A Futura Giga-fábrica de Baterias da Tesla Motors e o Sonho dos Bolivianos com Riqueza e Poder

Recentemente, numa postagem anterior, sob o título "O Tesla Modelo X, O Tesla Modelo 3 e a Futura Giga-fábrica de Baterias em Nevada", um anúncio muito importante para o "mundo dos VEs" foi feito: a empresa Tesla Motors decidiu que irá construir naquele estado americano, o seu mais novo empreendimento: a Tesla Gigafactory de baterias.

Para tocar o giga projeto, fora o apoio do governo do estado de Nevada, a Tesla contará, ainda, com uma parceria com a Panasonic, além outros parceiros menores. A ideia confiante é a de que a Tesla Gigafactory venha a entrar em operação até o ano de 2020, para que ela já possa estar produzindo 50 GW.h de baterias por ano, ou seja, baterias suficiente para produzir mais de 500.000 VEs da Tesla anualmente, e, obviamente, que estamos falando de baterias de tecnologia baseada na eletroquímica do Lítio.

Tesla Motors está finalmente construindo sua Giga fábrica de 5 bilões e dolares em Reno, Nevada, EUA, colocando um fim no concurso entre os cinco estados norte-americanos para o que está programado para ser a maior fábrica de baterias de íons de lítio do mundo. Mas o âmbito de planos de Tesla vão muito além das fronteiras de Nevada.

Já, o outro tema que está sendo cruzado aqui, que se refere ao "sonho dos bolivianos", também não é novidade neste blog: em Julho de 2012, sob o título "O Brasil e a Energia do Lítio", nós afirmávamos que é voz comum, a afirmação de que os salares da Bolívia (principalmente na superfície e escondido sob o Salar de Uyuni, uma área de 10.582 km2 de deserto de sal inóspito nos Andes bolivianos, que é tido como maior depósito de lítio natural do mundo) tem as maiores reservas de lítio do mundo, e que seu presidente Evo Morales afirmava não abrir mão dessas reservas para industrializar o seu país.

Uma lagoa evaporação utilizada para medir os níveis de lítio e outros minerais que fica no deserto de sal de Uyuni: a Bolívia tem a metade das reservas de lítio conhecidas no mundo.

Ora, nós sabemos que a produção mundial de VEs vem crescendo gradualmente (e lentamente, mas parece que a Tesla Motors quer colocar um bocado de pimenta malagueta nesta panela), enquanto que o Lítio é (e continuará sendo, ainda por um longo tempo) o ingrediente vital para se construir as baterias recarregáveis, não apenas para os VEs, mas, também, para toda uma gama de dispositivos eletrônicos móveis, computadores, tablets e smartphones.

Dai a oportunidade para a Bolivia vir a ser tornar, rapidamente, na "Arábia Saudita do Lítio" (espressão que tem se tornado comum na mídia): As salinas de Uyuni, que se estendem através de um planalto andino remoto no sudoeste do país são, sem margem para engano, a maior reserva do mundo do metal macio, leve e esbranquiçado cobiçado pelas empresas de alta tecnologia, desde o Vale do Silício até Tóquio.

Em 2013, o presidente Evo Morales agiu rapidamente, tocando em frente os planos do governo, para finalmente começar a recolher o lítio, iniciando um negócio com potencial de muitos bilhões de dólares para o país sul-americano empobrecida: Em janeiro, a Bolívia inaugurou a sua planta piloto, almejando começar a produzir apenas 40 toneladas de carbonato de lítio naquele ano. Todavia, o governo informou que pretende fazer a rampa de produção subir para até 30.000 toneladas/ano (cerca de um quinto da atual demanda global).

No entanto, a Bolívia enfrentará uma série de desafios técnicos: os depósitos de lítio de Uyuni são invulgarmente salgado e úmido, com as salinas inteiras inundadas pelas chuvas sazonais, a cada mês de fevereiro se tornando semelhante a um espelho infinito refletindo perfeitamente o céu. Ali, o lítio se encontra misturado com o magnésio, o que complica o processo de extração. Também a localização remota de Uyuni tende elevar o custo para implantação de infrestrutura necessária para trazer energia, água e outros insumos.

Enquanto isso, a atitude isolacionista do governo socialista de Morales, e das nacionalizações recentes de tudo, desdo sistema elétrico, até os aeroportos, pode significar que o país  terá problemas para acessar a tecnologia estrangeira necessária para processar o lítio, mas, devido ao enorme potencial de vendas existente em Uyuni, a Bolívia está tomando a aposta.

Durável, confiável e capaz de acumular grande quaantidade de carga, as baterias de lítio têm sido muito utilizados em uma gama de produtos de alta tecnologia, desde os marca-passos, até os laptops, passando pelos smartphones. Mas nada disso representa o mesmo potencial de inflamar o mercado de lítio, transformando-o em uma corrida de global pelo lítio, do que o imperativo de contenção das mudanças climáticas, que é o princípio que move o mercado de carros elétricos.

Os VEs, sejam os puramente elétricos, ou mesmo os híbridos, precisam de pacotes de baterias de porte considerável: num pacote de bateria de um único VE podemos encontrar tanto lítio quanto o que encontramos em mais de dois mil baterias de smartphones reunidos. Isto significa, portanto, uma crescente demanda para o elemento que, mesmo com lítio reciclável, a matemática não poderia ser mais esmagadora.

Quando se trata de estatísicas sobre quanto, em percentual, o litio existente em Uyuni corresponde ao total global das reservas mundiais, o Sr. José Bustillos, diretor de operações da agência estatal de mineração da Bolívia COMIBOL, costuma corrigir os interlocutores que o entrevistam em seu escritório La Paz, quando estes mencionam qualquer valor menor do que 70% (enquanto o amplamente divulgado é 40%).

"A diferença", explica Bustillos, "é que nos estudos anteriores literalmente apenas arranhamos a superfície de Uyuni, descendo apenas 2 ou 3 pés. Novos estudos têm perfurados para baixo tão profundo quanto 600 pés." As estatísticas conservadoras dão conta de reservas de até 20 milhões de toneladas, mas se Bustillos estiver certo, a Bolívia pode estar sentada em cima de até 100 milhões de toneladas de lítio.

"A Bolívia é um país abençoado com recursos naturais, mas estes têm sido saqueados por pessoas de fora ao longo dos anos, enquanto os bolivianos ficaram com amendoim", diz Bustillos, explicando a abordagem do governo para desenvolver as recompensas monetárias do de lítio. "Queremos exportar não apenas matérias-primas, mas os produtos acabados, tais como baterias. Mas temos de ser realistas. Isso não vai acontecer rapidamente. E vamos precisar para gerar confiança em produtos feitos na Bolívia."

Ainda em 2013, o país já havia entrado em negociações com a China, Holanda, Japão e Coréia, conforme confirmava Bustillos, afirmando que qualquer acordo tomaria a forma de uma parceria conjunta,  permitindo o controle Bolívia sobre suas reservas de lítio, ou que seria, apenas, uma compra direta da tecnologia que for necessária.

A remoção da água a partir dos depósitos de lítio, ainda que o processo possa ser demorado processo, é uma tecnologia relativamente simples e de baixo custo, mas de acordo com Gail Mahood, professor de ciência geológica e ambiental na Universidade de Stanford, o grande desafio técnico será extrair o magnésio que se encontra misturado com o lítio.

"Ele fica próximo ao lítio na tabela periódica e se comporta de forma semelhante", disse o Prof. Mahood. "Isto, definitivamente, vai empurrar os custos para cima." No entanto, o maior problema ainda pode estar por vir: "O processo irá exigir uma grande quantidade de água doce, e onde é que se vai conseguir isso?", Pergunta Mahood. "Irá se levá-la a partir de a montante onde as comunidades indígenas estão usando-o para a irrigação?"

Já, alguns analistas de mercado não estão convencido do movimento do país para explorar as suas reservas de lítio faz sentido econômico, afirmando que mesmo que o mercado de carros elétricos decole, será mais barato expandir uma operação já existente, e isso é exatamente o que está acontecendo em três grandes operações de lítio existente em Quebec, Austrália ocidental e na região do Puna da Argentina. Juntos, os três vão aumentar a oferta anual de lítio globais por 54 mil toneladas em 2014.

É verdade, o governo boliviano tem divulgado diferentes inaugurações de plantas-piloto, tanto para o cloreto de potássio, quanto para o carbonato de lítio desde o início do ano passado. No entanto, até agora, a Bolívia não conseguiu introduzir-se com seriedade em um dos mercados mais atraentes e promissores hoje e nos próximos anos, pois até os dias de hoje taos plantas piloto não estão plenamente operacionais, enquanto uma nova infraestrutura de fábrica-piloto de baterias de Li-ion vem chegando da China para a Bolívia.

As ambições de Morales para explorar o lítio, e a sua estratégia de atuação, pode ser vantajoso para os bolivianos a longo prazo. Todavia, nos próximos anos, os bolivianos talvez possam se frustrar na esperança de ver um enorme afluxo de dólares em função do lítio, extremamente necessários à sua terra natal Andina sub-desenvolvida, como de fato vem ocorrento até atualmente, em que nada muito especial tem acontecido naquele país.

