Carros elétricos


Imagem: rapidoerasteiro.wordpress.com

Carros elétricos: economia e meio ambiente

Hugo Siqueira

Uma quimera a ser vendida como “novidade tecnológica” aos países em desenvolvimento.

Chineses, alemães, americanos, franceses, etc., tentam a todo custo vender uma tecnologia para a qual não dispõem de condições de ser aplicada nos seus respectivos países. Faltam-lhes os meios materiais de produzir, de modo barato e limpo, os componentes necessários: alumínio, hidrogênio, lítio. Sobretudo, falta o essencial, pois a energia para acionar carros elétricos teria de provir de outras fontes mais caras e poluentes, algumas delas termoelétricas a vapor, inclusive nucleares, que utilizam caldeira de baixíssimo rendimento, verdadeira “reminiscência arqueológicas” da era industrial. Alem de não resolver o problema de emissão em âmbito global a adoção da nova tecnologia é onerosa. Do ponto de vista local é desnecessária, pois há muito que o automóvel deixou de ser o grande poluidor das grandes cidades americanas e européias.

Alem da necessidade de locomoção ser naturalmente reduzida numa economia de serviços, conta com a eficiente estrutura herdada do industrialismo. O mercado está saturado com mais de um carro por habitante e o consumo de combustíveis está declinando por mudanças de hábito para carros mais econômicos. Continuam grandes emissores globais, cuja dependência de petróleo reluta em substituir por outra: a dependência dos combustíveis alternativos.

Países em desenvolvimento

Mas por que num país como o Brasil, especialmente privilegiado por condições naturais, a opção por carros elétricos não vinga? Criado inicialmente para reduzir a dependência do petróleo o etanol brasileiro acabou contribuindo de forma inesperada para a redução da emissão de gás carbônico e da contaminação por chumbo, ambas de âmbito global. Mas constitui um grande equívoco imaginar que todos os problemas estejam resolvidos. Do ponto de vista local os carros a álcool continuam poluindo tanto quanto os carros a gasolina.
Em âmbito local, a poluição -- que foi problema de países industrializados -- ocorre atualmente com maior intensidade nos países em desenvolvimento cujas cidades são as que mais crescem. Com o crescimento desordenado das grandes cidades a qualidade do ar vem se deteriorando e a preocupação com as emissões de gazes em âmbito local abre possibilidades concretas para o veículo elétrico.

Política suicida

Para um país que tradicionalmente emite pouco a substituição de parte da frota por carros elétricos pode ter pouco significado, uma vez que o remanescente — constituído por veículos a álcool — continua emitindo gazes poluentes em âmbito local. Curioso que um país dos mais bem aparelhados para utilização de carros elétricos não consiga ao menos aliviar o problema de circulação de veículos nas grandes cidades. Isso se deve a causas estruturais da economia provocadas por políticas suicidas: subsídios prolongados ao combustível aliado à penalização excessiva das tarifas de energia. Ao proceder assim o país está seguindo uma política exatamente o contrário da China. Subsidiar transporte e produção de comodities pode tornar alimentos mais baratos ao trabalhador, mas não produz empregos relevantes na agricultura e mineração que utiliza meios tecnológicos. Ao contrário, penalizar a produção industrial por meio de tarifas elevadas reduz a concorrência do país, justamente nas indústrias mais ocupadoras de mão de obra: alimentos, têxteis e manufaturas. O grande sucesso atribuído ao agro-negócio e mineração se deve aos subsídios ao combustível (álcool, diesel e gasolina) que tanto criticamos quando praticado pelos países industrializados. Estamos, sem o saber, ganhando a batalha, mas perdendo a guerra para os chineses e indianos.
Um exemplo bastante elucidativo ocorre no setor de consumo doméstico de eletricidade: somos lenientes com o uso de dispositivos anacrônicos como os chuveiros elétricos que foram induzidos pelo “mito” da eletricidade barata. Julgamos estar protegendo o trabalhador considerando o custo ridículo do equipamento (o chuveiro elétrico). Entretanto, segundo cálculo do Professor Goldemberg (Energia para o Desenvolvimento), o custo de capital do suprimento de energia equivalente, para o país como um todo, é cerca de três vezes maior. Se o suprimento fosse por aquecedores a gás, a economia para o consumidor seria de 50% e o custo de capital seria 1/5 do custo do tão propalado “aquecedor solar”, conforme demonstrado nos “PSs” abaixo:

