O carro do futuro I: alternativas e desafios

Hoje há uma grande discussão de como será o carro do futuro em diversos aspectos (desenho, funcionalidades, tecnologias, usos…) e certamente esta indústria impactará fortemente no futuro do mercado energético. Atualmente cerca de 20% da demanda mundial de energia advém do setor de transporte, como mais de 90% desta demanda ainda é concentrada em derivados de petróleo, significa que cerca de 60% do consumo de petróleo mundial depende do setor de transporte. Rapidamente, podemos imaginar o que ocorreria com o mercado de petróleo mundial caso alguma tecnologia substituta realmente consiga deslocar os combustíveis derivados do petróleo.

A distância que estamos deste futuro é uma questão que vale certamente muito mais que um milhão de dólares. Contudo, o que se pode observar é um forte movimento de desenvolvimento de diversas tecnologias alternativas. Algumas destas tecnologias podem se complementar, mas certamente haverá (e já está presente) uma disputa entre as tecnologias por participação no mercado. Por outro lado, os carros baseados em gasolina e diesel buscam inovações para o aumento de eficiência dificultando assim a sua superação. Será que não haverá um carro do futuro, mas sim conjunto de possibilidades? Será que a matriz de combustíveis será diversificada e heterogênea como a matriz elétrica?

Logo, desculpem-nos os grandes amantes das tecnologias automotivas, mas ao contrário do que o título pode levar a crer, não analisaremos a possibilidade de ter os nossos carros dirigidos pelos softwares do Google ou se em breve entraremos voando em um dos carros dos Jetsons. Este é o primeiro de uma série de textos que objetiva discutir o desenvolvimento de combustíveis lternativos. Mais precisamente, a interação entre a indústria da energia (mercado, regulação e política), a indústria do transporte (considerando aspectos da mobilidade urbana) e a promoção de novos combustíveis.

Este artigo introdutório a série objetiva chamar a atenção para a necessidade de trata o tema de maneira sistemática. Diversos temas relacionados aos combustíveis alternativos (etanol, biodiesel, veículos elétricos, gás natural veicular, células de hidrogeno) foram já tratados em artigos acadêmicos, por órgãos governamentais e mesmo neste blog, embora que isoladamente. A perspectiva que adotaremos aqui, no entanto, objetiva a busca de uma estrutura e de elementos chaves no tratamento das diversas alternativas para o carro do futuro. Tentaremos seguir o conselho de aquela lenda indiana dos cegos palpando parte de um elefante: o cego que palpava a trompa falava que era flexível como uma mangueira, mais o que palpava uma perna achava que era como um poste. Todas aquelas experiências eram verdade, embora que aparentemente contraditórias. Da mesma maneira, tentaremos nesta série combinar diversas experiências para tentar imaginar todo o elefante.

Definição preliminar de combustíveis alternativos

Há uma ampla gama de produtos que são frequentemente tratados como combustíveis alternativos: desde tecnologias hibridas (que aumentam a eficiência dos combustíveis derivados do petróleo) a tecnologias baseadas em células de hidrogênio (ainda sob desenvolvimento do ponto de vista comercial). Abaixo segue uma breve apresentação dos combustíveis alternativos em discussão.

Tabela 1: Sumário dos combustíveis alternativos considerados

Veículos elétricos - Veículos elétricos são aqueles que possuem baterias elétricas e são capazes de recarregar estas baterias através de acesso a rede elétrica (plug-in). A transferência na energia da rede de distribuição para as baterias dos carros necessita, no entanto, de infraestruturas e coordenação específica para garantir o bom funcionamento do sistema. Note que os veículos podem ser flexíveis, i.e., permitir o uso da bateria elétrica e do combustível tradicional ou serem completamente elétricos.

Células de hidrogênio - As células de hidrogênio são usadas para a produção elétrica, já dentro do veículo. As células convertem a energia química do hidrogênio em eletricidade. Para tanto seria necessário infra-estrutura de produção, distribuição e armazenagem de hidrogênio. Um dos principais problemas do hidrogênio é sua armazenagem no veículo, que não é segura se mantida pressão e temperatura ambiente.

Biodiesel - O biodiesel é um combustível renovável que pode ser fabricado a partir de óleos vegetais, gorduras animais e através da reciclagem de gorduras utilizadas. O biodiesel quando usado diretamente (sem misturar com outros combustíveis) é chamado de B100. No entanto, atualmente o mais frequente é o uso do biodiesel misturado aos derivados do petróleo como o tradicional diesel.