Nem mesmo o Brasil e seu governo, com todo o seu potencial tecnológico e com interesses políticos especial pela Bolívia, parece ter empuxo econômico e de tecnologia, ou coragem o suficiente para se interessar, atualmente, pela questão do lítio boliviano, de modo a oferecer alguma parceria séria à Bolívia, e talvez isso ocorra, em parte, porque ficou um trauma com relação à nacionalização do setor de gás e petróleo do país, decretado pelo presidente Evo Morales no dia 1º de maio de 2006, numa ação que incluiu ocupação militar das refinarias, inclusive as da Petrobras.

Nacionalização do gás pôs Bolívia em choque com Brasil - Dependente do produto,
Brasil foi surpreendido com ocupação militar da Petrobras em 2006.

Pelo decreto, de nº 28.701, o governo Boliviano estipulou que as empresas teriam de deixar o país, se não assinassem contratos reconhecendo o novo controle estatal sobre os campos de petróleo e gás: "Não somos um governo de meras promessas, seguimos o que propomos e o que o povo exige", disse Morales, na época, após assinar o decreto de nacionalização, pelo qual governo de La Paz aumentava de 50% para 82% o imposto sobre a exploração do gás, obrigando, concomitantemente, as empresas operadoras a entregar toda a sua produção à YPFB (estatal petrolífera da Bolívia).

Por causa do alinhamento político que há entre os governos dos dois países, a Petrobras, empresa que é responsável por 18% do PIB boliviano, nunca recorreu seriamente contra tal procedimento, ao contrario, aceitando com tranquilidade e mantendo as novas condições impostas, mesmo havendo contínua contrariedade na opinião pública brasileira.

Há poucos dias atrás, no bojo dos múltiplos escandalos de desvios envolvendo a Petrobras, o Tribunal de Contas da União (TCU) do Brasil pediu explicações à Petrobras sobre o pagamento de US$ 434 milhões, sem previsão contratual, à Bolívia pelo fornecimento ao Brasil de gás natural, alegadamente contendo componentes de gases nobres, mas que não são nem contratados, e nem utilizados pelo Brasil. O despacho determinando a fiscalização nos contratos foi feito pelo ministro José Jorge.

Em maio de 2006, Evo Morales expropriou uma refinaria da Petrobras na Bolívia.
Ainda assim, Petrobras ajudou a garantir crescimento 6,78% do PIB Boliviano, em 2013.

“Está se pagando por componentes que não estão previstos no consórcio e que também não estão sendo utilizados no Brasil. Determinamos uma fiscalização imediata nos contratos para verificar quem autorizou o pagamento e qual foi o acordo firmado”, explica. A auditoria deve durar entre 90 e 120 dias.

A Petrobras tem um contrato de fornecimento de gás natural com a Bolívia há cerca de 20 anos. O gás que chega ao Brasil vem com alguns componentes nobres misturados, que se tivessem a separação processada, poderiam ser usados pela indústria química, mas isso não é feito nem pela Bolívia, nem pela Petrobras. “Nenhum dos dois faz isso, nem está previsto em contrato, e a Petrobras nunca pagou por esses componentes que não usa. Mas, agora, a Petrobras resolveu pagar por esses componentes, INCLUSIVE OS ATRASADOS, E ISSO DEU UMA CONTA DE R$ 1 BILHÃO”, disse o ministro.

Entretanto, apesar dos desvios da rapinagem econômica que acontece sob o comando dos governantes socialistas sul-americanos, uma chama para que a Bolívia, o país pobre mas com o maior número de recursos de lítio na terra, mantenha a esperança para se tornar a nova Arábia Saudita do mundo, produzindo carbonato de lítio em proporção às novas necessidades do planeta, poderá mesmo vir da pressão que questões ambientais exercem, impulsionando a iniciativa privada dos paises verdadeiramente industrializados, pois, os veículos elétricos já fazem parte da realidade deles e estão lá para ficar.

Não é de se admirar que tem havido, ao longo dos anos de 2013 e 2014, tanta discussão sobre se Tesla Motors será capaz de suprir a demanda por seus carros, com os críticos mais furiosos contra os VEs, as baterias de íon de lítio e da exploração e emprego do lítio argumentando que a montadora irá falhar, não porque ela não pode vender os veículos que fabrica, mas porque ela não vai ser capaz de ter ém mão baterias em quantidade o suficiente para produzir carros o suficientes, para fazer com que todo o seu negócio se torne rentável.

Em certo sentido, esses comentaristas vêm dizendo a que Tesla vai certamente enfrentar sérios problemas de abastecimento de bateria Li-ion que irá essencialmente impedir quaisquer perspectivas para a montadora a se transformar em uma líder mundial VEs, porém, surpreendentemente, nenhum deles tem realmente mencionado que é o lítio o maior possível obstáculo para o avanço da Tesla. Daí essas visões têm, o tempo todo, tomado o lítio como já garantido.

Todavia, o sucesso (ou fracasso) da Tesla não dependerá, tanto, de qualquer restrição de oferta de baterias de Li-ion, como tal, mas sobre o que acontece no início da cadeia de valor do lítio, não obstante, evidentemente, o fato de que não pode haver baterias Li-ion sem lítio. Para o bem desse argumento, vamos assumir, neste momento que não há nenhuma restrição de fornecimento de lítio para a Tesla enfrentar.

Dada a sua capacidade de produção, a Tesla Motors deve ser capaz de produzir o maior número de VEs acompanhando a demanda do mercado, pois caso contrário os seus principais concorrentes, poderão fazê-lo, com todas as consequências que isso implicaria para a Tesla. No artigo mencionado anteriormente sobre o anúncio da nova Giga-fábrica de baterias que começa a ser instalada no estado de Nevada, previa-se que em 2020 a Tesla será capaz de produzir cerca de 500.000 baterias para atender a cerca de 500.000 VEs por ano, a serem montados em expansão da sua fábrica em Fremont, Califórnia.

Concreto fluindo na propriedade Tesla no Centro Industrial de Tahoe Reno, Nevada, acompanhando o trabalho de dezenas de máquinas pesadas em novembro de 2014.

Assumindo que a Tesla trata bem a competição e não sucumbirá à tentação de vender suas baterias para fora, correndo o risco de se ver ultrapassada por alguma outra grande empresa do ramo automotivo (atualmente, o Nissan LEAF é o campeão de vendas entre os VEs puramente Elétricos nos EUA, tendo crescido mais de 100% ao longo de 2014 naquele mercado, enquanto o Tesla Modelo S se tornou, ao longo de 2014, o segundo colocado, últrapassando em vendas o hídrido Toyota Prius, e praticamente empatando com Chev Volt, também híbrido), parece justo sustentar que o caminho pode ser pavimentado para que ela se torne uma empresa jogadora verdadeiramente dominante no emergente mercado de VEs puramente elétricos mundial (veja as tabelas de dados em Monthly Plug-In Sales Scorecard).

Da mesma forma, não deve haver uma restrição de oferta de baterias de Li-ion para a Tesla, pois isso seria subestimar a capacidade dos fornecedores experientes, de longa data estabelecidos, de células e partes de células, e a competência da própria Tesla para assumir o seu desafio, uma vez que ela já tem assinado um acordo com a Panasonic para o abastecimento de quase 2 bilhões de células a serem entregues nos próximos quatro anos, envolvendo, no mesmo acordo, parceria para a construção, no prazo de apenas um par de anos, da sua Giga-fábrica de baterias em antecipação ao lançamento dos novos Modelos X e Model 3 (que já havia sido extra-oficialmente chamado de "Modelo E" e que vem para concorrer diretamente com o Nissan LEAF), enquanto que o BMW i3, que começou a ser vendido no mercado dos EUA apenas a partir de Maio/2014, está crescendo muito rapidamente em vendas, mostrando a força da demanda crescente.

O Tesla Model 3 (previsto como ano modelo 2017), que chega em 2016,
como carro menos luxuoso da Tesla Motors e concorrente "mais direto" do Nissan LEAF

Agora, vamos supor agora que, a menos que a Bolívia se torne um importante player no mercado de lítio global nos próximos 3 ou 4 anos, entre 2019 e 2020, pode haver uma efetiva restrição de oferta de lítio. Ou seja, goste o mundo ou não, a Bolívia é a chave para a chegada de um novo paradigma técnico-econômico no mundo, porque, afinal de contas, as baterias que são destinadas a alimentar os carros elétricos da Tesla que, juntamente com as baterias destinadas às outras montadoras concorrentes (que não vão querer ficar para trás), devertão produzir, em um par de anos, uma demanda de muito, muito lítio mesmo.

De fato, há algumas outras operações de lavra de lítio, em outras partes do mundo, que já se encontram em andamento, mas elas não serão, sozinhas, capazes de produzir material suficiente para manter a demanda para a decolagem do mercado dos VEs, com manutenção dos preços do lítio em nível competitivo, com o advento de uma corrida de lítio real, sem apelar para a extração de lítio das salinas de Uyuni na Bolívia.

