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 os painéis solares actuais já se consegue uma produção electricidade de +ou- 200Wh por m2.

Por outro lado, quantidade total de energia solar recebida pela Terra é determinada pela projecção da sua superfície sobre um plano perpendicular à propagação da radiação. Como o planeta roda em torno do seu eixo, esta energia é distribuída de forma desigual, sobre toda a sua superfície. Daí que a radiação solar média recebida sobre a terra, designada por insolação seja 342 W/m²  . O valor real recebido à superfície do planeta depende, para além dos factores astronómicos ditados pela latitude,  pela época do ano em função da posição da Terra e do estado de transparência da atmosfera sobre o lugar, em particular da nebulosidade.

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,  que prometem ser o passo em frente que faltava para iniciar uma nova era de mobilidade automóvel. Estas baterias  prometem ter uma grande densidade energética, podendo disponibilizar mais autonomia aos veículos eletricos. Outra das vantagens 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 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 17 anos, já tem mais de 100 mil Km. 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.

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. Esta pode ser uma boa alternativa aos veículos a disel que como sabemos irão deixar de ser fabricados.  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. Na minha opinião esta tecnologia apenas tem a vantagem de ser possível reabastecer  o veículo de forma rápida, de resto é pouco eficiente.   

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 o que para mim faz mais sentido é os carros 100% elétricos. 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 de combustão 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.
 É importante alertar a opinião publica para a rapidez com que estamos a destruir o nosso planeta, os efeitos da poluição, a destruição dos ecossistemas, o aquecimento global e os seus efeitos já bem visíveis nas alterações climáticas, deve alertar-nos para a urgência de que temos que agir, caso contrário daqui a algumas décadas, será muito difícil viver no nosso planeta Terra.

Pequenos gestos que podem fazer a diferença

Um estudo recente feito em França, concluiu  que o consumo de energia de todos os aparelhos que os franceses têm em "stand by", é equivalente à energia que é produzida por uma  central nuclear. Isto acontece porque todos nós até de uma forma involuntária deixamos em "stand by" aparelhos que só usamos muito raramente. Por exemplo hoje quando compramos uma televisão nenhuma trás um interruptor geral que  desligue completamente o aparelho, ou seja, desde que esteja ligado à tomada está sempre em "stand by". Isto acontece com a grande maioria dos aparelhos elétricos que temos em nossas casas. Apesar de o consumo em "stanb by" ser baixo, a soma do consumo de todos estes aparelhos ligados 24h por dia durante todo o ano é despesa a considerar. Cabe à união europeia criar uma lei que obrigue todos os fabricantes a colocar um interruptor geral  bem visível  em todos os aparelhos, deixando assim à consideração dos utilizadores deixa-los em "stand by"  ou desliga-los completamente.

Embalagens XL

Com certeza que já nos aconteceu a todos ao irmos ao supermercado comprar vários produtos alimentares,  ao  chegamos a casa quando os  começamos a desembalar   deparamo-nos com grandes quantidades de embalagens que temos que deitar fora. Dou um exemplo, quase ninguém vai ao supermercado comprar um litro de leite, normalmente compramos pelo menos um pack de seis pacotes de 1 litro cada. Porque não os fabricantes fornecerem os seus produtos em embalagens de maior capacidade por exemplo pacotes de leite de 2 litros ou mais, reduzindo assim o numero  de embalagens,  baixando o preço da embalagem, tendo assim vantagem para o ambiente, para o consumidor e para o produtor. Este sistema de embalagens XL, pode ser usado em muitos outros produtos com vantagens para todos.

