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Acero eléctrico: ¿otra escasez temporal en la cadena de suministro o una amenaza para los planes de electrificación de los OEM?
Si bien los principales productores de acero están invirtiendo millones para aumentar la capacidad de producción de acero eléctrico, el rápido crecimiento del segmento de vehículos híbridos y eléctricos podría hacer que la demanda de materiales supere la oferta a partir de 2025.
A medida que la industria automotriz lucha contra la escasez de semiconductores, que ha impedido la producción de 9.3 millones de unidades hasta la fecha, la rápida expansión en el crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos plantea interrogantes sobre la futura disponibilidad de acero eléctrico suficiente para producir motores eléctricos que cumplan con los objetivos de electrificación establecidos. por reguladores y OEM de todo el mundo.
Varios importantes productores de acero han anunciado inversiones en nueva capacidad de acero xEV durante los próximos tres a cinco años, pero ¿será esto suficiente para cumplir con los requisitos regionales y de grado específico del mercado xEV?
¿Qué es el acero eléctrico? ¿Por qué es importante para la automoción?
El acero eléctrico, o acero al silicio, es una aleación de hierro y silicio que posee propiedades magnéticas superiores a otros tipos de aleaciones de acero, lo que lo optimiza para una variedad de máquinas eléctricas que van desde transformadores de potencia y distribución hasta motores eléctricos.
Si bien IHS Markit estima que el acero eléctrico representa solo el 1% del mercado mundial de acero de 2 mil millones de toneladas métricas en 2020, su suministro se considera un aporte cada vez más crítico para los planes de electrificación de los OEM, así como para varias iniciativas de transición energética. Una aplicación automotriz importante del acero eléctrico en la industria automotriz son los motores eléctricos. Estos sistemas convierten la energía eléctrica en energía mecánica al energizar los devanados de cobre en un estator, lo que crea un campo magnético y luego hace que el rotor gire.
El mercado del acero eléctrico comercial se divide en dos categorías principales: el mercado del acero eléctrico de grano orientado (GOES) y el mercado del acero eléctrico no orientado (NOES).
Esta distinción es fundamental para comprender a qué tipo de acero eléctrico está expuesta la industria automotriz y qué estrategias de mitigación podrían ser necesarias. GOES se usa en maquinaria estática como transformadores, que requieren magnetización unidireccional, mientras que NOES se usa en maquinaria rotativa como motores y generadores, que requieren magnetización multidireccional.
Las aplicaciones para NOES son extensas e incluyen electrodomésticos (lavadoras, lavavajillas, etc.), calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) (incluida la refrigeración doméstica), aplicaciones automotrices, motores industriales pequeños, medianos y grandes, generadores de energía, bombas, etc. Debido al volumen significativamente mayor de demanda de maquinaria rotativa, la producción global de NOES en 2019 superó significativamente la cantidad de GOES producidos ese año.
Los fabricantes de automóviles tienen una exposición directa a NOES, pero también están indirectamente expuestos a GOES.
- NOES es un insumo de material directo que se utiliza en la fabricación de motores eléctricos para vehículos híbridos y eléctricos, así como en muchas aplicaciones de motores de baja potencia, que van desde motores de alto ciclo de trabajo como los que se usan en la dirección asistida eléctrica, bombas de aceite y combustible hasta motores cortos. motores de servicio de tiempo como los que se utilizan para la comodidad y la conveniencia, como el ajuste eléctrico de los asientos o el techo corredizo. Se montan de media entre 35 y 45 motores de baja potencia por coche, con unos 20 en el segmento B y 80 en el segmento E (con algunos extremos como el Mercedes Clase S que tiene más de 100 motores).
- La diferencia crítica entre los diferentes tipos de motores está en el grado NOES que se utiliza. Como referencia, los motores híbridos suaves usan menos de USD 10 de NOES de alto grado, mientras que los vehículos eléctricos a batería usarán entre USD 60 y USD 150 por motor de una extensión de NOES de alto grado, conocida como grado xEV, que en algunas configuraciones puede incluso representan más de USD 300 NOES por vehículo, por ejemplo, cuando cuentan con motores de tracción individuales en los ejes delantero y trasero para accionar las cuatro ruedas de forma independiente, como en el Rivian R1T. Este grado xEV es donde están surgiendo preocupaciones sobre restricciones de capacidad.