Quanto às demais operações, elas também apresentam problemas e dificuldades, tal como no caso do Chile, não pela quantidade das reservas de lítio em si, mas quanto ao fornecimento de água, que pode ser uma séria desvantagem, também para a Argentina, para se produzir lítio no próximo futuro. Isso explica por que a produção de lítio nesses países tem crescido tão pouco nos últimos 2 ou 3 anos. Já, no caso da Austrália, ela pode ser constrangido em termos de quantidade de reservas disponíveis.

Durante o período de janeiro a novembro de 2013, a Tesla Motors teria consumido (apenas) 2.090 toneladas métricas de Carbonato de Lítio Equivalente (LCE), o que correspondeu a 72% de todo o lítio que foi necessário para o produção de baterias de íons de lítio usadas por todos os VEs Plug-in produzidos nos EUA (ou a 68% de todo o lítio exigido por todos os VEs, híbridos mais puramente elétricos, vendidos naquele mesmo mercado).

Assumindo uma demanda global de lítio de 168.000 toneladas para 2013, o consumo de lítio de Tesla naquele ano teria sido de 1,24% do consumo de lítio do mundo. Assim, para materializar as suas perspectivas para a produção de meio milhão de VEs em 2020 (só nos EUA), a Tesla iria sozinho exigir entre 40.800 e 59.442 toneladas de LCE, números que correspondem, respectivamente, a 24,29% e a 35,38% de todo o LCE consumida no mundo em 2013.

Da mesma forma, ainda mais lítio é esperado para ser demandado para garantir uma marcha triunfal da Tesla em direção aos mercados da Europa (e em particular, para o da Alemanha) e, também, China, um país que decidiu se colocar na meta de ter 5 milhões do que os chineses chamam de "veículos de energia nova" rodando nas ruas e estradas, até o final de 2020, mesmo que alguns deles não venham ser, necessariamente, veículos de baterias baseadas em lítio.

Isto é bastante significativo, se considerarmos que Tesla já iniciou um processo de expansão para cinco países da Europa (Noruega, Holanda, Suíça e Áustria, além da Alemanha) e anunciou planos para a construção de uma rede de sobrealimentação ambicioso, sem descartar a possibilidade de construção de uma fábrica de VEs, bem como uma política de preços agressiva para o seu Modelo S na China, com o que parece ser um compromisso de tentar levar a maior parte desses mercados.

Então temos agora que olhar para estratégia de lítio da Bolívia, que em poucas palavras, consiste em três partes:

• Primeiro, o de produzir 40 toneladas por mês de carbonato de lítio em um nível piloto;
• Segundo, o subir a produção do carbonato de lítio em escala industrial para 30 a 40 mil toneladas anuais, e;
• Por fim, de alguma forma, produzir em solo boliviano baterias de lítio;

Por mais irracional que possa parecer, o principal problema que a Bolívia está enfrentando agora não é o financiamento, mas de tecnologia, sobre as limitações das tecnologias baseadas na evaporação solar para extrair lítio a partir dos campos de sal de Uyuni, e devido à sua incapacidade de "descobrir", depois de mais de 5 anos de experimentação pouco frutífera, a sua própria tecnologia para produzir competitivamente carbonato de lítio de qualidade e pureza adequada, não apenas para escala industrial mas, até mesmo, para a operação piloto, e então, recentemente, os funcionários encarregados deste projeto estratégico voltam suas atenções para a fabricação das baterias de lítio.

Planta piloto de Uyuni na Bolívia, planejada pelo governo boliviano para a produção de 40 toneladas/mês de Carbonato de
Lítio Equivalente (LCE), no curso de 2013 produziu, apenas, 9 toneladas.

Para este fim, eles avançaram uma abordagem em três tempos:

• Para começar, eles procuram mudar o contrato que foi assinado em julho de 2012, com um consórcio formado pelas empresas coreana Kores e Posco, para que eles possam começar a produzir catodos de lítio diretamente de salmouras de Uyuni em um nível piloto. Todavia, talvez cansados de esperar por um sinal claro das autoridades bolivianas, Posco, maior siderúrgica da Coréia e uma empresa líder no desenvolvimento de processos de materiais avançados, teria decidido investir apenas no projeto Lithium Americas Cauchari-Olaroz em Jujuy, Argentina. Nestas circunstâncias, só o tempo dirá se os coreanos manterão sua participação original no projeto de lítio da Bolívia, ou então se decidem postergá-lo indefinidamente, ou, o que é menos provável, abandoná-lo;

• Em segundo lugar, eles contrataram, também, um fornecedor de material baterias chinesa para montar um laboratório destinado a produzir, numa base experimental as primeiras baterias de lítio na Bolívia. A um custo de quase 3 milhões de dólares, o que me parece muito pouco investimento, a planta piloto está prevista para o início de operações até o final de 2014. No entanto, ao contrário do discurso político do governo, porém, a planta terá que usar, por um longo tempo, todos os insumos importados da China, pois de acordo com o presidente Morales em 2013 a Bolívia foi capaz de produzir apenas 9 toneladas de carbonato de lítio (e não 40 toneladas) de qualidade e pureza requeridas;

• Por último, tem sido conhecida há alguns meses que Secretaria de Comércio da Holanda entregou ao governo boliviano um plano com vista a detalhar o papel dos vários parceiros holandeses em uma joint-venture criada para ajudar com a produção comercial de baterias de íons de lítio na Bolívia. De acordo com esse plano, a Universidade Técnica de Delft irá treinar bolivianos que vão trabalhar em um laboratório para o desenvolvimento de baterias de íons de lítio, enquanto a empresa holandesa BTI - Energy Innovators ficará encarregada de projetar e construir a fábrica, a Da Vinci Laboraty Solutions auxiliará na organização do laboratório, e a Boon e Consultoria irá coordenar os esforços entre os diferentes parceiros. Na sequência de informações reservadas, a Bolívia vai pagar 45 milhões de dólares pelo o laboratório, a fábrica e a assistência técnica. 

Então, é preciso se perguntar, neste momento: Porque a Bolívia não decidiu escolher empresas que já se encontram na borda tecnológica para um plano tão abrangente?

Em suma, o problema com esta estratégia global de lítio industrialização boliviano é que falta, tanto perspectiva, quanto direção. Falta-lhe perspectiva, porque ninguém sabe como os parceiros coreanos e holandeses, assim como o empreiteiro chinês vão interagir uns com os outros para gerar qualquer resultado significativo para a Bolívia, considerando que eles não só têm diferentes tecnologias, mas também interesses muito distintos; e ela não tem direção, porque parece um pouco difícil dizer onde a industriliazação de lítio da Bolívia irá chegar, em posição, nos próximos anos com uma estratégia não pouco complicada.

Providencialmente, nem tudo parece estar perdido para a Bolívia. Graças aos projetos da Tesla Motors atualmente em andamento, as expectativas globais de lítio estão hoje em seu ponto mais elevado daquele que, antes, sempre estiveram. Mas é claro que o tempo também está correndo e se esgotando para a participação imediara da Bolívia, se ela não conseguir corrigir imediatamente a sua estratégia de lítio para garantir a sua introdução no mercado de lítio global nos próximos 3 ou 4 anos, e como resultado, os preços elevados ou instáveis ​​do lítio poderão criar um mecanismo pernicioso que virá desencorajar um maior desenvolvimento tecnológico para bateria de lítio, e redirecionar o mundo dos VEs no sentido de tecnologias suplentes, sendo um deles, talvez, as células de combustível, tal como previsto pela aposta da Toyota.

Então fica previsto um futuro próximo de muito mais "guerras de palavras" do que aquele que temos assistido nos tempos, entre Tesla e Toyota, principalmente, porque o que está em jogo, agora, não é nada menos do que o controle da indústria emergente mais importante do mundo: a dos VEs.

Os atrasos da Bolívia em entrar no mercado de lítio poderão contribuír não só para uma busca acelerada por substitutos para o lítio, liderada por parte da Toyota e Honda, mas também uma oportunidade perdida para a humanidade em, finalmente, poder se deslocar do uso de combustíveis fósseis para veículos de transporte e, evidentemente, para a Bolívia que sonha em se tornar a próxima superpotência de energia verde no planeta Terra.

Parece se tornar um senso comum de que a Tesla tenha, de fato, começado a fazer a diferença na indústria automobilística mundial, dando uma nova (e talvez a última) chance para a Bolívia fazer parte de uma nova maneira de fazer as coisas do mundo. Embora os projetos da Tesla parecam ainda muito bem traçados, pode ocorrer de, na falta do lítio boliviano, deles sairem, ao final, bastante prejudicados.

Ao encerrar, para esclarecera minha visão de aficcionado ao mundo dos VEs, em defesa da importância estratégia da presença da Tesla para o bom desenvolvimento do cenário dos VEs, é que ela é, ainda atualmente, a única empresa a atingir uma relevância relativamente grande, mesmo se mantendo comprometida a produzir apenas VEs, puramente elétricos, portanto, tendo um total compromisso com o mais rápido sucesso desta tecnologia, situação bem diferente das demais grandes montadoras tradicionais, que têm o mercado de VEs, apenas como uma opção extra, que pode ser desenvolvida sem grande urgência.

