quarta-feira, julho 22, 2009

BATERIAS: onde mais dói o carro eléctrico!

O preço estimado das baterias de iões de lítio (Li-ion) varia muito com os autores das estimativas que tentam prever o seu custo. Porém, presentemente, o preço anunciado pelo seu maior fabricante e inventor (em 1991), a Sony, é de 18.000 € (para uma bateria de 24 kwh). Mais do que o preço da maioria dos automóveis económicos actuais!...

É também por este elevado custo das baterias que, ironicamente, não há carros híbridos de gama baixa. Sem subsídios, como nos EUA, o Toyota Prius e o Honda Insight são mais caros que os seus concorrentes a gasolina simples, e é em carros de gama alta como o SUV da Toyota que a opção híbrida tem vindo a ser comercialmente proposta. O que é natural: um híbrido tem todo um sistema eléctrico a adicionar à motorização tradicional, e só pelo peso é impedido de ser um carro pequeno. Tem, porém, vantagens no que respeita às baterias, como adiante explicarei.

É possível, entretanto, que uma vez iniciada a fabricação em larga escala, o preço das baterias de Li-ion possa descer substancialmente (para cargas típicas à volta de 24 kwh, o suficiente para mais ou menos 150 a 200 km de autonomia).
Para essas produções em massa, a maioria das estimativas aponta para um preço final entre um mínimo de 2.000 € (como aludi
aqui) e 10.000 €, com um valor médio de 6.000 €. Excluí a consideração de subsídios porque, obviamente, nenhum Estado poderá subsidiar sustentavelmente tal negócio.
Do preço referido e a valores actuais de mercado, os 5 a 10 kg de lítio que a bateria incorpora não pesam mais que 5% no preço final. A parcela maior deste custo está na extrema delicadeza de muitos dos seus constituintes, necessária à obtenção da desejada grande capacidade da bateria, e aos sistemas de segurança que requer para limitar a tensão e a corrente nos seus elementos em caso de falha.

Entretanto, as baterias de Li-ion têm como maior problema o seu curto tempo de vida.
O que acontece com elas é o mesmo que acontece com as dos portáteis e telemóveis, que são do mesmo tipo: vão perdendo capacidade até deixarem praticamente de carregar.

Porém, enquanto num PC ou telemóvel isso frequentemente coincide com a própria rápida obsolescência do aparelho, num carro é desejável que a bateria dure mais que os 2 a 4 anos que efectivamente duram. Ora ainda não há solução para este problema!

Há actualmente uma intensa corrida a novas tecnologias químicas para as baterias de Li-ion (que as grandes companhias japonesas na vanguarda da tecnologia de baterias concordam ser a opção mais viável para armazenamento móvel de energia até 2030). As baterias de portáteis e telemóveis usam geralmente cátodos de cobalto mas não suportam as grandes correntes eléctricas necessárias aos automóveis; por isso,
estas são preferencialmente feitas com manganês (desde 1996) e, recentemente, surgiu uma promissora nova tecnologia usando fosfatos (2008), estando sempre a aparecer novas soluções com novas promessas.
Muitas destas promessas acabam por se defrontar com senãos decisivos, mas é provável que a I&D em tecnologia de baterias de Li-ion acabe por alcançar uma solução que reúna elevada capacidade de carga e durabilidade.
A questão é: quando?

Especialistas notam que o tempo que a tecnologia tem levado a duplicar a capacidade das baterias de Li-ion tem sido de 10 anos. Depois de uma invenção de um novo processo, há que patenteá-lo, testá-lo longamente quanto a possíveis problemas, e prová-lo quanto a processos de fabrico para se poder estimar custos de produção e ver se são competitivos. E depois haverá que projectar os automóveis em função das características da bateria. Isto leva tempo.

É por estas razões que os especialistas mundiais na economia do lítio, por exemplo, não prevêm nenhum aumento drástico da sua procura antes de 10 anos. E que o Painel Climático Inter-Governamental também não prevê a generalização do carro eléctrico antes de 10 a 20 anos.

