quinta-feira, 8 de setembro de 2016

Algumas reflexões sobre carros mais ecológicos

Artigo de opinião, autoria Paulo Carvalho 
Como investigador e ambientalista, preocupo-me com os problemas energéticos e com a sustentabilidade dos ecossistemas.Com o aquecimento global, a poluição e os seus efeitos nefastos já bem visíveis em algumas partes do globo, a obtenção de energia de forma mais limpa possível e sem recorrer aos combustíveis fósseis, sempre me interessou. As várias formas de obtenção de energia a partir dos recursos naturais, as chamadas energias renováveis tais como, a eólica, a energia das marés, das ondas, da biomassa, a geotérmica, hídrica, solar etc. terão que ser cada vez mais usadas. Uma dessas formas de produção de energia que sempre me interessou, é a energia solar fotovoltaica. As células fotovoltaicas usam como matéria prima o silício, convertem a irradiação solar em eletricidade, apartir de processos que se desenvolvem ao nível atómico nos materiais de que são constituídas. Os painéis fotovoltaicos têm sofrido uma evolução lenta mas consistente. Tem havido um grande esforço de investigação e de desenvolvimento tecnológico, no sentido de aumentar o quociente entre a irradiação solar que incide na célula e a energia eléctrica produzida.

Com descoberta do grafeno que valeu o prémio Nobel da física de 2010 ao Prof. André Geim e ao Dr.Konstantin Novoselev da universidade de Manchester e com a evolução das nano tecnologias, têm sido feitas descobertas do grande potencial revolucionário do grafeno, quer para a electrónica, como para as células fotovoltaicas, para dispositivos de armanezamento de energia, entre outras aplicações muito vastas devido ás suas características ímpares. O grafeno é muito leve, é mais rijo que o aço, é transparente, tem uma condutividade eléctrica superior à dos materiais tradicionais, possui a capacidade de desviar os raios de luz, entre outras que o torna num material que pode ter muitas aplicações.
 Fala-se já nas novas baterias de grafeno, as Grabat, fabricadas pela Grafenano empresa sediada em Espanha que promete ser o passo em frente que faltava para iniciar uma nova era de mobilidade automóvel. Estas baterias apesar de ainda não estarem a ser comercializadas, segundo o fabricante, prometem ter um grande densidade energética, podendo disponibilizar uma autonomia aos veículos eletricos  entre os 600 e os 800 Km por cada carga .Outra das vantagens destas baterias é permitirem uma carga muito rápida e um numero de ciclos muito superior ás baterias de Lítio.  
 Embora estejamos ainda no inicio e em fase de experiências laboratoriais, este material ainda não está a ser utilizado nos módulos fotovoltaicos que usamos atualmente. Qualquer das formas se compararmos as células fotovoltaicas recentes com as utilizadas há 30 anos, notamos que houve um aumento de rendimento em cerca de 40% ou seja, mais potencia por metro quadrado de exposição solar. Este facto é uma oportunidade para uma utilização um pouco diferente do habitual, principalmente se tivemos em conta que somos um dos países da Europa com mais horas de sol. Como investigador, tenho estudado a forma de aplicar este tipo de energia na locomoção de veículos. É conhecido o problema da pouca autonomia dos carros eléctricos. Isto acontece não por culpa dos motores eléctricos (que podem atingir uma eficiência até 90%, em comparação com os motores de combustão mais recentes que não vão além de uma eficiência de 40%) mas sim pela dificuldade de armazenamento da energia eléctrica. Ou seja, o problema reside nas baterias que além de volumosas, pesadas e pouco eficientes, têm pouca capacidade de armazenamento de energia.(veja a tabela 1)

Tabela 1

Gasolina-1Kg =12.700 Wh---- --------vida útil- 1

Gasóleo -1Kg=11.600 Wh------------- vida útil -1

Bateria/chumbo-1Kg=35 Wh--- vida útil (nº de ciclos de descarga)- 800

Bateria/NI-CD -1Kg=60 Wh-----vida útil (nº de ciclos de descarga)-2000

Bateria/NI-MH-1Kg=80 Wh----vida útil (nº de ciclos de descarga)- 1000

Bateria/LI-IOM-1Kg=160 Wh-- vida útil (nº de ciclos de descarga)- 1200

Bateria de grafeno  1Kg= 950W--vida útil(nº de ciclos de descarga)? (estas baterias ainda estão em fase de testes não estão disponiveis no mercado)  