 

Rererências Bibliográficas:

1. The Bolivian dream: lithium batteries included - Simeon Tegel - Março de 2013;
2. TCU pede explicações à Petrobras sobre compra de gás da Bolívia - Sabrina Craide - Repórter da Agência Brasil - Outubro de 2014;
3. Tesla Motors And Bolivia's Lithium Strategy: What's At Stake? - Juan Carlos Zuleta - Janeiro de 2014;

Veja Também:

Por que o preço do petróleo está caindo? Quem são os ganhadores e os perdedores?

Híbrido Toyota Prius será fabricado em São Bernardo do Campo - SP?

O Básico Sobre o Sistema de Tração de Veículos Elétricos

A Eletroquímica do Lítio e sua Aplicação em Baterias de VEs (Parte 5/5)

Ligação para as partes anteriores:  Parte 1  -  Parte 2  -  Parte 3  -  Parte 4

Queda da Capacidade dentro do Ciclo de Vida:

Tem havido uma grande variedade de aplicações que utilizam baterias de íons de Lítio, além de mais recentemente elas serem empregadas, especialmente, também em VEs, devido à suas elevadas capacidades, densidades de energia, bem como a boa reversibilidade do processo. Porém, como ocorre com todas as baterias recarregáveis, um dos problemas associados com o desempenho de baterias Li-ion continua sendo o gradual desaparecimento da capacidade de armazenamento, ao longo de um período de tempo em que se realizam ciclos de carga e descarga.

A deterioração da capacidade (ou envelhecimento) é causada por vários mecanismos, os quais dependem dos materiais dos eletrodos, bem como, sobre o protocolo adotado para se carregar a bateria. Não que o protocolo seja o problema, em si, mas sim, a taxa de carga associada a ele pois, elevadas taxas de carga, que ocorrem nos métodos de carregamento rápido, fazem a bateria envelhecer mais rápido.

A queda da capacidade em células de lítio podem ser atribuídas a reações secundárias indesejáveis que ocorrem, principalmente, durante o processo de carga, o que causa a decomposição (degradação) de eletrolito, a formação da película passiva, a dissolução de material ativo e outros fenômenos.

A medida que as baterias são submetidas aos ciclos de carga / recarga, ocorre um paulatino aumento da resistência internas delas, resultando, consequentemente, na redução da tensão a plena carga, com maior queda de tensão e dissipação de maior potência na resistência interma (R_INT), e em menor energia efetivamente entregue. É fato que o aumento da potência dissipada na R_INT, eleva a temperatura média de operação da bateria, criando um ciclo vicioso, que acarreta na aceleração do envelhecimento. Também é fato que, quanto mais intensas as taxas com a qual as baterias são descarregadas em cada ciclo, maior a queda da capacidade, por ciclo.

Testes realizados em células de bateria comerciais 18650 de LiCoO₂ (LCO) e de LiMn₂O₄ (LMO, como a que foi empregada no Nissan LEAF, ao menos até ano modelo 2013) mostraram que elas podem enfraquecer a capacidade entre 10% e 30%, respectivamente, após 500 ciclos de carga na taxa de 1C (taxa em em a bateria é descarregada no tempo de 1h), a temperaturas ambientes.

Além do mais, a perda de capacidade, por ciclo, aumenta com o aumento da temperatura ambiente, e portanto, este problema passa a ser acentuado em climas quentes, como o que temos em boa parte do norte-nordeste do Brasil.

Um ciclo de vida útil de vários milhares de ciclos de descarga / regarga estão sendo almejados para as baterias que estão sendo desenvolvidas para aplicações em VEs, antes delas atingirem menos 80% de capacidade no final da vida útil, mas tudo indica que capacidade extra terá de ser incorporada no projeto (mesmo que seja como capacidade oculta ao usuário), para compensar queda capacidade.

Na verdade, as baterias de híbridos plug-in e de VEs estão sendo projetadas de modo que o proprietário do veículo enxergue a mesma autonomia e desempenho, em final de vida útil, quando a capacidade da bateria de fato caiu de 20% (ou mais), comparativamente ao aquele ele experimentou no início.

Essa “ilusão” pode ser conseguida, não permitindo a utilização total da capacidade instalada durante a fase inicial da vida do veículo, ou seja, 20% da capacidade fica, inicialmente, escondida do utilizador.

A capacidade oculta é então progressivamente tornada disponível, a medida que o tempo passa e os ciclos de carga são realizados, com compensações progressivas, para compensar a perda de capacidade relativas aos ciclos e a idade. No fim da vida, 20% da capacidade se manterá escondida, mas isso é transparente para o condutor, que vai atingir a mesma autonomia ao longo da vida do veículo.

Esta estratégia significa que as baterias devam ser fabricadas 25% a maior do que a sua capacidade nominal efetiva. Dessa forma, também a exigência da quantidade de lítio empregado na formulação, aumenta, em conformidade, em cerca de 25%, acima da capacidade nominal da bateria.

No caso específico dos VEs puros, que dotados de baterias de alta capacidade de energia, o fator preponderante associado à redução da vida útil tende a se concentrar no método de recarga.

Com as tecnologias de baterias atuais, para se maximizar o tempo de vida útil delas, é altamente recomendável (e isso consta, claramente, dos manuais de proprietários dos VEs) se reduzir ao mínimo a utilização de métodos de carregamento rápido, que implicam em taxa de recarga elevadas, maiores do que 1C, priorizando-se, ao máximo o carregamento normal, menores do que 1C. 1

Já, no caso das baterias dos PHVEs (híbridos Plug-in) as questões envolvidas são um pouco mais complexas, abrangendo de modo mais serio, também, a forma mais exigente como a bateria é descarregada, que é de uma maneira, comparativamente, bem mais brusca do que em um VE puro. Tal fato tem resultado na divisão de duas vertentes de concepção de projeto de baterias Li-íons, que denominaremos, informalmente, “Bateria de Energia” e “Bateria de Potência”, como veremos a seguir.

“Bateria de Energia” vs “Bateria de Potência”:

Uma das dificuldades iniciais que eu mesmo tive quando eu comecei a estudar sobre a tecnologia das baterias de íons de Lítio foi, justamente, entender o “por que” os pesquisadores e fabricantes falavam tanto em “energia específica”, quanto em “potência especifica”, enquanto que, para mim, apenas a energia especifica parecia fazer sentido.

Hoje eu sei que aquilo ocorreu por puro preconceito meu, que na época (2009 – 2010), eu me preocupava apenas em entender sobre VEs puros, aguardando, com sofreguidão o lançamento por parte de alguma grande montadora de um VE puro que viesse ter a ter relevância mundial (até que veio o Nissan LEAF).

Eu simplesmente me recusava a aceitar a ideia de tentar entender sobre carros híbrido. Satisfeito o meu ego, e vencida aquela fase, eu pude lançar uma nova luz sobre a interessante variedade de tecnologias das células de baterias de Li-íons, tanto para VEs puros, quando para os Híbridos, que eu, antes, desprezava.

Uma “bateria de potência” é projetada visando o desafio de ter a habilidade de liberar sua carga bem mais rapidamente, de modo que ela possa fornecer uma alta potência, de uma forma bem mais abrupta. Isto se aplica as necessidades especiais dos veículos híbridos e tem sido conseguido, fazendo com que os elétrodos das células sejam bastante mais finos mas, com uma área de superfície grande, de modo que uma maior número de possíveis portadores de carga estejam perto da superfície do eletrodo.

Dessa forma, os átomos de Li podem, então, ionizar mais rapidamente para passar ao eletrolito e mover-se para o cátodo e ser intercalados no cátodo.

Revestimentos finos são, também, necessários devido à baixa condutividade dos eletrolitos não aquosos empregados (~ 10 mS/cm, ou seja, 10 mili-Siemens por centímetro), e ao fato de que os iões Li+ difundem-se lentamente através dos materiais de ânodo e cátodo e eletrólito, buscar acelerá-los é uma necessidade premente, neste caso.

A tecnologia LiFePO₄ (LFP) é a que tem uma difusividade particularmente pobre mas, isso não a torna, simplesmente, imprestável para ser uma “bateria de potência”, a ser empregada em veículos híbridos.

Na verdade, a Lítio Fosfato de Ferro (LiFePO₄) é apenas um dos materiais catódicos utilizados na classes das baterias de lítio fosfato de ferro que está recebendo a atenção da indústria automobilística para emprego em veículos híbridos.

A Valence Technologies produz uma bateria de Lítio Fosfato de Ferro Manganês (LiFeMnPO₄), enquanto que a LG Chem vende baterias de lítio fosfato de ferro (LiFePO₄) para o Chevrolet Volt e a A123 produz uma bateria de lítio nano-fosfato.

Assim, as baterias de lítio fosfato de ferro são apenas um dos três principais tipos contidos na família LFP, e ela continua sendo aplicável, com destaque para a elevada segurança e longa vida útil.

