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Sorocaba, 23 de Novembro de 2017

CANAL AUTOMÓVEIS

ARTIGOS

O futuro da mobilidade

Por: Jorge Augusto



Muito se fala sobre o futuro dos meios de transporte. E entre eles, o automóvel ainda será uma peça chave nessa evolução. Mas a principal questão que envolve o automóvel será por qual caminho que essa tecnologia deverá evoluir. Da década de 50 aos anos 2000, o desafio da indústria automobilística foi produzir carros mais seguros, eficientes e de certa forma inteligentes (seja nos sistemas multimedia ou auxílio a condução). Mas os carros sempre evoluíram baseando a sua mobilidade em motores de combustão interna.

Mas, com a chagada de um novo milênio, novos desafios surgiram para o automóvel. E o maior deles, recai sobre o conceito de continuar queimando combustível fóssil (petróleo) para a movimentação das máquinas. Existem diversos motivos para uma mudança nesse conceito.

Em primeiro lugar, temos o fato do petróleo ser finito. Por maior que seja a sua quantidade, uma hora ele vai acabar. Mas, antes mesmo do fim do petróleo, existe o problema do aquecimento de nossa atmosfera, com a produção de gases decorrentes da queima. E isso é extensível a contaminação do meio-ambiente, ainda que em menor escala. Ainda existem outros fatores, como a enorme “perda” energética dos motores a combustão. Grande parte da energia gerada pela queima de combustível, se perde em calor e processos mecânicos, e não se transforma em movimento. Esse número varia bastante de acordo com o tamanho do carro, potência, desenho da carroceria, tipo de transmissões e etc. Mas um número médio e razoável, é dizer que 20% da energia produzida é utilizada para movimentar o veículo. Assim, 80% é perdido de várias formas. Baseado nesse único fato fica claro que a evolução dos carros precisa seguir outro caminho, que não seja a queima pura e simples de combustível. Por mais que a tecnologia evolua (e evoluiu bastante nos últimos 60 anos), o conceito de motor a combustão é falho dentro da sua própria concepção. Então, a mudança do paradigma é necessária.

Dentro desse cenário, muitas montadoras começaram a pensar e executar propostas novas para os veículos. Dos caminhos mais explorados atualmente, temos dois formatos palpáveis e em pleno desenvolvimento. O carro híbrido e o carro elétrico. Um deles será o nosso futuro, incontestavelmente. No longo prazo a solução é um futuro totalmente elétrico. Porém, a dúvida que fica agora é o “médio prazo”. Como será essa transição e o que a indústria automobilística terá de fazer para chegar a esse futuro.

Os conceitos

O carro elétrico, a grosso modo, funciona como um carrinho de brinquedo movido a pilhas. O motor a combustão é substituído por um sistema de propulsão totalmente elétrico. Um conjunto de baterias recarregáveis de alta potência substitui o tanque de combustível. Mas o carro elétrico precisa ter mais coisas, como: um eficientíssimo sistema de transmissão, um avançado gerenciamento eletrônico para o sistema de recarga e uso da energia, menor peso e melhor aerodinâmica para ampliar ao máximo a eficiência energética, entre outras questões.

O carro híbrido, por sua vez, utiliza a tecnologia de propulsão elétrica junto com motor à combustão. Existem algumas formas diferentes de unir essas duas coisas. De forma resumida, vamos explicar um pouco delas. Existe o sistema paralelo, onde o motor a combustão funciona junto, porém de forma independente do motor elétrico. Eles dividem o trabalho, movimentando o carro. Existe o sistema em série. Nesse, o motor a combustão trabalha em sequência com o sistema elétrico. Assim, um motor começa a fazer um trabalho, para o outro continuar esse depois. E ainda existe o sistema misto. Esse é o mais complexo, e mais utilizado hoje em dia nos carros híbridos. Assim, os sistemas podem operar sozinhos, ou em paralelo de acordo com a necessidade. Ou seja, o carro começa o movimento em modo elétrico, e depois o motor a combustão passa a operar simultaneamente para dividir o trabalho. Porém, ambos os sistemas podem atuar desde o início, se necessário for.

