Eldrivna gruvmaskiner: Studiebesök hos Boliden del 2

I början av juni gjorde Magnus Karlström och Mats-Ola Larsson studiebesök i gruvområdena Kristineberg i Västerbotten och Aitik i Norrbotten. I föregående nyhetsbrev beskrev vi de satsningar Boliden gör på elektrifiering [1]. I detta brev resonerar vi om några av de tekniska frågor och utmaningar som uppstår för gruvindustrin när man inför eldrivna fordon och arbetsmaskiner.

Höga krav på utrustning

Gruvor är dammiga miljöer med besvärlig topografi. Miljön sliter hårt på fordon och komponenter. I norra Sveriges dagbrott är temperaturerna dessutom betydligt under fryspunkten under långa perioder. Maskinerna är större, lasterna tyngre och energiåtgången högre än hos elfordon på väg. Driften går kontinuerligt och driftstopp på grund av krånglande maskiner kan bli mycket kostsamt. Allt detta ställer höga krav på eldrivna maskiner.

Yta under jord är dyrt

En speciell svårighet med gruvdrift under jord är tillgången till yta. Det dyrt att spränga och olyckssäkra bergrum. Det ställer höga krav på att välja yteffektiva lösningar och smart logistik vid övergång till eldrift. Ett extra bergrum för att exempelvis ladda fordon kan innebära en betydande merkostnad.

Utvecklingsprojekt måste ske i samverkan 

Även om eldrift, batteriladdning och elväg är etablerade tekniker så krävs nya lösningar och tester för att införa tekniken i gruvor. Nästan alla maskiner och tekniker vi såg under studiebesöket har åtminstone delvis karaktären av utvecklingsprojekt. Det är slående hur viktigt det verkar vara att ha en tät samverkan mellan beställare och leverantörer i denna typ av projekt.

Laddtider och batteribyte

Att ladda elfordon bör inte kräva mertid jämfört med dieselmaskiner. Här finns stora likheter mellan gruvverksamhet och lastbilstransporter.

Ibland kan batteridrivna maskiner laddas då fordonen ändå står still under raster och vid ändpunkter. Men vi såg också exempel där laddning riskerar att bromsa fordonsrörelserna. Då kan det istället vara billigare att satsa på batteribyte. Laddeffekten kan då anpassas efter den tid som batteriet finns i laddterminalen och antalet extra batterier kan anpassas efter fordonslogistiken. Om ett batteri skulle krångla kan det repareras separat och elfordonet kan fortsätta användas.

Men batteribyte har också nackdelar. Taket i ett bergrum för batteribyte i underjordsgruva måste vara högt nog för att få plats med en travers som klarar batterivikter upp till tio ton, och det krävs extra utrymme för att hysa bytesbatterierna. Allt detta kostar. Extra batterier binder också kapital.

Elvägsteknik 

Tunga gruvmaskiner konsumerar mycket diesel. Att transportera 300 ton bergmaterial i uppförsbacke med el borde vara idealiskt med tanke på elmotorns överlägsna verkningsgrad, precis som eltåg är effektivare än diesellok. Samtidigt är infrastrukturen dyr, kräver mer yta än batterielektriska fordon och är relativt känslig för skador. Bolidens erfarenheter hittills är att elväg fungerar bäst om en gruva har en relativt lång och rak körväg med gott om yta bredvid.

Downsizing

För att underlätta införandet av batteridrivna gruvtruckar undersöker Boliden om det är möjligt att minska storleken på vissa gruvtruckar, exempelvis från 100 ton till 74 tons last. Man kommer testa de nyligen inköpta truckarna från XCMG för att utvärdera hållbarhet och driftsäkerhet hos fordon och batterier, laddning i kallt klimat, värmebehov i kupén, laddtider, placering av laddare med mera. Förutsatt att fordonen fungerar bra i permanent drift kommer det krävas vissa anpassningar av lastningsprocesser, ruttplanering och personalscheman eftersom fordonen är mindre än de ordinarie dieseltruckar de ersätter.

Mindre lastkapacitet kan innebära högre personalkostnader eftersom det i normalfallet krävs fler anställda för att utföra samma transportarbete. Men det kan balanseras av andra fördelar. En uppenbar fördel är att eldrift kan ge lägre driftkostnader än diesel, förutsatt att batterierna har god hållbarhet.

En annan fördel är att marknaden för mindre gruvmaskiner är betydligt större. De allra största gruvtruckarna säljs i enstaka hundratal per år globalt. 100-tonnare säljs i några tusen exemplar medan 74-tons gruvtruckar utgör en betydligt större marknad. Fordon som görs i större serier innebär längre priser och en mer konkurrensutsatt fordonsmarknad.

Motsvarande förhållanden gäller för laddstationer. Om man väljer gruvtruckar som använder laddstandarder som CCS kan gruvföretaget köpa samma typ av laddstationer som används till eldrivna distributionslastbilar. Därmed får man tillgång till en större och mer konkurrensutsatt marknad även för laddutrustning.

I Aitik drivs en avgränsad del av gruvan med autonoma fordon. I den typen av gruvdrift behöver inte fordon med mindre lastkapacitet innebära merkostnad eftersom det inte kräver fler förare.

