Eletricidade a serviço do transporte

Edição 94 – Novembro de 2013
Por Bruno Moreira

Alto grau de poluição e dependência de combustíveis fósseis fazem o setor de transportes buscar alternativas. Novas tecnologias envolvendo eletricidade incitam desenvolvimento e emprego de veículos elétricos e híbridos

De acordo com o Balanço Energético Nacional 2013, realizado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o setor de transportes foi responsável por 31,3% de consumo de energia no Brasil no ano de 2012. Isso dá ao segmento a segunda colocação no ranking dos consumidores energéticos do país, logo atrás das indústrias, que representaram 35,1%.

O relatório informa também que dessa energia consumida pelo setor de transportes, cerca de 85% teve como fonte derivados de petróleo, sendo que a gasolina foi responsável por pouco mais de 30% deste consumo energético e o diesel por 48,1%. Os outros 15% do consumo total pelo setor de transporte são constituídos por etanol, gás natural e outros.

O tipo de fonte energética utilizada pelo setor de transportes faz o segmento pagar seu preço e acaba colocando-o como o principal poluidor do país. Em 2012, foi responsável por quase metade da emissão de dióxido de carbono (CO_2), dispersando no total 209,3 milhões de toneladas do gás poluidor na atmosfera das cidades brasileiras. Para se ter uma ideia, o setor industrial, que é o primeiro consumidor de energia do Brasil, emitiu bem menos dióxido de carbono do que o segmento de transporte, 89, 6 milhões de toneladas, no total.

Pensando que o meio ambiente é cada vez mais motivo de preocupação e cuidado por parte de diversos segmentos da sociedade, e que muitos organismos e empresas, não só no Brasil como no mundo, fazem campanha e investem em práticas menos danosas à natureza, fica claro que o setor de transportes está na contramão desta tendência.

Tal característica faz com que muitos pesquisadores busquem alternativas com o objetivo de mitigar os impactos ambientais negativos gerados pelos diversos veículos motorizados e pelo consumo desenfreado de combustível fóssil. O veículo elétrico (VE) é uma destas alternativas. Seja puramente elétrico (a bateria) ou híbrido (contendo também um motor de combustão interna), este tipo de veículo mostra-se como uma ótima forma de mitigar o problema de ordem ambiental ocasionado pelo setor de transportes no Brasil.

Veículo puramente elétrico

A respeito desta tecnologia, o presidente da Associação Brasileira de Veículos Elétricos (ABVE), Pietro Erber, acredita ser necessário ressaltar primeiro que não se trata de algo novo. “Até a década de 1920, os carros elétricos eram muito comuns”, informa o presidente, explicando que na época as estradas eram, em sua maioria, razoavelmente ruins e o carro era utilizado apenas para deslocamentos em áreas urbanas.

Segundo Erber, os veículos de motor à combustão interna eram incipientes no começo do século XX, e quem dava as cartas no setor automotivo era a eletricidade. Contudo, com a melhoria das condições das estradas e a abertura da possibilidade de se percorrer distâncias maiores, uma questão inerente ao veículo puramente elétrico começou a se tornar evidente: a limitação da bateria elétrica, que restringia a autonomia do veículo. Diante disso, os carros elétricos acabaram perdendo espaço para os veículos a combustível fóssil, que reinam até o presente momento.

Mais recentemente, no entanto, como explica Erber, a eletricidade para transporte veicular começou a ser aventada novamente, e isto, não apenas por conta dos problemas envolvendo a emissão de CO₂ e outros poluentes (o veículo puramente elétrico apresenta emissão zero, já que não queima combustível), mas também pensando na questão de segurança energética, ou seja, com o intuito de evitar a dependência dos combustíveis fósseis e sua possível escassez.

A eficiência energética é outro aspecto que torna o veículo elétrico mais atrativo em relação ao veículo convencional. “A diferença é brutal”, afirma o presidente da ABVE. Isto porque, enquanto o veículo convencional apresenta uma eficiência de 15%, o veículo elétrico apresenta uma eficiência da ordem de 75%.

 

Apesar dessa vantagem, a questão envolvendo a limitação da bateria e, consequentemente, a baixa autonomia do veículo puramente elétrico ainda persiste. Atualmente, um veículo elétrico é capaz de se locomover por cerca de apenas 200 km sem recarga.

De acordo com o presidente da ABVE, entretanto, essa baixa autonomia é relativa. “Para alguém que anda 30 km por dia, um carro que tem autonomia de 150 km é mais do que suficiente. Pode-se andar cinco dias sem recarga”, argumenta Erber. Se se levar em conta que muitas pessoas usam o carro apenas para percorrer o trajeto de casa-trabalho, trabalho-casa, o veículo parece mesmo viável.

