توسعه فناوریهای شارژ در صنعت معدن
فناوریهای نوآورانه شارژ، سرعتدهنده برقرسانی به صنعت معدن در سطح جهانی هستند، اما قابلیت همکاری همچنان یک نقطه چالشبرانگیز باقی مانده است.
بخش عمدهای از آینده برقرسانی صنعت معدن به پیشرفتها در فناوریهای شارژ وابسته است. توسعه در راهحلهای شارژ سریع، پویا و ترکیبی، وسایل نقلیه الکتریکی باتریدار (BEV) را به پدیدهای فزاینده آشنا در معادن زیرزمینی و سطحی تبدیل کرده است. تا سهماهه اول سال 2025، تقریباً 400 دستگاه BEV معدنی در سطح جهان در حال بهرهبرداری هستند. برای تامین انرژی این ناوگانها، شرکتهای بزرگ معدنی در حال بررسی فناوریهای شارژ نوآورانه برای افزایش بهرهوری عملیاتی و کاهش انتشار کربن هستند. با این حال، قابلیت همکاری در انواع وسایل نقلیه و زیرساختهای شارژ هنوز به مقیاس گسترده دست نیافته است. اگر راهحلهای شارژ استانداردسازی شوند، عملیات کاملاً برقرسانی شده در سراسر صنعت معدن جهانی میتواند به واقعیت بپیوندد.
راهحلهای شارژ سریع و پویا
با انتقال وسایل نقلیه معدنی از دیزل به برق، سرعت عملیاتی همچنان برای معدنکاران جهت دستیابی یا فراتر رفتن از اهداف تولید و جلوگیری از توقف داراییهای حیاتی، یک اولویت باقی میماند، نیازی که توسط شارژ سریع برآورده میشود.
Ben Ting، مدیر ارشد بازرگانیEchion Technologies، تایید میکند که معیار صنعت برای شارژ سریع، یک ساعت در طول یک روز 24 ساعته است. Echion یک شرکت جدا شده از University of Cambridge است و مواد آند مبتنی بر نیوبیوم را با حمایت سرمایهگذار استراتژیکCBMM، بزرگترین معدنکار نیوبیوم جهان، تامین میکند. تحقیقات نشان میدهد که شارژ سریع، که پرکاربردترین فناوری در معادن زیرزمینی است، با بهینهسازی زمانبندی دورههای شارژ، مانند زمان استراحت کارگران، بهبود بهرهوری را امکانپذیر میسازد.
با این حال، یک نقص در کارایی فناوری شارژ سریع این است کهBEVها معمولاً در طول فرآیند شارژ ثابت میمانند. Ting توضیح میدهدBEVهای فوقسنگین در معدن دارای باتریهایی به ارزش بیش از یک مگاواتساعت (MWh) هستند و آمادهسازی زیادی برای شارژ آنها لازم است، پارک کردن کامیون، آوردن یک کابل بزرگ، اتصال و قطع ایمن آن.» وی میافزاید: تمام این موارد در محیطهای پویای معدن، جایی که حرکت مداوم اهمیت دارد، بیش از حد طول میکشد.
یکی دیگر از روشهای رایج، تعویض باتری است که در آن یک باتری تخلیه شده با یک باتری کاملاً شارژ شده جایگزین میشود. با این حال، این روش همچنان به ایستگاههای اختصاصی و تراز دقیق پارک نیاز دارد.
اینجاست که شارژ پویا وارد میشود؛ شارژBEVها در حین عملیات. این امر معمولاً با اتصال کامیونها به یک کاتنری (سیم برق هوایی) انجام میشود که به گفتهTing، بهترین نوع آن در حال حاضر میتواند 6 تا 8 مگاواتساعت برق را تامین کند.
کارایی شارژ نیز بین اندازههای مختلفBEVها متفاوت است.Bruce Warner، مدیر بخش حملونقل جهانیHitachi Energy، اظهار داشت که فناوری شارژ برای وسایل نقلیه کوچکتر کاملاً بالغ است، اما برای کامیونهای بزرگتر زمان و سرمایهگذاری نیاز دارد تا به مرحلهای برسد که بتواند به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد»، و شارژ پویا را به عنوان یک راهحل امیدوارکننده ذکر کرد.