Tentei contornar este problema adicionando ao veículo uma fonte de energia, os painéis fotovoltaicos, o que na minha, opinião fáz todo o sentido num país como o nosso com muitas horas de sol. Desenvolvi circuitos electrónicos para aumentar a sua eficiência, e assim consegui construir veículos movidos a energia solar, alguns dos quais com autonomia ilimitada durante o dia. Noutros casos fiz a transformação de carros já existentes, para passarem a funcionar a energia solar.
Entre as várias  vantagens deste sistema, destacam-se  o aumento da autonomia do veículo e o aumento  da vida útil das baterias, pois com esta tecnologia evita as descargas profundas das baterias. Além dos benefícios ambientais, com este sistema é possível circular nas cidades a custo zero. Este é o veículo transformado por mim que utilizo nas minhas deslocações diárias à mais de 10 anos. Este é um exemplo de um veículo puramente solar que não necessita de ser carregado, ele produz e armazena a sua própria energia.Os seus painéis solares produzem cerca de 850W/h. Estes resultados serão tanto melhores, quanto melhor for a qualidade dos materiais utilizados. Actualmente já existem motores eléctricos muito mais eficientes que este que uso nesta carrinha solar, mas são muito caros e difíceis de adquirir no mercado português. Tenho um projecto para a construção de um carro solar com capacidades e performances muito interessantes mas sem apoios será muito difícil conseguir concretizar este projecto.  Deixo-vos duas questões para reflexão, se eu com poucos recursos consigo estes resultados, será que os grandes construtores automóveis não conseguem fazer melhor? ou será  será que sofrem pressões de lóbis para o não fazer?

Híbridos
Se há um lado positivo na escalada do preço do petróleo, é a necessidade de se procurar outras fontes de energia e o desenvolvimento, quer dos motores eléctricos, quer das baterias. É o que já estão a fazer alguns construtores de automóveis, que estão a lançar no mercado os híbridos de segunda geração. Trata-se de carros movidos exclusivamente por motores eléctricos, usando apenas um pequeno motor de combustão como extensor de autonomia  para se necessário, gerar energia para carregar as baterias mantendo o carro em andamento (exemplo Opel Ampera e Chevrolet Volt,etc.). Este motor, estabiliza no regime de rotação de maior rendimento, tendo um baixo consumo.

Inovações em veículos convencionais.
Outros construtores optam por optimizar conceitos já existentes, como por exemplo, a redução do peso, melhorando a aerodinâmica, diminuindo a resistência de rolamento através de pneus de baixo atrito e adicionando inovações interessantes no sentido de tornar os motores mais eficientes. Um bom exemplo disso é o sistema Start/Stop, que desliga o motor sempre que se pára o veículo mais de 5 segundos. Também a gestão inteligente do accionamento alternador que em situações de acelerações fortes o alternador pode ser desligado, enquanto que nas desacelerações ou travagens, passa a trabalhar no modo de carga total aproveitando ao máximo a energia que lhe é fornecida pela correia sem gastar combustivél e aproveitando a energia cinética. Outro sistema inovador é a bomba de água de refrigeração do motor é accionada por um motor eléctrico, que aumenta de rotação só quando há um aumento da temperatura e segundo a BMW gasta menos 90% de energia que uma bomba convencional. Também a bomba de combustivél, passa a ser controlada pela pressão que gera para dentro do sistema, quando não é preciso gerar mais pressão é desligada poupando energia. Todos estes e outros pormenores em conjunto, resultam numa poupança de combustivél significativa e uma redução de gases poluentes.

Veículos Bifuel - Gasolina/GPL - Gasolina/Gás Natural
Outros construtores de automóveis estão já a comercializar os bifuel, veículos que tanto podem funcionar a gasolina ou a GPL. É uma solução interessante, visto o GPL ser comercializado a menos de metade do preço da gasolina, além de ser menos poluente. Outros fabricantes disponibilizam versões bifuel gasolina/gás natural, as potencialidades do gás natural como combustível para o transporte rodoviário são interessantes, pela sua abundância, pelo baixo custo, e pelas suas propriedades fisico-químicas que lhe conferem excelentes características sob os aspectos de segurança, performance e eficiência energética. O gás natural é considerado um combustível ecológico pelas suas características de baixa emissão de poluentes, uma vez que a sua queima é quase total. Na maioria dos países o gás natural para viaturas, tem uma redução de preço em cerca de 55% em relação á gasolina. Infelizmente no nosso país não existe ainda postos de abastecimento para o publico o que inviabiliza a utilização destes veículos no nosso país.

O biodisel
Outras alternativas, tais como o biodisel, embora com emissões poluentes mais baixas, em relação ao diesel tradicional, chegou-se à conclusão que o cultivo intensivo prejudica os campos e são necessárias áreas significativas. Além disso, com os biocombustíveis há o risco de solos agrícolas, que antes eram usados para produzir alimentos, serem invadidos por sementeiras destinadas ao biodisel, por ser mais rentável economicamente, fazendo subir o preço dos alimentos básicos, como o trigo, o milho, o arroz, etc.

