly realizing that not only are electric haul trucks greener and provide safer working conditions, but they can also generate huge savings in total cost of ownership.

The biggest chunk of the total cost of ownership savings comes from replacing diesel with much cheaper electricity. Haul trucks have the most intensive duty cycles of any vehicle in a mine, working 20-hour days on average and consuming massive amounts of diesel in the process. Any cost reductions will, therefore, compound greatly through the truck’s 10-year lifetime. A single 150-tonne haul truck can save over US$5.5 million in energy costs alone. This is widely applicable across all vehicle weights, with heavier trucks providing even greater upside, highlighting the potential savings that can be generated when an entire fleet of haul trucks is electrified.

Energy costs for diesel and electric haul trucks of various sizes. Source: IDTechEx

Regardless of the costs that can be saved, electric haul trucks will come at a premium. Haul truck batteries are large and expensive and will need multiple replacements within a 10-year window. The question remains: will energy savings be sufficient to overturn the premiums paid for batteries?

The large batteries needed for electric haul trucks have perhaps been the largest technological and financial bottlenecks inhibiting their adoption, but they are now sufficiently developed and competitively priced for wider use. These batteries regularly exceed 1 MWh, with the largest ones approaching 2 MWh. IDTechEx has collated a database of all existing EV haul truck models, showing that current vehicle runtimes remain under 6 hours on a single charge. For a 150-tonne haul truck to operate for this duration, it will require a battery pack of over 1700 kWh and cost over US$500 thousand.

Energy savings will comfortably exceed the added cost of a single battery. However, IDTechEx expects electric haul trucks will need an additional five battery replacements per vehicle on average, costing an extra US$2.6 million.

More cost factors also play into the total cost of ownership of electric haul trucks. On average, a 150-tonne truck will be able to save around US$340 thousand in maintenance costs in its lifetime. However, an electric driveline is needed for US$70 thousand, plus the labor of retrofitting which IDTechEx estimates at US$360 thousand. While these are relevant and substantial costs, they pale in comparison to the amounts spent on diesel or batteries and are not the key determinants in haul truck economics.

Altogether, despite multiple expensive battery replacements, total ownership costs are strongly in favor of electrification. Mining companies will be able to save nearly US$2.5 million per haul truck electrified, and trucks will break even on their added CAPEX in under 3 years. Given that the volumes of electric haul trucks are still so small, there is plenty of room for the cost of batteries to fall below the US$300/kWh estimate by IDTechEx. Simultaneously, the frequency of battery replacements will decrease as cycle life improves. As these happen, the financial advantages of electric haul trucks over diesel ones will become even more significant.

Total costs of ownership for diesel and electric haul trucks. Source: IDTechEx        

What do EVs still need?

If electric haul trucks are so financially attractive, why are they not yet widespread? First and most importantly, batteries require size and endurance that are in line with the demands of haul truck duty cycles while still maintaining relative affordability. This aspect has only recently been achievable from battery suppliers such as CATL, ABB, and Northvolt, and the industry is now expanding in response. Development of haul truck batteries is in its infancy – a wide range of designs and chemistries are currently being employed to meet performance demands, and there is yet to be an industry-wide consensus.

Productivity is another sticking point in the adoption of electric haul trucks. Currently, it is impossible for an electric truck to match the uptime of diesel. Where a diesel truck only needs 10 minutes a day to refuel, EVs need to be charged multiple times a day for two to three hours in total. Mining companies will not be willing to adopt a technology if it means sacrificing the productivity and output of their operations.

Electric haul trucks can be over 10% more efficient than diesel trucks (through a combination of higher speeds and less maintenance time), which goes some way to minimizing the impact of electrification on productivity. Still, OEMs are looking to eliminate any impact entirely by extending battery runtimes as much as possible and by bringing in faster charging methods.

Charging is an obstacle for electric haul trucks in its own right. To maintain the productivity that mining companies demand, haul trucks need to be charged at rates of 1 to 3C. High charging rates can compromise the cycle life of batteries, which would necessitate more frequent battery replacements. It remains to be seen if a wide array of battery technologies from various suppliers will be able to be consistently charged at such high rates.

