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AS CONSEQÜÊNCIAS

DA EXPANSÃO DOS

VEÍCULOS ELÉTRICOS

(Bateria, Híbridos e Célula a Combustível)

NO BRASIL
INEE

Fevereiro/2006
O Problema
Desde 1983 foram aprovadas leis e normas estabelecendo padrões mínimos aceitáveis e/ou desejáveis de eficiência energética e de emissões veiculares. Embora os dois temas estejam correlacionados, as legislações enfatizam uma ou outra questão em função das pressões sociais, das condições energéticas do país e outros aspectos como o preço do petróleo. Isto afeta um grande número de fatores tais como :


  • Licenciamento;

  • legislação fiscal;

  • legislação de importação;

  • legislação ambiental: regulamentação das emissões e proteção do meio ambiente;

  • normas de circulação urbana (cidades mais poluídas);

  • normas de segurança;

  • postos de abastecimento;

  • código de defesa do consumidor e Lei dos Crimes ambientais;

  • seguros.

A legislação mais recente instituiu a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia (Lei 10.295/01). Sua regulamentação (Decreto 4.059/02) criou o GCIEE - Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência para instituir os padrões mínimos de eficiência energética, inclusive para uso veicular. Como a quase totalidade dos veículos, atualmente, são acionados exclusivamente por motores de combustão interna (m.c.i.) dos ciclos Otto ou Diesel (“veículo convencional - VC”, neste texto), suas características e parâmetros acabam sendo embutidas nas normas. O objetivo da discussão aqui proposta é considerar um fenômeno recente que está acontecendo com a introdução dos VEs.




Por definição, o VE é um veículo acionado por, pelo menos, um motor elétrico. Inclui os trólebus e veículos a bateria (VEB) (que usam energia exclusivamente da rede) e os veículos elétricos híbridos (VEH) em que a energia elétrica é gerada a bordo, a partir de um m.c.i.. O VEH se subdivide em muitos tiposi, dependendo da dimensão do m.c.i. e do motor elétrico e da forma como eles são integrados para o acionamento. Além disso, há os “VEH Plug-in” que têm elevada capacidade de acumular energia elétrica e que além de combustível, podem usar energia elétrica da rede como fonte de energia. A figura ao lado resume estes tipos, mais detalhados no anexo.