Si bien este artículo se centrará en preocupaciones específicas sobre NOES de grado xEV, se debe tener en cuenta que GOES es fundamental para respaldar el despliegue de la infraestructura de carga de EV que tanto se necesita. Por lo tanto, los OEM también tienen una exposición indirecta a este subsegmento de acero eléctrico, lo que significa que es fundamental que la industria automotriz comprenda y gestione su exposición a ambas categorías de aleaciones de acero. Muchas acerías también emplean equipos de producción comunes para GOES y NOES. Esto agrava aún más el riesgo debido a la mayor dificultad para comprender las estrategias de asignación de capacidad de los productores.
¿Hay una escasez inminente de xEV NOES para el sector automotriz? ¿Por qué?
La capacidad de NOES ha sido suficiente para satisfacer las necesidades de los diferentes sectores industriales en los últimos años, sin embargo, es probable que el aumento de la demanda del sector automotriz, en particular con la aceleración de los OEM en su impulso de electrificación, genere una presión significativa para que los fabricantes de acero atiendan ambos el sector de la automoción y el resto de sectores que utilicen esta aleación de acero a partir de 2023.
Mientras que en 2022, con cierta aprensión y suponiendo que no haya ninguna otra interrupción ascendente y descendente, esperamos que se cumplan los pedidos de los OEM. Prevemos un déficit de capacidad estructural para satisfacer los requerimientos del sector automotriz, lo que requerirá una importante inversión de capital en los próximos años.
De los más de 11 millones de toneladas de NOES producidos en 2020, los NOES de grado xEV representaron un total de 456,000 XNUMX toneladas, pero en lo que respecta al sector automotriz, este es, con mucho, el más crítico.
Hay diferentes razones por las que podría surgir una crisis de capacidad para NOES de grado xEV.
- Hay cupo limitado para nuevos participantes: Actualmente, solo 14 empresas son capaces de fabricar NOES de grado xEV que cumplan con los requisitos globales de OEM. Es posible que más fabricantes decidan ingresar a este sector en el futuro, sin embargo, existen importantes barreras de entrada causadas por los gastos de capital asociados con los equipos de laminado en frío, recocido y recubrimiento, conocimientos técnicos de fabricación, relaciones OEM-proveedor y protección de patentes. Los OEM ahora pueden comprar NOES de alta calidad de un número mayor (aunque todavía limitado) de proveedores de acero eléctrico de alto volumen.
- Huella de fabricación concentrada: Alrededor del 88% de la fabricación se concentra en la Gran China, Japón y Corea del Sur y luego se exporta a otras regiones, generalmente en forma de bobinas de acero. El suministro es extremadamente limitado en América del Norte. Solo hay cinco molinos en todo el mundo que tienen una amplia oferta de productos que cubre de manera significativa el espectro completo de productos y solo uno de ellos se encuentra fuera de Asia.
- El alcance para cambiar el material o el proveedor de acero es limitado: Debido a la correlación entre la eficiencia de un motor y el rango operativo de un EV, las diferencias en la pérdida del núcleo (una medida crítica de la energía eléctrica de entrada desperdiciada como calor durante la magnetización) entre los proveedores de productos NOES de la competencia pueden tener un impacto significativo en las decisiones de compra del OEM. particularmente para los OEM que compran laminados de acero eléctrico en grandes volúmenes.
Si bien los OEM y los fabricantes de motores de tracción de nivel 1 pueden tener varias plantas en su lista de abastecimiento aprobada, la mayoría de los programas solo tienen una planta de acero aprobada por PPAP. Las características materiales también son materia de litigio entre los proveedores.
Por ejemplo, en octubre de 2021, Nippon Steel demandó a Toyota y a Baoshan Iron and Steel (Baosteel), una subsidiaria de la estatal China Baowu Steel Group, que es la siderúrgica más grande del mundo. Nippon Steel afirma que el acero suministrado por Baowu a Toyota para sus núcleos de motores híbridos viola sus patentes sobre composición, espesor, diámetro de grano de cristal y propiedades magnéticas. - Los procesos posteriores también enfrentan cuellos de botella: Aparte del número limitado de fabricantes de acero capaces de producir xEV NOES, pueden surgir cuellos de botella en toda la cadena de suministro de motores aguas abajo. No solo hay 20 estampadoras de laminación de núcleo de motor que pueden satisfacer las necesidades de los OEM, sino que también hay solo cinco empresas que pueden producir estas prensas de estampado únicas y menos de 10 talleres de herramientas independientes con la competencia para fabricar los troqueles de estampado únicos que pueden Admite diseños de motores de última generación.