As desvantagens de cada um

No carro puramente elétrico, existem várias questões que ainda precisam ser resolvidas para que essa seja uma solução realmente viável. Entre os vários problemas que cercam essa tecnologia, a principal questão está na autonomia. Em geral, os modelos já comercializados nos EUA e Europa, trazem uma autonomia de até 200 km com uma carga completa. Porém, essa autonomia é muito mais variável que num carro com motor a combustão. Os sistemas elétricos sofrem consideravelmente em três situações. Anda e para realmente intenso, com ciclos rápidos, subidas íngremes e velocidade constante alta. Nessas situações, as baterias são drenadas mais rapidamente. Então, a autonomia teórica do carro é consideravelmente reduzida.

Outro problema do carro elétrico é o tempo de recarga das baterias. Num sistema residencial de baixa tensão, a recarga completa pode levar uma noite inteira. E mesmo em sistemas de alta tensão, a recarga não levará menos que 3 ou 4 horas. Mas existem outros problemas. A velocidade máxima de carros elétricos é sempre menor que o modelo equivalente com motor a combustão. Ou seja, a potência é menor no sistema elétrico. Ainda que muitos fabricantes definam seus carros como “Zero Emission” ou emissão zero, a realidade não é tão simples e verdadeira assim. No Brasil, temos energia elétrica basicamente produzida por hidrelétricas. Ainda que seja uma energia mais limpa, no quesito emissão de gases, cria um enorme impacto ambiental na implantação de barragens. Nos EUA e na Europa, e até países da Ásia, a geração de energia elétrica é feita por usinas nucleares e termoelétricas. Nas nucleares é conhecido o perigo de operação, bem como o gravíssimo problema do lixo radioativo. E as termoelétricas emitem gases nocivos e que também contribuem para o aquecimento global.

No carro híbrido também existem problemas. Ainda que a autonomia e a potência máxima não sejam fatores limitantes (pois são próximas a de modelos a combustão), existe a questão efetiva da economia obtida. Num exemplo prático, o Toyota Prius que pode ser considerado um sedan compacto, faz uma média de 19 km/l na estrada. Quando o carro esta na cidade em trânsito realmente intenso, a média cai para cerca de 14 km/l (sempre em condução moderada). Ainda que esses números pareçam elevados em relação a maioria dos carros, quando comparamos eles a veículos de última geração com motores a combustão, com o Audi A1 por exemplo, constamos que a distância não e tão grande assim. O Audi A1 consegue fazer quase 20 km/h, com gasolina, na estrada. Já na cidade, a média no trânsito pesado, não vai passar de 11 km/h.

Apesar da vantagem do sistema hibrido, temos que levar em consideração outras questões. O veículo híbrido precisa ter dois motores e dois sistemas de alimentação. Então, além do tanque de gasolina, ele precisa ter o conjunto de baterias recarregáveis. E isso toma espaço do interior do carro. Além disso, a montagem do motor a combustão com o sistema elétrico, chega a ser mais complexa que um carro à combustão, ou um carro elétrico. Consequentemente, a manutenção também não é simples ou barata. Além disso, o híbrido também gera poluição, ainda que menor do que o motor puramente a combustão, porém maior que o sistema totalmente elétrico.

Situações reais de uso

Não existe aquela tecnologia que é “melhor” e vai resolver todos os problemas, mas sim aquela que se adapta melhor a uma determinada situação. Então, vamos descrever duas situações práticas.

Na primeira, temos uma pessoa que se desloca da casa para o trabalho, e do trabalho para sua casa, nunca percorrendo mais que 100 km num dia. Trabalha internamente num escritório (sem necessidade de deslocamento externo) e viaja pouco nos finais de semana; e quando viaja, não percorre distâncias grandes. Esse é um cliente potencial para o carro elétrico, pois por mais trânsito que pegue em seus deslocamentos, nunca ficará totalmente sem bateria em seus percursos rotineiros. E sempre terá tempo para recarregar o seu veículo em casa, ou no trabalho.

Na segunda, temos uma pessoa que mora num município e trabalha em outro. Além disso, realiza serviços externos e faz vários deslocamentos ao longo do dia com o carro, dentro da cidade. E nos finais de semana, faz viagens com mais de duas horas de duração. Nessa situação, um carro elétrico é inviável. O usuário correrá o risco de ficar sem carga em várias situações urbanas, além da limitação para realizar viagens longas. Aqui, o carro híbrido é solução muito melhor, pois tem muito mais autonomia que o elétrico, gasta menos combustível e polui menos que um carro a combustão tradicional.