Nic Beutler، مدیر راهحلهای معدنی eMine جهانی درABB، میگوید: «در حالی که هزینههای اولیه سرمایه را نمیتوان نادیده گرفت، توجیه آنها آسانتر میشود.» وی میافزاید: ماژولار بودن و قابلیت مقیاسپذیری از مزایای نادیده گرفته شده است، زیرا معادن مجبور نخواهند بود همه چیز را یکباره تغییر دهند. آنها میتوانند کوچک شروع کنند، مفهوم را اثبات کنند و با برقرسانی ناوگان به تدریج مقیاس را افزایش دهند.
در واقع، راهحلهای شارژ نوظهور در حال حاضر ریسک سرمایهگذاری اولیه را به همراه دارند، اما تلاشهایی برای توسعه و استانداردسازی راهحلها برای برقرسانی کامل صنعت در جریان است.
قابلیت همکاری شارژ
یکی از موانع اصلی برای افزایش پذیرش در صنعت، عدم قابلیت همکاری بین فناوریهای شارژ، زیرساختها و انواع وسایل نقلیه است.
انجمنCharging Interface Initiative (CharIN)، که یک سیستم شارژ ترکیبی را به عنوان یک استاندارد جهانی برای وسایل نقلیه الکتریکی (EV) ترویج میکند، در خصوص این گلوگاه با International Council on Mining and Metals (ICMM) همکاری کرده است.
Daniela Soler، مدیر پروژه فنیCharIN، توضیح میدهد: «نتیجه یک نقشه راه روشن است که حول سه فناوری مکمل ساختار یافته است.» این فناوریها عبارتند از: Ruggedised Megawatt Charging System (R-MCS) برای شارژ استاتیک با توان بالا؛ Dynamic Charging Interface (DCI) که از شارژ در حین حرکت پشتیبانی میکند؛ و extreme Megawatt Charging System (X-MCS) که برای شارژ فوقسریع و مستقل از سازنده (OEM) برای کامیونهای باری بزرگ در نظر گرفته شده است.
به گفتهSoler، با این پیشرفتها، CharIN خودکارسازی، دوام و مقیاسپذیری» را هدف قرار داده است، اما قابلیت همکاری همچنان اولویت اصلی است. وی میگوید: ناوگانهای معدنی متنوع هستند، اغلب با تجهیزاتی از چندین OEM مختلف، که در سایتهای مختلف و در اقلیمهای متفاوت عمل میکنند. اگر هر OEM یا سایت به سیستم شارژ اختصاصی خود نیاز داشته باشد، هزینه، پیچیدگی و ریسک به شدت افزایش مییابد.
Bryony Clear Hill، مدیر نوآوریICMM، اضافه میکند که استانداردسازی از استقرار شارژرهای با توان بالا و سیستمهای انتقال انرژی پویا که برای وسایل نقلیه بزرگ معدنی ضروری هستند، به ویژه در محیطهای پر چالش، پشتیبانی میکند.
دیجیتالسازی بخش مهم دیگری است. همانطور که Beutler تاکید میکند: در حال حاضر، بسیاری از سیستمهای شارژ واکنشپذیر هستند، وصل کن، شارژ کن، سپس حرکت کن. آنچه مورد نیاز است، زیرساختهای هوشمندتر است که از زمانبندی ناوگان، بارهای شبکه برق و ترکیبی از منابع تامین، حتی با ورودیهای انرژی تجدیدپذیر، آگاه باشد.
با افزایش دسترسی معدنکاران به راهحلهای شارژ بیشتر، چه دیجیتال و چه فیزیکی، احتمال اشباع بازار بیشتر میشود. Ting معتقد است که استانداردسازی باید پس از آزمایش صورت گیرد. با وجود اینکه صنعت معدن به قطعیت سطح بالا تمایل دارد، رویکردهای مختلفی باید آزمایش شوند تا سپس بر روی آنچه باید استاندارد باشد، متمرکز شوند.
