voce ja tentou pegar um vidro de mercurio o metal nao o remedio sem saber que aquilo e um vidro de mercurio quem ja tentou sabe o que acontece o vidro escapa da mao na primeira tentativa seu cerebro ve aquele vidrinho de 50 ml e seus musculos aplicam a força necessaria para erguer 50 gramas mais ou menos porque estes vidrinhos normalmente tem soluçoes diluidas em agua ou alcool so que 50 ml de mercurio pesam 680 gramas metais em geral sao assim eles tem peso especifico elevado o magnesio por exemplo e o mais leve dos metais estruturais e tem peso especifico 1 7g/cm³ — ou seja se fosse liquido 1 ml de magnesio pesaria 1 7 grama a agua voce sabe pesa 1g por mililitro e por isso que se usa magnesio nas ligas metalicas leves o magnesio contudo nao e o mais leves dos metais — alguns nao sao estruturais como o sodio o potassio e o litio estes tres tem peso especifico inferior ao da agua o mais leve deles e o litio pesando 0 53 g/cm³ o litio voce sabe e a base das baterias dos carros eletricos atuais baterias de ions de litio e ai voce pode pensar se elas usam o metal mais leve que ha elas nao deveriam ser mais leves deveriam mas nao podem porque elas tambem usam niquel manganes e cobalto e estes metais sao bem mais pesados que o litio o niquel que e o metal principal da liga usada nas moedas brasileiras pesa 8 5 g/cm³ o manganes pesa 5 95 g/cm³ e o cobalto pesa 8 83 g/cm³ e estes metais estao presentes nas baterias justamente para que elas possam funcionar como um carro eletrico precisa que elas funcionem — com uma alta concentraçao de armazenamento de energia e longa vida util no fim das contas apesar de usar como componente principal o metal mais leve disponivel na natureza uma bateria de carro eletrico pesa em media 450 kg — que e o peso de aproximadamente 500 litros de gasolina ou 550 litros de etanol hidratado ou 30% do peso de um seda medio compacto movido a combustao interna e claramente um obstaculo que os carros eletricos precisam transpor se pretendemos eletrificar a frota global nos proximos anos so que o peso e apenas um dos obstaculos dos carros eletricos em relaçao as baterias fabricar baterias para carros eletricos em escala global e um desafio em cada um dos aspectos envolvidos na cadeia produtiva sao eles que veremos nesta segunda parte da serie os desafios do carro eletrico e a ciencia entre 2009 e 2013 a industria automobilistica enviou 145 585 pedidos de registro propriedade industrial ao escritorio de registros e patentes dos eua destes mais de 2 000 eram somente da toyota relativos a powertrain — e isso inclui tecnologias de baterias e sistemas de alimentaçao de motores eletricos a industria esta trabalhando incessantemente — e incansavelmente — para desenvolver uma tecnologia que seja capaz de otimizar os veiculos eletricos para que eles finalmente possam substituir plenamente os carros com motores de combustao interna mas ha uma barreira que nao depende apenas da vontade do trabalho dedicaçao e investimentos a realidade quando uma tecnologia e dominada e possivel multiplicar a produtividade multiplicando a força de trabalho ou os investimentos mas quando voce precisa descobrir uma tecnologia nova as coisas sao diferentes nao adianta contratar nove mulheres para gerar um filho em 1 mes e preciso esperar os nove meses da gestaçao humana a ciencia nao acontece no ritmo em que se deseja mas no ritmo em que a natureza acontece ha dezenas de tecnologias de baterias em desenvolvimento atualmente mas tres delas sao as mais promissoras as baterias de fluxo de oxirreduçao as baterias de ions de litio em estado solido/semi solido e as baterias de metal ar as baterias de fluxo de oxirreduçao armazenam a energia em tanques como dois eletrolitos liquidos em vez de eletrodos negativos e positivos os eletrolitos geram eletricidade enquanto fluem atraves das celulas das baterias e tem como principal vantagem a possibilidade de se reabastecer os eletrolitos como se fossem gasolina em um posto https //www youtube com/watch v=0uk0gqngtqg o problema dessa tecnologia e que os tanques ainda precisariam ser grandes demais e por consequencia pesados demais para proporcionar a autonomia equivalente a de um carro movido a gasolina/etanol/diesel por esse motivo um grupo de pesquisadores do massachussets institute of technology o famoso mit abandonou as baterias de fluxo de oxirreduçao para trabalhar em uma tecnologia de baterias chamada ions de litio semi solidas nesse tipo de bateria um eletrolito solido de ceramica substitui o eletrolito liquido e por isso nao se degrada com o tempo e ainda duplica a quantidade de energia que pode ser armazenada https //www youtube com/watch