Ora, no VEH, não faz sentido usar parâmetros do m.c.i. tais como, por exemplo, a potência máxima do motor para compará-lo com um VC. O m.c.i. destes veículos tem potência máxima que pode ser de metade a um terço da necessária ao acionamento de um VC equivalente. O uso da potência do motor pode prejudicar a intenção da Lei que foi a de levar em conta, em última análise, a potência nas rodas, o que permite comparar os veículos de modo independente da tecnologia de acionamento. Nestes veículos, por exemplo, as medidas de emissão e eficiência têm que ser feitas de forma direta, pois a medida em bancada não consegue avaliar as intrincadas relações entre o m.c.i., sistema de baterias e motor elétrico.
A introdução dos VEH pode colocar dúvidas quanto à aplicação do espírito da Lei 10.295/01 e da legislação de emissões que tende a estabelecer níveis que podem ficar muito aquém das possibilidades da tecnologia. Elas foram feitas pensando um processo evolutivo dos VC, mas os VEH representam uma quebra de paradigma em que um efeito visível é um salto imediato da eficiência energética. A redução de emissões, além disso, é mais que proporcional ao aumento da eficiência, pois nestes veículos os m.c.i. operam muito perto da condição ideal do motor, sem transientes.
Nestas condições que tipo de veículo deve ser considerado ao estabelecer os padrões de desempenho desejáveis nos termos da legislação?
Questões colaterais também devem ser abordadas como, por exemplo, quando o consumidor precisar decidir entre um VC e um VEH ou um VEB, como comparar? É fácil perceber as implicações no marketing e na ética de divulgação dos veículos com variados tipos de acionamento.
Certos aspectos da questão ambiental também precisam ser repensados a longo prazo. Assim, por exemplo, embora o VEB, e alguns “Veículos com Célula a Combustível - VECaC” (usam hidrogênio e a emissão é de vapor de água - ver adiante), não tenham emissões, a geração elétrica para atendê-los certamente afeta o meio ambiente de forma negativa. Assim, para comparar o VEB com o VC é preciso ir além do veículo e considerar também a cadeia de produção de energia em procedimentos como o “Well-to-Wheel” do Argonne National Laboratory dos EUA.
Pano de Fundo
No início da história do automóvel uma parte grande dos veículos eram VEs que perderam importância a partir da década de 1910ii. Como os motores elétricos têm uma vocação mais adequada para as funções de tração, sempre houve propostas para voltar ao seu uso, sem grandes resultados, ficando estes restritos a pequenos nichos de uso em veículos “off-road”, de baixa potência e velocidade, para transportes em ambientes fechados.
A história moderna dos VEs começa nos anos 90, quando a Califórnia estabeleceu que uma proporção crescente dos novos carros naquele Estado norte-americano deveria ser do tipo “Zero Emission Vehicles - ZEViii. Na mesma época, o governo francês estimulou as principais montadoras a lançarem VEBs dando subsídios e incentivos fiscais aos compradores e fazendo compras importantes a partir de empresas estatais (Correios e EDF). As iniciativas visavam reduzir as emissões locais, pois na época o preço do petróleo era baixo.
Em 1993 o governo Clinton lançou o projeto “Partnership for a New Generation of Vehicles - PNGV”, de cerca de US$ 1bi, em que o governo cobria metade dos investimentos das montadoras para desenvolver carros leves eficientes. Criado depois da Rio 92 o projeto foi visivelmente influenciado pela questão ambiental global. Considerava, porém, que a eficiência dos veículos norte-americanos que devido ao programa “Corporate Average Fuel Economy – CAFE”, havia crescido de 15 mpg em 1976 para 23 mpg em dez anos, havia estagnado desde então.
O PGNV colocou como meta um veículo consumindo 80 mpg (34 km/l) e não fixou tecnologias. A característica comum dos projetos apresentados era o acionamento elétrico (VE), variando a origem da energia elétrica a bordo. Alguns seriam VEH e outros VECaC em que a corrente elétrica é obtida diretamente do hidrogênio, sem combustão, em células a combustível, dispositivo eletro-químicos.
Nos EUA, onde o uso de VEB para transporte interno em condomínios e grandes unidades comerciais e industriais era predominante, houve uma solicitação para que estes veículos elétricos circulassem nas ruas e estradas da vizinhança (compras, ida e volta ao escritório próximo etc...). O governo dos EUA criou, em 1998, os “Neighborhood Electric Vehicle - NEV”, autorizados a circular nas ruas e estradas com velocidade limitada a 40 km/h.
As pressões ambientais depois que os EUA rejeitaram o Protocolo de Kyoto levaram o presidente Bush a desenvolver, em 2003, o projeto “Independence” apostando no VECaC como um caminho dos EUA para reduzir as emissões de CO2. Os recordes de preços do petróleo e a situação politicamente instável e complexa em quase todas as áreas produtoras do mundo o levaram a criar o “Energy Policy Act of 2005”, onde estímulos aos VEH assumem papel importante na política energética, prevendo-se no orçamento de 2006 créditos fiscais de até US$ 3.400 por veículo, em função da sua eficiência energética.
Há várias iniciativas no mundo que estão estimulando a demanda por VEs. Em Londres é cobrada a taxa de £5 para circular com VCs no centro da cidade, enquanto os VEs estão isentos. Em Milão, Roma e outras cidades italianas, quando a concentração de gases de escape ultrapassa um nível crítico, apenas a circulação dos VEs é permitida nos fins de semanaiv .
Estas medidas ao longo de uma década já tiveram resultados concretos:
VEB - atendendo os estímulos dos anos 90, as principais montadorasv deram grandes saltos tecnológicos: melhores baterias, eletrônica mais avançada (potência e controles) e uso do freio regenerativovi. A comercialização desta primeira geração foi descontinuadavii a partir de 2003 pela baixa autonomia, tempo de recarga elevadoviii e preços elevados das baterias. A venda dos NEV ainda é baixa, mas cresce, nos EUA, a quase 40% aaix desde que foi regulamentada. Na Itália e Inglaterra cresce a população de VEs e fabricantes.
VECaC - vêm tendo avançosx importantes com maciços investimentos em pesquisas, tanto privados quanto dos governos, havendo algumas centenas em teste em diversos países. Muitos analistas, no entanto, estimam que pode levar de 10 a 20 anos para serem resolvidos os problemas da célula a combustível e de produção, estocagem e distribuição do hidrogênio e tornar esta tecnologia competitiva.
