Como se sabe, a redução das emissões no transporte exige uma mudança dos combustíveis fósseis (principalmente derivados de petróleo bruto) para uma gama muito mais ampla de fontes de energia sustentáveis e com menor impacto de carbono.

Relatório elaborado pela Ricardo PLC para a Comissão Europeia em 2020, intitulado “Determining the Environmental Impacts of Conventional and Alternatively Fuelled” (ou Determinando os Impactos Ambientais dos Combustíveis Convencionais e Alternativos), examinou os impactos do ciclo de vida de diferentes tipos de veículos rodoviários e os combustíveis disponíveis nas próximas décadas.

As descobertas confirmam que os EVs (veículos elétricos) são menos prejudiciais ao meio ambiente que os veículos movidos a combustíveis fósseis. Isso deve se tornar mais pronunciado com as futuras inovações em fontes de energia e materiais. Porém, cerca de 98% da energia utilizada para alimentar o setor de transporte global ainda provêm do petróleo bruto, que não será substituído por uma única fonte de energia sustentável, mas por uma combinação que inclui eletricidade, hidrogênio, biocombustíveis e amônia verde, entre outras tecnologias.

Na era de rápido desenvolvimento tecnológico, várias soluções irão coexistir. Cada vez mais, os motores de combustão interna integrarão tecnologias eletrificadas e propulsões elétricas completas, enquanto os combustíveis integrarão componentes renováveis avançados e a novas vias sintéticas.

A eletricidade renovável é um capacitador fundamental, particularmente para veículos rodoviários, trazendo benefícios significativos para a qualidade do ar, com reduções nos níveis dos principais poluentes, como dióxido de nitrogênio (NO2) e partículas finas (PM10 e PM2,5). Com o uso mais difundido de EVs, as emissões de escape tendem a ser significativamente reduzidas. Algumas emissões por frenagem, por exemplo, também podem cair, devido ao sistema regenerativo implantado em EVs (embora outras, como as emissões de desgaste dos pneus, continuem sendo um problema).

Buscando alternativas ao diesel, indústria vem redesenhando os projetos tecnológicos de seus produtos

Da mesma maneira, os biocombustíveis constituem uma alternativa potencial, mas há limites para as quantidades que podem ser produzidas. E, portanto, outras opções também são necessárias.

Uma delas é usar eletricidade renovável para produzir hidrogênio verde ou amônia verde, necessários para se obter combustíveis sustentáveis na aviação e no transporte marítimo. A energia excedente criada por energias renováveis durante períodos de baixa demanda pode ser usada para alimentar a eletrólise, na qual uma corrente elétrica é passada por uma solução química para separar o hidrogênio da água.

O hidrogênio criado através desse processo pode ser armazenado como gás comprimido ou líquido criogênico, e ser utilizado em células de combustível ou motores de combustão para veículos e geração estacionária de energia.

Novas abordagens avaliam a eficiência do produto desde a extração do combustível até o transporte, passando por abastecimento e armazenamento

Além disso, o hidrogênio pode ser armazenado por longos períodos e em quantidades definidas apenas pelo tamanho das instalações de armazenamento, enquanto as baterias se degradam no armazenamento e têm capacidade limitada.

Por sua vez, a amônia é um composto de nitrogênio e hidrogênio e, portanto, não emite CO₂ ao alimentar um motor. Se o hidrogênio usado na produção da amônia for “verde”, isso cria o potencial de uma propulsão verdadeiramente zero de carbono. A amônia tem sido utilizada como combustível para o transporte devido à densidade energética semelhante à do metanol e superior à do hidrogênio, tornando o armazenamento a bordo economicamente viável.

A amônia líquida tem uma densidade de energia maior do que o hidrogênio líquido e, portanto, também é mais fácil de armazenar e transportar. Instalada na Arábia Saudita, a maior fábrica de amônia verde baseada em hidrogênio do mundo começará a produzir em 2025, com capacidade para produzir 1,2 milhões de t/ano.

VIDA ÚTIL

As emissões do transporte não se referem apenas ao que emerge do escapamento. Para um veículo convencional a diesel, a maioria das emissões deriva de sua utilização e, em proporções menores, da produção e descarte ao final de sua vida útil.

Essas proporções são diferentes para os EVs. As emissões decorrentes do uso são consideravelmente menores, pois o veículo elétrico é muito mais eficiente em termos energéticos. No entanto, isso é contrabalançado pela produção de baterias com impacto ambiental. Como resultado, a porcentagem de emissões na produção de um EV típico pode estar próxima de 30%.