1º PS: Você toma um banho de 10 minutos num chuveiro de 6 mil Watts consumindo 1 Kwhora e paga uma conta de 0.45 x 1 ou 0.45 R$/banho.
Se o chuveiro fosse a gás (gasolina) pagaria 0.21 x 1 ou 0.21 R$/banho
Uma economia de 50% em relação ao consumo de eletricidade.
Nota: O aquecedor a gás custa 1/5 do aquecedor solar. Foi o mito da hidroeletricidade barata que perpetuou o uso dos anacrônicos chuveiros elétricos. Qual a razão de tanto encargo sobre energia que é fundamental para produção de bens básicos?

2º PS: Projetei um grupo gerador de reserva para um hospital e fiz a seguinte recomendação: “ligar o gerador a diesel e deixar a Cemig na reserva”. Sai muito mais em conta. Se as empresas praticassem esse tipo de informalidade e fizessem o mesmo certamente ganhariam dinheiro (provavelmente já estejam fazendo).

Entretanto, existem vantagens econômicas além da redução das emissões de âmbito global e local:

Nos países, como o Brasil, em que hidroelétricas são predominantes, a tecnologia é mais eficiente e a energia tem custo menor. Ainda que seja apenas uma transferência para locais distantes, onde se situam as fontes geradoras de eletricidade, a substituição de parte da frota por carros elétricos já representa alguma vantagem. Ao trocar o combustível dos carros pela eletricidade o Brasil tem condições de melhorar as condições locais sem aumento das condições globais.

Dispõe de energia elétrica barata como fonte e insumo para a fabricação dos seus componentes, como baterias leves de lítio e alumínio para tornar menos pesadas as carrocerias dos carros elétricos. Para essa finalidade poderá contar com a eletrólise da corrente elétrica produzida por usinas hidroelétricas extremamente baratas como as que são construídas ao preço de 8 centavos/Kwhora no Rio Madeira e Xingu. Tem amplas margens de reduzir tarifas excessivas ou torná-las quase gratuita no processo de carga noturno.

Carros demais e caros demais

O grande problema dos automóveis nas grandes cidades não está na poluição por eles produzida, pois a maioria deles está parada nos estacionamentos, nas garagens das residências ou mesmo no trânsito por absoluta falta de usuários.

A maior parte da poluição local é causada por veículos diesel, durante muito tempo subsidiado pelo poder público. Aliás, foi o subsídio prolongado ao diesel que provocou distorções na escolha do veículo adequado ao trânsito das grandes cidades, que poderia ser feito por veículos leves, a gasolina como acontece nos Estados Unidos. O subsídio prolongado leva o usuário a falsa impressão de que o motor a diesel é mais barato, quando na realidade é um motor pesado de alto custo de capital e consumo ao país como um todo.

Foi o subsídio que levou ao chamado “clube da D 20” e dos carros esporte a diesel, verdadeiro palácio ambulante utilizado por pessoas de posse nas grandes cidades. Se realmente for intenção do governo restringir o uso de veículos nas grandes cidades, basta aumentar o custo, pelo aumento do combustível, que constitui medida mais democrática do que reduzir a circulação através do rodízio.

O subsídio prolongado foi tambem responsável pelo trânsito de caminhões em detrimento do transporte ferroviário.

O subsídio e os baixos encargos sobre a gasolina são os responsáveis pelo “culto do automóvel” e é um obstáculo a adoção de carros elétricos como contribuição para diminuir o trânsito louco das grandes cidades brasileiras.    

