Veículos elétricos

Ao contrário do que muitas pessoas acreditam, a tecnologia dos automóveis híbridos e elétricos não representa uma inovação tecnológica recente. Embora haja certamente avanços tecnológicos importantes nos veículos elétricos atuais, como as baterias de íon de lítio e toda a tecnologia digital presente nos carros modernos, em essência o conceito básico se mantém. Ou seja, não houve mudanças radicais nos motores elétricos de hoje, nem mesmo na utilização da energia cinética gerada pelo movimento do veículo.

De fato, os veículos elétricos já foram fortes concorrentes dos automóveis de combustão interna, mas, por razões que serão detalhadas mais adiante, foram preteridos e tiveram, desde os anos 1930, participação marginal na história do automóvel. No entanto, desde o lançamento do Toyota Prius, em 1997, verifica-se no mercado norte-americano um número cada vez maior de lançamentos de automóveis híbridos e, mais recentemente, de veículos puramente elétricos.

Este trabalho procura analisar as razões para o ressurgimento do carro elétrico, que, acredita-se, pode ser atribuído em grande parte ao incentivo dado pelo governo americano a fabricantes e consumidores de veículos híbridos e elétricos. Esse incentivo seria uma opção estratégica, em função de razões de segurança energética. Paralelamente, o estímulo aos carros elétricos coaduna-se com a política de transformação de uma economia do petróleo (ou fóssil) para uma economia sustentável, baseada em fontes de energia renováveis.

Castro e Ferreira (2010), discutem os aspectos básicos dos veículos elétricos, seu estágio atual de desenvolvimento e as perspectivas para seu futuro desenvolvimento. O presente artigo busca discutir as impli- 209 cações dos automóveis elétricos sobre a oferta e a demanda de energia e sobre o meio ambiente.

Os Estados Unidos (EUA) são os maiores consumidores de petróleo e derivados no mundo. Seu consumo supera 20 milhões de barris por dia, o que equivale a 21,7% do consumo mundial de petróleo (Gráfico 1).

O estilo de vida norte-americano é fortemente dependente do petróleo. Em particular, no setor de transportes 95% da energia consumida é oriunda do petróleo [EIA DOE ( 2009)]. Por essa razão, a grande dependência externa no fornecimento desse energético é considerada questão de importância estratégica para o país.

De fato, cerca de 33% do petróleo consumido nos EUA é produzido internamente, enquanto a maior parte é importada de nações politicamente instáveis (Gráficos 2 e 3). Em 2007, os EUA consumiram mais de 75 bilhões de barris de petróleo, ao custo de US$ 550 bilhões. O petróleo importado respondeu por 60% do total consumido, ao custo de US$ 300 bilhões, o que equivale a 40% do valor do défi cit na balança comercial americana naquele ano [Energy Security Leadership Council (2008)].

A dependência de fontes externas para o abastecimento interno de 211 petróleo representa um alto preço para a economia americana. A vulnerabilidade do transporte internacional de petróleo e de sua infraestrutura levou os EUA a manter forças militares posicionadas em pontos estratégicos do planeta, a fi m de garantir a segurança em instalações e em rotas de transporte de petróleo. De acordo com Crane et al. (2009), estima-se que os custos de manutenção de tropas no Golfo Pérsico variem de US$ 67,5 bilhões a US$ 83 bilhões anuais, que somados aos US$ 8 bilhões gastos em operações militares anualmente, equivalem de 12% a 15% do orçamento destinado à defesa [Electrification Coalition (2009)].

A gasolina é o derivado de petróleo mais consumido pelo setor de transporte nos EUA, compreendendo 64% da energia consumida pelo segmento. Esse setor é responsável por 68% do total de petróleo consumido internamente, ou 13,7 x 103 de barris por dia [EIA DOE (2009)]. Em 2007, havia nos EUA 248 milhões de veículos, ou 0,825 veículo per capita.