v=nqi9ewujv6c como bonus estas baterias nao sao inflamaveis e seu desempenho melhora com o calor diferentemente das baterias atuais de ions de litio que perdem eficiencia com o aquecimento e por isso precisam de arrefecimento liquido por outro lado o eletrolito de ceramica e cinco vezes mais pesado que os eletrolitos liquidos e ainda sao frageis podendo se quebrar com os impactos inerentes a rodagem dos carros ja as baterias de metal ar usam um fluxo de ar atraves da bateria para ativar a reaçao quimica que produz energia eletrica nesse sentido ela e semelhante as celulas de combustivel podendo ser reabastecida com ar comprimido contudo por ser uma bateria com desenvolvimento recente ale ainda tem um numero muito limitado de cargas e recargas antes de esgotar sua vida util as tres tecnologias parecem promissoras nao elas sao mesmo mas estao prometendo esse desempenho todo desde o inicio da decada passada nao por incompetencia dos cientistas falta de investimentos ou recursos mas simplesmente por que a ciencia e assim ha ainda uma variaçao das atuais baterias de ions de litio que e ainda mais promissora as baterias de litio silicio elas sao como as baterias de ions de litio atuais porem substituem os anodos de grafite por eletrodos de silicio que podem armazenar mais energia que o grafite o obstaculo por ora e a vida util inferior as baterias atuais — por expandir e contrair durante a carga e descarga os eletrodos de silicio tem sua vida util reduzida em relaçao as baterias atuais em 2017 quando estas baterias despontaram como as mais promissoras para o futuro esperava se que elas chegassem ao mercado em cinco anos os cinco anos se passaram e elas ainda nao chegaram mas elas evoluiram significativamente a ponto de a porsche ter impulsionado em maio deste ano mais uma rodada de investimentos em uma empresa que esta desenvolvendo estas baterias visando usar a tecnologia em seus futuros modelos eletricos se tudo correr bem e as metas de prazos forem atingidas a porsche ja pretende usar estas baterias a partir de 2024 e com elas a autonomia dos carros podera chegar ao dobro do que se consegue com as baterias atuais essa mudança contudo resolve o problema da autonomia mas nao do tempo de recarga tampouco do peso — afinal elas ainda serao feitas de litio niquel manganes e cobalto por que litio uma pergunta que voce ja deve ter feito e por que as baterias usam ions de litio e nao outra composiçao e por que comparadas as baterias tradicionais de niquel cadmio pilhas aa comuns por exemplo ou niquel hidreto metalico pilhas aa recarregaveis as baterias de ions de litio recarregam se mais rapidamente tem maior densidade de energia tem maior vida util conservam essa densidade maior por mais tempo e ainda sao mais leves que baterias equivalentes de outra composiçao e uma resposta um tanto obvia elas sao as mais utilizadas porque sao as que combinam melhor as caracteristicas desejadas em um pacote de baterias e isso nao vale so para os carros mas tambem para os aparelhos eletronicos pessoais e domesticos para se obter a densidade/fluxo de energia de uma bateria de smartphone comum em 2022 seria preciso teoricamente mais de cinco pilhas alcalinas aa compare os tamanhos e o peso e ficara claro o porque de as baterias de ions de litio serem universais atualmente isso pode mudar no futuro claro que sim as baterias de ions de litio começaram a aparecer ha cerca de 30 anos e so se tornaram o padrao da industria nos ultimos 15 anos mas o fato de terem se tornado o padrao da industria e justamente um dos desafios que os carros eletricos precisam enfrentar primeiro porque o investimento em desenvolvimento e feito sobre elas e nao se trata so de uma questao economica mas de ciencia mais uma vez como ja alertou o diretor de tecnologias da mercedes benz markus schaefer sem uma revoluçao na quimica nao sera possivel reduzir os preços das baterias as baterias acessiveis e de alta densidade de energia necessarias para parear os preços dos eletricos e dos carros a combustao so funcionam em ambientes extremamente controlados em laboratorios depois tem a propria questao economica como o custo das baterias de ions de litio caiu drasticamente desde que elas surgiram elas ficaram 30 vezes mais baratas nos ultimos 30 anos entao a industria de esta baseada na economia de escala das baterias de ions de litio de forma que o custo das novas tecnologias de bateria acaba sendo uma barreira para a adoçao pela industria automobilistica na verdade elas ficaram tao baratas que atualmente a reciclagem nao e economicamente viavel — atualmente a reciclagem de baterias e subsidiado pelos governos como medida de proteçao ambiental