فعالیتهای صنعتی در نوآوری شارژ
همراه با ابتکارات گستردهتر، شرکتهای بزرگ معدنی پروژههای آزمایشی را دنبال کردهاند و شارژ سریع یک مسیر محبوب باقی مانده است.
Ting، غول معدنی استرالیایی Fortescue را به عنوان پیشرو در این زمینه برجسته میکند. در پایان سال 2024، این شرکت یک کمک مالی 10 میلیون دلاری استرالیا (معادل 6.48 میلیون دلار آمریکا) از Australian Renewable Energy Agency برای توسعه شارژرهای سریع 6 مگاواتی برای BEVهای سنگین دریافت کرد که بر اساس نمونههای اولیه قبلی خود بنا شده است.
در آن سوی اقیانوس آرام در کانادا، معدن طلای Borden متعلق به Newmont در حال تبدیل شدن به اولین معدن زیرزمینی تمامالکتریکی جهان است، ماموریتی که توسط ایستگاههای شارژ سریع و سیستمهای توزیع برق با خطوط برق اضافی و تامین یک کیلوولت امکانپذیر شده است.
راهحلهای ترکیبی نیز در حال ظهور هستند که به معدنکاران امکان میدهد از مزایای ترکیبی شارژ سریع و پویا بهرهمند شوند. Karin Ebbinghaus، مدیرعاملElonroad، اظهار میدارد که با شارژ بهتر، «نیاز کمتری به باتریهای بزرگ وجود دارد، و بنابراین وسایل نقلیه معدنی ارزانتر خواهند شد، زیرا باتریها اغلب گرانترین بخش یک وسیله نقلیه هستند». این شرکت ایستگاههای شارژ پویا را برای معدنکاران ارائه میدهد و تخمین میزند که برقرسانی صنعتی تنها 0.5 درصد است.
Ting اظهار میکند که شارژ ترکیبی «برای معدن کاملاً جدید است». وی میگوید: علاقه زیادی به آزمایشها وجود دارد، به ویژه از سوی معدنکاران کوچکتر، تا آنها بتوانند دومین حرکتکنندگان باشند.
در این بین، OEMهای بزرگ همچنان به عرضه راهحلهای شارژ بیشتر به بازار ادامه میدهند. اخیراً، درMINExpo 2024، Caterpillar سیستم انتقال انرژی پویا خود را رونمایی کرد که شامل یک ماژول برق، سیستم ریلی برقدار و یک سیستم ماشینی برای انتقال انرژی به کامیون در حال کار است.
همچنین درMINExpo 2024، Komatsu اولین کامیون باربری-تخلیه باتریالکتریکی خود را با قابلیت تعویض باتری در سطح زمین و همکاری خود با ABB در خصوص eMine™ Robot Automated Connection Device که به طور خودکار EVهای معدنی را به ایستگاههای شارژ متصل و جدا میکند، به نمایش گذاشت.
Ebbinghaus میگوید: «این یک شیوه جدید تفکر با فناوریهای جدید است، بنابراین آزمایش در محیطهای مختلف حیاتی است.» وی اضافه میکند: در یک اکوسیستم بزرگ، OEMها و شرکتهای شبکه برق نیز باید مشارکت داشته باشند. این در مورد گرد هم آوردن افراد جدید برای بحث است که میتواند یک چالش باشد.
Hill تاکید میکند که موفقیت در توسعه فناوریهای شارژ به همکاری بین ذینفعان برای پیشبرد برقرسانی معدن بستگی دارد.
شارژ آینده معدن
پیشرفت شارژ در معدن در یک مسیر صعودی قرار دارد، و Ting تاکید میکند که راهحلهای ترکیبی به ویژه نویدبخش استثنایی هستند.
او میگوید: «بیشتر معادن با یک سیستم ترکیبی با شارژ داخلی کار خواهند کرد.» وی اضافه میکند: فرصت واقعی برای سایتهای توسعهنیافته (greenfield) در طراحی و برنامهریزی معدن با در نظر گرفتن زیرساختهای شارژ از همان روز اول وجود دارد.
