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Camiões de hidrogénio ou com baterias elétricas, essa é a questão….

Se olharmos para o setor automóvel privado, todos os sinais apontam para a direção dos veículos elétricos. De acordo com um relatório recente da BloombergNEF, cerca de 5,6 milhões de carros elétricos foram vendidos em todo o mundo em 2021. Isto é quase o dobro do valor de 2020 e, mais importante ainda, representa quase 8% de todas as vendas de veículos a nível mundial. Os analistas da Bloomberg atribuem isto a uma maior oferta de carros elétricos, que agora também estão disponíveis no atrativo segmento dos SUV.

Para os veículos comerciais, a situação é diferente. Os veículos 100% elétricos continuam a ser um problema para o transporte de longa distância, uma vez que as baterias são demasiado pesadas e grandes para alimentar de forma razoável um camião de 40 toneladas e a sua carga. Os veículos com tecnologia de hidrogénio parecem ser uma opção mais realista. No entanto, o hidrogénio deve ser produzido por eletrólise, o que requer uma grande quantidade de energia e, por esta razão, as pilhas de hidrogénio são consideravelmente menos eficientes do que as baterias.

Que tecnologia irá prevalecer a longo prazo?

O problema dos veículos elétricos é... a bateria. Os veículos movidos a bateria são um problema ambiental devido às próprias baterias. Antes mesmo de o veículo sair da linha de montagem, a bateria de um carro elétrico já emitiu o equivalente até nove toneladas de dióxido de carbono. Por um lado, isto deve-se à própria produção e, por outro, ao cobalto, grafite e lítio utilizados.

A maior parte do grafite para baterias vem da China e tem uma pegada de carbono significativa. A extração de lítio pode levar à poluição da água, emissões químicas tóxicas e poluição do ar. E o cobalto também está sob escrutínio devido às condições sob as quais é extraído no Congo.

Lítio

Embora as baterias de iões de lítio tenham uma alta densidade de energia e uma longa vida útil, os métodos de reciclagem do lítio são ineficientes. Menos de 1% das baterias de iões de lítio são recicladas, em comparação com as baterias de chumbo-ácido, que têm uma taxa de reciclagem de mais de 99% de eficácia. Espera-se que a procura de baterias de iões de lítio aumente rapidamente devido à sua eficiência e ao crescente mercado de veículos que funcionam com baterias. Este é um grande desafio para a indústria da reciclagem. No futuro, os sectores industriais que consomem grandes quantidades de lítio precisarão desenvolver processos e infraestruturas adequadas para reciclar o metal leve.

Outro problema é a disponibilidade de lítio. Embora o peso em proporção à crosta terrestre seja pequeno, estimado em 0,006 %, o risco de esgotar as reservas de lítio é baixo. O problema é que leva muito tempo a extraí-lo.

Uma vez que os veículos elétricos se generalizem, a procura de lítio excederá a oferta, uma vez que a produção simplesmente não será capaz de acompanhar o ritmo. Uma saída possível é desenvolver novos tipos de baterias à base de cálcio. O cálcio não só é 10.000 vezes mais comum que o lítio, como também pode, em teoria, proporcionar um desempenho da bateria semelhante ao do lítio.

No entanto, ainda existem algumas barreiras importantes ao desenvolvimento de baterias à base de cálcio. Uma delas é a falta de conhecimento sobre materiais catódicos adequados que possam armazenar e libertar cálcio de forma eficiente e reversível. CATL, atualmente o maior fabricante mundial de baterias automóveis quer começar a produzir uma bateria de iões de sódio que não precise de cobalto, lítio, cobre ou níquel de forma massiva a partir de 2023. No entanto, as baterias de sódio ainda oferecem um alcance consideravelmente mais curto do que as de lítio.

Tempos de carga

O principal problema dos veículos movidos a bateria é o elevado tempo de carregamento, uma questão crítica no transporte rodoviário, onde cada minuto conta. No entanto, os projetos piloto de eletrificação rodoviária já estão em marcha em todo o mundo, pelo que se espera uma solução no futuro.

Em fevereiro de 2022, investigadores da Universidade de Aalto na Finlândia informaram sobre uma nova tecnologia para transmitir eletricidade sem fios ou fichas. A possibilidade de transferência de energia sem fios já é conhecida há algum tempo e não é uma novidade em si mesma. No entanto, os sistemas anteriores não foram capazes de carregar dispositivos que pudessem estar localizados em qualquer lugar dentro de um espaço relativamente grande.

O problema é que o fluxo de eletricidade não pode ser controlado quando existem vários transmissores numa área. Os investigadores desenvolveram uma tecnologia de transmissão de energia que funciona independentemente da posição e orientação do transmissor e do recetor. Robôs de armazém, eletrodomésticos de cozinha e computadores portáteis podem ser carregados em qualquer lugar dentro da área de carga. Como a transferência de energia funciona mesmo quando o dispositivo está em movimento, chegará uma altura em que esta tecnologia poderá alimentar veículos elétricos enquanto estes estão a ser conduzidos.

Os veículos a hidrogénio são melhores?