o primeiro empecilho para a reciclagem ser economicamente viavel e a durabilidade das baterias elas estao durando mais que o previsto nos carros e ainda ha uma outra guinada que leva as baterias para um caminho novo neste labirinto o cobalto e o componente mais escasso das baterias de ions de litio — e por isso tambem o metal mais valioso nesta composiçao um recurso finito e outro escasso o problema e que o cobalto compoe o catodo nas baterias de ions de litio porque ele permite o armazenamento de uma densidade maior de energia e sendo o mais escasso dos metais sua mineraçao e limitada e envolta por questoes de direitos humanos que contribuem para aumentar esta escassez existe a possibilidade de substitui lo por outros tipos de cristais com algum tempo de desenvolvimento porem e justamente o valor do cobalto que viabilizaria economicamente a reciclagem das baterias de ions de litio em larga escala aqui e importante frisar que nao se trata de uma impossibilidade de se fazer baterias mais eficientes mas de mais um dos desafios que o carro eletrico precisa encarar [caption id= attachment_323480 align= aligncenter width= 2000 ] baterias trituradas para reciclagem[/caption] quanto ao litio as reservas sao relativamente grandes — estima se que hoje exista cerca de 21 milhoes de toneladas de litio disponiveis para mineraçao considerando que uma bateria atualmente tem em media 8 kg de litio estamos falando de litio suficiente para mais de 2 bilhoes de carros mas ha outro problema na mineraçao do litio o custo de abertura das minas e a demanda de baterias pela industria automobilistica aqui precisamos relembrar que as baterias de ions de litio nao sao algo exclusivo dos carros eletricos a produçao de baterias para carros eletricos concorre com a produçao de baterias para dispositivos eletronicos de todo tipo e se vamos escalar a produçao de baterias para automoveis pode ser que a demanda se torne maior que a oferta em algum momento isso ja e um consenso no setor de mineraçao que foi manifestado publicamente pelo ceo da mineradora de litio piedmont lithium keith phillips em entrevista ao site yahoo finance no inicio de setembro philips disse que existe litio suficiente no mundo mas nao ate 2035 e que mesmo com a capacidade de mineraçao aumentando 20% ao ano a oferta nao sera suficiente para atender a demanda global como consequencia philips preve uma alta historica no preço do litio ao longo da proxima decada — tanto pela oferta reduzida quanto pelo investimento significativo necessario para a abertura de novas minas de litio estima se que para atender a demanda criada pelas metas de emissao zero dos governos a cadeia produtiva de baterias e minerios tera de ser 10 vezes maior ate o fim da decada daqui a sete anos apenas isso porque espera se que a demanda por baterias aumente dos atuais 340 gwh para mais de 3 500 gwh em 2030 os demais componentes necessarios para a montagem dos pacotes de baterias terao que crescer no mesmo ritmo a questao mais preocupante contudo e mesmo a construçao de novas minas de litio porque todo o processo e mais demorado afinal uma mina de litio nao e como um poço caipira que voce cava encontra o mineral e começa a explorar a abertura de uma mina envolve estudos de viabilidade que podem se estender por anos alem da capacidade de extraçao ser gradual — ou seja começa se extraindo pouco e somente depois de alguns anos e que ela atinge sua capacidade nominal projetada de extraçao isso sem contar com a possiblidade de a reserva do mineral estar justamente em um territorio protegido culturalmente nos eua ha um projeto para se construir uma mina de litio exatamente onde a tribo paiute shoshone celebra a memoria dos ancestrais mortos na guerra civil americana e claro que havera uma disputa e um debate publico a respeito voltando ao litio como philips explicou existe oferta para a demanda estimada ate o fim desta decada para a decada seguinte quando os eletricos forem os unicos veiculos permitidos havera escassez a menos que a extraçao aumente seis vezes ate 2030 para isso e necessario a abertura de 50 novas minas de porte medio a geopolitica aqui chegamos a um ponto estranhamente sensivel estranhamente porque a matriz energetica derivada do petroleo evidentemente despertou uma disputa geopolitica entre os paises produtores de combustiveis e os paises dependentes destes combustiveis a opep e uma prova concreta desta disputa assim como os acordos dela com a russia e a disputa com os eua e outros paises do ocidente lembre se por exemplo da alta do barril alguns anos antes da pandemia causada por uma disputa entre a russia e a opep visando favorecer a russia na disputa