Este argumento, contudo, parece não convencer os consumidores que se mostram temerosos diante da possibilidade de um veículo deste tipo os deixar na mão no meio da rua. Nos EUA, por exemplo, dois fabricantes de veículos elétricos tiveram que reduzir suas pretensões no começo do ano justamente por causa do desânimo dos possíveis compradores ante as desvantagens oferecidas pelo veículo à bateria.

Não bastasse a baixa autonomia, a bateria é responsável também pelo preço relativamente alto do veículo elétrico em comparação aos veículos convencionais. Para se ter uma ideia, mais de 50% do preço total do veículo fica por conta do equipamento. Segundo a pesquisadora de sistemas de energia do CPqD, professora Maria de Fátima Rosolem, a bateria de íon-lítio (que é utilizada atualmente nos veículos elétricos) tem um custo alto ainda por se tratar de uma tecnologia relativamente nova e que, por isso, não tem uma produção em escala. “Acredito que, quando tiver essa demanda, o preço tende a diminuir”, diz Maria de Fátima.

O que encarece a bateria também é a confecção que, conforme a professora, é mais refinada que a das baterias convencionais. A pesquisadora explica que esta questão envolvendo a confecção reside na extração dos materiais empregados para a construção da bateria. “O maior preço está no material que compõe a placa positiva”, conta Maria de Fátima, destacando que já existem pesquisas para substituir o cobalto, que é um metal caro, por manganês, mais barato.

A situação no passado era ainda pior quando as bat

erias utilizadas nos veículos tinham como material o chumbo-ácido e o níquel-cádmio, por exemplo. Segundo a pesquisadora do CPqD, a bateria de íon-lítio é quatro vezes mais potente e gera duas vezes mais tensão do que uma bateria convencional. Além disso, possui ciclagem e vida útil maior, é mais leve e tem mais autonomia. Sem falar que ela consegue armazenar uma grande quantidade de energia em um espaço relativamente pequeno se comparada aos outros equipamentos.

Solução intermediária

Outros materiais estão sendo estudados para que a autonomia e o preço da bateria se tornem mais viáveis e façam o veículo elétrico ficar mais atrativo ao consumidor. Contudo, nenhuma novidade ainda chegou ao mercado. Enquanto isso, o setor automotivo se vira com uma solução intermediária: o veículo híbrido, que pode não ser tão “sustentável” quanto o veículo puramente elétrico por contar também com um motor de combustão interna em sua estrutura, mas que não tem problemas de autonomia, justamente por causa deste mesmo motor.

O presidente da ABVE explica que, no veículo híbrido, o motor elétrico tem como função dar o arranque do veículo, o que é bom do ponto de vista ambiental, pois é justamente na partida que o veículo movido a gasolina, por exemplo, emite mais poluentes. Já o motor de combustão interna tem como função acionar os geradores e recarregar a bateria, que armazenará a energia produzida durante a frenagem do veículo e alimentará o motor elétrico.

Assim como o motor elétrico, o motor de combustão interna existente em um veículo híbrido também é menos agressivo ao meio ambiente, isto porque ele é diferente de um motor de combustão interna de um veículo convencional, e trabalha no máximo de sua eficiência. “Como ele funciona próximo das condições ideais, ele queima melhor o combustível, emite menos CO₂, material particulado (fumaça) e óxidos de nitrogênio, ou seja, polui muito menos”, explica Erber.

O veículo híbrido apresenta também vantagens econômicas em relação ao veículo puramente elétrico. Por ser auxiliado por um motor que funciona a combustível, o carro híbrido não precisa de uma bateria muito grande. Como ela é o componente que mais encarece o veículo, tal característica faz com que esta tecnologia seja mais viável economicamente.

Mais um ponto que favorece o veículo híbrido do ponto de vista econômico é o consumo de combustível. Conforme Erber, a economia chega a 40%. Isso se reflete em ganho não apenas no custo, mas também em âmbito ecológico. Entretanto, quem quiser adquirir um carro deste tipo ainda vai ter que desembolsar um pouco mais. Tanto que diversas montadoras no mundo têm dado descontos nos preços de seus veículos, com a argumentação de que mais vale vender o híbrido com prejuízo do que não vendê-lo.

No Brasil, o preço é ainda maior por causa dos impostos. Para se ter uma ideia, um veículo híbrido como o Prius, da Toyota, o mais vendido deste tipo no mundo, que custa em torno de R$ 50 mil nos Estados Unidos, em solo nacional sai por pouco mais de R$ 120 mil.