VEH - os primeiros comerciais foram lançados no Japão em 1997. Curiosamente feitos por montadoras japonesas que não tiveram acesso ao PNGV, mas se prepararam para a eventual concorrência. Hoje há mais de uma dezena de modelos de VEH leves a venda e todas as montadoras anunciaram modelos na recente feira de Detroit. O “Prius” xi já está na segunda geração e os sete carros melhor avaliados do ponto de vista de emissões e eficiência nos EUA são VEHs. Apesar de mais carosxii que o VC equivalente, têm sido um sucesso de venda e a penetração de mercado que em 2004 foi de 0,45%, deve superar 1,5% em 2006.
No que tange aos veículos pesados, o uso de trólebus é muito antigo e, em diversas cidades onde a colocação das redes aéreas não se fez – por razões econômicas ou estéticas -, circulam ônibus VEB (Bolonha na Itália e Santa Bárbara nos EUA). Nestes veículos, o uso de baterias chumbo-ácidas, mais baratas, mas muito pesadas, é mais fácil de acomodar do que em veículos leves. Mais recentemente, a população de ônibus híbridos (do tipo paralelo e serial) vem aumentando e as autoridades de NY consideram esta a solução ideal para transportes públicosxiii.
Perspectivas
Há, atualmente, cerca de 500 mil VEHs circulando no mundo. Há até dois anos atrás, muitos analistas viam estes como veículos experimentais e alguns enxergavam como uma tecnologia transiente para os VECaC. Em 2005, o aumento do preço do petróleo acelerou a demanda por VEHs leves ao mesmo tempo em que castigou as compras de SUVs (“utilitários esportivos”; veículo da moda, em geral superdimensionado para o tipo de uso que tem sido dado).
No final de 2005, montadoras como a GM e FORD fizeram um “mea culpa” por terem interrompido as pesquisas dos VEHs e anunciaram diversos veículos deste tipo. A pioneira Toyota anunciou que vai lançar modelos com acionamento VEH para todas as suas linhas de veículos.
Mesmo que os preços do petróleo voltem a se reduzir, o crescimento dos VEHs é hoje irreversível, premido, também, pelo potencial efeito ambiental do rápido crescimento do mercado chinês. É difícil, no entanto, dizer em que direção será a evolução dos VEs em geral pois, como pode ser visto no anexo, há uma gama enorme de tipos. Vaticínios sobre a evolução dos VEs são muito difíceis, pois o processo apenas começou.
É certo, no entanto, que a venda dos veículos em grande escala – a ser reforçada com a entrada da China e Coréia neste mercado - deve reduzir os preços de componentes típicos deste tipo de veículo, como as bateriasxiv, moto-geradores e sistemas de controle, o que pode mudar o sentido da evolução.
Reforçado por iniciativas ambientais como as anunciadas e pela tendência natural de reduzir custos dos componentes, os VEBs e VEHPlug-in também podem ter um papel importante. É interessante citar dois exemplos. Na França, a Dassault, tradicional fabricante de aviões, está testando num VEB moderno, apostando na redução futura dos preços das baterias modernas. Seu objetivo será produzir e vender estes sistemas de acionamento para serem incorporados pelas montadoras. Nos EUA, as concessionárias elétricas estão apostando nos “VEHPlug-in”, ou seja, VEH que tem uma razoável capacidade para armazenar energia e usá-la para acionar o carro como mais um combustívelxv. Para atender este mercado a Daimler Chrysler está fazendo testes com um modelo Sprinter, com lançamento previsto num prazo de dois anos.
VEs no Brasil
Após a crise do petróleo, houve diversos estudos liderados pela ELETROBRÁS para desenvolver veículos elétricos, iniciativa descontinuada com a queda dos preços do petróleo. Nesta época a Gurgel desenvolveu o “Itaipu”, um VEB voltado para esta finalidade. Experiências interessantes também foram realizadas em Curitiba onde se considerou a possibilidade de só haver circulação de VEB no centro da cidade.
No Brasil, além dos trólebus em operação (~350 fabricados no Brasil), há cerca de 40 VEHs em circulação e, em breve, deve ser iniciada uma experiência na grande São Paulo com ônibus a hidrogênio, que conta com o apoio internacional do GEF, um fundo da ONU para reduzir as emissões. Dois fabricantes brasileiros (ELETRA e TUTTOTRASPORTI) desenvolveram a tecnologia de VEH serial e a AVIBRÁS, tradicional fabricante de trólebus, também informa dominar as tecnologias.
A vinda dos VEHs leves para o Brasil é inevitável como conseqüência da globalização, onde os consumidores vão demandar os VEHs com menos ruído, baixa vibração, aceleração mais suave e menores emissões. A chegada e penetração no mercado vão depender da estratégia de marketing das montadoras, mas a importação pode iniciar em breve, atendendo a pressões da demanda.
Cresce também no país a demanda para situações especiais de condomínios e unidades comerciais, como, por exemplo, os estúdios da Rede Globo no Rio de Janeiro, onde o uso de VEBs é regra. Cresce ainda a demanda por veículos elétricos para funções especiais, como as empilhadeiras e veículos fora de estrada, o que pode levar à introdução de veículos tipo NEV. O INEE percebe um interesse crescente das empresas de energia elétrica neste fenômeno.
Pelo verdadeiro “quantum jump” de eficiência que o uso dos VEs pode acarretar, o INEE vem liderando a discussão deste tema, através da organização de debates a respeito. A discussão interessa, sem dúvida, a um grande número de entidades, de regulamentação, tecnologia, meio ambiente, montadoras, e, indiretamente até a empresas de seguro. Pela natureza dos aspectos afetados, presta-se à organização de fóruns de discussão. A curto prazo, no entanto, o tema toca diretamente ao trabalho do GCIEE e, em particular do grupo que estuda a etiquetagem de automóveis, trabalho que tem sido levado adiante pelo CONPETxvi .
O INEE estuda em futuro próximo a organização de um Seminário nesta linha pois o melhor momento para tratar esta classe de problemas é agora quando eles já estão razoavelmente mapeados e são previsíveis, não se constituindo ainda em fontes de problema, pois há raríssimos veículos deste tipo circulando em vias públicas.
Oportunamente serão tomadas as ações de divulgação necessárias à operacionalização deste Seminário.