pelo mercado com os americanos se o petroleo e objeto desse tipo de disputa por que a matriz energetica baseada em eletricidade e baterias nao seria isso fica ainda mais evidenciado quando se percebe uma certa pressa de alguns paises em abolir o uso de carros de combustao interna e adotar apenas os carros eletricos e tambem quando a agencia internacional de energia uma organizaçao intergovernamental formada por 31 paises membros e outros 10 paises associados aponta em seu relatorio que um unico pais domina a cadeia de mineraçao beneficiamento e produçao de baterias e veiculos eletricos isso claro alem de ter a maior demanda global de baterias e veiculos eletricos [caption id= attachment_323477 align= aligncenter width= 990 ] distribuiçao da cadeia produtiva de baterias de carros eletricos[/caption] este pais e a china ela produz 75% das baterias de ions de litio do planeta e tem 70% da capacidade produtiva de catodos e 85% da produçao de anodos mais de 50% da capacidade global de processamento e refino de litio cobalto e grafite esta na china [caption id= attachment_323476 align= aligncenter width= 1000 ] demanda de baterias por modalidade e por regiao[/caption] a europa tambem tem um forte papel na cadeia dos carros eletricos mais de 25% dos veiculos eletricos do planeta sao produzidos no continente europeu assim como 20% do processamento global de cobalto os eua por outro lado sao um mero figurante nesta peça somente 10% da produçao de veiculos eletricos e apenas 7% da produçao global de baterias — enquanto e o maior produtor de petroleo do planeta com 1/7 da produçao global o desempenho alem de tudo o que ja foi mencionado ha uma outra questao a respeito das baterias dos carros eletricos o desempenho a autonomia declarada e estimada com base em condiçoes ideais testes com temperatura controlada ou realizados no mundo real em condiçoes particulares o que acontece e que as baterias sao sensiveis a temperatura e isso pode afetar a autonomia drasticamente o pessoal do site motortrend esta fazendo uma serie de testes com a badalada picape rivian r1t em uma viagem de 218 milhas 350 km de ida e volta eles iniciaram o percurso com as baterias em 100% e uma autonomia estimada de 292 milhas 470 km ao final do primeiro trecho a viagem de ida o carro indicava 53% da carga remanescente e 153 milhas de autonomia 246 km — um consumo de energia razoavel considerando que a ida e 50% do caminho e com aclives no percurso durante a noite contudo a queda drastica da temperatura reduziu a carga da bateria para 45% na segunda noite a variaçao de temperatura derrubou a bateria para 33% na terceira noite a carga estava em 21% e apos a quarta noite antes da viagem de volta as baterias tinham apenas 12% de carga remanescente o desafio enfrentado pelos jornalistas da motortrend nao e uma exceçao ha dezenas de sites na internet com guias de boas praticas para otimizar a autonomia das baterias dos carros eletricos e ainda que seja possivel traçar um paralelo com os guias de boas praticas para economizar combustivel um motor de combustao interna nao perde autonomia porque esfriou durante a noite a ponto de te pegar desprevenido sem ter onde abastecer as proprias fabricantes tem suas recomendaçoes entre as boas praticas para otimizar o uso das baterias estao recomendaçoes dignas de um plano de voo uma delas recomenda estacionar o carro apenas na sombra outra diz para nunca passar dos 80% para nao viciar a bateria outra fala para se usar o pre condicionador — a ativaçao remota do ar condicionado — quando o carro ainda estiver plugado pois isso resfria a cabine com a energia da rede e nao das baterias as recomendaçoes chegam ao extremo de dizer evite dirigir entre meio dia e tres da tarde estas questoes contudo entram em outro desafio que os carros eletricos tem pela frente que e a aceitaçao do publico o desejo das pessoas vox populi vox dei mas isso e um papo para a terceira parte desta serie esta materia e uma amostra do nosso conteudo exclusivo que foi publicada aberta como um presente para voce provar um pouco do que produzimos diariamente para os nossos assinantes e flatouters se voce gostou da leitura escolha seu plano e torne se um assinante alem das materias exclusivas voce tambem tem acesso ao grupo secreto plano flatouter descontos com empresas parceiras para detailing compras de peças e acessorios acesso exclusivo aos eventos para flatouters alem de vantagens nos sorteios do goodguys [fo form plans]
Você já tentou pegar um vidro de mercúrio (o metal, não o remédio) sem saber que aquilo é um vidro de mercúrio? Quem já tentou, sabe o que acontece: o vidro escapa da mão na primeira tentativa.