No entanto, curiosamente, a energia específica de uma "bateria de potência" é baixa porque a área de superfície em relação ao volume é alto – em verdade os eletrodos têm muito pouco volume interno para armazenar carga, uma vez que eles são tão muito finos.

Frente às dificuldades encontrada para que a tecnologia do lítio atendesse as demandas da indústria automobilística de veículos híbridos, em seus primórdios (lá nos idos em que, simplesmente, mataram os VEs), fez com que carros como o Toyota Prius fosse vendido no Japão, por mais de 13 anos consecutivos, com baterias de tecnologia NiMH, só vindo a adotar baterias de Lí-ion apenas recentemente, quando evoluiu também de HEV (hibrido sem conector para carregamento) para PHEV (híbrido recarregável), tornando-se plug-in.

PHEVs normalmente exigem baterias para ciclos de carga e descarga mais profundos do que os “veículos híbridos convencionais” (não plug-in). Como o número de ciclos completos influencia a vida da bateria, mantendo-se a tecnologia NiMH, esta tenderia a ser menor do que em híbridos tradicionais, que não gastam as suas baterias totalmente.

No entanto, a tendência é a de que PHEVs se tornem um importante padrão na indústria automóvel. Questões de design e de compromisso contra a vida da bateria, a capacidade de dissipação de calor, peso, custos e segurança precisam ser resolvidos. A tecnologia avançada da bateria está em desenvolvimento, prometendo maiores densidades de energia em massa e volume, e é esperado um aumento na expectativa de vida da bateria.

Para aumentar a energia específica, suficiente para armazenar as quantidades muito maiores de energia (carga) necessária para uma PHEV ou BEV, os elétrodos devem ser feitos mais espessos e com um volume apreciável a fim de armazenar armazenar mais carga.

A diminuição relativa da superfície em relação ao volume e, portanto, mais espesso, torna menos acessíveis a passagem para os portadores de carga armazenados no interior.

Assim, é o volume dos elétrodos que dita a capacidade de armazenamento (bateria de energia) enquanto a área de superfície dita taxa máxima de descarga (bateria de potência).

Assim, por definição, uma bateria de alimentação num veículo híbrido, que é necessariamente optimizada para taxa de descarga ("bateria de potência"), terá menor capacidade de armazenamento de energia nos seus elétrodos, do que uma bateria que tenha sido concebida para ser “bateria de energia”, com com elétrodos da mesma área de superfície, mas uma maior espessura.

A desvantagem para a bateria de energia é a de que os elétrodos mais espessos apresentam agora um maior impedimento para o transporte dos íons de lítio portadores de carga: eles têm maior resistência interna e irão sofrer perdas de energia mais elevada no interior da bateria.

Portanto, embora a capacidade de energia da bateria possa armazena mais energia em geral, proporcionalmente, ela perde eficiência energética no fornecimento dessa energia para a carga. Isso é inevitável.

Portanto, como o mercado se move no sentido da densidade de energia mais elevada, baterias Li-íon optimizadas para aplicações PHEV e BEV, a eficiência de utilização de lítio com base nesta métrica cairá, em comparação com a energia em baterias de lítio de potência, e mais lítio por unidade de armazenamento de energia kW.h será necessário, em baterias de energia otimizadas para PHEVs.

Em uma postagem anterior desta mesma série, nós vimos na seção em que apresentamos um "Diagrama de Ragone", com um material de catodo otimizado para o armazenamento de energia (o material 90-5-5 Phostech), ao invés de fornecimento de energia, é fortemente influenciada pela alta taxa de descarga, que torna a aplicação PHEV particularmente exigente - 50% da capacidade nominal pode ser perdida em estradas de altas velocidades.

Purificação Carbonato de Lítio:

Um outro fator que está sendo permitido é o rendimento do processo para purificar o carbonato de lítio grau técnico bruto em Carbonato de Lítio purificado de baixo teor de sódio (99,95%) necessário para o fabrico das células de bateria.

O Li₂CO₃ grau técnico produzido a partir de Atacama contém cerca de 0,04% de sódio (Na). Isto precisa ser reduzido para menos de 0,0002% de Na para utilização em baterias. Em alguns casos, uma pureza do Carbonato de Lítio ultra elevada de 99,995% é necessária.

Enquanto rendimentos de mais de 80% são possíveis em escala de laboratório, isto é mais difícil de realizar industrialmente, especialmente quando os requisitos de controle de pureza aumentam. 70% pode ser um valor para o rendimento mais realista de ser usado.

Conclusão:

Este documento informativo foi destinado a ilustrar a um não-especialista, os principais fatores reais eletroquímicos que reduzem significativamente a energia teórica específica e densidade de energia das baterias Li-íon.

Os principais fatores que reduzem a capacidade teórica de uma bateria de Li-íon são:

Perda irreversível de capacidade: lítio, que se torna irremediavelmente ligado ao anodo e ao catodo tornando-se inativo eletroquímico. Isto pode ser tão elevado quanto 50% do lítio originalmente posto no cátodo, antes que a bateria seja carregada pela primeira vez.

Taxa de descarga: esta é a principal variável que reduz paulatinamente a capacidade efetiva, enquanto a bateria estiver em uso. As “baterias de potência” necessárias para a utilização PHEVs, são mais sensíveis a este problema do que as “baterias de energia” e que o problema é ainda agravado por uso de baterias pequenas em um PHEV. Mais uma vez, até 50% da capacidade efetiva pode ser perdida em meio a altas velocidades.

Informações de fabricante sobre capacidades que só se aplicam às taxas de descarga baixas são de pouca utilidade na determinação de um ponto de referência realista para a capacidade da bateria de PHEV. Capacidade verificadas a taxas de, pelo menos, 1C deveria ser usado como um indicador realista.

Ciclo de queda capacidade de vida: baterias de VE são efetivamente 25% maiores do que a capacidade nominal declarada o para encobrir a queda de capacidade.

Um mundo real de bateria Li-íon para VE proporcionará nominalmente cerca de 25% da capacidade de energia teórica, ou seja, de 70 a 120 W.h / kg, em vez de ilusórios 410 - 450 W.h / kg. Isto traduz-se um requisito de lítio de pelo menos 320 g de lítio (1,70 kg de LCE, uma vez que 1 g de Li é encontrado em 5,323 g de Li₂CO₃) por kW.h de capacidade disponível.

Além disso, mais lítio deve ser adicionado a esta para compensar as perdas no eletrolito, de capacidade irreversível e de queda de capacidade.

As baterias de VEs são de dimensões reais 25% maiores do que a declarada, como forma de camuflar a queda de capacidade. Então uma provisão extra tem que ser feita subsídio tem de ser feita devido ao rendimentos do processo de purificação a partir do carbonato de lítio de grau técnico bruto ser de apenas 70%, mais as perdas inevitáveis no uso de controle de fabrico de componentes de alta pureza de Carbonato de Lítio da bateria em si.

Se, portanto, permitir algo em torno de 400 g de lítio (2,13 kg de LCE) por kW.h de bateria, com um rendimento de transformação de 70% para produzir aquele, um período inicial de 3 kg de carbonato de lítio de grau técnico em bruto será exigido por kW.h de capacidade da bateria definitiva utilizável.

Com 3 kg de LCE grau técnico como matéria prima por kW.h, a produção global atual de cerca de 100.000 toneladas matéria prima LCE seria suficiente, se toda disponível, para produzir apenas, cerca de 2 milhões baterias de 16 kW.h por ano. Mesmo a uma quantidade otimista de apenas 2 kg de LCE por kWh, assumindo rendimento de pureza muito elevada, a produção seria suficiente para produzir apenas 3 milhões de baterias de 16 kW.h PHEV por ano.

Assim, em 10 anos, precisaremos ao menos triplicar a produção mundial de lítio, ou corremos o risco de ver no mercado automobilístico, os VEs se tornando como que bonecas de porcelana, permanecendo raros e caros.

Lista de Normas e Práticas Recomendadas sobre Bateria no Âmbito Comitê Gestor da SAE:

Notas:

1. Dai, a persistência deste humilde2 blogueiro, em apregoar a importância da disseminação das Estações de Carregamento Domésticas, mesmo em locais do mundo que venham a se tornar privilegiados com infraestrutura de carregamento público (carregamento rápido).
2. E mal intencionado, sim, também, pois gostaria mesmo de poder tocar a "minha star-up", te vendendo as melhores EVSE de emprego doméstico, que eu já aprendi a fazer.

Fim!

Ligação para as partes anteriores:  Parte 1  -  Parte 2  -  Parte 3  -  Parte 4

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Bateria de Veículos Elétricos (Nissan LEAF)

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 1/3)

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Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 2/3)

Dando sequência a dissertação anterior, continuamos a traduzir e adaptar o relatório do The Boston Consulting Group de 2010, “Baterias para Carros Elétricos – Desafios, Oportunidades e uma Visão até 2020”

O Desafio dos Custos:

A entidade governamental norte americana U.S. Advanced Battery Consortium (USABC) estabeleceu uma meta de custo de US$ 250 por kW.h para as baterias de íons de Lítio. Todavia, ainda que os fabricantes de baterias possam enfrentar os desafios técnicos descritos na primeira parte desta dissertação. Ver  a 1ª parte em:

http://automoveiseletricos.blogspot.com.br/2012/07/baterias-de-ions-de-litio-tecnologias-e.html

O custo da bateria poderá permanecer acima desse nível e, enxugar o custo das baterias é algo que irá desempenhar um papel crítico na determinação da viabilidade comercial dos Veículos Elétricos (VEs) no futuro imediato.