ANEXO


Fonte de

Energia

Tipo de veículo

Observações





VEÍCULO DE CONVENCIONAL (VC)


(*)

ELETR.

DISTRI-


BUÍDA



Veículo Elétrico A Bateria (VEB)

Os veículos mais modernos são feitos para ter um desempenho equivalente a um veículo convencional equivalente. Dispõem de sistemas de controles sofisticados, inclusive de “freio regenerativoxvii.



VEB – com características de velocidade e capacidade do veículo convencional.

VEB - Off road (VEBoff), com baixa potência, usados para transportes em baixa velocidade em áreas fechadas (“Carros de GOLF”) e reboque.

NEV – “Neighborhood EV” (EUA) para uso em via pública c/ velocidade limite de 40 km/h.

C
Energia Mecânica

Energia Elétrica

(*) Freio Regenerativo: quando freia, motor elétrico  gerador

(*) Energia externa ( combustível ou eletricidade)
ONVENÇÕES :





(*)

ELETRI-

CIDADE


REDE

AÉREA



TROLEYBUS (VET)


Alimentado pela rede elétrica, armazena a energia em um banco de baterias.

Os modelos mais modernos têm freio regenerativo.








Veículo Elétrico Híbrido Serial (VEH-S)
Normalmente usado para transportes urbanos onde a potência do m.c.i. e a capacidade das baterias podem ser adaptadas ao regime de uso.
A potência do m.c.i. pode ser menor que a de um VC equivalente pois nas arrancadas o motor elétrico pode receber energia das baterias e do gerador.