Etanol - Etanol é o combustível obtido da fermentação de açucares. Novas tecnologias têm permitido a produção de etanol através da celulose. Assim como o biodiesel, o etanol pode ser usado como único combustível ou misturado em derivados do petróleo (como a gasolina).

Gás Natural Veicular (GNV) - O GNV é uma mistura de hidrocarbonetos leves que, à temperatura e pressão atmosférica, permanece em estado gasoso. Ele é constituído predominantemente por metano.

Note que os diferentes combustíveis estão em distintos níveis de desenvolvimento tecnológicos e de introdução comercial. Todos eles, no entanto, são alvos investimentos privados e de políticas seja para introdução massiva, seja como parte de projetos pilotos. Todas as tecnologias possuem, assim, certa maturidade, mesmo que ainda estejam sujeitas a pesquisa e desenvolvimento.

Motivações à busca do combustível alternativo - Pode-se de destacar três grandes motivações para a corrida dos países por uma tecnologia alternativa: questões ambientais (como a emissão de gases de efeito estufa), a característica esgotável do petróleo e a concentração em algumas áreas geográficas das reservas de petróleo (o que dependência de muitos países da importação deste recurso).

Preço do petróleo, mais precisamente a perspectiva do preço, do petróleo é muitas vezes apontada como variável chave para o desenvolvimento de alternativas a este combustível. O preço do combustível tradicional, certamente é a variável que está observando os investidores e muitos policy makers, contudo, pode-se compreender está análise como consequência das reservas de petróleo (e expectativa de produção) por um lado, o que está intimamente ligado com o caráter esgotável do produto. Por outro lado, as análises de preços, também consideram a estrutura de mercado, o que está relacionado com a concentração geográfica do mesmo.

De acordo com a Agência Internacional da Energia, o setor de transporte é o segundo maior emissor de CO₂ (21%), seguido pelo setor elétrico (41%). Dentro do setor de transporte, o rodoviário é o maior emissor de CO₂. Neste sentido, qualquer política seriamente comprometida a reduzir a emissão de gases de efeito estufa passará pela adoção de combustíveis alternativos. Ademais, as questões ambientais vão além das políticas relacionadas ao efeito estufa, grande parte dos problemas relacionados à qualidade do ar em metrópoles se deve também às emissões dos automóveis.

Enquanto, o efeito estufa é um problema mundial, cujas externalidades não se restringem geograficamente, a qualidade do ar possuem efeitos na saúde da população local. As políticas de melhora da qualidade do ar, por serem mais localizadas que as políticas em relação à emissão de CO₂ tendem a serem mais efetivas, pelos menos países mais desenvolvidos.

Somando a estas motivações, vale notar que, visto que a corrida por inovações em marcha a própria disputa pela fronteira tecnológica também se tornou um motor importante para as inovações no setor.

Inexistência de uma trajetória tecnológica definida - A inexistência de uma trajetória tecnológica definida pode ser observada pela heterogeneidade de tecnologias adotadas nos países e das políticas de incentivos. As varáveis que levam e que deveriam levar a adoção ou preferência de uma tecnologia em detrimento de outras é objeto de estudo dos autores. Assim como quais as consequências destas escolhas.

Em uma primeira breve observação pode-se perceber que as tecnologias têm diferentes penetrações nos países, e que com isto a composição da matriz de combustíveis dos países começa a se diversificar. Esta diversificação tecnológica permite a competição entre as diferentes opções, o que por um lado incentiva as inovações e disputa pela posição de tecnologia predominante, contudo, por outro lado, este efeito leva uma ausência de standard tecnológico e diminui a escala de produção, como consequência prejudica o desenvolvimento de algumas tecnologias que necessitam de escala.

Breve comparação entre os principais usuário de cada tecnologia - O uso do gás natural veicular (GNV) é especialmente concentrado na Ásia e na América Latina, o gráfico 1 mostra porcentagem de carros de GNV que cada país possui em relação ao total de carros de GNV no mundo. Foram selecionados todos os países que possuíam pelo menos 1% do total de carros GNV no mercado mundial. Na Europa, a Itália é país que vem apostando mais no GNV, chegou a ultrapassar de 20% das vendas de carros novos em 2009 (Campetrini e Mock, 2011).

Os Estados Unidos, com a diminuição do preço do gás natural pode aumentar em breve sua participação no mercado de GNV.