Limitação de velocidade

Outra sugestão que a união  europeia devia propor aos construtores de automóveis com motores de combustão tendo como objetivo a redução de Co2, seria que todos os carros fabricados a partir de uma data a definir, deveriam vir com uma limitação  de velocidade máxima de 140 Km/h para todo e qualquer veículo que fosse para utilização na via publica. Esta medida  iria ter como consequência, que os construtores de automóveis de gama alta, reduzissem deste modo a cilindrada dos motores,  consequentemente a sua potencia e a  poluição por eles causada. Dou um exemplo, um Ferrari F40 com cerca de 3000 de cilindrada com mais de 470 cavalos de potencia e um consumo de cerca de 19 litros por 100Km e que atinge uma velocidade acima dos 300Km/h. Outro exemplo o Hummer um todo o terreno que foi construído para ser utilizado pelo exercito dos USA mas que vemos algumas versões a circular na via publica uma versão com 6200 de cilindrada peso de 2,7 toneladas consumos acima dos 20 litros 4 a 5 lugares. Estes são apenas dois exemplos de carros que quando foram construídos não foi com o objetivo de serem carros para uma utilização diária na via publica. Não faz qualquer sentido um carro de dois lugares com mais de 470 cavalos de potencia apenas para transportar 2 pessoas.  No futuro teremos que olhar para os carros como meros objetos que servem para nos transportar de um lado apara o outro, até porque provavelmente  no futuro nas cidades   só irão circular carros elétricos, autónomos e partilhados. 

Descriminação positiva dos carros elétricos

Uma forma de incentivar a compra de carros elétricos é a discriminação positiva já usada em alguns países com resultados muito satisfatórios. Deixo alguns exemplos, a isenção total de impostos quer na compra quer no IUC. Estacionamento gratuito  em todos os locais  de estacionamento pago, inspeções obrigatórias com maior validade e de preço reduzido, o  seguro para viaturas elétricas significativamente mais barato.

A necessidade de produzir mais eletricidade para carregar os veículos elétricos não é um problema. Com a tecnologia que temos hoje é muito fácil e barato produzir energia elétrica.   Com a baixa de preço dos painéis solares fotovoltaicos, devido à sua produção em massa,  torna-se acessível a colocação destes dispositivos em coberturas de edifícios, em   estacionamentos de supermercados com coberturas de painéis solares que podem produzir energia para carregar os veículos dos clientes enquanto fazem compras. Com os painéis solares atuais, que são muito fiáveis  já se consegue facilmente produzir aproximadamente 200Wh por m2  com uma vida útil superior a 25 anos e quase sem necessidade de manutenção.
Reflorestação do planeta é uma das soluções
O nosso planeta tem mecanismos próprios para equilibrar a temperatura e absorver o Co2. Um desses mecanismos são as florestas. As árvores conseguem recolher o dióxido de carbono,  produzir oxigénio, alem de algumas ainda nos darem frutos. Mas as florestas densas têm ainda muito mais benefícios, evitam e previnem o deslizamento de terras, evitam erosão dos solos, actuam na prevenção de assoreamento de rios e açudes, proporcionam o crescimento da biodiversidade quer vegetal quer animal, fornecendo abrigo e alimentação para a fauna. As florestas também ajudam a gerar mais humidade no ar e a absorver o calor atmosférico, baixando a temperatura entre 5 a 9 graus abaixo do registado em regiões sem árvores. Por todas estas razões e mais algumas é urgente reflorestar o planeta  com espécies autóctones adaptadas ás zonas a reflorestar. A sociedade civil em conjunto com as autarquias podem de uma forma organizada e com aconselhamento tecnico selecionar os terrenos disponíveis para a reflorestação. Esta reflorestação deverá ser realizada com espécies variadas,  autóctones de uma forma organizada e regular por grupos de voluntários e por beneficiários de rendimentos do estado como contributo à sociedade pelos benefícios que recebem. 
Sistemas de aproveitamento eficiência no uso da água
A água potável  para uso domestico é cada vez mais escassa devido ás alterações climáticas, os períodos de seca serão cada vez mais frequentes e prolongados. Por essa razão é importante  usarmos a agua  de forma eficiente  alterando alguns dos nossos hábitos e equipando as nossas casas com equipamentos para evitar o desperdício  . Também é importante um melhor aproveitamento das aguas das chuvas com sistemas de grande capacidade de armazenamento. A carência de agua potável  será  um problema global em breve.

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Este assunto continua em breve.

 Editado por Paulo Carvalho, Revisto e actualizado em setembro 2022  vssolarpaulo@gmail.com   t.965055436