(*)

GASOLINA

DIESEL


ÁLCOOL

GNV


CÂMBIO

(*)



Veículo Elétrico Híbrido Paralelo (VEH-P)
Empregado nos veículos passeio. O gráfico apresenta a solução mais comum (Prius), onde uma caixa de câmbio recebe a força motriz de cada um dos motores separadamente ou de dois simultaneamente e ainda aciona o gerador na freada regenerativa.
No Insight (Honda), o moto-gerador elétrico veículo fica junto à roda e ajuda o m.c.i. nas arrancadas e recupera a energia inercial nas freadas. Há diversas outras soluções possíveis.


(*)

GASOLINA

DIESEL


ÁLCOOL

GNV


ELETR.

DISTRI-


BUÍDA



Veículo Elétrico Híbrido Plug-In (VEH-Plug)
Na figura, para simplicidade de apresentação há um VEH-S. Pode ser aplicada também ao VEH-P.
Nestes casos, a capacidade de armazenamento das baterias é muito maior. Para um Prius, a capacidade normal ela é de 1 kWh e um dos fabricantes que adapta para VEH-Plug a bateria tem capacidade de 10 kWh.


(*)

H

HIDRO-

GÊNIO




Veículo de Célula a Combustível a Hidrogênio (VaCC - H)
Pressupõe uma rede de abastecimento de hidrogênio.


(*)

H

METANO

METANOL


ETANOL

METANO

METANOL


ETANOL



Veículo de Célula a Combustível com Reformador (VaCC - Ref)
O reformador é um equipamento que separa os átomos de de hidrogênio do combustível. Quanto mais simples a molécula do combustível, mais eficiente a extração.




i As soluções de VEH da Honda e da Toyota, por exemplo, são completamente diferentes.

ii No museu da LIGHT há um caminhão elétrico de manutenção (4t) com tração independente nas quatro rodas, fabricado em 1907.

iii Na prática, carros elétricos, embora haja algumas propostas de carros a ar comprimido que poderiam também atender ao objetivo.

iv Críticos do sistema de carros pares e ímpares de São Paulo lembram que a prática não restringe o trânsito para pessoas que têm dois veículos e que pode até aumentar na medida que um dos dias usa um carro que emite mais.

v Notadamente a GM (EV-1), Toyota (REV-4), Ford (Ranger EV e Th!nk), Chevrolet (Chevy S10 EV), Honda ( EV Plus), Chrysler (EPIC EV), Renault (Kangoo), Peugeot (206) e Citroën (Berlingo)

vi que permitem recuperar parte da energia inercial do carro, aumentando sua

vii alguns veículos ainda em operação estão sendo recolhidos e destruídos pelos fabricantes

viii (oito horas em tensão de distribuição; meia hora com carga rápida) (60 a 160 km)

ix Ver estatísticas com o Nunes

x Há hoje cerca de 200 VECaC, inclusive um no Brasil. Vários entrevistados desenvolvem projetos relacionados ao H, pois há muitos recursos de governo. Nenhum mostrou entusiasmo.

xi Foi eleito “Carro do Ano 2004” nos EUA e “Carro do Ano Europa, 2005”

xii por terem componentes mais caros a bordo como as baterias de alta capacidade e os sofisticados controladores eletrônicos.

xiii Palestra de Pietro Erber no 3º Seminário VE2005, INEE.

xiv O preço das baterias do tipo LI- (íon lítio), hoje usadas em “lap-tops” e celulares (sem o estorvo ambiental das outras baterias que usam metais pesados sendo interessante notar que as tecnologias mais avançadas são da PANASONIC, hoje controlada pela Toyota) vem reduzindo e reduzirá mais ainda com o aumento das escalas de fabricação quando chineses e coreanos entrarem.

xv O Prius II pode andar até 15 milhas.

xvi Ver o documento “Promovendo a Eficiência Energética nos Automóveis Brasileiros”; CONPET, Setembro 2005.

xvii Quando o freio é acionado, o motor é convertido em gerador, oferecendo a resistência mecânica para o carro ao mesmo tempo em que produz energia que é estocada nas baterias para uso futuro.

_______________________________________________________________________________

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