As estimativas dos níveis de custos atuais e futuros encontradas, variam amplamente e são ainda mais complicados pela falta de clareza sobre qual é, precisamente, o custo que está sendo estimado: É o custo de uma célula individual, de uma bateria empacotada vendida a uma montadora, ou de uma bateria de reposição vendida a um consumidor? Como a célula representa cerca de 65% da bateria, e porque as remarcações das montadoras podem adicionar outros 35% a 45% ao preço do pacote, estas distinções se tornam importantes.

Custos Atuais e Metodologia de Previsão:

A maioria das fontes estimam que o custo atual de uma bateria de iões de Lítio para um VE, tal como ela é vendida para as montadoras, estejam entre US$ 1.000 e $ 1.200 por kW.h. Olhando para o custo atual das baterias de consumo geral (que é cerca de US$ 250 a $400 por kW.h), eles ainda preveem que este preço vai cair para entre para algo em torno de US$ 250 e $ 500 por kW.h para produção em escala. No entanto, vale lembrar que as baterias de consumo são mais simples do que as baterias para aplicação em VEs e atendem a requisitos significativamente menos exigentes, especialmente em relação a segurança e tempo de vida.

Entretanto, o valor estimado de US$ 250 por kW.h persiste como a meta de custo para uma bateria de VE. Dadas as opções os recursos tecnológicos atuais, vemos desafios substanciais para alcançar esse objetivo até 2020.

Para prever os custos da bateria, foi construído um modelo de item de linha dos custos de componentes individuais envolvidas na fabricação de uma bateria em 2009 e variáveis atribuídas susceptíveis de influenciar o custo de cada componente em um nível estimado de produção. De modo abrangente, a estrutura de custos de 2009 inclui uma lista de materiais completa à nível do pacote de bateria, a mão de obra direta e indireta necessária à operação das plantas, a depreciação de equipamentos, a pesquisa e desenvolvimento (P & D), as taxas de sucateamento e as remarcações para cima. (Ver Quadro a seguir).

Nesta análise, classificou-se o custo de cada componente, sob duas óticas: ou como sendo dependente de volumes de produção de baterias, ou sendo independente deles A previsão da evolução dos custos dependentes de volume assumiu ambos fatores: a aquisição de experiência no setor e uma crescente automação.

Já, os custos independentes de volume incluem matérias-primas, taxas de trabalho, e máquinas em geral. Foram estimados que cerca de 70% dos custos das células e 75% dos custos das baterias são dependentes de volume, efetivamente criando um “custo piso de vidro" ⁽¹⁾ para a tecnologia atual das baterias. Levou-se em consideração vários produtos químicos, vários celulares configurações pacote de módulos, e os custos de produção em países diferentes.

(1) O Termo “Custo “Piso de Vidro””, refere-se a expressão idiomática da língua inglesa cost "glass floor" que é um neologismo empregado para designar uma formação de base de custos em que interagem vários fatores relativos a matéria-prima e a mão de obra, sendo que, neste caso, custos das matérias-primas, em primeiro lugar são afetados por parâmetros relativos a ela, em uma relação que não é linear, e interagem com o custo da mão de obra, também numa relação não linear, como ocorre, tipicamente, com o parâmetro espessura das chapas de vidros utilizados para confecção de pisos.

(2) Argonne National Laboratory: Organização sem fins lucrativos - laboratório de pesquisa operado pela Universidade de Chicago para o Departamento de Energia (DOE).

Para fins de referência e comparação, assumimos um fornecedor típico de baterias NCA (ver a Parte 1 desta dissertação para maiores detalhes sobre tecnologias das baterias de íon de Lítio) de 15 kW.h, com uma produção modesta automatizada, produzindo 50.000 células, com processo de montagem altamente manual, para produzir 500 baterias (100 células por bateria sem descontar o sucateamento). Estes pressupostos estão em consonância com os níveis atuais de produção observados neste estudo.

Estimou-se que os custos das células desse fornecedor em 2009 foi de US$ 650 a $ 790 por kW.h, sendo este responsáveis por aproximadamente 65% do custo total para a bateria. Os custos de um pacote de 15 kW.h, para uma montadora, seria entre US$ 990 e $ 1.220 por kW.h, ou seja, algo em torno de US$ 16.000 o custo total do pacote.

Os custo por kW.h para baterias menores, tais como um pacote de 2 kW.h para um carro híbrido, por exemplo, seria maior, por duas razões:

• Alguns custos em nível de pacote, tais como sistemas de gerenciamento de energia e cablagens, de certo modo, independem do tamanho da bateria;

• Baterias menores são otimizadas para potência, em vez de capacidade de armazenamento de energia. Neste artigo vamos nos concentrar em baterias maiores, pois estes são mais relevantes para os VEs puros.

Sucateamento:

Uma área em que há uma clara oportunidade para reduzir os custos são as taxas de sucateamento, onde observou-se uma ampla gama de desempenho nos processos de produção, relativamente manuais, em uso em 2009.

As estruturas de custos da indústria automotiva, as margens e os padrões, demandam uma taxa de sucateamento de menos de 0,1%, no entanto, foram observadas taxas de sucateamento reais variando de 10%, até valores tão altos quanto 30% a 60%. Os fabricantes que estão incorrendo as taxas de sucateamento mais elevadas, são susceptíveis de ter os seus custos de baterias mais elevados, na faixa de US$ 1.500 a $ 1.900 por kW.h.

Capacidade Utilizável e Remarcações:

Os valores discutidos acima, assumem a capacidade nominal da bateria, que pode ser significativamente maior do que a capacidade, utilizável real.

Dependendo da química da bateria, a sua capacidade utilizável, ao longo de um período de vida de 10 anos, está na gama de apenas 50% a 80% da sua capacidade nominal.

Além disso, os custos aqui descritos são os custos para montadoras. Assumindo uma montadora típica e as margens dos distribuidores, o preço que os usuários finais irão pagar por baterias é susceptível de ser de 40% a 45% superior ao preço de compra das montadoras, ou cerca de US$ 1.400 a $ 1.800 por kW.h.

Além do mais, montadoras e revendedores podem subsidiar essa marcação, um pouco, durante os períodos de lançamento, mas no longo prazo eles terão de retirar tais subsídios, a fim de compensar a comercialização e operação da bateria ao longo do seu ciclo de vida.

Compostos Químicos:

Diferenças nas estruturas de custos a nível dos componentes para os materiais, nem sempre se refletem em diferenças de custos a nível das células. Por exemplo, considere duas tecnologias de íon de lítio, NCA e LFP:

Embora na NCA os custos dos materiais seja algo em torno de 50% superiores aos da LFP, por causa do custo elevado de Níquel e do Cobalto, essa desvantagem é amplamente compensada pelo fato de que as NCA precisar de quantidades menores de materiais ativos, graças à sua capacidade de energia específica 30% superior e uma tensão mais elevada (3,6 volts, em vez de 3,2 volt).

No entanto, a competição entre as duas tecnologias pode virar em favor de LFP, dada a sua maior capacidade de utilizável.

Independente de qual seja a tecnologia da bateria de Lítio (NCA, LFP, e afins), os materiais ativos do cátodo e as peças adquiridas de terceiros, somam quase da metade dos custos da bateria, tanto em nível de célula e quanto de pacote.

Enquanto as fontes de Lítio economicamente viáveis são, de certo modo, concentradas geograficamente, como são as empresas mineradoras deste material, não prevemos restrições de oferta que afetam significativamente os preços do Lítio. Além disso, como o lítio representa menos de 2% dos custos a nível de células, qualquer aumento de preço em potencial teria apenas um impacto limitado.

Olhando para Custos das Bateria em 2020:

Os custos das bateria irá diminuir acentuadamente, com dos volumes de produção. As peças individuais se tornarão menos caras graças aos efeito de experiência e de escala.

Os custos dos equipamentos também irão cair, baixando a depreciação. Níveis mais altos de automação irão reduzir ainda mais os custos através do aumento da qualidade, redução dos níveis de sucateamento, e corte nos custos trabalhistas.

No entanto, algo em torno de 25% dos custos atuais das baterias - principalmente os custos de matérias-primas e peças padronizadas, comoditizadas, provavelmente permanecerão relativamente independente dos volumes de produção e mudarão apenas modestamente ao longo do tempo.

Na previsão do mercado de massa, assumiu-se que 26% dos carros novos vendidos em 2020 - ou cerca de 14 milhões de automóveis - serão VEs puros ou híbridos motrizes. Assumimos que todos os veículos com extensor de alcance e VE puro terá baterias de íon de Lítio, assim como 70% dos híbridos vendidos. Os restantes 30% dos híbridos - os veículos menores e de menor custo - ainda irão usar o níquel metal hidreto (NiMH) popularizado por veículos híbridos da primeira geração, como o Toyota Prius.