O Hidrogénio
O hidrogénio é a solução que mais problemas técnicos levanta. Ainda é muito caro produzir este gás, sendo difícil de armazenar e distribuir no estado gasoso. No estado líquido, tem de ser mantido a 253 graus negativos, o que coloca alguns problemas técnicos. No entanto alguns fabricantes de automóveis têm feito avultados investimentos nesta área com resultados promissores, é o caso da Mercedes que construiu três protótipos, Classe B Fuel Cell e que os lançou em 2011 numa maratona de mais de 30.000 km de vários meses e por vários países incluindo o nosso Portugal. Estes protótipos estão equipados com motores eléctricos de 136 cavalos e com as chamadas pilhas de combustível que transformam o hidrogénio em eletricidade. Estes veículos conseguem ter uma autonomia de aproximadamente 400 km. Resta saber qual o preço a que será comercializado o hidrogénio e de que forma ele será produzido, se recorrendo aos combustíveis fósseis ou de uma forma limpa.

Biometano
Uma alternativa interessante, do meu ponto de vista é o programa Biogás Max. Consiste no aproveitamento do lixo orgânico, das cozinhas e dos jardins, que é colocado em câmaras de fermentação e que o resultado é o metano. Este gás tem sido utilizado de forma experimental em autocarros de transporte publico. O resultado é muito animador, os veículos são menos poluentes e mais silenciosos. 

Baterias mais eficientes e super-condensadores
Um dos inconvenientes dos veículos eléctricos é a sua pequena autonomia, devido á pouca eficiência das baterias e á pequena capacidade de armanezamento de energia, neste sentido a EEstor irá lançar no mercado os super condensadores EESU (electrical energy storage unity) Esta nova tecnologia já com 10 anos de desenvolvimento está prestes a entrar em produção em massa, e tenciona revolucionar todo o mercado de baterias como nós as conhecemos. Trata-se de condensadores com a potencia e longevidade já esperadas nestes dispositivos, mas com a densidade energética 3 a 4 vezes superior á melhor tecnologia de Lítio e mais econômica. Os condensadores armazenam a energia num campo eletrostático e não como um estado químico, como acontece nas baterias. Não há nenhuma ação química envolvida, o que significa uma vida útil muito longa.
Também nesta área o grafeno pode vir revolucionar aumentando a capacidade de armanezamento falando-se já a seguir aos super-condensadores nos ultra-condensadores.

São várias as opções que se apresentam. Não sei qual vai ser o sistema que vai ser utilizado, no entanto há um aspecto em que não há duvidas, é que os carros do futuro serão locomovidos com motores eléctricos que são muito eficientes, silenciosos e ambientalmente inócuos. Também o seu custo de fabricação é menos dispendioso e para o utilizador não tem praticamente custos de manutenção, não precisa de mudar óleo, filtros velas correias etc.  não tem embraiagem nem caixa de velocidades.  Pelo contrário, os motores que utilizamos atualmente, além de poluentes, são também pouco eficientes,  bastando pensar na quantidade de KW/h de calor que são dissipados pelo radiador do automóvel e que são desperdiçados sem qualquer utilidade.
 Também os veículos convencionais não conseguem aproveitar a energia cinética nas descidas e nas travagens. Numa descida, a energia cinética, ou seja a embalagem que o veículo desenvolve devido à gravidade,  quando travamos estamos a transformar essa energia em calor, devido ao atrito que é exercido entre as pastilhas  e os discos de travão de cada roda. Essa produção de calor, é tanto maior quanto maior for a energia cinética e a pressão/atrito exercida pelas pastilhas nos discos de travão, o que obriga a que os discos de travão dos carros mais recentes sejam ventilados por pequenas condutas que fazem circular o ar por dentro dos discos ajudando a dissipar o calor gerado nas travagens. Esse calor é energia que é totalmente desperdiçada.
Também neste aspecto os veículos eléctricos são mais eficientes pois conseguem aproveitar grande parte dessa energia das descidas e das travagens transformando-a em energia eléctrica e armazenando-a nas baterias do veículo. Este é um processo complexo e que não pretendo aqui a profundar, é certo que em todo este processo há algumas perdas de energia, mas é uma tecnologia que tem evoluído muito.
Este artigo que escrevo tem o objetivo de despertar consciências,  de que é urgente mudarmos e pormos de parte de uma forma gradual os combustíveis fosseis. Digo de uma forma gradual porque sou realista e não sou ingénuo, sei que alguns países têm a sua economia assente nas receitas do petróleo e os outros países que não têm petróleo recolhem muitos impostos aos seus cidadãos com a venda dos combustíveis. A realidade europeia com algumas variantes é que mais de metade do que se paga para abastecer um veículo são impostos, que multiplicado pelos milhões de carros que abastecem os seus depósitos todos os dias são uma receita importante que nenhum governo quer perder. As baterias de grafeno que falei neste artigo mais acima, podem ser um passo em frente para uma mobilidade ecológica, mas estas baterias já foram descobertas há algum tempo. Tem havido pressões por parte de alguns lobis para  atrasar a fabricação em massa destas baterias, cabe alertar a opinião publica para este problema e a urgência de o termos que fazer, caso contrário daqui a algumas décadas, será muito difícil viver no nosso planeta Terra.
       
Este assunto continua em breve.
 Editado por Paulo Carvalho, Revisto e actualizado em Novembro 2016  vssolarpaulo@gmail.com   t.965055436

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