As prováveis evoluções

Ambas as tecnologias tem seu papel na transição entre o mundo de hoje, e o futuro. A tecnologia hibrida é muito mais palpável à médio prazo. Primeiro, porque ele se adequa a praticamente qualquer situação de uso, quando comparada à veículos com motor de combustão interna. Segundo, porque ela pode evoluir muito no uso de combustíveis renováveis ou complementares. O motor a combustão de um veículo híbrido pode certamente funcionar também com etanol, biodiesel ou gás (tanto natural, quanto GLP). Além disso, o híbrido pode ser do tipo plug-in. Nesse formato, o carro também segue parte do conceito elétrico, podendo ter sua bateria “carregada” durante a noite. Assim, ele funciona durante os primeiros 60 km em modo totalmente elétrico não emitindo poluição, e usa o sistema de combustão quando acaba essa carga inicial, mantendo a potência e autonomia de um carro convencional, e poluindo menos.

Mas se o híbrido parece mais usual, por que algumas montadoras estão investindo tanto em veículos elétricos?! A provável resposta, esta na evolução à longo prazo. Em algum momento do futuro tudo será elétrico, e essa tecnologia precisa ser estudada e desenvolvida. Mas a forma de gerar energia será diferente. E a grande aposta está na célula de combustível. O formato que se encontra mais desenvolvido utiliza como reagentes o hidrogênio e o oxigênio. Isso resulta em elevada eficiência energética, pois converte diretamente energia química em energia elétrica, sem as perdas da conversão da energia química dos combustíveis tradicionais. Assim, em vez de utilizarmos um motor a combustão (ou usinas caras e poluidoras) para gerar energia elétrica, teremos um sistema que produz energia a partir do gás hidrogênio, que é totalmente inerte e existem em extrema abundância na natureza. Dessa forma, a energia é produzida a partir de uma reação química que acontece quando se junta o gás hidrogênio em baixíssimas temperaturas, com o ar. Isso gera energia e calor, produzindo apenas água como subproduto. Ou seja, impacto ambiental zero de verdade! Porém, que fique claro: um carro movido a célula de combustível, é um tipo elétrico evoluído. Ele depende de motores elétricos para locomoção, e baterias adicionais para “equilibrar” e armazenar a energia gerada pela célula de combustível. Porém, o custo de produção, o armazenamento, e o transporte do hidrogênio ainda é muito caro e complicado. Quando em forma de gás, necessita de um sistema de armazenamento de grande volume e pressão, e no estado líquido, precisa que o seu armazenamento utilize sistemas criogênicos, ou seja, em baixíssima temperatura (-253°C).

Amostra do futuro, hoje!

Já existem vários modelos elétricos e híbridos, rodando comercialmente pelo mundo. Alguns acabam fazendo mais sentido que outros, inclusive com resultados práticos numa equação financeira. Os carros elétricos, por exemplo, fazem mais sentido quando são pequenos e voltados para uma utilização essencialmente urbana. Bons exemplos são o Nissan Leaf, o Honda Fit e o smart fortwo eletric drive. Além de terem uma estrutura mais leve, oferecem praticidade no uso cotidiano. Já os carros híbridos fazem mais sentido para veículos maiores. E exemplos não faltam. Temos o Ford Fusion, a BMW série 3 e 7, Mercedes-Benz Classe E e S, alguns modelos da Porsche, o Yaris e o Prius da Toyota e o Civic, CR-Z, Insight, Accord da Honda, entre outros.

Em alguns países, o híbrido já é uma realidade. A Ford, por exemplo, registrou um recorde na venda de carros híbridos nos Estados Unidos em janeiro desse ano, com 5.858 unidades. Apenas o Novo Fusion Hybrid representou 3.043 unidades. Com o lançamento do Novo Fusion Hybrid e dos híbridos C-MAX, a marca fechou 2012 com o melhor trimestre de vendas da sua história, de 19.554 unidades. Outro dado interessante é que cerca de 70% dos compradores do Novo Fusion Hybrid são novos na marca. Segundo a Ford, 22% dos compradores do Fusion têm menos de 35 anos.

Volkswagen XL1

Um exemplo do futuro promissor dos carros híbridos é o modelo XL1, que será produzido por métodos artesanais na fábrica de Osnabrück, na Alemanha. Um dos grandes segredos para a enorme eficiência do modelo está em sua aerodinâmica. O carro consegue rodar incríveis 100 km com apenas 0,9 litro de combustível. Isso equivale à 111 km/l.