Segundo o coordenador do Grupo de Estudos de Veículos Elétricos (Gruve) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), professor Luiz Artur Pecorelli, o grande vilão do preço alto do veículo híbrido no Brasil é o Imposto Sobre Produtos Industrializados (IPI). Atualmente, ele é de 25%, a mesma alíquota aplicada aos veículos movidos a motor a combustão, que são mais poluentes, e maior ainda, de 35%, para as motocicletas elétricas.

Problemas institucionais

O professor da Uerj destaca que os veículos elétricos no Brasil vêm enfrentando um problema de ordem institucional. “A lei automotiva no Brasil é anacrônica. Precisa ser reformulada”, diz Pecorelli. Conforme o coordenador do Gruve, em 2010, durante o evento realizado no Rio de Janeiro, chamado Challenge Bibendum, parecia que o governo brasileiro iria dar este passo, mas dois dias antes do evento houve uma recusa das pessoas responsáveis em se avançar na legislação.

Em 2011, durante o Seminário Brasileiro sobre Tecnologias para Veículos Elétrico (TEC VE), foi aventada outra ação que poderia modificar este cenário. Na ocasião, de acordo com Pecorelli, o Ministério das Finanças expressou intenções governamentais com o objetivo de obrigar as indústrias automobilísticas a adotar um selo que classificaria os veículos com base nas emissões e no consumo de combustível. Assim, veículos menos poluentes teriam o IPI reduzido. Contudo, até o momento nenhuma medida nesta direção foi efetivamente realizada.

Entusiasta da causa, Pecorelli acredita que o Brasil é um dos países mais apropriados para o uso do veículo elétrico, levando-se em conta que sua matriz é predominantemente hídrica. “O país possui muitas hidrelétricas e um alto potencial”, diz o professor, destacando que se trata de energia renovável, adequada do ponto de vista ambiental.

Para o professor da Uerj, o último lugar que falta para a energia elétrica se inserir é o setor de transporte rodoviário. Pecorelli dá o exemplo de transportes como o metrô. Conforme ele, ninguém nunca pensou em fazer um meio de locomoção deste tipo movido à diesel. Então, por qual motivo, questiona-se o coordenador, continuar insistindo em gastar combustível em caminhões, ônibus e carros? Estes podiam muito bem ser empregados para gerar energia elétrica, em usinas térmicas, por exemplo.

No que se refere às desvantagens relacionadas ao veículo elétrico, como a bateria, por exemplo, Pecorelli afirma que elas não são intransponíveis. Para o coordenador, a tecnologia envolvendo as baterias de lítio ainda é muito incipiente. “Trata-se do começo e não do fim. Daqui para a frente o que vem de novidades será impressionante”, diz o professor, enfatizando: “Nós sabemos que em um momento a eletricidade como forma de energia para movimentar carros vai predominar. E quem se antecipar vai levar vantagem”.

Se esta previsão estiver correta, o Brasil já saiu atrás. Pois, enquanto no Japão (um dos países pioneiros na comercialização de veículo híbrido no mundo) e EUA (um dos principais mercados automotivos do mundo), por exemplo, o número de vendas de veículos elétricos corresponde a 11% e 4% respectivamente de suas vendas totais, no Brasil, existem um pouco mais

de mil veículos elétricos (0,0003% da frota total do país) circulando, sendo que grande parte destes carros são táxis.

Ônibus híbridos

Trata-se de mais um mercado de transporte movido à energia elétrica que ainda engatinha no Brasil. Uma das empresas que investe neste tipo de tecnologia no país é a sueca Volvo, mais especificamente, a Volvo Bus Latin America. A companhia já fabricou e comercializou 30 ônibus para a cidade de Curitiba, no Paraná, que estão em circulação há um ano e três meses e já rodaram mais de 80 mil km. E recentemente vendeu cinco híbridos para circularem no Parque da Iguaçu, onde ficam as cataratas. Outras cidades brasileiras, como São Paulo, Rio de Janeiro, Brasília e Campinas, testaram os ônibus, mas, segundo o coordenador de engenharia da Volvo Bus Latin America, Fábio Lorençon, nenhum acordo foi fechado.

Como qualquer híbrido, os ônibus da Volvo funcionam com dois motores: um movido a eletricidade e outro a diesel, com exceção de dois veículos comercializados para a capital paranaense, que estão trafegando com 100% de biodiesel como combustível.  Todos os ônibus elétricos híbridos fabricados pela Volvo empregam o sistema híbrido em paralelo, no qual a tração das rodas pode ser acionada por ambos os motores ou apenas pelo motor elétrico. Como explica o coordenador de engenharia, de 0 km/h até 20 km/h, a tração é acionada exclusivamente pelo motor elétrico. Depois desta quilometragem, os dois equipamentos estão aptos a tracionarem as rodas.