Ebbinghaus نیز موافق است و از ذینفعان میخواهد که بر پیشرفتهای صورت گرفته تا کنون، ادامه دهند. صنعت در حال حاضر سرمایهگذاری زیادی برای تحقیق در مورد عملیات خودکار و برقرسانی شده انجام داده است، و اکنون زمان آن است که آنها را ترکیب کرده و بر زیرساختهای شارژ تمرکز کنیم.
البته، راهحلهای شارژ تنها یک قطعه از پازل گستردهتر برقرسانی معدن هستند و باید در کنار سایر راهحلهای انرژی پاک معدنی مانند باتریها و منابع انرژی تجدیدپذیر از میکروشبکههای داخلی توسعه یابند.
Beutler تایید میکند: معادن به طور فزایندهای به زمانبندیهای شارژ پیشبینانه، مسیریابی آگاه از انرژی و هماهنگی با تامین تجدیدپذیر متکی خواهند بود.
Soler خاطرنشان میکند که پیشرفت صنعت در شارژ میتواند به عنوان یک الگو برای سایر بخشها مانند بنادر و راهآهن سنگین نیز عمل کند.
CharIN انتظار دارد سیستمهای R-MCS و DCI در کوتاهمدت در معادن مستقر شوند، در حالی که X-MCS در یک بازه زمانی طولانیتر قرار دارد که میتواند آن را با سوختگیری دیزل در صنایع مختلف رقابت یا حتی از آن پیشی گیرد.
Soler در نهایت نتیجهگیری میکند: «در نهایت، شارژ از یک چالش فنی به یک مزیت استراتژیک تبدیل خواهد شد، مزیتی که بهرهوری را افزایش میدهد، انتشار گازهای گلخانهای را کاهش میدهد و عملیات معدنی را برای آینده تاب آور میسازد.»
تحلیل و جمع بندی
گزارش حاضر بر روند رو به رشد برقرسانی در صنعت معدن و نقش حیاتی فناوریهای شارژ در این تحول متمرکز است. برای تحلیلگران و فعالان بازار کامودیتیها، این گزارش نکات مهمی را در خصوص دینامیک عرضه و تقاضا برای مواد اولیه مرتبط با باتری و زیرساختهای انرژی نشان میدهد.
1. مقیاس کنونی و پتانسیل رشد برقرسانی
تا سهماهه اول سال 2025، تقریباً 400 دستگاه BEV معدنی در سطح جهان در حال بهرهبرداری هستند. این رقم، در مقایسه با تخمین Elonroad مبنی بر اینکه برقرسانی صنعتی تنها 0.5 درصد از کل را تشکیل میدهد، نشاندهنده فاز ابتدایی اما با پتانسیل رشد عظیم است. با توجه به فشار فزاینده بر کاهش انتشار کربن و مزایای عملیاتی (مانند کاهش هزینههای سوخت و نگهداری، و بهبود بهرهوری در برخی موارد)، نرخ پذیرشBEVها در بخش معدن احتمالاً به طور تصاعدی افزایش خواهد یافت. این رشد نه تنها شامل کامیونهای باربری بزرگ (haul trucks) و لودرها میشود، بلکه دامنه وسیعی از تجهیزات زیرزمینی و سطحی را در بر میگیرد.
2. تاثیر بر تقاضای کامودیتیهای کلیدی
افزایش ناوگانBEVهای معدنی و توسعه زیرساختهای شارژ، به طور مستقیم تقاضا برای چندین کامودیتی حیاتی را تحت تاثیر قرار میدهد:
لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز: این فلزات اجزای اصلی باتریهای لیتیوم-یون هستند که درBEVها استفاده میشوند. با گسترش ناوگان، تقاضا برای این مواد اولیه به طور فزایندهای افزایش خواهد یافت. تحولات در فناوری باتری (مثلاً کاهش کبالت یا افزایش استفاده از نیکل) میتواند ترکیب تقاضا را تغییر دهد، اما روند کلی صعودی است.