Los plazos de entrega de ciertas piezas del equipo de producción clave se han duplicado en los últimos cuatro años. Además, muchas de estas empresas no solo son pequeñas empresas familiares que tienen restricciones de capital que limitan su capacidad de escalar, sino que una buena parte de ellas tradicionalmente no ha participado de manera significativa en la industria automotriz.
¿Cuántos NOES de grado xEV necesitan los OEM a mediano plazo? ¿Qué tan grande es la escasez?
Se espera que la demanda bruta mundial de NOES de grado xEV requerida para la fabricación de motores de tracción en vehículos híbridos y eléctricos ligeros aumente de 320,000 2020 toneladas demandadas en 2.5 a poco más de 2027 millones de toneladas para 4.0 y más de 2033 millones de toneladas para XNUMX.
Según los datos de capacidad de Metals Technology Consulting, surge una preocupación importante en torno a las limitaciones de capacidad en 2023. Es muy poco probable que las acerías puedan respaldar la demanda del mercado a partir de 2025 sin inversiones adicionales significativas. Sin embargo, agregar capacidad en 2025 requiere que las acerías tomen decisiones de manera inminente. La situación parece aún más grave si se tiene en cuenta que la mayoría de los molinos NOES de grado xEV solo pueden mantener una utilización de la capacidad del 90 % durante períodos de tiempo prolongados.
Debido al crecimiento exponencial de los vehículos eléctricos en los próximos años, sigue existiendo el riesgo de que el suministro de acero eléctrico no satisfaga la demanda entre 2023 y 2025. A pesar de los aumentos de capacidad proyectados, es probable que se produzca una escasez estructural de 61,000 toneladas en 2026. Sin más inversiones, esta escasez podría aumentar drásticamente a 357,000 toneladas en 2027, culminando en una escasez de 927,000 toneladas para 2030.
¿Qué OEM están más expuestos?
Se espera que la escasez afecte particularmente a los fabricantes de equipos originales que tienen como objetivo una gran proporción de modelos híbridos y eléctricos como parte de sus futuras ventas de productos. Si bien los fabricantes de vehículos eléctricos a batería (BEV), en particular los OEM puros como Tesla, están más expuestos, también existe una exposición para los OEM que desean cubrir sus apuestas de electrificación con una mayor participación de hibridación en su combinación, como Toyota, por ejemplo. Además, los gustos de Jaguar, Mini, Volvo, Mercedes-Benz y Alfa Romeo tienen la intención de vender solo complementos o vehículos eléctricos a partir de 2025-30, junto con OEM más grandes como Renault-Nissan-Mitsubishi y Volkswagen.
Los fabricantes de equipos originales con una gran proporción de vehículos fabricados en Europa también se enfrentan a serios obstáculos, ya que el desequilibrio entre la oferta y la demanda parece ser el más pronunciado de esa región, especialmente cuando se tienen en cuenta los desafíos de competitividad de costes resultantes de los aranceles sobre el material importado.
¿Qué región tiene la brecha más grande?
Los efectos específicos de la región para los OEM probablemente se verán directamente impulsados por las capacidades de producción de los proveedores nacionales de acero y las tarifas de importación vigentes en la región. En las regiones en las que se proyecta una demanda de volúmenes significativamente más altos en comparación con la oferta nacional, los aranceles de importación pueden afectar en gran medida los gastos operativos de los OEM que compran grandes volúmenes de núcleos de motor. Por ejemplo, en los Estados Unidos, la Sección 232 aplica aranceles elevados, cercanos al 200 %, a los NOES importados de siete países no pertenecientes a la UE y aranceles basados en cuotas a los NOES importados de la UE.
Europa es la región con el mayor desequilibrio de suministro, pero hasta la fecha, América del Norte todavía tiene un punto ciego importante para la producción de acero eléctrico NOES. Cleveland Cliffs (anteriormente AK Steel) es el único productor local de NOES. La fabricación de NOES y GOES de Cleveland Cliffs comparte equipos de producción comunes. Cleveland Cliffs se está centrando considerablemente más en la producción de acero de grano orientado para abordar la creciente demanda regional de transformadores eléctricos, reduciendo así la capacidad disponible de NOES de grado xEV.