Ao contrário dos Estados Unidos, o mercado de GNV no Brasil (que ainda é um dos mais importantes no mundo) vem sendo impactado negativamente pelos preços desde 2008. O Brasil, que apresentou um expressivo crescimento do uso o GNV entre 1997 e 2007, observou uma retração na demanda do combustível desde então. Diversos fatores devem ser considerados, mas certamente o aumento do preço do combustível é um dos fatores centrais. Note que a análise do impacto dos preços do gás natural na demanda deve levar em consideração o preço dos combustíveis substitutos, que no Brasil deve incluir principalmente a gasolina e o etanol.

Gráfico 1: % quantidade de carros GNV por país em relação ao total mundial (2011)

No que se refere a rede de abastecimento de GNV, critério importante para pensarmos a inserção do combustível, observa-se no gráfico 2 uma alteração da importância dos países. Contudo, sabemos que o número de postos é afetado pelo tamanho país. Países como Estados Unidos, por exemplo, ganham uma grande importância se não consideramos o seu tamanho.

Gráfico 2: quantidade de estação de abastecimento de GNV por país em relação ao total mundial (2011) 

A fim de tentar amenizar os efeitos do tamanho do país, o gráfico 3 mostra, quantos Km2 por posto de GNV para os 10 países com maior número de postos de GNV no mundo. Percebemos que aparece então o efeito tamanho, países como Brasil, Estados Unidos, Índia e China apresentam muito menor densidade de postos de GNV. Isto provavelmente se deve pela penetração heterogênea do combustível em diferentes áreas do país, como observamos no Brasil. Considerando o efeito área do país, a Itália, o Paquistão e Alemanha ganham importância.

Gráfica: Área (Km²) do país por quantidade de posto de GNV (2011)

 

No que se refere aos carros elétricos à distribuição mundial ganha contornos muito distintos. A maior porcentagem de carro elétrico esta localizado nos Estados Unidos, assim como o maior número de carregadores não residenciais. O segundo maior estoque de carros elétricos está localizada no Japão, contudo, observa-se que a importância dos carregadores é inferior ao da China. Na Europa, a França é o país com maior estoque de carros, mas o número de carregadores não residenciais é inferior ao da Alemanha.

Se por um lado, o estoque de carros elétricos indica a importância do país no desenvolvimento desta tecnologia, por outro o número de postos de recarga não residencial é um indicador do desenvolvimento da infra-estrutura que permite a inserção da mesma. Note que, para termos um indicador mais preciso da infra-estrutura, assim como no caso dos postos de abastecimento de gás natural, o número de postos de recarga deveria ser ponderado pela área e densidade populacional. Estudos mais detalhados neste sentido devem ser realizados.

Gráfico 4: Participação dos países no estoque de carro elétrico mundial e  número de postos de recarga: dados para os 10 países com maior participação na Iniciativa de veículos elétricos (2012)

A participação Brasileira no mercado e carro elétrico, apesar de crescente, ainda é muito incipiente, segundo dados da ANFAVEA (2013)[10] o licenciamento de automóveis e comercias leves elétricos em 2012 foi de 117, e em 2013 (até setembro, incluso), 344.

No que se refere ao biodiesel, o Estados Unidos é o principal produtor, o principal produtor Europeu é a Alemanha seguida pela França. O biodiesel também está fortemente presente em outros países europeus e considerando-os juntos a produção ultrapassaria a produção norte-americana. Na América do Sul tanto o Brasil quanto a Argentina possuem participações importantes na produção, a Colômbia apesar de ter uma produção menor ocupa a décima posição no cenário mundial. O que também confere a América do Sul uma maior participação na produção de biodiesel que a América do Norte.

Gráfico 5: Participação na produção do biodiesel mundial dos 10 maiores produtores (2011)

No que se refere ao etanol, diferentemente do biodiesel, os Estados Unidos é de longe o maior produtor mundial. O Brasil está posicionado logo atrás dos Estados Unidos com uma produção inferior a 50% da produção do primeiro. A China em terceira posição possui uma produção muito menos significante.

Gráfico 6: Participação na produção do Etanol mundial dos 10 maiores produtores (2011)

Vale notar que discrepância da produção norte-americana com o resto do mundo e em especial em relação à produção brasileira é um fenômeno recente. O Brasil é um produtor histórico de etanol e no gráfico 7, pode-se observar o crescimento da diferença da importância da produção norte- americana entre 2007 e 2013. Isto se deve por um lado ao forte crescimento da produção absoluta dos Estados Unidos e as pequenas alterações na produção brasileira. Sendo assim pode-se afirmar que o crescimento da produção do Etanol mundial foi consequência da indústria americana com uma pequena ajuda do Canadá, que obteve um crescimento relativo importante em 2011.