نیوبیوم: گزارش به طور خاص به Echion Technologies اشاره میکند که مواد آند مبتنی بر نیوبیوم را با حمایت CBMM (بزرگترین معدنکار نیوبیوم) تولید میکند. اگر فناوریهای مبتنی بر نیوبیوم در باتریهای شارژ سریع به استاندارد صنعتی تبدیل شوند، این میتواند تقاضای قابل توجهی برای نیوبیوم ایجاد کند که در حال حاضر کاربرد اصلی آن در فولادهای آلیاژی است. این یک فرصت بالقوه برای افزایش ارزش بازار نیوبیوم محسوب میشود.
مس: زیرساختهای شارژ (کابلها، ایستگاهها، سیستمهای توزیع برق)، چه در معادن و چه در شبکههای برق کلی، به مقادیر زیادی مس نیاز دارند. با توجه به پروژههایی مانند معدن طلای Borden (Newmont) که به خطوط برق اضافی و تامین یک کیلوولت نیاز دارد، افزایش برقرسانی در معدن مستلزم سرمایهگذاری قابل توجه در زیرساختهای مسی است که این امر تقاضای مس را تقویت خواهد کرد.
3. چالشهای زیرساختی و سرمایهگذاری
گزارش بر چالش عدم قابلیت همکاری (interoperability) بین فناوریهای شارژ وOEMهای مختلف تاکید میکند. ابتکاراتی مانند CharIN و ICMM با هدف استانداردسازیR-MCS، DCI، X-MCSدر حال فعالیت هستند. موفقیت این استانداردسازیها میتواند هزینههای اولیه سرمایهگذاری (که Nic Beutler از ABB به آن اشاره میکند) را کاهش داده و سرعت پذیرش را تسریع بخشد. Fortescue's دریافت کمک مالی 10میلیون دلار استرالیا برای توسعه شارژرهای 6 مگاواتی، نشاندهنده نیاز به سرمایهگذاری قابل توجه در تحقیق و توسعه و زیرساخت است. تحلیلگران باید بر پروژههای پایلوت و سرمایهگذاریهای مشابه نظارت داشته باشند، زیرا اینها نشانگرهای کلیدی بلوغ و پذیرش بازار هستند.
4. تحولات فناوری و پیامدهای آن
شارژ سریع(Fast Charging): با معیار یک ساعت در روز 24 ساعته، بهرهوری را افزایش میدهد، اما نیاز به توقف و اتصال کابل دارد که Ting از Echion Technologies آن را ناکارآمد میداند.
شارژ پویا(Dynamic Charging): توانایی تامین 8-6MWh برق در حین حرکت را دارد و راهحلی امیدوارکننده برای کامیونهای بزرگ است. این امر میتواند نیاز به باتریهای عظیم را کاهش دهد و به طور بالقوه هزینههای وسایل نقلیه را کاهش دهد، همانطور که Karin Ebbinghaus از Elonroad اشاره میکند.
راهحلهای هیبریدی(Hybrid Solutions): ترکیب مزایای شارژ سریع و پویا، به ویژه برای سایتهای توسعهنیافته (greenfield) که میتوانند زیرساختهای شارژ را از ابتدا طراحی کنند، نویدبخش است. این راهحلها میتوانند بهینهسازی عملیاتی را به حداکثر برسانند و به تقاضای کمتر برای باتریهای فوقبزرگ منجر شوند.
نوآوریOEMها: رونمایی از سیستم انتقال انرژی پویا توسط Caterpillar و کامیون باربری-تخلیه باتریالکتریکی Komatsu با قابلیت تعویض باتری، نشاندهنده رقابت و نوآوری مستمر در این بخش است که سرعت پیشرفت را تضمین میکند.
5. ریسکها و فرصتها برای سرمایهگذاران
ریسک سرمایهگذاری اولیه: فناوریهای نوظهور شارژ در ابتدا ریسک سرمایهگذاری بالایی دارند. با این حال، Beutler از ABB خاطرنشان میکند که قابلیت ماژولار بودن (modularity) و مقیاسپذیری (scalability) میتواند توجیه اقتصادی را آسانتر کند.
نیاز به هوشمندسازی: سیستمهای شارژ باید هوشمندتر شوند و با زمانبندی ناوگان، بارهای شبکه و منابع انرژی تجدیدپذیر هماهنگ شوند. این امر فرصتهایی را برای شرکتهای فناوری در حوزه نرمافزار، هوش مصنوعی و مدیریت انرژی ایجاد میکند.