Os veículos a hidrogénio também começam com um impacto ecológico: o complexo tanque de hidrogénio desempenha aqui um papel particularmente importante, tal como a platina, que é utilizada como um catalisador na célula de combustível. Contudo, segundo um estudo do Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar (ISE), os veículos com tecnologia de células de combustível são significativamente mais amigos do ambiente em longas distâncias do que os veículos movidos a bateria. Os veículos elétricos só têm vantagem ambiental em distâncias mais curtas.

Em comparação com os veículos movidos a bateria, as células de combustível em particular oferecem a vantagem de reabastecimento rápido e armazenamento suficiente de combustível para viagens de longa distância.

Custos de produção elevados

Um dos problemas com o hidrogénio é que a sua produção é dispendiosa. Esta produção é geralmente conseguida através da eletrólise de PEM (membrana eletrolítica de polímero), que é considerada uma das tecnologias mais eficientes. Até agora, a eletrólise AEM (membrana de troca aniónica) tem desempenhado apenas um papel menor na produção de hidrogénio, uma vez que o desempenho e a vida útil que oferecem as soluções existentes têm sido demasiado baixos. No entanto, nos sistemas PEM estão a ser utilizados catalisadores caros à base de metais nobres e membranas à base de perfluorocarbono, o que implica custos mais elevados.

No entanto, a investigação de alta pressão não está apenas em curso no campo dos veículos elétricos a bateria, mas também nas células de combustível de hidrogénio. Os cientistas esperam que o desenvolvimento de uma nova unidade de membrana-elétrodo estabeleça as bases para a introdução da próxima geração de eletrólise da água, que parece trazer reduções significativas nos custos de produção.

Sobreaquecimento

Além disso, parece estar a ser encontrada uma solução para outro problema com células de combustível de hidrogénio - o sobreaquecimento - que constitui um obstáculo técnico, especialmente em veículos médios e pesados, tais como camiões e autocarros. As células de combustível atuais funcionam a 60-80º e requerem grandes refrigeradores e entradas de ar para funcionar. Contudo, os cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos desenvolveram uma nova célula de combustível de polímero que funciona a 80-160º e que também tem uma maior densidade energética.

Isto significa que é agora possível fabricar células de combustível de alto desempenho que podem funcionar em condições quentes e secas. Embora seja necessária mais investigação antes da célula de combustível de alta temperatura atingir a durabilidade necessária para trabalhos pesados, este novo desenvolvimento promete certamente uma solução para o transporte rodoviário de carga média e pesada.

Redes de estações de serviço deficientes

Vale também a pena mencionar a rede de estações de reabastecimento de hidrogénio, que ainda é muito escassa atualmente, apesar de existirem movimentos nesta área. De acordo com o website H2stations.org, em 2021 entraram em funcionamento 142 estações de reabastecimento de hidrogénio em todo o mundo, mais do que nunca.

O debate continua

Até agora, a corrida entre os camiões elétricos e de hidrogénio tem sido taco a taco no setor dos veículos pesados e ainda não é claro qual destas duas tecnologias irá prevalecer ou se irão coexistir.

Segundo um estudo do Instituto Fraunhofer de Investigação de Sistemas e Inovação (ISI) da Alemanha publicado na revista Nature Electronics no final de janeiro de 2022, a célula de combustível continua a ser uma aplicação de nicho; os veículos com bateria elétrica irão ocupar o lugar no setor dos veículos comerciais, mesmo para trabalhos pesados. O Dr. Patrick Plötz, coordenador da Unidade de Economia Energética do Instituto Fraunhofer para a Investigação de Sistemas e Inovação (ISI) na Alemanha, explica que enquanto as viagens de longo curso de camiões cobrindo mais de 500 km por dia representam um desafio para as opções de bateria elétrica, os regulamentos europeus estipulam que os motoristas de camiões têm de descansar durante 45 minutos depois de conduzir durante mais de quatro horas e meia. Isso significa que distâncias de cerca de 450 km são mais do que suficientes. Embora fosse necessária uma potência média de carregamento de cerca de 800 kW para carregar um camião pesado de mercadorias durante 400 km em 45 minutos (a norma atual permite até 350 kW), "existe uma nova norma para sistemas de carregamento de megawatts que está atualmente em desenvolvimento, com uma potência de carregamento que deveria facilitar saídas de mais de 2 MW; são esperadas especificações para finais de 2022, com a norma final esperada para 2023".

O Dr. Plötz não nega que o hidrogénio tem um papel importante a desempenhar na indústria, no transporte marítimo e no combustível sintético para a aviação. Mas adverte que, dada a urgência da crise climática para o transporte rodoviário, a política e a indústria não podem esperar pela tecnologia do hidrogénio e recomenda que se centrem nos veículos com bateria elétrica para o transporte de passageiros e de mercadorias.

Conclusão

Os veículos movidos a bateria já se encontram a ser produzidos em massa. As células de combustível à base de hidrogénio estarão prontas para a produção em série nos próximos dois anos. Empresas bem conhecidas na indústria automóvel estão a investir no desenvolvimento de células de combustível.

O atual estado da investigação e desenvolvimento técnico a nível mundial merece ser acompanhado de perto. O desenvolvimento futuro depende de decisões políticas, uma vez que em última análise são os próprios Estados que impulsionam o desenvolvimento através da natureza dos subsídios nacionais.

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