Nedförsbacke = fördel eldrift

I gruvor hämtas material från hundratals meters djup och körs till marknivå. Det kräver givetvis mycket energi att köra uppför, men innebär samtidigt en fördel för eldrift. Dels är elmotorn effektivare och fordonet kan köras med högre hastighet, vilket ökar effektiviteten i materialflödena. Dessutom medger återfärden i nedförslut att batterier kan återladdas med bromsenergi, vare sig det är elväg eller batterielektriska fordon. Det är en stor fördel jämfört med dieselfordon som bromsar bort all energi.

Om man använder möjligheten att återföra el i nedförslut kan det få betydelse för placering av laddare och laddtider eftersom det minskar behovet av laddning från extern källa. Här finns dock en inbyggd avvägning mellan kostnad och nytta. Ju större batterier fordonet har, desto mer av energin kan tas tillvara. Samtidigt kostar stora batterier mer pengar och de väger mer. Dessutom kan fordonets konstruktion begränsa hur stora batterier de kan utrustas med.

Extra fordon i inkörsfasen

I flera fall har Boliden valt att köpa extra elfordon utöver det antal man bedömer behövas i ordinarie verksamhet. Eftersom fordonen har ny teknik, både när det gäller mekanik och batterier, är det svårt att förutse driftsäkerhet och reparationsbehov. Då är det bättre att ha marginal så att inte eventuella fel på fordon orsakar förseningar i gruvdriften.

Flyttbara laddare

Vid konventionell lastbilstrafik på väg placerar man laddarna permanent vid terminaler, logistikcentra och stora tankställen. I gruvdrift däremot förändras rutterna kontinuerligt i takt med att berget grävs ut och körvägar dras om. Laddare till gruvmaskiner behöver därför vara flyttbara. Elinfrastruktur, installation och effektplanering i gruvor är en ständigt pågående process.

Laddrobot 

Ladduttagen på gruvtruckar kan sitta högt, kabeln är tung och extra styv i vinterkyla. Därför testar Boliden ihop med ABB om man kan utveckla robotar som kan ansluta MCS-laddaren automatiskt. Hittills har testerna visat att robotar kan klara att ansluta men att handskarna slits relativt fort och deras ordinarie design är kanske inte den bäst lämpade för automatisk hantering. Här finns sannolikt en marknad för teknikutveckling, kanske inte bara till gruvmaskiner.

Miljö och automation driver elektrifiering

Bolidenkoncernen är miljöcertifierade och tillämpar flera standarder och initiativ med klimatåtaganden [2]. Att elektrifiera maskiner och fordon är ett sätt att nå bolagets miljömål. För att få kommersiella nytta av investeringarna marknadsför man bland annat mineral med deklarerat låga utsläpp av växthusgaser [3, 4].

Det är också en tydlig trend att gruvindustrin vill införa gruvmaskiner som kan manövreras autonomt. Elektrifiering kan underlätta automatisering eller rentav vara en förutsättning.

Egna kommentarer

Gruvor i Norden ligger i framkant. Några förklaringar till det är antagligen att det är bra förutsättningar att elektrifiera tack vare elnät med hög kapacitet och jämförelsevis billig el. Utvecklingen i Boliden kan vara ett tecken på att Norden håller på att bli en viktig utvecklingsregion för eldrivna arbetsmaskiner, kraftöverföring, batterier och laddning.

Att elektrifiera en gruva kräver ny kunskap. Vid de två gruvor vi besökte bedriver man kompetensutveckling och tekniktester om elmaskiners funktion och hållbarhet, batteriteknik och batteriutveckling samt om olika typer av laddteknik, batteribyte och dessutom elvägsteknik med luftledning. Det blir många frågor att hålla koll på.

Världsmarknadspriserna på mineral kan svänga kraftigt. Att genomföra långsiktiga investeringar med sådana förutsättningar innebär en extra svårighet för gruvindustrin.

Gruvregionen i norra Sverige kan närmast betraktas som ett kluster av olika gruvaktörer och leverantörer som gemensamt utvecklar kunnande och ny teknik kring eldrivna gruvmaskiner och tillhörande utrustning. Vi fick intrycket att dessa samarbeten är nödvändiga för att utveckla denna typ av teknik.

Många gruvmaskiner som Boliden använder tillverkas av Caterpillar (USA), Komatsu (Japan) samt Sandvik, Epiroc, Scania och Volvo (Sverige). Nu börjar eldrivna maskiner från kinesiska tillverkare dyka upp i vissa segment, och de har för närvarande en ansenlig prisfördel. Varför de är så mycket billigare återstår att se.

Vi återkommer efter sommaruppehållet med ytterligare någon artikel om elektrifiering av gruvor.

Referenser

[1] Eldrivna gruvmaskiner: Studiebesök hos Boliden del 1. OmEV. Länk

[2] Boliden Års- och hållbarhetsredovisning 2024. Länk.

[3] Green Transition Metals. Bolidens hemsida läst 5 juni 2025. Länk.

[4] Low-Carbon & Recycled Metals. Bolidens hemsida läst 5 juni 2025. Länk.