La planta Big River Steel, propiedad de US Steel, en Osceola, Arkansas, Estados Unidos, inicia la producción de NOES en el tercer trimestre de 2023. Esto pondrá en línea 180,000 45,000 toneladas métricas de capacidad NOES por año, XNUMX XNUMX de las cuales probablemente se asignarán a grado xEV NO.
Teniendo en cuenta los agresivos objetivos de electrificación de vehículos establecidos por el proyecto de ley de infraestructura de la administración Biden, el tiempo requerido para que Big River Steel comience la producción de xEV NOES y el tiempo adicional requerido para aumentar la producción a plena capacidad, es probable que los OEM en la región continúen se enfrentan a opciones limitadas de suministro local, lo que eleva los costes de los motores a corto plazo y perjudica su competitividad internacional.
¿Están invirtiendo los fabricantes de acero para llenar ese vacío de capacidad? ¿Pueden los nuevos jugadores resolver la situación?
Los proveedores de acero han anunciado inversiones multimillonarias para impulsar la producción de NOES de grado alto y grado xEV. Sin embargo, incluso teniendo en cuenta estos, todavía habrá una brecha de inversión. Como referencia, la escasez de 650,000 toneladas métricas para 2028 podría requerir entre 6 y 12 nuevos molinos (según el tamaño y la ubicación) para satisfacer la mayor demanda del sector automotriz.
Agregar una nueva planta generalmente toma alrededor de tres años para un jugador existente, con aproximadamente un año para ingeniería y dos años para construcción. Para un jugador nuevo, puede tomar entre dos y ocho años producir NOES de alto grado o NOES de grado xEV y diseñar y construir la instalación, además de los tres años iniciales.
¿Qué más podrían hacer los fabricantes de acero para abordar la limitación de capacidad de los automóviles?
El sector automotriz es un área de crecimiento estratégico para los fabricantes de acero, en particular para las aleaciones especiales de acero, y generalmente es una fuente importante de ingresos. Esto no podría pintar una imagen más diferente de lo que es evidente en la escasez de chips semiconductores. En esta posible escasez de acero eléctrico, el sector automotriz está más en el asiento del conductor que nunca en la escasez de chips. El sector automotriz podría beneficiarse de la flexibilidad incorporada que tienen las acerías. La mayoría de los molinos que fabrican acero eléctrico tienen diseños de molinos en frío. Esto permite compartir equipos críticos entre NOES de grado bajo, NOES de grado alto y NOES de grado xEV. En varios casos, las plantas también comparten equipos entre NOES y GOES de grado xEV.
Los molinos se construyeron a propósito de tal manera que permitieran la fabricación rentable de productos mixtos para mitigar el riesgo en los cambios de mezcla de productos. Esto da como resultado una estructura en la que las plantas pueden optar por asignar capacidad en función de la demanda del mercado por producto, la rentabilidad del producto y las obligaciones contractuales con los clientes. Sin embargo, los cambios para modificar la combinación de productos podrían resultar en una reducción de la capacidad de hasta un 20 %. Los grados xEV-NOES que necesita el sector automotriz están asociados con mayores márgenes de beneficio.
Por lo tanto, los fabricantes de acero probablemente darán prioridad a la demanda del sector automotriz en la asignación de las "capacidades cambiantes" existentes. Esto significa que darán prioridad a los NOES de grado xEV sobre los NOES de bajo grado. Sin embargo, existe el riesgo potencial de que la cobertura sea demasiado corta, lo que significa que reducir los NOES de alto grado a favor de los NOES de grado xEV podría resultar en una escasez posterior de NOES de alto grado. Es probable que esto cause efectos posteriores en los costos de la plétora de motores de baja potencia utilizados para sistemas auxiliares en un vehículo, así como en otros sectores industriales.