Um fabricante pode afirmar que um EV tem zero emissões, mas isso dá a impressão enganosa de que não há impacto ambiental. Não é o caso, pois o número se refere apenas às emissões do escape, relevando as emissões incorporadas aos materiais ou geradas durante a produção do veículo.

A análise do ciclo de vida usando uma abordagem “do poço à roda” é uma metodologia interessante para comparar a eficiência de cada solução. A abordagem avalia a eficiência do produto desde a extração do combustível até o transporte, passando pelo abastecimento e armazenamento. O segundo cálculo é baseado no uso final do combustível em um veículo, onde é processado para fornecer energia.

É fundamental que a passagem da medição das emissões do escape para uma abordagem “do poço à roda” deixe claro que existem soluções além da eletrificação, que podem contribuir para o processo de descarbonização do transporte.

Os EVs são amplamente aceitos como a tecnologia mais promissora para a descarbonização do setor de veículos comerciais leves. Mas o caminho mais econômico para descarbonizar o setor de veículos pesados (HDV) é muito menos claro, com opções elétricas e a hidrogênio surgindo como alternativas viáveis.

Os HDVs elétricos ou a hidrogênio podem estar disponíveis ainda na década de 2020. A aceitação de opções de emissão zero pode se acelerar rapidamente quando as novas tecnologias alcançarem a paridade de TCO em comparação ao diesel, resultando em um impacto significativo na infraestrutura de transporte.

Opções elétricas e a hidrogênio surgem como alternativas viáveis para descarbonizar o setor

No Reino Unido, a Ricardo avaliou os requisitos e custos de infraestrutura para diferentes opções de HDVs com emissão zero. O objetivo do projeto era fornecer estimativas da infraestrutura necessária para descarbonizar totalmente o frete rodoviário até 2050, assim como os custos de implantação em vários cenários focados em tecnologia.

Isso incluiu tecnologias como hidrogênio, com reabastecimento a partir de postos, baterias EVs, carregadas a partir de carregadores ultrarrápidos, sistemas de Baterias Elétricas Rodoviárias (ERS), alimentados por pantógrafos e carregados fora das rodovias, extensor de faixa de hidrogênio, com bateria de bordo (sem carga externa) e tanque de hidrogênio (a partir de postos de reabastecimento de hidrogênio), EVs plug-in híbridos, reabastecidos em postos convencionais e energia adicional a partir de eletricidade, dentre outros.

Os cenários focalizaram mudanças em direção a determinada tecnologia, no período de 2020-2050, com 99% de descarbonização da frota até 2060 (mais tarde que 2050, devido à longa vida útil dos veículos pesados, adicionando tempo para que modelos mais antigos sejam retirados de serviço).

O relatório concluiu que, quando são considerados os custos de combustível, todas as alternativas são mais baratas que a linha de base (ou seja, com 100% de dependência do diesel), apesar dos investimentos necessários em novas infraestruturas. A magnitude dessa economia varia de acordo com o cenário, girando entre £ 1,54 a £ 1,37 bilhão/ano em 2050 para bateria e bateria ERS, respectivamente.

Todavia, uma mudança em direção a uma indústria de HDV movida a hidrogênio pode levar aos mais baixos custos globais de infraestrutura entre os cenários considerados. O custo total acumulado para o cenário de hidrogênio é de £ 7,67 bilhões até 2060, aproximadamente seis vezes menor do que os custos esperados para a infraestrutura elétrica a bateria.

No entanto, os custos de combustível e a demanda geral de energia são mais baixos para o cenário elétrico. Isso compensa os custos de infraestrutura mais altos em comparação ao cenário de hidrogênio, tornando a bateria a opção com custo mais baixo após 2050. Custos similares são previstos para todas as formas de infraestrutura elétrica (incluindo ERS e carregadores ultrarrápidos).

A transição para veículos pesados com emissão zero será necessária para cumprir as desafiadoras metas de descarbonização. A análise dos requisitos de infraestrutura e custos das diferentes opções tecnológicas, que podem apoiar essa transição, mostra que os investimentos anualizados para todos os cenários são menores do que a base do diesel.

É fato que, atualmente, o custo de um EV é mais alto que o de um veículo convencional. Isso mudará com os futuros desenvolvimentos na tecnologia e o previsível aumento da produção de baterias de íons de lítio, que já são 30 vezes mais baratas do que quando entraram no mercado, no início dos anos 90. Provável tecnologia dominante no futuro, essas baterias movem íons de lítio de um anodo para um catodo, que são separados por um eletrólito para produzir eletricidade.