This will also come with an incredibly high energy requirement. To charge a 1700 kWh battery at 3C will require a 5 MW+ connection, equal to the output of two off-shore wind turbines! Charging at such rates would demand dedicated power plants and considerable upgrades to local power infrastructure at great expense to mines. Given that premiums for electric haul trucks are still high, mines might not be willing or able to afford the layout for vehicles and infrastructure together. However, IDTechEx expects that through the financial appeal of EV haul trucks and the wider electrification of mining vehicles and operations, that mines will increasingly implement this infrastructure.

OEMs are committing to electric haul trucks in their long-term strategic visions and mining companies have shown willingness to adopt them at the soonest opportunity. The total cost of ownership benefits that they provide are too significant to ignore, and the continued development of batteries and chargers will negate many of the questions currently asked of these vehicles. Electric haul trucks are cheaper to operate, more productive, and far more environmentally friendly, making them the clear winner for the future of the mining industry.

The IDTechEx report, “Electric Vehicles in Mining 2024-2044: Technologies, Players, and Forecasts”, provides deeper analyses and quantification of these key cost factors in electrification, as well as integral players across the electric haul truck supply chain. It finds that electric haul trucks are on the cusp of significant growth, predicted to be a US$15 billion industry by 2044.

To find out more about this IDTechEx report, including downloadable sample pages, please visit www.IDTechEx.com/EVMining.

For the full portfolio of electric vehicle market research from IDTechEx, please see www.IDTechEx.com/Research/EV.

Author: Pranav Jaswani, Technology Analyst at IDTechEx/Lucy Rogers/Press consultancy

IDTechEx descobre que caminhões elétricos se tornarão uma indústria de US$ 15 bilhões

Os caminhões elétricos serão fundamentais para alcançar uma redução significativa das emissões na indústria mineira e ajudar as empresas mineiras a cumprir os seus objetivos de sustentabilidade. Os caminhões de transporte representam quase um quarto da população global de veículos de mineração, mas são de longe os maiores e mais emissores veículos, contribuindo com mais de 90% das emissões veiculares na mineração ou com mais de 174 megatoneladas de CO2 anualmente. A eletrificação destes veículos está a progredir de forma constante a um ritmo que chama a atenção dos principais intervenientes em toda a indústria, incluindo empresas mineiras, OEMs e fornecedores de baterias. O novo relatório da IDTechEx, “Veículos elétricos na mineração 2024-2044: tecnologias, jogadores e previsões”, explora as facetas que atraem as principais partes interessadas para o espaço, por que se espera que os caminhões de transporte elétricos sejam um sucesso e o que ainda é necessário como parte de a transição elétrica.

Em comparação com outros veículos de mineração, e especialmente com segmentos de veículos rodoviários, a eletrificação de caminhões de transporte ainda está em seus estágios iniciais. Apenas um ou dois caminhões de transporte elétricos foram fabricados por ano, e somente em 2023 o número total desses veículos atingiu a casa dos dois dígitos. A maioria deles foram protótipos e modelos de teste desenvolvidos pelas próprias empresas de mineração e por retrofitters independentes, em vez de OEMs. Eles reaproveitam máquinas a diesel existentes para instalar baterias ou células de combustível para operação com emissão zero. A First Mode e a WAE têm sido os dois intervenientes mais ativos nesta área e estão a expandir as suas capacidades de modernização no curto prazo.

Mais recentemente, os principais OEMs de mineração migraram para o espaço dos caminhões de transporte elétricos, buscando desenvolver e comercializar internamente modelos elétricos de seus veículos existentes. Isto inclui os dois maiores OEMs de mineração do mundo, Caterpillar e Komatsu. A Caterpillar construiu o protótipo 793 Electric, atualmente em testes e com previsão de comercialização até 2027. A Komatsu está em um estágio semelhante de desenvolvimento com seu 830E elétrico, com previsão de produção antes de 2030.

O que os caminhões elétricos podem oferecer?