O grande problema dos automóveis está na área por eles ocupada, requerendo dos poderes públicos cada vez mais vias para circularem. Não é, tipicamente, um meio de transporte, mas um brinquedo de luxo, como um quadro de arte pendurado na parede ou título nobiliárquico. Automóveis não têm nada a ver com transporte de passageiros. Existem meios mais racionais de transportar pessoas.

Se continuar escalada de fabricação de veículos como desejam os países em desenvolvimento não demora as vias das cidades estarão, de tal forma entupidas de veículos que o automóvel se tornará inútil para circulação, como vem mostrando a realidade das pequenas cidades. É provável que o automóvel se transforme num “totem”, bezerro de ouro consumidor das energias dos poderes públicos dos países em desenvolvimento do futuro.

Mas, este é assunto para urbanistas, políticos e filósofos. 
“O motor de carros se comporta, termodinamicamente como miniusinas térmicas ambulantes, autônomas como a velhas locomotivas a lenha, que carrega seu próprio combustível e transforma diretamente a energia contida no combustível em energia mecânica de acionamento do veículo. Daí seu prestígio pela autonomia e potência para atender solicitações inesperadas de demanda.  São ineficientes pelo processo, mas muito eficientes pelo “regime de velocidade”, acompanhando as inovações de modernas técnicas de fabricação (6000 RPM)”.


Vantagens econômicas do carro elétrico:

De concepção antiga — de mais de cem anos — o motor a combustão interna requer câmbio, para tornar o rendimento melhor em altas velocidades, alem do radiador e lubrificação interna, para dissipar calor em baixas velocidades, o que torna o desempenho do conjunto bateria/motor elétrico muito superior tanto no aspecto econômico quanto ambiental em relação ao do motor a combustão interna: custa menos, tem consumo menor e não polui.

  • O motor elétrico de corrente contínua já é especialmente projetado para ter alto conjugado de partida em baixas rotações de forma a ter potência constante, independente do trajeto. Nos aclives acentuados dispensa radiadores de refrigeração e nas descidas o freio eletromagnético permite a recuperação da energia potencial do veículo, devolvendo carga ao conjunto de baterias;
  • O motor a combustão envolve atenção contínua para o abastecimento de combustível, água do radiador e troca periódica de óleo, praticamente inexistente no motor elétrico de custo muito inferior.
  • Em relação ao veículo 100 % elétrico o motor a explosão requer uma série de dispositivos auxiliares, tais como embreagem, câmbio, radiador, motor de arranque e dínamo que tornam o custo de combustível e de capital mais elevado.
  • Alem da economia de combustível a recarga da bateria ocorre fora dos picos de demanda ou durante a noite — ocasião em que, ordinariamente, as hidroelétricas estão paradas, possivelmente vertendo água — o que torna o custo da geração praticamente nulo.

Resumindo: “o motor a combustão interna (ciclo Carnot e Oto) tem uma concepção muito antiga que vem resistindo às inovações tecnológicas ao longo dos últimos cem anos. È um dispositivo perdulário que consome muita energia para produzir pouco resultado em termos de energia útil no eixo do motor. Pode-se dizer que é um fim em si mesmo, isto é, grande parte da energia útil é consumida para uso próprio em dispositivos internos, necessários para reduzir o calor produzido pelas perdas que, praticamente, constitui 75% do total. Só consegue ganhar, em termos de desempenho, das velhas locomotivas a vapor, inclusive diesel-elétricas. Tipicamente, é u’a máquina de produzir calor.

Veículos híbridos

A opção por veículos 100% elétricos é ainda mais vantajosa quando comparada com a alternativa de veículos híbridos. Nesta, o custo de capital só faz aumentar com a adição do gerador acoplado, alem do que o rendimento será ainda mais baixo do que o rendimento do motor de combustão interna isolado. Alem do acréscimo de perdas do gerador acoplado é preciso levar em conta o rendimento de 75% da cadeia bateria/motor elétrico subseqüente. Enfim, uma redundância desnecessária de transformações que tornaria o rendimento total baixíssimo, em torno de 15%.
Mas, será que todas as vantagens são suficientes para justificar a substituição de parte da frota ou existirá impedimento de outra natureza?