Seu cérebro vê aquele vidrinho de 50 ml e seus músculos aplicam a força necessária para erguer 50 gramas, mais ou menos, porque estes vidrinhos normalmente têm soluções diluídas em água ou álcool. Só que 50 ml de mercúrio pesam 680 gramas.
Metais em geral são assim. Eles têm peso específico elevado. O magnésio, por exemplo, é o mais leve dos metais estruturais e tem peso específico 1,7g/cm³ — ou seja: se fosse líquido, 1 ml de magnésio pesaria 1,7 grama. A água, você sabe, pesa 1g por mililitro. É por isso que se usa magnésio nas ligas metálicas leves.
O magnésio, contudo, não é o mais leves dos metais — alguns não são estruturais, como o sódio, o potássio e o lítio. Estes três têm peso específico inferior ao da água. O mais leve deles é o lítio, pesando 0,53 g/cm³.
O lítio, você sabe, é a base das baterias dos carros elétricos atuais. Baterias de íons de lítio. E aí você pode pensar: se elas usam o metal mais leve que há, elas não deveriam ser mais leves?
Deveriam, mas não podem. Porque elas também usam níquel, manganês e cobalto. E estes metais são bem mais pesados que o lítio. O níquel, que é o metal principal da liga usada nas moedas brasileiras, pesa 8,5 g/cm³. O manganês pesa 5,95 g/cm³ e o cobalto pesa 8,83 g/cm³. E estes metais estão presentes nas baterias justamente para que elas possam funcionar como um carro elétrico precisa que elas funcionem — com uma alta concentração de armazenamento de energia e longa vida útil.
No fim das contas, apesar de usar como componente principal o metal mais leve disponível na natureza, uma bateria de carro elétrico pesa, em média, 450 kg — que é o peso de aproximadamente 500 litros de gasolina ou 550 litros de etanol hidratado. Ou 30% do peso de um sedã médio-compacto movido a combustão interna. É claramente um obstáculo que os carros elétricos precisam transpor, se pretendemos eletrificar a frota global nos próximos anos.
Só que… o peso é apenas um dos obstáculos dos carros elétricos em relação às baterias. Fabricar baterias para carros elétricos em escala global é um desafio em cada um dos aspectos envolvidos na cadeia produtiva. São eles que veremos nesta segunda parte da série “Os Desafios do Carro Elétrico”.
É a ciência
Entre 2009 e 2013 a indústria automobilística enviou 145.585 pedidos de registro propriedade industrial ao escritório de registros e patentes dos EUA. Destes, mais de 2.000 eram somente da Toyota relativos a powertrain — e isso inclui tecnologias de baterias e sistemas de alimentação de motores elétricos.
A indústria está trabalhando incessantemente — e incansavelmente — para desenvolver uma tecnologia que seja capaz de otimizar os veículos elétricos para que eles, finalmente, possam substituir plenamente os carros com motores de combustão interna. Mas há uma barreira que não depende apenas da vontade, do trabalho, dedicação e investimentos: a realidade.
Quando uma tecnologia é dominada, é possível multiplicar a produtividade multiplicando a força de trabalho ou os investimentos. Mas quando você precisa descobrir uma tecnologia nova, as coisas são diferentes. Não adianta contratar nove mulheres para gerar um filho em 1 mês. É preciso esperar os nove meses da gestação humana. A ciência não acontece no ritmo em que se deseja, mas no ritmo em que a natureza acontece.
Há dezenas de tecnologias de baterias em desenvolvimento atualmente, mas três delas são as mais promissoras: as baterias de fluxo de oxirredução, as baterias de íons de lítio em estado sólido/semi-sólido, e as baterias de metal-ar.
As baterias de fluxo de oxirredução armazenam a energia em tanques como dois eletrólitos líquidos em vez de eletrodos negativos e positivos. Os eletrólitos geram eletricidade enquanto fluem através das células das baterias e têm como principal vantagem a possibilidade de se reabastecer os eletrólitos como se fossem gasolina em um posto.
O problema dessa tecnologia é que os tanques ainda precisariam ser grandes demais (e por consequência pesados demais) para proporcionar a autonomia equivalente a de um carro movido a gasolina/etanol/diesel.
Por esse motivo um grupo de pesquisadores do Massachussets Institute of Technology, o famoso MIT, abandonou as baterias de fluxo de oxirredução para trabalhar em uma tecnologia de baterias chamada “íons de lítio semi-sólidas”. Nesse tipo de bateria um eletrólito sólido de cerâmica substitui o eletrólito líquido e, por isso, não se degrada com o tempo e ainda duplica a quantidade de energia que pode ser armazenada.