Até lá, será o tempo dos híbridos e dos Diesel (mais económicos que os híbridos na auto-estrada, onde as poucas travagens não permitem ao híbrido a regeneração de energia que o caracteriza). Além do mais, o envelhecimento das baterias de iões de lítio também depende do seu regime de carga e descarga e da temperatura a que funcionam, exactamente como as baterias dos portáteis - sendo os regimes de carga/descarga dos híbridos muito mais propícios a uma vida longa das baterias que a dos carros inteiramente eléctricos (vd. figura: a curva 1C é para descarga normal, 2C para mais intensa, etc). Mas os híbridos em comercialização actual (Prius e Insight) não usam baterias Li-ion, e sim NiMH, com uma tecnologia japonesa diferente da boicotada pela Chevron.
O facto é que, tal como o essencial no TGV não é o comboio eléctrico mas sim a ferrovia, no carro eléctrico a tecnologia essencial não é a eléctrica mas sim a química (das baterias)! Por isso, estrategicamente talvez fosse nessa I&D que valesse a pena Portugal apostar qualquer coisa, em vez de comprar uma fábrica estrangeira "chaves na mão" como acaba de fazer à Nissan, e que esperemos não lhe aconteça a mesma vergonha que a outra aventura, a fábrica de células de combustível...

Entretanto, haverá certamente experiências, séries limitadas subsidiadas por Governos, sobretudo de países cuja indústria automóvel está mais em crise, como os EUA, Reino Unido e França, e que talvez estejam a tentar uma fuga para a frente face à Crise que lhes afecta em particular as indústrias automóveis (a americana está mesmo já falida). Na verdade, Portugal é o único país do mundo que faz apostas destas sem ter uma estratégia económica por trás (como sucede também com as eólicas). Facto tão inacreditável que alguns relatórios americanos chegam a mencionar Portugal como um dos países com maiores reservas de lítio (deve ser a explicação que encontram para o nosso entusiasmo)...!

Eu, de qualquer modo, a menos que me vendam o carro com uma garantia que cubra as substituições das baterias durante 8 anos (como fazem os híbridos japoneses), mais outra quanto ao preço da electricidade e ainda outra quanto à ausência de impostos de substituição dos dos carros a gasolina, não serei dos que darei para esse peditório. É que será preciso ser rico, para isso!

3 comentários:

Pêndulo disse...

Boa noite. Gostaria de apresentar algumas interrogações que tenho relacionadas com o que parece ser a forma mais prática e acessível a todos de abastecer um carro eléctrico-a troca de baterias em estações de serviço.
A experiência que tenho de telemóveis é de, com o tempo, ter a indicação de a bateria estar carregada (aparecerem todas as barras no indicador de carga) mas a autonomia ser reduzida.
Fazendo uma analogia com um depósito de água diria que o depósito vai ganhando lodo no fundo e fica cheio com cada vez menor quantidade de água.
É possível saber exactamente qual a quantidade de energia que uma bateria contém sem a descarregar?
Coloco a questão pois no sistema de troca eu entregarei uma bateria com alguma carga e receberei uma outra com, supostamente, mais carga. Ora com o tempo o parque de baterias irá envelhecer e temo que seja possível receber uma bateria com apenas 20 Kwh, ou menos, quando o referencial for os tais 24 que indicou.E isto um tanto ou quanto aleatoriamente.
Outra questão que se prende com o mesmo assunto é de ordem económica. Suponhamos que amanhã de manhã quero fazer uma viagem de 150 km sem interrupção e que a minha bateria ainda tem autonomia para uns 60Km. Irei trocá-la esta noite e recebo uma bateria com 22kwh. No entanto entrego, suponhamos, uma bateria com 6 kwh. Na verdade estou a comprar apenas 16 KWh. Será possível, no acto de troca de baterias, fazer o balanço de forma a pagar apenas a energia resultante do adquirido menos o entregue?

Pinto de Sá disse...

As suas questões são perfeitamente pertinentes.
As baterias de iões de lítio não sofrem do problema de "memória" de outras; vão, simplesmente, perdendo capacidade, e a analogia do "lodo" parece-me bem achada. Como saber que "lodo" tem uma bateria?
O problema é exactamente o mesmo que se coloca com os portáteis, e resolve-se da mesma forma: com software e um modelo matemático do envelhecimento da bateria. Porém, esse modelo tem imperfeições, e com o tempo a sua estimativa do envelhecimento vai-se desviando da realidade. Por isso, tal como para os portáteis, é necessário de vez em quando proceder a uma descarga completa para calibrar o software, como explica uma das referências para que hiperligo no post.
No entanto, devo dizer-lhe que precisamente por este problema e também por razões de segurança (estas baterias são perigosas quando aquecem demais) e ainda pela delicadeza da sua construção, a ideia da troca de baterias em estações de regarda não é encarada. Talvez já tenha notado que, entre as mirabolantes promessas que se têm vindo a fazer, a das estações de troca de baterias não consta.
A aposta tem antes ido para soluções de carga rápida que reduzam das típicas 3 horas para uma, embora só carregando 70%. O problema é que esse regime contribui para encurtar a vida das baterias...

üco disse...

Boa tarde. Tomei a liberdade de colar o seu post no meu blogue. http://ocarroelectrico.blogspot.com