Cadeia de conversão

Em termos de eficiência da cadeia de conversão energética, o veículo elétrico possui grande vantagem quando computados os rendimentos nos processos (Ildo Sauer, folha de 6/6):
— Economia de energia devido ao processo termodinâmico da transformação, muito mais eficiente na cadeia de conversão bateria/motor elétrico (75 %) do que no motor de combustão interna (25 %). Para produzir a mesma energia mecânica no eixo o motor a explosão requer cerca de três vezes mais energia do que o motor elétrico.
Mas a eficiência energética por si só não é o bastante. O que realmente conta é a eficiência econômica de todo o processo em termos de R$/Kwhora produzido no eixo do veículo, que, em última análise vai depender do custo relativo de cada insumo expresso na mesma unidade Kwhora. Ora o custo do combustível é subsidiado para proteger outros setores (transporte e produção de alimentos) enquanto a energia é tributada para evitar desperdícios no consumo domiciliar (chuveiros elétricos e eletrodomésticos) e isso leva a distorções que penaliza a opção carro elétrico.

Cálculo do custo para o consumidor
Dados:
Custo da gasolina na bomba                                     2.50 R$/litro
Custo da energia na concessionária                        0.45 R$/Kwhora
Poder calorífico                                                            12 Kwhora/litro
Rendimento do motor a combustão                       25%
Rendimento do conjunto bateria/motor 75%

A queima direta de 1 litro de gasolina em um aparelho de aquecimento doméstico produz 12 Kwhora de energia sob forma de calor ao custo de 2.50 R$/litro. Logo, o custo unitário da energia calorífica será 0.21 R$/Kwhora (2.50/12).  

A queima direta de 1 litro de gasolina em um motor de combustão interna produz 12 Kwhora de energia, dos quais 9 Kwhora (75%) são perdas que geram calor e 3 Kwhora (25%) é energia mecânica útil no eixo. Logo:
Custo para produzir 1 Kwhora no eixo (2.50/3)                   0.84 R$/Kwhora  

— O conjunto bateria/motor elétrico transforma 4/3 Kwhora de energia elétrica da bateria previamente carregada, pela qual paga 0.45 R$, em 1 Kwhora de energia mecânica no eixo do motor de acionamento da roda do veículo. Logo:
Custo do Kwhora mecânico no eixo do motor                     0.45 x 4/3 = 0.60 R$/Kwhora
Uma economia de cerca de 25% que poderia muito maior se a energia não fosse tão tributada.

Ora, esta é uma economia muito pequena que não reflete os custos reais da eletricidade produzida no Brasil, considerada uma das mais baratas do mundo. A tarifa de 0.45 R$/Kwhora não condiz de forma alguma com o custo de produção das usinas do Rio Madeira, recém licitadas ao lance de — pasmem! — 8 centavos o Kwhora.

 Se tivesse usado o custo real da energia produzida (sem impostos) a economia seria muito maior. Por exemplo, se tivesse usado o custo real da energia produzida nas últimas usinas licitadas do Rio Madeira e Belo Monte em torno de 15 centavos, incluindo transmissão e distribuição, o custo seria:
Custo do Kwhora mecânico no eixo do motor                     0.15 x 4/3 = 0.20 R$/Kwhora
E a economia real seria de 75% com exclusão de impostos.
     
Cálculo do custo para o país

Observação:
Nos dois processos o Professor Sauer usa insumos diferentes, tal como se apresentam ao consumidor. No 1º usa o preço da gasolina na bomba e no 2º o preço da tarifa na conta de luz. Acontece que a energia é muito mais tributada do que a gasolina. Se tivesse usado o custo real da energia produzida (sem impostos) a economia seria muito maior. Por exemplo, se tivesse usado o custo real da energia produzida nas últimas usinas licitadas do Rio Madeira e Belo Monte em torno de 15 centavos, incluindo transmissão e distribuição, o custo seria:
Custo do Kwhora mecânico no eixo do motor 0.15 x 4/3 = 0.20 R$/Kwhora
E a economia real seria de 75% com exclusão de impostos.   