Como bônus, estas baterias não são inflamáveis e seu desempenho melhora com o calor, diferentemente das baterias atuais de íons de lítio, que perdem eficiência com o aquecimento e, por isso, precisam de arrefecimento líquido. Por outro lado, o eletrólito de cerâmica é cinco vezes mais pesado que os eletrólitos líquidos e ainda são frágeis, podendo se quebrar com os impactos inerentes à rodagem dos carros.
Já as baterias de metal-ar usam um fluxo de ar através da bateria para ativar a reação química que produz energia elétrica. Nesse sentido ela é semelhante às células de combustível, podendo ser “reabastecida” com ar comprimido. Contudo, por ser uma bateria com desenvolvimento recente, ale ainda tem um número muito limitado de cargas e recargas antes de esgotar sua vida útil.
As três tecnologias parecem promissoras, não? Elas são mesmo, mas estão prometendo esse desempenho todo desde o início da década passada. Não por incompetência dos cientistas, falta de investimentos ou recursos, mas simplesmente por que a ciência é assim.
Há ainda uma variação das atuais baterias de íons de lítio que é ainda mais promissora: as baterias de lítio-silício. Elas são como as baterias de íons de lítio atuais, porém substituem os ânodos de grafite por eletrodos de silício, que podem armazenar mais energia que o grafite.
O obstáculo, por ora, é a vida útil inferior às baterias atuais — por expandir e contrair durante a carga e descarga, os eletrodos de silício têm sua vida útil reduzida em relação às baterias atuais. Em 2017, quando estas baterias despontaram como as mais promissoras para o futuro, esperava-se que elas chegassem ao mercado em cinco anos.
Os cinco anos se passaram e elas ainda não chegaram, mas elas evoluíram significativamente a ponto de a Porsche ter impulsionado, em maio deste ano, mais uma rodada de investimentos em uma empresa que está desenvolvendo estas baterias, visando usar a tecnologia em seus futuros modelos elétricos. Se tudo correr bem e as metas de prazos forem atingidas, a Porsche já pretende usar estas baterias a partir de 2024 e, com elas, a autonomia dos carros poderá chegar ao dobro do que se consegue com as baterias atuais.
Essa mudança, contudo, resolve o problema da autonomia, mas não do tempo de recarga, tampouco do peso — afinal, elas ainda serão feitas de lítio, níquel, manganês e cobalto.
Por que lítio?
Uma pergunta que você já deve ter feito é “por que as baterias usam íons de lítio e não outra composição?”. É por que, comparadas às baterias tradicionais de níquel-cádmio (pilhas AA comuns, por exemplo) ou níquel-hidreto metálico (pilhas AA recarregáveis), as baterias de íons de lítio recarregam-se mais rapidamente, têm maior densidade de energia, têm maior vida útil, conservam essa densidade maior por mais tempo, e ainda são mais leves que baterias equivalentes de outra composição.
É uma resposta um tanto óbvia: elas são as mais utilizadas porque são as que combinam melhor as características desejadas em um pacote de baterias. E isso não vale só para os carros, mas também para os aparelhos eletrônicos pessoais e domésticos: para se obter a densidade/fluxo de energia de uma bateria de smartphone comum em 2022, seria preciso, teoricamente, mais de cinco pilhas alcalinas AA. Compare os tamanhos e o peso e ficará claro o porquê de as baterias de íons de lítio serem universais atualmente.
Isso pode mudar no futuro? Claro que sim. As baterias de íons de lítio começaram a aparecer há cerca de 30 anos e só se tornaram o padrão da indústria nos últimos 15 anos. Mas o fato de terem se tornado o padrão da indústria é justamente um dos desafios que os carros elétricos precisam enfrentar.
Primeiro, porque o investimento em desenvolvimento é feito sobre elas. E não se trata só de uma questão econômica, mas de ciência, mais uma vez: como já alertou o diretor de tecnologias da Mercedes-Benz, Markus Schaefer:
“Sem uma revolução na química não será possível reduzir os preços das baterias. As baterias acessíveis e de alta densidade de energia necessárias para parear os preços dos elétricos e dos carros a combustão, só funcionam em ambientes extremamente controlados em laboratórios.”
Depois tem a própria questão econômica: como o custo das baterias de íons de lítio caiu drasticamente desde que elas surgiram (elas ficaram 30 vezes mais baratas nos últimos 30 anos), então a indústria de está baseada na economia de escala das baterias de íons de lítio, de forma que o custo das novas tecnologias de bateria acaba sendo uma barreira para a adoção pela indústria automobilística.