O aumento do interesse dos OEMs em caminhões elétricos pode ser atribuído à crescente procura por parte das empresas mineiras. Muitas das maiores mineradoras do mundo assinaram acordos com retrofitters e agora com OEMs para o fornecimento de caminhões de transporte EV quando a tecnologia estiver disponível comercialmente. Estas empresas estão cada vez mais a perceber que os caminhões de transporte elétricos não só são mais ecológicos e proporcionam condições de trabalho mais seguras, como também podem gerar enormes poupanças no custo total de propriedade.

A maior parte da economia no custo total de propriedade vem da substituição do diesel por eletricidade muito mais barata. Os caminhões de transporte têm os ciclos de trabalho mais intensivos de qualquer veículo em uma mina, trabalhando em média 20 horas por dia e consumindo enormes quantidades de diesel no processo. Quaisquer reduções de custos irão, portanto, aumentar significativamente ao longo da vida útil de 10 anos do caminhão. Um único caminhão de transporte de 150 toneladas pode economizar mais de US$ 5,5 milhões somente em custos de energia. Isto é amplamente aplicável a todos os pesos de veículos, com caminhões mais pesados ​​a proporcionar vantagens ainda maiores, destacando as poupanças potenciais que podem ser geradas quando uma frota inteira de caminhões de transporte é eletrificada.

Custos de energia para caminhões de transporte a diesel e elétricos de vários tamanhos. Fonte: IDTechEx

Independentemente dos custos que podem ser economizados, os caminhões de transporte elétricos terão um valor premium. As baterias dos caminhões de transporte são grandes e caras e precisarão de várias substituições em um período de 10 anos. A questão permanece: serão as poupanças de energia suficientes para anular os prêmios pagos pelas baterias?

As grandes baterias necessárias para os caminhões elétricos de transporte têm sido talvez os maiores estrangulamentos tecnológicos e financeiros que inibem a sua adoção, mas estão agora suficientemente desenvolvidas e com preços competitivos para uma utilização mais ampla. Estas baterias excedem regularmente 1 MWh, com as maiores aproximando-se dos 2 MWh. A IDTechEx compilou um banco de dados de todos os modelos de caminhões de transporte EV existentes, mostrando que a autonomia atual dos veículos permanece inferior a 6 horas com uma única carga. Para que um caminhão de transporte de 150 toneladas opere durante esse período, será necessária uma bateria de mais de 1.700 kWh e custará mais de US$ 500 mil.

A poupança de energia excederá confortavelmente o custo adicional de uma única bateria. No entanto, a IDTechEx espera que os caminhões de transporte elétricos precisem, em média, de cinco substituições adicionais de bateria por veículo, custando US$ 2,6 milhões extras.

Mais fatores de custo também influenciam o custo total de propriedade de caminhões de transporte elétricos. Em média, um caminhão de 150 toneladas poderá economizar cerca de US$ 340 mil em custos de manutenção durante sua vida útil. Porém, é necessária uma transmissão elétrica por US$ 70 mil, mais a mão de obra de retrofit que a IDTechEx estima em US$ 360 mil. Embora estes sejam custos relevantes e substanciais, são insignificantes em comparação com os montantes gastos em gasóleo ou baterias e não são os principais determinantes na economia dos caminhões de transporte.

No total, apesar das múltiplas substituições dispendiosas de baterias, os custos totais de propriedade são fortemente a favor da eletrificação. As empresas de mineração poderão economizar quase US$ 2,5 milhões por caminhão de transporte eletrificado, e os caminhões atingirão o ponto de equilíbrio em seu CAPEX adicional em menos de 3 anos. Dado que os volumes de caminhões elétricos ainda são tão pequenos, há muito espaço para que o custo das baterias caia abaixo da estimativa de 300 dólares/kWh da IDTechEx. Simultaneamente, a frequência de substituições de baterias diminuirá à medida que o ciclo de vida melhora. À medida que isso acontecer, as vantagens financeiras dos caminhões elétricos em relação aos diesel tornar-se-ão ainda mais significativas.

Custos totais de propriedade para caminhões de transporte a diesel e elétricos. Fonte: IDTechEx

O que os EVs ainda precisam?