اشباع بازار: Ting هشدار میدهد که استانداردسازی باید پس از آزمایشهای گسترده صورت گیرد تا از اشباع بازار با راهحلهای ناسازگار جلوگیری شود.
فرصتهای فراتر از معدن: پیشرفتها در شارژ معدن میتواند به عنوان یک الگو برای سایر بخشهای نیازمند حملونقل سنگین (مانند بنادر و راهآهن) عمل کند، که پتانسیل بازار این فناوریها را گسترش میدهد.
جمعبندی
برقرسانی در صنعت معدن از یک روند نوظهور به یک اجبار استراتژیک در حال تبدیل شدن است. چالشهای فنی، به ویژه در قابلیت همکاری و زیرساختهای هوشمند، همچنان وجود دارد، اما تلاشهای صنعت (مانند CharIN وICMM ) و سرمایهگذاریهای شرکتهای بزرگ (مانند Fortescue وNewmont) نشاندهنده تعهد قوی به غلبه بر این موانع است.
برای تحلیلگران کامودیتی، پیامد روشن این گزارش افزایش تقاضا برای فلزات باتری (لیتیوم، نیکل، کبالت) و مس است. علاوه بر این، نیوبیوم میتواند به عنوان یک کامودیتی با رشد تقاضای جدید در صورت استانداردسازی فناوریهای شارژ سریع مبتنی بر آن، ظاهر شود.
نکات مهم و توصیهها
تمرکز بر نیوبیوم: با توجه به نقش CBMM وEchion Technologies، تحلیلگران باید تحولات در استفاده از نیوبیوم در باتریهای شارژ سریع را به دقت رصد کنند. هرگونه پیشرفت در این زمینه میتواند به طور قابل توجهی بر پویایی تقاضای نیوبیوم و قیمت آن تاثیر بگذارد.
پیگیری پیشرفت استانداردسازی: موفقیت CharIN در ایجاد استانداردهای جهانیR-MCS، DCI، X-MCS برای شارژ در معدن، عامل کلیدی در سرعت پذیرش و کاهش هزینههای صنعت خواهد بود. این امر به نوبه خود بر زمانبندی و مقیاس افزایش تقاضا برای کامودیتیهای مرتبط تاثیر میگذارد.
سرمایهگذاری در زنجیره تامین: با توجه به رشد پیشبینیشدهBEVها، سرمایهگذاری در معادن و فرآوری فلزات باتری و مس، میتواند فرصتهای سودآوری ایجاد کند. همچنین، تامین پایدار و اخلاقی این مواد اولیه اهمیت فزایندهای خواهد یافت.
نظارت بر پروژههای آزمایشی: پروژههای پایلوت مانند Fortescue و Newmont نشانگرهای مهمی برای بلوغ فناوری و چالشهای واقعی پیادهسازی هستند. موفقیت یا شکست این پروژهها میتواند بر انتظارات بازار تاثیر بگذارد.
توجه به راهحلهای هیبریدی: تاکید Ting بر پتانسیل راهحلهای هیبریدی در آینده معدن، نشان میدهد که این فناوریها میتوانند مسیر بهینهسازی را هموار کرده و ممکن است بر نیاز به باتریهای بسیار بزرگ و در نتیجه ترکیب تقاضای کامودیتیها در بلندمدت تاثیر بگذارند.
ارتباط با بخش انرژی: ادغام فناوریهای شارژ با منابع انرژی تجدیدپذیر و شبکههای هوشمند، یک جنبه مهم است. سرمایهگذاران باید شرکتهایی را در نظر بگیرند که در این همگرایی بین بخش معدن و انرژی فعالیت میکنند.
در نهایت، صنعت معدن در آستانه یک دگرگونی عظیم قرار دارد که توسط برقرسانی و نوآوریهای شارژ پیش میرود. تحلیل دقیق این تحولات و ارتباط آنها با کامودیتیها، برای تصمیمگیریهای آگاهانه در بازار حیاتی است.