Custa acreditar que o país que produz a energia mais barata do mundo tenha a tarifa de energia mais cara do mundo. Para se ter uma idéia basta observar que os lances vencedores das licitações do Rio Madeira e Belo Monte não passaram de 8 centavos o Kwhora (80 R$/Mwhora), cuja energia chega a nossas residências ao preço médio de 45 centavos/Kwhora, quase seis vezes maior. Na verdade, o custo poderia ser muito menor e possivelmente gratuito como foi acima mencionado: “alem da economia de combustível a recarga da bateria ocorre fora dos picos de demanda ou durante a noite — ocasião em que, ordinariamente, as hidroelétricas estão paradas, possivelmente vertendo água — o que torna o custo da geração praticamente nulo”.      
Ou segundo cálculo do Professor Sauer:  
No 1º processo o consumidor compra 1 litro de gasolina por 2.50 R$ e usa apenas 1/4 do conteúdo energético para gerar 3 Kwhora mecânico no eixo do motor de combustão de baixo rendimento
Custo do Kwhora no 1º processo              2.50/3                  0.83 R$/Kwhora

No 2º processo o consumidor compra 4 Kwhora de energia por 0.60 R$ (4 x 0.15) para gerar os mesmos 3 Kwhora no eixo de um motor de maior rendimento (75%). Logo:
Custo do Kwhora no 2º processo              0.60/3                  0.20 R$/Kwhora
Uma economia de 75% com os impostos excluídos.

Alternativas promissoras para carros elétricos

O Brasil é um dos mais bem aparelhados países para utilização de carros elétricos. Energia elétrica barata como fonte e insumo para a fabricação dos seus componentes, como baterias leves de lítio e alumínio para tornar menos pesadas as carrocerias dos carros elétricos. Para essa finalidade poderá contar com a eletrólise da corrente elétrica produzida por usinas hidroelétricas extremamente baratas como as que são construídas ao preço de 8 centavos/Kwhora no Rio Madeira e Xingu. Tem amplas margens de reduzir tarifas excessivas ou torná-las quase gratuita no processo de carga noturno.

Mas, dificilmente poderá tomar o lugar da indústria estruturada há mais de um século. Por menor que seja o custo de suprimento de energia elétrica a veículos 100% elétricos e mesmo que seja gratuito, não existe condição objetiva de concretizar o suprimento através da tomada do consumidor porque a estrutura da rede domiciliar não comporta recarga na escala requerida pelo conjunto bateria/motor elétrico***. Já imaginou o tamanho da conta de luz? Por outro lado, postos de serviços localizados em prédios de estacionamento teriam oportunidade de ampliação dos serviços de troca de baterias certificadas e carregamento.

Entretanto, nem a estrutura de serviço existente dos postos de combustível teria área suficiente para suportar carga de bateria com duração 5 a 6 horas diárias em locais de alto custo imobiliário. Já imaginou a dificuldade da carga em postos de gasolina, por horas seguidas?
***De qualquer forma, pequenos veículos 100% elétricos podem ser carregados pela rede domiciliar dentro dos limites da rede projetada para chuveiros elétricos até 60 amperes em 110 Volts.

Quando muito, os veículos elétricos servirão como 2ª opção para “famílias” que já tem “um” nos países em desenvolvimento, como meio de burlar o rodízio imposto aos veículos a combustível. Ou, em última instância, podem servir como 3ª opção para “pessoas” que já tem 2 veículos nos países industrializados. Enfim, servirão para carregar pessoas ou cortar grama nos campos de golfe, como já acontece nos países industrializados. Podem ter alguma utilidade para circulação de pessoas e cargas nas vastas áreas dos parques de exposição e nos entrepostos de distribuição de mercadorias (Walmart).   