A meta de custo de US$ 250 por kW.h é pouco provável de ser alcançada para qualquer dos níveis, seja de célula ou de pacote em 2020, mesmo assim, no total, cerca de 11 milhões de carros novos vendidos em 2020 será equipado com baterias de íons Lítio.

Na previsão de custos da bateria, antecipa-se que os materiais ativos e as peças adquiridas de terceiros irá tornar-se quase a metade dos custos geral da bateria em 2020, enquanto o processamento e a amortização irão, cada um, representar mais 10% dos custos, P & D, remarcação e custos relativos a despesas gerais e administrativas de vendas, em conjunto, representarão os 30% restantes. Nós também assumido altamente automatizado, produção de alto volume, especialmente ao nível da célula. Assumiu-se um volume de produção anual, de um fornecedor individual, de cerca de 73 milhões de células e 1,1 milhões de baterias.

Notavelmente, o custo da bateria não é substancialmente sensível ao local de fabricação.

O modelo do The Boston Consulting Group assume a produção na Coreia do Sul. No entanto, por causa do baixo conteúdo de trabalho da produção de baterias, haveria elevação de custos para se produzir baterias nos EUA, em torno de 6%, enquanto que, produzindo-as simultaneamente na China iria reduzir os custos de cerca de 8%.

A análise sugeriu que até 2020, o preço que as montadoras irão pagar por baterias NCA irá diminuir em cerca de 60% a 65%. (Ver quadro a seguir). Assim, uma bateria NCA de capacidade nominal de 15 kW.h, que atualmente custa US$ 990 a $ 1.220 por kW.h, irá custar US$ 360 a $ 440 por kW.h em 2020, ou aproximadamente US$ 6.000 para a bateria (contra atuais US$ 16.000).

O preço para os consumidores também irá cair, de US$ 1.400 a $ 1.800 por kW.h para US$ 570 a $700 por kW.h, o que significa que o consumidor pagará por uma bateria de reposição, cerca de US$ 9.500 em 2020. Paralelamente o custo das células será reduzido para apenas US $ 270 a $ 330 por kW.h.

Concluímos, portanto, que a meta de custo de US $ 250 por kW.h é bastante improvável de ser alcançado em cada célula de nível ou o nível de bateria em 2020 - a menos que haja uma química bateria grande avanço que leva ao fundamentalmente maiores densidades de energia sem aumentar significativamente o custo dos materiais, quer da bateria ou o processo de fabricação.

O Tamanho do Mercado de Baterias:

Num relatório anterior do BCG sobre o carro elétrico, eles haviam modelado a provável penetração no mercado de concorrentes de tecnologias de tração elétrica em 2020 na China, Japão, Estados Unidos e Europa Ocidental em três cenários de desenvolvimento de mercado: com desaceleração, com ritmo constante e com aceleração. Essa análise nos levou a prever que os híbridos e os VEs juntos alcançariam um penetração em vendas entre 11% e 42% desses mercados: no cenário ritmo constante, com uma penetração de probabilidade global de 26%.

Continuamos a apoiar essa previsão para 2020. Embora a atual crise econômica e a recente queda dos preços do petróleo possa aparecer para mitigar o forte entusiasmo do mercado por tecnologias alternativas, o interesse na sustentabilidade, a longo prazo, faz com que o público continue interessado na compra do VE.

Entre os governos e os seus órgãos reguladores, prevê-se que esses grupos vão continuar a incentivar o desenvolvimento das tecnologias relacionadas aos VEs, ou, ao menos, nada fazendo para dissuadi-las. Também, é razoável supor que os preços do petróleo deverão prosseguir em patamares elevados, e continuando a sofrer eventuais majorações, até 2020.

Antecipa-se que cerca de 14 milhões de carros elétricos previstos para serem vendidos em 2020 na China, Japão, Estados Unidos, Europa Ocidental e será composta por cerca de 1,5 milhões de carros totalmente elétricos, 1,5 milhões “carros de longo alcance” e 11 milhões de híbridos.

Nesse mesmo ano (2020), o mercado de baterias para automóveis elétricos naquelas regiões (China, Japão, Estados Unidos e Europa Ocidental), atingirá um valor de cerca de US$ 25 bilhões. Este mercado em expansão será de cerca de o triplo do tamanho de hoje todo o mercado de bateria de iões de lítio para aplicações de consumo, tais como computadores portáteis e telefones celulares.

Esta previsão se aplica a somatória de todos os componentes vendidos para montadoras, desde matérias-primas até baterias completas, não se aplicando ao mercado de usuário final das baterias. Se o cenário de aceleração em vez do cenário ritmo constante vier a prevalecer, o mercado de baterias de carros elétricos poderá chegar a US$ 60 bilhões em 2020. No entanto, se o apoio econômico do governo for muito aquém das nossas expectativas, o mercado iria crescer mais lentamente, atingindo apenas apenas US $ 5 bilhões.

Neste ponto, eu gostaria de acrescentar alguns adendos ao relatório do BCG e o primeiro deles é o meu próprio testemunho de credito a este relatório: eu não estaria empregando aqui, o meu esforço em traduzi-lo e adaptá-lo, se eu mesmo não desse elevado credito a ele, considerando-o uma excelente ferramenta de apoio a decisão, mesmo porque agora, depois de dois anos da sua divulgação, ele se mostra ainda extremamente realista, e os números seguem apontando, até aqui, a ocorrência de um mercado, algo entre, ritmo desacelerado e ritmo constante, como observado, ou seja, tudo dentro das expectativas lançadas pelo BCG em 2010.

Outra questão, é quanto a um termo técnico que surgiu nos últimos parágrafos apresentados, o qual eu considero de relevante importância que o leitor entenda bem: Trata-se do termo “carros de longo alcance”. O termo “carros de longo alcance” é algo um pouco mais do que, simplesmente, um termo técnico. Carros de longo alcance são, tecnicamente, antes de tudo, carros híbridos, do ponto de vista da fonte de energia mas que, todavia, foram concebidos para ter uma autonomia maior que carros convencionais sempre tiveram, ou seja, eles tem um tanque de combustível do mesmo tamanho como sempre tem sido e uma bateria extra que lhe provê uma extensão do alcance, ou seja, que serve para garantir que o autonomia vá além daquela que o tanque de combustível sozinho permitiria.

Antes de prosseguir, preciso fazer dois esclarecimentos e uma confissão:

• Eu sou de fato um apaixonado, não apenas pela tecnologia, mas pelo efetivo emprego dos VEs como solução de mobilidade. Não vou negar que tenho isso como causa e, que é para isso que eu estou aqui: para defender e propagar essa causa. Eu sou grato a tudo que o motor de combustão interna fez pela humanidade mas, tudo tem um começo, um meio e um fim e, o fim chegou para ele. Deste modo, para mim soa como absurdo, insistir em mantê-lo como protagonista, mas é aceitável que ele permaneça, pelo tempo da nossa necessidade, apenas como coadjuvante. Eu não sou o único a pensar assim e a advogar essa causa, mas existe também o outro lado e, no meio disso, uma inevitável guerra se trava, onde as melhores armas são os fatos e as propagandas dos fatos.

• Do outro lado, como já ocorreu no passado, pessoas, associações, entidades, empresas e governos, farão de tudo para, mais uma vez, tentar impedir o desenvolvimento do mercado dos VEs, pois ele resultará, fatalmente, na gradual substituição, em larga escala, dos automóveis e do seu perfil de consumo, afetando amplamente toda a cadeia de abastecimento hoje estabelecida. Neste sentido tem sido e continuará sendo ainda, sobremaneira relevante, a força opositora imposta aos VEs, promovida por agentes ligados aos interesses econômicos de se manter uma permanente dependência do petróleo, como fonte de energia para a mobilidade. Acredite: eles nunca se darão por vencidos!

Então, eu vou buscar apoio fora de mim mesmo, para tentar definir o termo “carro de longo alcance” para poder escapar de incorrer em algum tipo de julgamento preceituoso, feito por mim mesmo pois, se fosse fazê-lo, começaria dizendo que o termo“carros de longo alcance” é um termo lúdico, criado pela indústria automobilística tradicional, para manipular o mercado consumidor, com um duplo objetivo:

• O de manter o perfil de consumo de energia dos automóveis, atuais e futuros, inalterado, priorizando o consumo de combustíveis e a manutenção do “status quo” do motor a combustão / explosão interna;

• O de menosprezar a Tecnologia Elétrica Pura para carros, diante do mercado consumidor, atribuindo a ela uma mera função secundária, que seria a de apenas estender o alcance, e nada mais, enquanto que, por adotar uma cadeia de transformações em série, com múltiplas etapas de conversores de energia (Química – Mecânica / Mecânica – Elétrica / Elétrica – Mecânica), incide em um rendimento inadequado, caracterizado por inevitáveis perdas entre cada etapa

O que ocorre é que, paralelamente ao que os VEs vinham se preparando para voltar ao mercado, a indústria automobilística tradicional, vinha também preparando, uma “enxurrada” de inovações, de terminologias novas (e também complicações), relacionadas a tecnologia do motor a explosão, a fim de tentar, desesperadamente, desviar o foco de atenção que viria sob a tecnologia do VE puro e prolongar, ao máximo, o tempo de vida de emprego do motor a combustão interna.