Assim como nos demais veículos deste tipo, o ônibus híbrido da Volvo também polui menos o ambiente. De acordo com Lorençon, o veículo queima 35% menos combustível, produzindo, dessa maneira, 35% menos CO₂. Já no que diz respeito à produção de fumaça e de óxidos de nitrogênio, que agridem à saúde, a redução é de 50% se for comparada à veículos que empregam motores com padrões de emissão de gases Euro 5 (menos poluentes), e de 90% em relação aos veículos com motores Euro 3 (mais poluentes). Conforme o coordenador de engenharia da Volvo, a grande maioria dos frota brasileira está inserida na Euro 3.

Empresa brasileira proprietária de tecnologia de tração elétrica para transporte urbano, a Eletra também vem desenvolvendo e comercializando ônibus híbridos no país. Conforme a gerente comercial da empresa, Ieda Maria Oliveira, o primeiro veículo deste tipo produzido pela companhia foi em 1999 para circular na cidade de São Bernardo (SP). Desde então são mais de 45 ônibus híbridos trafegando pela Grande São Paulo.

A diferença do ônibus desenvolvido pela Eletra em relação ao ônibus da Volvo é que o sistema utilizado pela empresa brasileira é o híbrido em série, ou seja, a tração do veículo é exclusiva do motor elétrico. Neste modelo, o grupo motor à combustão e gerador apenas funciona para fornecer energia ao banco de baterias, que por sua vez irá alimentar o motor movido à eletricidade.

Além de ônibus híbridos, a Eletra é especialista no desenvolvimento de trólebus, veículos puramente elétricos, que, ao invés de baterias, funcionam diretamente ligados à rede área de energia. A companhia já construiu 300 trólebus, que funcionam não apenas no Brasil, como na cidade de Rosário, na Argentina, e em Wellington, capital da Nova Zelândia.

A empresa lançou ainda em meados de novembro o primeiro ônibus de 18 metros puramente elétrico do mundo, movido a bateria. Realizado em parceria com a Mitsubishi Corporation, este ônibus articulado foi adquirido, assim como a maioria dos ônibus híbridos da Eletra, pelo Sistema Metropolitano de Transportes (Metra). Conforme a gerente comercial da Eletra, o veículo circulará no corredor Diadema-Brooklin, em São Paulo.

Seja híbrido, ou puramente elétrico, os ônibus deste tipo são, de acordo com Ieda Maria, ideais pra circularem em corredores. Isto porque, devido a sua tecnologia, diminuem a concentração de gases poluentes nestes locais, que é muito grande.

Eletricidade nos trilhos

Rara para impulsionar carros, ônibus e caminhões, a eletricidade é maciçamente empregada em outros meios de transporte. Os trens que circulam pelos trilhos do metrô, por exemplo, sempre utilizaram a energia elétrica como sua força motriz. Em São Paulo, isso acontece desde 1973, ano que o metrô começou a funcionar na cidade.

Contudo, de lá para cá, muitas transformações tecnológicas ocorreram envolvendo o uso da eletricidade no metrô paulistano com o objetivo de tornarem o consumo mais eficiente. Como relata o gerente de concepção e projeto de sistemas da Companhia do Metropolitano de São Paulo (Metrô – SP), o engenheiro David Turbuk, os primeiros trens que circularam – e ainda circulam – pelos trilhos do Metrô São Paulo funcionavam com motor de corrente contínua (CC). Os veículos possuíam um equipamento chamado chopper, que era responsável por converter a tensão CC em outra tensão CC, porém variável e menor que a tensão de entrada.

O gerente conta que na época o trem já incorporava uma tecnologia bastante avançada e que ainda é utilizada nos dias atuais nos veículos elétricos: a frenagem regenerativa. Da mesma maneia que nos carros híbridos, neste sistema, a energia gerada pela frenagem é transportada ao motor de corrente contínua que faz a função de gerador. A diferença é que no trem, a energia é jogada para o denominado terceiro trilho que funciona como o alimentador do trem. Conforme Turbuk, o sistema de frenagem tem eficiência de aproximadamente 10%.

Na atualidade, os novos trens do Metrô SP utilizam motores que funcionam com corrente alternada (CA). A alimentação, no entanto, continua por corrente contínua, por isso é necessário um equipamento que transforme uma corrente em outra. Os novos veículos substituíram o chopper pelo Variable Voltage Variable Frequency (VVVF), que transforma, além da corrente e a tensão, a frequência.