Además de convertir parte de la capacidad de otros grados a capacidad de grado xEV, los fabricantes de acero también podrían impulsar la producción al priorizar la fabricación de láminas de calibre ligeramente más grueso. Contrariamente a la intuición, el uso de láminas de acero más delgadas no ayuda a expandir la capacidad de producción. Las técnicas desarrolladas para mejorar las características magnéticas a la par del espesor consumen capacidad de laminación, lo cual es una limitación clave en la producción. Como referencia, 1 tonelada métrica de NOES de grado xEV de 0.25 mm doble reducido en frío tiene la misma capacidad que 2.5 toneladas métricas de NOES de grado xEV de 0.35 mm. Sin embargo, existe un límite importante para el uso de láminas más gruesas, ya que requiere un doloroso rediseño de los núcleos del motor para tener en cuenta la disminución de la eficiencia del motor y el impacto resultante en la autonomía del vehículo.
¿Los OEM o los proveedores de automóviles no pueden fabricar motores sin NOES?
En resumen, los motores de flujo axial son un diseño que usa GOES en lugar de NOES, pero actualmente solo se aplica en segmentos de nicho, particularmente en vehículos eléctricos de alto rendimiento, por ejemplo, Ferrari LaFerrari fue el primer vehículo en presentar un motor de flujo axial. Mercedes AMG también contará con esta tecnología a partir de 2025.
¿Cómo es una estrategia de mitigación para los OEM?
En principio, el riesgo de escasez de NOES para la industria automotriz solo puede resolverse mediante un aumento general en la producción de NOES de grado xEV por parte de los fabricantes de acero. Sin embargo, los OEM, a menudo en colaboración con los principales proveedores de motores de tracción de nivel 1, pueden seguir varias estrategias de mitigación, incluido el uso de configuraciones y materiales de motores alternativos y una mayor integración vertical en la cadena de suministro de motores.
- Configuraciones de motor alternativas: Un riesgo de escasez de acero eléctrico no orientado podría ser una oportunidad para energizar potencialmente la innovación del motor de tracción. Por ejemplo, los OEM y los proveedores de nivel 1 pueden intentar cambiar la geometría plana de los rotores y estatores para reducir el material de desecho del diseño planificado en el proceso de fabricación, que suele estar entre el 30 % y el 45 %, pero en ciertos diseños puede ser tan alto como 75%.
- Mayor integración vertical: Los OEM pueden buscar integrar verticalmente sus cadenas de suministro de motores y asociarse directamente con los fabricantes de acero para controlar mejor sus insumos. Los OEM están dispuestos a reducir su dependencia de los proveedores de nivel 1 para motores eléctricos por varias razones, incluida la capacidad de beneficiarse ahora de economías de escala con volúmenes más altos por plataforma, retener la habilidad de ingeniería crítica interna y convertir una parte de su fuerza laboral a esta nueva cadena de valor mientras la fabricación de motores de combustión interna (ICE, por sus siglas en inglés) se elimina gradualmente.
Por ejemplo, General Motors (GM) anunció recientemente una alianza con GE para crear una cadena de suministro regional para materiales como el acero eléctrico. Al asociarse con fabricantes de acero, los fabricantes de automóviles podrán impulsar continuamente el rango operativo de sus vehículos con grados NOES optimizados para sus necesidades. - Ingeniería de materiales cuidadosa y desarrollo de especificaciones de impresión: Es posible que los OEM que opten por no asociarse con acerías deban repensar cómo se desarrollan las especificaciones de los materiales. Hoy, ese enfoque se centra principalmente en la optimización del rendimiento del motor, no en la mitigación del riesgo de la cadena de suministro. Esto da como resultado situaciones en las que los OEM solo pueden comprar acero de una planta en el mundo porque es el único proveedor capaz.
¿Podría esta posible crisis de capacidad afectar el impulso de electrificación de los OEM?
Esta escasez potencial podría afectar gravemente los planes de electrificación de los OEM si no se aborda agregando más capacidad e invirtiendo en nueva capacidad. Si bien medidas como la asignación de "capacidad variable" (capacidad de fabricación que puede adaptarse a una combinación de productos más amplia sin una intervención importante en la configuración o el proceso de la línea de producción), la modificación de los diseños de los núcleos de los motores para reducir el uso de materiales, la adopción de diferentes materiales y la integración de las cadenas de suministro pueden aliviar la NOES. riesgos de la cadena de suministro para los OEM a corto plazo, aumentar la capacidad de producción adicional es la única medida para abordar el desequilibrio estructural entre la capacidad y el gran aumento de la demanda de acero eléctrico.
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Prateek Biswas, analista sénior, cadena de suministro y tecnología, IHS Markit
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