Tudo vai depender dos mecanismos que regulam a qualidade do ar e incentivos para redução de poluentes requeridos pela população. Por exemplo, permissão para circulação livre em áreas de lazer devido ao baixo risco e liberação do rodízio imposto a outros veículos.. Isenção de IPI, IPVA e ICM, tanto no veículo em si como na fabricação dos componentes e tarifas de energia elétrica.. Mas, se forem construídos para ficarem parados, como os demais a combustível, perdem sua principal função de circulação na região central das grandes cidades. 
Hugo Siqueira, Cidade do Cabo Verde MG em 16/06/2010

Comentários

  1. Hugo
    “Você não está sendo muito exagerado ao comparar o motor à combustão interna às velhas locomotivas a vapor”?

    Afinal a tecnologia do motor a combustão (ciclo Otto e Carnot) vem passando por sucessivos avanços no sentido do aumento do rendimento acompanhando o desenvolvimento de tecnologias modernas no sentido de maiores velocidades e rotações em todos os setores Todo esforço do empreendimento humano tem sido no sentido do aumento constante da velocidade, que constitui a tendência marcante do mundo moderno.

    Esta tendência é evidenciada pelas modernas turbinas dos jatos supersônicos, da incrível velocidade de escape dos foguetes, dos aparelhos de corte de cerâmica, das atuais brocas de dentista, dos automóveis e carros de corrida e, sobretudo, pelo aumento crescente da velocidade da informação. Assim como o mundo todo se desenvolveu graças ao aumento da velocidade da informação, o desenvolvimento correlato do setor secundário ocorre pelo crescimento da velocidade industrial das máquinas e conseqüente aumento da velocidade e rotação dos aparelhos produtores e consumidores de energia.”

    Os mesmos avanços vêm ocorrendo tambem na tecnologia de construção de termoelétricas a gás graças ao aumento da rotação (IV e II pólos), com expressiva redução no custo de capital devido a redução do porte.

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  2. Anônimo:
    De fato, termoétricas a gás constituem o complemento natural das grandes hidroelétricas de fio d'água em construção na Amazônia. Custam menos do que as antigas térmicas a vapor pre-existentes e poderão utilizar gás ou álcool, subprodutos da exploração de petróleo e cana de açucar. Se utilizadas na forma de usinas combinadas (cogeração) podem melhorar o desempenho das antigas termoelétricas a vapor, reduzindo o consumo de carvão e óleo.

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  3. Emilio Mendonça da equipe do ex-governador ex-prefeito Jaime Lerner desenvolve o Dock Dock a bateria carregavel em tomada comum em 4 horas, com automia de 50 Km e vel 30 Km/hora.
    Ótimo para feirante, moto-boy e ofice-boy em estacionamento de shopping aeroporto e entregador de pizza.

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  4. veículo eléctrico
    (cuja sigla em inglês é EV, de electric vehicle) é um tipo de veículo propulsionado por um motor eléctrico, para transportar ou conduzir pessoas, objectos ou uma carga específica. Diferenciam dos veículos usuais pelo facto de utilizarem um sistema de propulsão eléctrica e não a solução comum de motor de combustão interna.

    O motor eléctrico usa energia química armazenada em baterias recarregáveis, que depois é convertida em energia eléctrica para alimentar um motor que fará a sua conversão em energia mecânica, possibilitando que o veículo se mova.

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  5. Com o preço da energia em US$/600/Kwhora a comparação é impossível. é isso fvai permanecer por muito tempo porque o sistema ja entrou na fase hidrotérmica , com térmicas na base o tempo todo

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  6. Tio Hugo, como toda nova tecnologia, vejo que os veículos elétricos ainda precisam ser aperfeiçoados. Realmente seria inviável carregá-los por 5 ou 6 h. em postos de combustíveis. Porém, assim como as pequenas motocicletas tem-se tornado cada vez mais usadas como opção mais barata de transporte urbano, acredito que seja possível usar pequenos carros, com autonomia de menos de 70 km , que possam ser carregados à noite nas próprias residências de seus proprietários. E um custo de 0,60 kw/h é relevante , se comparado com 0,83kw/h. Representa mais de 30% de diferença....

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  7. Logo agora que empresa brasileira anuncia "o carro voador"?

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