Para que eu possa lançar aqui, definições, algo melhores do que a que eu fiz acima, eu precisei pesquisar a fim de encontrar uma fonte que viesse a elucidar, não só a mim mas a muitas outras pessoas que eu percebo ter a mesma carência, quanto a uma classificação mais esclarecedora com respewito a “carros híbridos” e “carros de longo alcance”. Eu penso que encontrei isso, em uma parte de um artigo de autoria da escritora inglesa Faye Sunderland, publicado em 17 Janeiro de 2012 no site:

http://www.thegreencarwebsite.co.uk/blog/index.php/2012/01/17/do-you-know-your-hybrids-from-your-range-extenders-the-green-piece/ , cuja parte em questão se encontra sob o subtítulo: “Hybrid types and terminology.”, o qual eu traduzi e, com pequenas adaptações, transcreverei nos entremeios do que vem a seguir, nesta dissertação.

Tipos de híbridos e terminologia:

Para começar, é bom deixar claro que a SAE - Society of Automotive Engineers, entidade respeitada a nível internacional pela sua competência, que associa globalmente mais de 128.000 engenheiros, especialistas e técnicos relacionados, principalmente, ao mercado de veículos automotivo, desenvolvendo padrões de consenso, em seu relatório SAE J1715 (2008), que contém definições para terminologias de veículos elétricos, para servir de recurso para aqueles que escrevem outros documentos sobre veículos elétricos, especificações, normas ou práticas recomendadas, não o fez contemplando, especificamente, os veículos híbridos, mas sim os VEs, de modo que o termo “carros de longo alcance” não aparece ali e eu não conheço ainda, documento SAE mais recente, sobre o assunto, que contemple tal termo.

Veículo Elétrico (VE): Seguindo a nomenclatura conforme definido na norma SAE J1715 um veículo elétrico é um veículo no qual sua propulsão é feita totalmente por motores elétricos, independentemente do meio de obter energia elétrica. Portanto, segundo a interpretação corrente, aquilo que anteriormente era conhecido como uma Veículo Elétrico Híbrido em Série, passou a ter a POSSIBILIDADE, de também ser referido como um Veículo Elétrico.

Deste modo, um veículo elétrico pode ter um ou mais sistemas de armazenamento de energia (mesmo que seja gasolina), todavia, para se aceitar isso, há uma condição sine qua non: Se um veículo elétrico tem um motor a combustão de potência de propulsão, o motor de combustão não poderá estar acionando as rodas diretamente através de uma transmissão mecânica, caso contrário NÃO PODE SER CONSIDERADO VEÍCULO ELÉTRICO. Então vejamos:

Micro-Híbrido: é simplesmente um carro de motor a explosão, que usa uma função partida / parada, que desliga o motor quando o carro está parado e automaticamente reinicia quando a embreagem é pressionada e uma marcha é selecionada. Eles não são híbridos realmente (muito embora, o relatório do BCG o tenha classificado como “Híbridos Moderados”)e, como tal, geralmente apenas incluem, além da tecnologia de partida / parada, o sistema HDi (high-pressure direct injection), que é tecnologia de injeção direta do combustível, através de Common Rail, que propicia uma boa diminuição no índice de emissão de partículas, tornando-os e-HDi em combinação com um sistema partida / parada de segunda geração e uma caixa manual pilotada.

Híbridos em Série: é também conhecido como “carro de longo alcance”. Neste tipo, nunca o motor a combustão aciona diretamente as rodas. Em vez disso, ele gira um gerador, que por sua vez, então, carregará de energia a bateria ou suprirá de potência para o motor elétrico, que, em seguida, acciona as rodas. Apenas a baixas velocidades e para uma gama limitada, é que as baterias podem alimentar o motor elétrico diretamente e fazer este conduzir as rodas e os Híbridos em Série tem a particularidade de, permanecer preferencialmente neste modo diretamente elétrico, quando sua condução e feita na cidade. Carros de longo alcance, como o Chevrolet Volt e o Ampera Vauxhall, também podem ter suas baterias recarregadas, a partir da rede elétrica, e, neste sentido, eles são semelhantes aos demais híbridos plug-in e aos próprios VEs puros.

Híbridos em Paralelo - Neste tipo, tanto o motor a combustão quanto o motor elétrico pode fornecer energia para a transmissão, de modo concorrente. Como ambas as fontes de energia podem girar as rodas, o sistema de controle pode buscar maximizar o desempenho e economia. Comparado com o carro Series ou de longo alcance, o híbrido paralelo é especialmente eficiente na condução em estrada quando um motor de combustão pode maximizar a velocidade, enquanto a a bateria não é dimensionada para ser capaz de fornecer energia suficiente por conta própria, para maiores velocidade.

Híbrido Divisor de Potência ou Híbrido Misto ou Híbrido Série-Paralelo: é outro tipo de híbrido paralelo, mas que também incluem um dispositivo de divisão de potência que permite que o carro para capitalizar sobre a capacidade de um motor elétrico em fornecer torque a partir de uma paralisação total. Ao utilizar o motor elétrico a partir de baixas velocidades, isto permite que o fabricante do carro use um motor a combustão menor e menos potente, sem terf sensação de baixa potência e de falta de aceleração final. Carros como o famoso Toyota Prius são híbridos série- paralelo.

Híbridos-Diesel: estes podem potencialmente funcionar como qualquer dos regimes de híbridos de tração a gasolina que vimos anteriormente. Híbridos a diesel têm sido referidos como uma boa maneira de realmente maximizar a economia de combustível do carro híbrido. Estes modelos chegaram ao mercado, por exemplo, com o Volvo V60 Plug-in Hybrid e com o Peugeot 3008 Hybrid4, no mercado inglês. O carro da Peugeot usa uma configuração série-paralelo, enquanto a Volvo também é um híbrido Plug-in.

Veículos Elétricos Híbridos Plug-in (PHEVs): Nem todo hibrido pode ser conectado a a rede elétrica para poder recarregar baterias. O motor a explosão precisava queimar combustível para carregá-la. Todavia, o advento dos VEs vem forçando os híbrido a terem também com ector para recarga da bateria. Qualquer híbrido cuja bateria pode ser recarregada diretamente a partir da rede elétrica, para permitir que uma maior utilização da capacidade de condução elétrica é denominado “Plug-in”. Em 2012, pode-se observar o lançamento de dois carros desses, o Toyota Prius Plug-in e o Volvo V60 Híbrido Plug-in. O alegado é que eles levam os consumidores a um passo de veículos totalmente elétricos, mas sem comprometer o alcance ou o desempenho que, todavia, continuam providos por um bom tanque de combustível.

Conforme foi definido pela SAE J1715, um Veículo Híbrido Plug-in é:"Um veículo híbrido com a capacidade de armazenar e utilizar energia elétrica não-embarcada, em um sistema de armazenamento de energia recarregável." Esses sistemas passam a estar em vigor com uma melhoria incremental sobre o híbrido, com a adição de uma bateria de grandes dimensões, com uma maior capacidade de armazenagem de energia, inclusão de um carregador embarcado, e os controlos modificados, para gestão da bateria e utilização de energia.

Segundo a ATC – Automotive Technology Center (o centro de referência em tecnologia automotiva de classe mundial da Holanda), uma definição sobre Veículo Elétrico de Alcance Estendido (Extended Range Electric Vehicle – EREV), é atribuído a Tate, Harpster e Savagian da General Motors Corporation. Ela diz o seguinte: "Um veículo que funciona como um veículo elétrico de puro desempenho à bateria, quando a energia está disponível a partir de um sistema de armazenamento de energia recarregável embarcado (RESS) e tendo um fornecimento de energia auxiliar que é apenas envolvida quando a energia RESS não está disponível. "

A General Motors usa esta definição para descrever o seu Chevrolet Volt, o Holden Volt, o Opel Ampera e o Vauxhall Ampera, mas outras empresas do setor se referem a estes veículos como um tipo de híbrido apenas e isto poderia estar correto, se estes veículos, em um determinado modo de operação, usarem os seus motores a combustão, para acionar diretamente as rodas através de uma transmissão mecânica. O fato é que qualquer carro que tem um modo de tração com motor a explosão, não pode querer enganar o público, ensejando querer passar-se por um Veículo Elétrico.

Pela definição da SAE J1715, em se tratando de carros híbridos, apenas os híbridos em série, os que são, de fato, estritamente em série, podem ser chamados de Veículos Elétricos.

Na terceira e última parte, prosseguiremos falado dos Custos da Infraestrutura para Carregamento, da Dinâmica Industrial e concluiremos. Até mais!


Linque p/ Parte 3/3:

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 3/3)

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