As baterias de íons de lítio têm uma densidade de energia maior que as baterias recarregáveis de chumbo-ácido ou níquel-cádmio, enquanto o lítio também é o mais leve de todos os metais, ajudando a reduzir o tamanho do conjunto de baterias. O desafio atualmente enfrentado é reduzir a quantidade de metais que precisam ser minerados para as baterias de EVs. Uma bateria típica de íons de lítio pode conter 8 kg de lítio, 35 kg de níquel, 20 kg de manganês e 14 kg de cobalto.

Os impactos ambientais e humanos da extração também são significativos, tornando vital garantir que as matérias-primas sejam recicladas e, se possível, reutilizadas, além de se obter o máximo rendimento das próprias baterias.

Produção e descarte de baterias são parte significativa dos impactos dos novos produtos

Em expansão, a demanda do mercado de baterias pode crescer sete vezes até 2030, levando potencialmente a uma escassez temporária e a oscilações de preços. Para resolver os problemas de abastecimento de matérias-primas e reduzir os impactos do ciclo de vida, já estão em desenvolvimento catodos com baixo teor de cobalto ou mesmo sem cobalto. O cobalto é o metal mais valioso em uma bateria EV, mas torna-se tóxico quando manuseado sem segurança. E a remoção do cobalto e do níquel exigirá diferentes estruturas de cristal para os materiais catódicos, de modo a não afetar o desempenho.

Uma consequência não intencional das baterias sem cobalto, entretanto, é o impacto sobre a capacidade de reciclagem. O cobalto é o principal componente que torna a reciclagem de baterias econômica, pois outros materiais, especialmente o lítio, ainda são mais baratos para mineração que para reciclagem.

Além disso, as baterias podem ter uma segunda vida útil em aplicações estacionárias porque são mais baratas do que uma nova. Entretanto, encontrar o equilíbrio entre primeiro/segundo uso e reciclagem é um desafio, devido ao valor econômico das matérias-primas: os metais reciclados são mais valiosos do que a bateria seria em um segundo uso. Isso conduz a um caminho acelerado para a reciclagem, em vez de aplicações viáveis de segunda utilização.

Ademais, a análise do ciclo de vida é fundamental para uma consideração completa dos impactos ambientais da energia, do combustível e da reciclabilidade do produto. Embora não se concentre estritamente nas baterias, o relatório da Ricardo toca nesse ponto: “O tipo de combustível utilizado, ou a fonte de eletricidade, também determina a magnitude dos impactos do ciclo de vida do veículo”, diz o paper.

“Os impactos ambientais associados à produção de combustível podem diferir significativamente, dependendo se o combustível é produzido a partir de uma matéria-prima biogênica, fóssil ou por eletricidade, e de como cada opção é computada em termos de impactos negativos.”

Em termos de combustão, diz o estudo, enquanto os impactos ambientais tendem a ser semelhantes para todos os combustíveis líquidos, existem diferenças fundamentais nos impactos potenciais de aquecimento global, dependendo se o combustível é feito de carbono fóssil ou biogênico.

De uma perspectiva mais específica, o relatório afirma que, para os EVs, a produção e o descarte da bateria podem constituir uma parte significativa dos impactos em todo o ciclo de vida. Com a previsão de aceleração da utilização de EVs nos próximos anos, a minimização desses impactos será cada vez mais importante. “O destino final das baterias de EVs deve ser a reciclagem, porém há um interesse crescente no potencial de reutilização ou reúso das baterias antes dessa etapa, devido ao potencial econômico, eficiência de recursos e outros benefícios ambientais”, ressalta o trabalho. (Adaptação: Marcelo Januário)

Além das emissões de escape

As emissões do sistema de escape são apenas um fator quando se considera o impacto dos veículos sobre o meio ambiente. O impacto incorporado refere-se à energia e emissões (incluindo CO₂) liberadas para criar, fabricar, transportar, usar e descartar um veículo.

Em elétricos, quase metade da pegada de carbono é gerada antes de o veículo entrar em ação

No futuro, a eletricidade descarbonizada alimentará veículos com menos emissões de carbono, mas a fabricação de veículos elétricos (EVs) permanecerá com intensidade de carbono por algum tempo, considerando a operação de centrais elétricas para fornecimento de eletricidade e a fabricação de componentes-chave, como baterias. Um EV produzirá cerca de 18 t de CO₂ e durante sua vida útil. Para um EV a bateria, 46% da pegada total de carbono é gerada na fábrica, antes de ter percorrido um único quilômetro.

Qualquer comparação entre EVs e veículos a diesel precisa ser feita em uma base similar. Para um motor de combustão interna, as emissões associadas à extração e refino de petróleo bruto para produzir diesel devem ser consideradas. Da mesma forma, o termo “veículo com emissão zero” é enganoso, pois ignora o impacto produzido durante todo o ciclo de vida do EV. (Adaptação: Marcelo Januário)