Na verdade, elas ficaram tão baratas que, atualmente, a reciclagem não é economicamente viável — atualmente a reciclagem de baterias é subsidiado pelos governos como medida de proteção ambiental. O primeiro empecilho para a reciclagem ser economicamente viável é a durabilidade das baterias: elas estão durando mais que o previsto nos carros. E ainda há uma outra guinada que leva as baterias para um caminho novo neste labirinto: o cobalto é o componente mais escasso das baterias de íons de lítio — e, por isso, também o metal mais valioso nesta composição.
Um recurso finito – e outro escasso
O problema é que o cobalto compõe o cátodo nas baterias de íons de lítio, porque ele permite o armazenamento de uma densidade maior de energia. E sendo o mais escasso dos metais, sua mineração é limitada e envolta por questões de direitos humanos que contribuem para aumentar esta escassez.
Existe a possibilidade de substituí-lo por outros tipos de cristais, com algum tempo de desenvolvimento. Porém é justamente o valor do cobalto que viabilizaria economicamente a reciclagem das baterias de íons de lítio em larga escala. Aqui é importante frisar que não se trata de uma impossibilidade de se fazer baterias mais eficientes, mas de mais um dos desafios que o carro elétrico precisa encarar.
Quanto ao lítio, as reservas são relativamente grandes — estima-se que hoje exista cerca de 21 milhões de toneladas de lítio disponíveis para mineração. Considerando que uma bateria atualmente tem, em média, 8 kg de lítio, estamos falando de lítio suficiente para mais de 2 bilhões de carros. Mas há outro problema na mineração do lítio: o custo de abertura das minas e a demanda de baterias pela indústria automobilística.
Aqui precisamos relembrar que as baterias de íons de lítio não são algo exclusivo dos carros elétricos. A produção de baterias para carros elétricos concorre com a produção de baterias para dispositivos eletrônicos de todo tipo. E, se vamos escalar a produção de baterias para automóveis, pode ser que a demanda se torne maior que a oferta em algum momento. Isso já é um consenso no setor de mineração, que foi manifestado publicamente pelo CEO da mineradora de lítio Piedmont Lithium, Keith Phillips.
Em entrevista ao site Yahoo Finance no início de setembro, Philips disse que “existe lítio suficiente no mundo, mas não até 2035” e que, mesmo com a capacidade de mineração aumentando 20% ao ano, a oferta não será suficiente para atender a demanda global. Como consequência, Philips prevê uma alta histórica no preço do lítio ao longo da próxima década — tanto pela oferta reduzida, quanto pelo investimento significativo necessário para a abertura de novas minas de lítio.
Estima-se que para atender a demanda criada pelas metas de “emissão zero” dos governos, a cadeia produtiva de baterias e minérios terá de ser 10 vezes maior até o fim da década (daqui a sete anos, apenas). Isso, porque espera-se que a demanda por baterias aumente dos atuais 340 GWh para mais de 3.500 GWh em 2030. Os demais componentes necessários para a montagem dos pacotes de baterias terão que crescer no mesmo ritmo.
A questão mais preocupante, contudo, é mesmo a construção de novas minas de lítio, porque todo o processo é mais demorado. Afinal, uma mina de lítio não é como um poço caipira, que você cava, encontra o mineral e começa a explorar. A abertura de uma mina envolve estudos de viabilidade que podem se estender por anos, além da capacidade de extração ser gradual — ou seja: começa-se extraindo pouco e somente depois de alguns anos é que ela atinge sua capacidade nominal projetada de extração.
Isso sem contar com a possiblidade de a reserva do mineral estar justamente em um território protegido culturalmente. Nos EUA, há um projeto para se construir uma mina de lítio exatamente onde a tribo Paiute-Shoshone celebra a memória dos ancestrais mortos na Guerra Civil Americana. É claro que haverá uma disputa e um debate público a respeito.
Voltando ao lítio, como Philips explicou, existe oferta para a demanda estimada até o fim desta década. Para a década seguinte, quando os elétricos forem os únicos veículos permitidos, haverá escassez a menos que a extração aumente seis vezes até 2030. Para isso é necessário a abertura de 50 novas minas de porte médio.
A geopolítica
Aqui chegamos a um ponto estranhamente sensível. “Estranhamente”, porque a matriz energética derivada do petróleo evidentemente despertou uma disputa geopolítica entre os países produtores de combustíveis e os países dependentes destes combustíveis. A OPEP é uma prova concreta desta disputa, assim como os acordos dela com a Rússia, e a disputa com os EUA e outros países do Ocidente.