Gráfico 7: Participação na produção do Etanol mundial Brasil e Estados Unidos (2007-2011)

A tecnologia do hidrogênio ainda está em um estágio de projetos pilotos. As estações de abastecimento de hidrogênio possuem ainda um caráter de teste, contudo observar o número de estações por países e a sua evolução com o tempo nos permite ter algumas intuições de quais são os países liderando este processo e de como isto vem crescendo na última década, mesmo que com variações ao longo dos anos.

Gráfico 8: Número de estações de abastecimento de hidrogênio (2012)

Note que os dados no gráfico são de número de estações abertas, os Estados Unidos, por exemplo, chegou a ter 63 estações abertas em 2009, dado representado no gráfico, contudo fechou alguma de suas estações e em 2012 este número estava em 58. O que de toda forma lhe confere o posto de país com maior número de estações de abastecimento de hidrogênio. O incentivo a esta indústria tem variado muito ao longo no tempo nos Estados Unidos e no mundo. Por exemplo, se observarmos o número máximo de veículos a hidrogênio nos Estados Unidos varia, chegou a 86 em 2007, caindo para 62 em 2010.

A variação das motivações a indústria de hidrogênio também pode ser observada se considerarmos por ano a quantidade de estações de abastecimentos instaladas.

Gráfico 9: Número de estações de abastecimento de hidrogênio instaladas no mundo

Percebemos que no período entre 2007-2009 houve um pico de interesse nesta fonte de energia que se retraiu. Devido à importância dos Estados Unidos no total de estações instaladas no mundo estas variações se devem em parte significativa as mudanças do mercado americano em relação a esta tecnologia.

Além dos Estados Unidos, o Japão e a Alemanha têm apresentado grande interesse na tecnologia do hidrogênio. Estes são países também com grande interesse no carro elétrico. A França, por outro lado, apesar de possuir importante participação no mercado elétrico, não apresenta importância equivalente em hidrogênio. Entres as motivações para este “desinteresse” podemos apontar para base de produção elétrica francesa baseada no nuclear.

Tentando imaginar o elefante

Os gráficos apresentados acima são números muito simples, mas nos permite uma primeira aproximação ao tema, apontando para a grande diversidade das experiências de inserção de combustíveis alternativos. Percebemos a liderança dos Estados Unidos em todas as tecnologias com exceção do GNV. No que se refere ao biodiesel, apesar dos Estados Unidos serem o maior produtor, este crescimento foi muito inferior ao do etanol. Haveria aí uma competição causada por diversos incentivos (ou ausência deles)?

Na Europa percebemos que os países que apontam como principal agente em cada tecnologia é distinto, contudo o papel da Alemanha em todos eles é relevante. A Itália mostra uma maior inserção dos carros a gás, seguida por países como Alemanha e Espanha. A Alemanha certamente é um líder no que se refere ao biodiesel, seguida pela França. No cenário elétrico pode-se observar a ordem inversa: a França lidera o número de carros seguido pela Alemanha.

O Brasil possui um posicionamento no que ser refere à inserção de combustíveis alternativos, tendo destaque no mercado de etanol, biodiesel e GNV. Iniciativas relacionadas ao carro elétrico, porém, ainda são incipientes, assim como as iniciativas relativas a uso de células de combustíveis.

Olhando estas comparações entre os países muitas perguntas surgem. Gostaríamos de compartilhar com vocês algumas delas. Qual a consequência dos diferentes ritmos de desenvolvimento das redes de GNV? Note que se comparado com outros países, China, Brasil e USA possuem muitos carros, contudo, uma rede limitada. O Japão é segundo país em número de carros elétricos, contudo, sabemos que a sua geração elétrica esta baseada em grande parte em gás (principalmente depois de Fukushima): por que não usar diretamente o carro a gás? E onde deveriam se posicionar os países como a Dinamarca que possuem grande capacidade de geração elétrica intermitente, que poderia obter grandes benefícios com a capacidade de gestão que a bateria do carro elétrico poderia ofertar? Ou como pensar a interação do parque de geração elétrica e as escolhas dos combustíveis alternativos? Certamente para responder estas questões, e muitas outras que surgem ao observar estas comparações, é necessário pensar não só na interação das tecnologias e recursos associados às mesmas, mas também, e principalmente, nas instituições envolvidas, sejam elas privadas, públicas ou hibridas. (ambienteenergia)