Se os caminhões elétricos são tão atrativos financeiramente, por que ainda não estão difundidos? Em primeiro lugar e mais importante, as baterias requerem tamanho e resistência que estejam em linha com as exigências dos ciclos de trabalho dos caminhões de transporte, mantendo ao mesmo tempo uma relativa acessibilidade. Este aspecto só recentemente foi alcançado por fornecedores de baterias como CATL, ABB e Northvolt, e a indústria está agora a expandir-se em resposta. O desenvolvimento de baterias para caminhões de transporte está em sua infância – uma ampla gama de designs e produtos químicos estão sendo empregados atualmente para atender às demandas de desempenho, e ainda não há um consenso em todo o setor.

A produtividade é outro ponto de discórdia na adoção de caminhões de transporte elétricos. Atualmente, é impossível para um caminhão elétrico igualar o tempo de atividade do diesel. Enquanto um caminhão a diesel necessita apenas de 10 minutos por dia para reabastecer, os VE precisam de ser carregados várias vezes ao dia durante duas a três horas no total. As empresas mineiras não estarão dispostas a adotar uma tecnologia se isso significar sacrificar a produtividade e os resultados das suas operações.

Os caminhões de transporte elétricos podem ser 10% mais eficientes do que os caminhões a diesel (através de uma combinação de velocidades mais elevadas e menos tempo de manutenção), o que de certa forma contribui para minimizar o impacto da eletrificação na produtividade. Ainda assim, os OEMs procuram eliminar totalmente qualquer impacto, prolongando ao máximo a duração da bateria e introduzindo métodos de carregamento mais rápidos.

O carregamento é um obstáculo para os caminhões de transporte elétricos por si só. Para manter a produtividade que as empresas mineiras exigem, os caminhões de transporte precisam de ser cobrados a taxas de 1 a 3C. Altas taxas de carregamento podem comprometer o ciclo de vida das baterias, o que exigiria substituições mais frequentes das baterias. Resta saber se uma ampla gama de tecnologias de baterias de vários fornecedores conseguirá ser carregada de forma consistente a taxas tão elevadas.

Isso também acarretará uma necessidade de energia incrivelmente alta. Para carregar uma bateria de 1700 kWh a 3C será necessária uma ligação de 5 MW+, igual à produção de duas turbinas eólicas offshore! A cobrança a tais taxas exigiria centrais elétricas dedicadas e melhorias consideráveis ​​na infra-estrutura energética local, com grandes custos para as minas. Dado que os prêmios para caminhões de transporte elétricos ainda são elevados, as minas podem não estar dispostas ou não ser capazes de arcar com o layout dos veículos e da infra-estrutura em conjunto. No entanto, a IDTechEx espera que, através do apelo financeiro dos caminhões de transporte de veículos elétricos e da eletrificação mais ampla dos veículos e operações mineiras, as minas implementem cada vez mais esta infra-estrutura.

Os OEMs estão se comprometendo com caminhões de transporte elétricos em suas visões estratégicas de longo prazo e as empresas de mineração demonstraram disposição para adotá-los o mais rápido possível. Os benefícios do custo total de propriedade que eles proporcionam são demasiado significativos para serem ignorados, e o desenvolvimento contínuo de baterias e carregadores irá negar muitas das questões atualmente colocadas a estes veículos. Os caminhões de transporte elétricos são mais baratos de operar, mais produtivos e muito mais ecológicos, o que os torna os vencedores claros para o futuro da indústria mineira.

O relatório IDTechEx, “Veículos Elétricos na Mineração 2024-2044: Tecnologias, Participantes e Previsões”, fornece análises e quantificações mais profundas desses principais fatores de custo na eletrificação, bem como participantes integrais em toda a cadeia de fornecimento de caminhões de transporte elétricos. Constata que os caminhões elétricos estão à beira de um crescimento significativo, prevendo-se que representem uma indústria de 15 mil milhões de dólares até 2044.

Para saber mais sobre este relatório IDTechEx, incluindo páginas de amostra para download, visite www.IDTechEx.com/EVMining.

Para o portfólio completo de pesquisas de mercado de veículos elétricos da IDTechEx, consulte www.IDTechEx.com/Research/EV.

Autor: Pranav Jaswani, analista de tecnologia da IDTechEx/Lucy Rogers/Asimp