Lembre-se, por exemplo, da alta do barril alguns anos antes da pandemia, causada por uma disputa entre a Rússia e a OPEP, visando favorecer a Rússia na disputa pelo mercado com os americanos. Se o petróleo é objeto desse tipo de disputa, por que a matriz energética baseada em eletricidade e baterias não seria?
Isso fica ainda mais evidenciado quando se percebe uma certa pressa de alguns países em abolir o uso de carros de combustão interna e adotar apenas os carros elétricos. E também quando a Agência Internacional de Energia, uma organização intergovernamental formada por 31 países membros e outros 10 países associados, aponta em seu relatório que um único país domina a cadeia de mineração, beneficiamento, e produção de baterias e veículos elétricos. Isso, claro, além de ter a maior demanda global de baterias e veículos elétricos.
Este país é a China. Ela produz 75% das baterias de íons de lítio do planeta, e tem 70% da capacidade produtiva de cátodos e 85% da produção de ânodos. Mais de 50% da capacidade global de processamento e refino de lítio, cobalto e grafite está na China.
A Europa também tem um forte papel na cadeia dos carros elétricos. Mais de 25% dos veículos elétricos do planeta são produzidos no continente europeu, assim como 20% do processamento global de cobalto. Os EUA, por outro lado, são um mero figurante nesta peça: somente 10% da produção de veículos elétricos e apenas 7% da produção global de baterias — enquanto é o maior produtor de petróleo do planeta, com 1/7 da produção global.
O desempenho
Além de tudo o que já foi mencionado, há uma outra questão a respeito das baterias dos carros elétricos: o desempenho. A autonomia declarada é estimada com base em condições ideais, testes com temperatura controlada ou realizados no “mundo real” em condições particulares.
O que acontece é que as baterias são sensíveis à temperatura e isso pode afetar a autonomia drasticamente. O pessoal do site Motortrend está fazendo uma série de testes com a badalada picape Rivian R1T. Em uma viagem de 218 milhas (350 km) de ida e volta, eles iniciaram o percurso com as baterias em 100% e uma autonomia estimada de 292 milhas (470 km).
Ao final do primeiro trecho (a viagem de ida), o carro indicava 53% da carga remanescente e 153 milhas de autonomia (246 km) — um consumo de energia razoável, considerando que a ida é 50% do caminho e com aclives no percurso. Durante a noite, contudo, a queda drástica da temperatura reduziu a carga da bateria para 45%. Na segunda noite, a variação de temperatura derrubou a bateria para 33%. Na terceira noite a carga estava em 21% e, após a quarta noite, antes da viagem de volta, as baterias tinham apenas 12% de carga remanescente.
O desafio enfrentado pelos jornalistas da Motortrend não é uma exceção. Há dezenas de sites na internet com guias de “boas práticas” para otimizar a autonomia das baterias dos carros elétricos. E ainda que seja possível traçar um paralelo com os guias de “boas práticas” para economizar combustível, um motor de combustão interna não perde autonomia porque esfriou durante a noite a ponto de te pegar desprevenido sem ter onde abastecer. As próprias fabricantes têm suas recomendações.
Entre as boas práticas para otimizar o uso das baterias estão recomendações dignas de um plano de voo. Uma delas recomenda estacionar o carro apenas na sombra, outra diz para nunca passar dos 80% para não “viciar” a bateria. Outra fala para se usar o pré-condicionador — a ativação remota do ar-condicionado — quando o carro ainda estiver plugado, pois isso resfria a cabine com a energia da rede e não das baterias. As recomendações chegam ao extremo de dizer “evite dirigir entre meio-dia e três da tarde”.
Estas questões, contudo, entram em outro desafio que os carros elétricos têm pela frente, que é a aceitação do público, o desejo das pessoas. Vox populi, vox Dei. Mas isso é um papo para a terceira parte desta série.
Esta matéria é uma amostra do nosso conteúdo exclusivo, que foi publicada aberta como um presente, para você provar um pouco do que produzimos diariamente para os nossos assinantes e FlatOuters.
Se você gostou da leitura, escolha seu plano e torne-se um assinante! Além das matérias exclusivas, você também tem acesso ao grupo secreto (plano FlatOuter), descontos com empresas parceiras para detailing, compras de peças e acessórios, acesso exclusivo aos eventos para FlatOuters, além de vantagens nos sorteios do GoodGuys.
ESTA Chevy GMC 500 2.0 16V Turbo
PODE SER SUA!