Para se chegar a esse resultado, o modelo utiliza um sistema híbrido plug-in (a bateria pode ser recarregada numa tomada), e percorrer os primeiros 50 quilômetros utilizando apenas eletricidade.

Para isso é feita uma combinação entre peso baixo (795 kg), aerodinâmica perfeita (Cd 0,189) e baixo centro de gravidade (1.153 mm de altura). Assim, o carro consegue rodar na estrada à velocidade constante de 100 km/h utilizando apenas 6,2 kW / 8,4 cv de potência. Em modo totalmente elétrico, o XL1 necessita de menos de 0,1 kWh para percorrer a distância de um quilômetro.

Essa versão do XL1 usa um sistema híbrido plug-in baseada num motor turbodiesel (TDI) com dois cilindros (35 kW / 48 cv), num motor elétrico (20 kW / 27 cv), caixa de câmbio de sete marchas com dupla embreagem (DSG) e bateria de íons de lítio. Se necessário, o XL1 alcança velocidade máxima de 160 km/h, e pode acelerar de 0 a 100 km/h em apenas 12,7 segundos. Ainda sim, o consumo de 0,9 litro de diesel por 100 quilômetros é um número recorde, que até hoje não havia sido atingido por nenhum outro veículo.

Outras propostas

Existem ainda outros tipos de solução, como o Chevrolet Volt. A GM classifica ele como elétrico, porém alguns dizem que é um híbrido. Sua estrutura lembra o conceito que é utilizado por carros com célula de combustível. O Volt é um carro com todo sistema de propulsão elétrico. Ele tem uma bateria que pode ser recarregada durante a noite. Nos primeiros 60 km, o carro opera sempre em modo elétrico. Porém, quando acaba a carga da bateria, um motor a combustão entra em operação com a função específica de gerar energia. Esse motor não traciona o carro (como acontece nos híbridos), e apenas recarrega a bateria. Ou seja, o deslocamento do Volt sempre acontece em modo elétrico.

É difícil dizer quantos anos serão necessários para ocorrer tantas mudanças em larga escala, na indústria automobilística global. O fato é que isso tudo será gradual e ambas as tecnologias terão que caminhar juntas. É importante lembrar de outros desafios a serem superados, além dos problemas que orbitam a realidade dos carros. Eletrificar grande parte da frota mundial, em curto período de tempo é inviável. Em muitos países do mundo, a eletricidade ainda é cara e não existe em sobra para abastecer também carros. Além disso, mudar radicalmente a matriz energética causaria um enorme impacto global, em toda estruturara petroleira, afetando inclusive o equilíbrio econômico de muitos países. Então, para uma transição mais estável, o carro híbrido ainda acaba sendo a melhor solução de curto à médio prazo, enquanto os automóveis elétricos servem de pesquisa e desenvolvimento para um futuro mais distante, além de também contribuir muito para a redução de emissões na atmosfera. Nunca podemos deixar de lembrar, que o carro híbrido, também é, em partes, um carro elétrico.

O que pode mudar o futuro

O cenário pode mudar consideravelmente se novas tecnologias surgirem. Um dos grandes problemas dos carros elétricos é o tempo de carga das baterias, que utilizam o lítio como principal componente. Porém, a tecnologia das baterias pode sofrer uma revolução na próxima década.

Existem pesquisas para utilização de um material que permitirá que uma bateria precise apenas de poucos minutos para carga total. A chave para isso é o uso da nano-tecnologia com a produção de um composto batizado de Grafeno. Trata-se do material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. Além da sua aplicação como substituto do silício em processadores de computador, ele também pode ser utilizado como componente para uma bateria de carga ultra rápida. Engenheiros da Universidade de Stanford foram capazes de acelerar o tempo de recarga de uma bateria em mil vezes. Ainda que isso só seja possível em baterias pequenas, a tecnologia poderá ser muito aprimorada.

De cara, essa nova tecnologia resolveria dois problemas: o tempo de recarga da bateria do carro elétrico, como a menor dependência do uso do lítio, que é um mineral relativamente raro, e com reservas mundiais concentradas em países com políticas comerciais nebulosas, como China e Bolívia.

Outros fatores que podem também contribuir intensamente com o desenvolvimento do carro elétrico, é a disponibilidade de materiais mais resistentes e muito mais leves que o aço e o alumínio. Grande parte do que se gasta em energia num veículo, é usado para deslocar o peso do próprio veículo, que chega a ser 4 ou 5 vezes maior, do que o peso dos passageiros transportados.