Conforme o engenheiro, o motor de CA ocasiona diversos ganhos ao trem. “O motor é muito simples, robusto e de fácil manutenção. Sem falar que é muito mais eficiente na frenagem elétrica. Aproveita o máximo de energia”, diz o gerente de concepção e projeto, explica

ndo que o metrô funciona como um carrossel, com os trens trafegando em círculos pela linha. Dessa maneira, segundo Turbuk, o veículo passa cerca de 25% em frenagem ao dar uma volta completa na linha.

Turbuk conta que o Metrô SP ficou preocupado com o consumo de energia dos novos trens, isto porque eles possuem ar-condicionado, que apresenta um consumo razoável. “Contudo, mesmo com o ar-condicionado, os novos trens são 10% mais econômicos que os três antigos no percurso de uma volta”, afirma o gerente.

Além da parte elétrica, os novos trens apresentam um ganho nos equipamentos eletrônicos. Atualmente, as operações dos veículos são todas feitas de forma digital. Antes, segundo engenheiro, havia uma certa digitalização, mas que funcionava de uma maneira mais simples. “Por exemplo, os operadores eram avisados que havia um problema na porta do carro, mas não eram informados de qual porta era”, diz. Hoje, há um diagnóstico de falhas, indicando na cabine que há um problema e qual é o problema. “Em função destas informações de bordo, é possível se antecipar e retirar o trem da linha, o que provoca muito menos impacto operacional”, destaca.

Em comparação com os veículos da Linha 4, concessão do governo do estado de São Paulo à empresa Via Quatro, os carros mais atuais do Metrô SP possuem as mesmas tecnologias. Eles partem, aceleram, freiam e abrem as portas automaticamente. A única diferença é de que ainda necessitam de operador para monitorar o trem, o embarque e o desembarque das operações.

Sobre o sistema elétrico do Metrô SP, Turbuk explica que a companhia possui suas próprias subestações primárias. São 12 no total; duas ou três em cada uma das cinco linhas, que recebem a energia de fora e alimentam as estações e os trens. Estas subestações funcionam de maneira redundantes, ou seja, quando uma falha a outra automaticamente supre essa falta. Isso faz com que o sistema de energia do Metrô funcione independentemente da rede elétrica que supre o bairro em que a estação esteja localizada.

O gerente conta que a energia chega nas subestações com a tensão de 88kV e nelas é abaixada para 22 mil volts. O Metrô SP possui também uma rede que alimenta todas as estações de passageiros (fornecendo energia para iluminação, escada rolante, ventiladores etc.) e para as subestações retificadoras de energia que alimentam o terceiro trilho ou a rede aérea no caso das linhas 4 e 5. Estas subestações baixam a tensão para 750V em CC para as linhas 1, 2 e 3 e 1500 V para as linhas 4 e 5.

Além de se preocupar com a eficiência energética no funcionamento dos trens, a companhia tem procurado otimizar o consumo de energia nos equipamentos que fazem parte dos veículos e das estações. Segundo o gerente, a iluminação dos novos carros é feita totalmente por Leds, o que acarreta uma economia de 70%, Nas estações de passageiros, a companhia também está partindo para o emprego de Leds em ambientes menores, e lâmpadas com alta eficiência luminosa em ambientes maiores.

As escadas rolantes também são mais econômicas. Elas possuem sensores para trabalhar em velocidade reduzida quando estão sem usuários. Em uso normal a escada funciona a 0,75 m/s. Sem usuário, a velocidade baixa para 0,20 m/s. “Isso faz com que se consuma 30% menos energia”, diz Turbuk, explicando que a escada só não é parada porque se faz necessária a indicação do sentido para orientar os passageiros.

Outro ponto que é pensado visando a eficiência energética é a arquitetura das novas estações. Cobertura de vidro e espaços que deixam atravessar a iluminação natural são soluções aventadas com o objetivo de que não seja preciso a utilização de luz elétrica no horário diurno.

Por fim, a companhia pretende utilizar energia solar para alimentar as futuras estações. Conforme o gerente, o projeto de extensão da Linha 2, no trecho que liga Vila Prudente a Dutra está previsto o emprego de painéis solares na cobertura. De acordo com o engenheiro, trata-se de uma ótima solução do ponto de vista econômico para estações subterrâneas, em que é necessário o uso de luz elétrica durante todo o dia. “O custo mais razoável desta energia justificaria a sua utilização”, afirma.