Honda e a redução do peso

Os esforços para a redução do peso também são importantes para as novas tecnologias. A Honda Motor anunciou recentemente o desenvolvimento de uma nova tecnologia que unirá aço e alumínio. O resultado da liga desses dois metais será usado para aplicação nos painéis exteriores das portas, que normalmente são feitos somente em aço.

Ao longo das pesquisas, a Honda desenvolveu três processos que permitem a adoção do alumínio para partes externas dos painéis. Isso é possível graças a processos onde o painel de aço e o de alumínio são unidos em camadas e prensados duas vezes;

A novidade contribui para a melhora da economia de combustível e performance dinâmica do veículo, reduzindo cerca de 17% do peso dos painéis, em relação aos convencionais totalmente em aço. Além disso, reduzir o peso no lado externo da carroceria possibilita trabalhar com o centro de gravidade do veículo, tornando a sua condução mais estável.

Outros tipos de híbridos

Uma das marcas a apostarem em outras soluções do conceito híbrido é a Peugeot. E nesse sentido a marca apresentou o modelo 2008 com o HYbrid Air. Essa nova tecnologia é um passo rumo ao objetivo de redução do consumo para somente 50 km/l. Um dos objetivos é torna essa uma tecnologia acessível em termos de preço e aplicável aos veículos de passeio e utilitários que compõem os segmentos B e C.

O HYbrid Air combina duas energias para atingir o melhor rendimento de acordo com diferentes situações: o ar comprimido vai assistir o motor a gasolina, até mesmo substituí-lo, para levá-lo aos pontos de funcionamento mais eficientes durante as fases transitórias – acelerações e arrancadas.

O HYbrid Air é constituído por: um reservatório que contém ar comprimido sob a carroceria, no túnel central; um reservatório de baixa pressão, serve de vaso de expansão e um grupo hidráulico composto por um motor e uma bomba, instalado na transmissão. Já o motor é um três cilindros a gasolina de última geração.

O sofisticado sistema vai controlar as duas fontes de energia para obter o melhor rendimento possível. A passagem entre os três modos disponíveis ocorre de maneira totalmente transparente para o condutor.

No modo Air, apenas a energia contida no ar comprimido faz o veículo avançar. Ao se dilatar, o ar ocupa um espaço cada vez maior no reservatório e desloca um volume de óleo correspondente. O óleo alimenta um motor hidráulico acoplado ao trem de força. Esse modo opera melhor em circulação urbana.

No modo gasolina, apenas o motor de três cilindros a gasolina 1.2 VTi move o veículo. Esse modo é particularmente adaptado para estradas e autoestradas, com velocidade estabilizada.

No modo Misto, os motores a gasolina e hidráulico funcionam conjuntamente para deslocar o veículo, em proporções ajustadas, a fim de atingir o consumo ideal. O HYbrid Air pode alimentar o motor hidráulico a partir de duas fontes. Enquanto a quantidade de energia contida no reservatório de ar comprimido se mostrar suficiente para atender à demanda do condutor, o motor hidráulico funciona a partir dessa fonte.

O cilindro de ar pode ser recarregado de dois modos. Nas desacelerações (ao frear ou tirar o pé do acelerador), a redução da velocidade é obtida pela resistência à compressão do ar nesse acumulador. Outra forma é a recarga através da religação do motor térmico – nessa situação, uma parte da energia produzida pela gasolina é utilizada para comprimir o ar. Em ambos os casos, a capacidade energética máxima do acumulador sob pressão é atingida rapidamente, em apenas dez segundos. As vantagens são as seguintes: condução urbana em modo Air (ZEV) em até 80% do tempo e uma redução do consumo de 45% em circulação urbana. Porém, essa tecnologia ainda é muito nova e tem aplicação restrita em carros de tamanho pequeno.

Conclusão

Então, de forma geral e ampla, os conceitos híbridos são mais palpáveis no médio prazo. Porém, com a evolução da tecnologia elétrica, o carro elétrico é aposta mais provável para o futuro. De uma forma ou de outra, o futuro da mobilidade pessoal tem grande chance de ser puramente elétrico. Só resta saber o tempo exato que isso vai levar.
 

O texto publicado neste artigo é de responsabilidade do autor, e pode nao expressar a opiniao total ou parcial do Portal Sorocaba On-Line S/C Ltda sobre o assunto. Boa leitura!

Jorge Augusto

Jorge Augusto

Colunista do canal Automóveis

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