Como uma das respostas à forte dependência do petróleo importado, desde 2007, o governo americano vem estimulando a produção de automóveis híbridos e o desenvolvimento de automóveis com tecnologia Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV). 1 Bem recebidos no mercado desde o lançamento do Prius, em 1997, os híbridos são vistos pela população como um avanço tecnológico capaz de reduzir a poluição atmosférica e a forte dependência do petróleo.

No entanto, automóveis híbridos e elétricos não são uma tecnologia recente. No início da história do automóvel, eles dominaram parcelas signifi cativas do mercado, mas acabaram perdendo espaço para o veículo convencional.

A seguir apresentamos brevemente os principais momentos da história do carro elétrico no mundo.

A história dos carros elétricos começa em meados do século XIX. De acordo com Hoyer (2008), ela está intimamente relacionada à história das baterias. Em 1859, o belga Gaston Planté realizou a demonstração da primeira bateria de chumbo e ácido. Esse equipamento veio a ser utilizado por diversos veículos elétricos desenvolvidos a partir do início da década de 1880 na França, EUA e Reino Unido. Em 1885, Benz demonstrou o primeiro motor de combustão interna. Em 1901, Thomas Edison, interessado no potencial dos veículos elétricos, desenvolveu a bateria níquel-ferro, com capacidade de armazenamento 40% maior que a bateria de chumbo, só que com custo de produção muito mais elevado. As baterias níquel-zinco e zinco-ar foram também criadas no final do século XIX.

Além das baterias, duas tecnologias desenvolvidas entre 1890 e 1900 contribuíram para melhorar o desempenho dos carros elétricos: a frenagem regenerativa, um equipamento capaz de transformar a energia cinética do automóvel em movimento em energia elétrica durante uma frenagem e o 213 sistema híbrido a gasolina e eletricidade.

Na virada do século XIX, três tecnologias de propulsão concorriam no mercado de automóveis: o carro elétrico, a vapor e a gasolina.

Em 1903, havia cerca de quatro mil automóveis registrados na cidade de Nova York, sendo 53% a vapor, 27% a gasolina e 20% elétricos. Em 1912, quando a frota de carros elétricos naquela cidade atingiu o ápice de 30 mil unidades, a quantidade de automóveis a gasolina já era trinta vezes maior [Struben e Sterman (2006)]. A partir de então, a trajetória dos carros elétricos seguiu em forte queda. Entre os principais fatores apontados para o declínio dos carros elétricos a partir de então, podem-se citar [DOE (2009)]:

• O sistema de produção em série de automóveis, desenvolvido por Henry Ford, permitiu que o preço final dos carros a gasolina fi casse entre US$ 500 e US$ 1.000, o que correspondia à metade do preço pago pelos elétricos.
• Em 1912 foi inventada a partida elétrica, que eliminou a manivela utilizada para acionar o motor dos veículos a gasolina.
• Nos anos 1920, as rodovias dos EUA já interligavam diversas cidades, o que demandava veículos capazes de percorrer longas distâncias.
• As descobertas de petróleo no Texas reduziram o preço da gasolina, tornando-a um combustível atrativo para o setor de transportes.

O objetivo dos primeiros automóveis híbridos era o de compensar a baixa efi ciência das baterias utilizadas nos veículos puramente elétricos e a falta de estrutura de distribuição de energia elétrica no início do século XX. De acordo com Hoyer (2008), há registro da produção, já em 1903, de um automóvel que apresentava as características de um híbrido em série, graças a um gerador elétrico, alimentado por um pequeno motor de combustão interna, e dois pequenos motores elétricos, que forneciam tração às rodas dianteiras. Outro modelo, produzido entre 1901 e 1906, podia ser caracterizado como um híbrido em paralelo: o motor de combustão interna era utilizado tanto para fornecer tração às rodas quanto para carregar uma bateria, enquanto o motor elétrico fornecia potência extra ao motor de combustão ou funcionava sozinho, quando em trânsito lento. Até os anos 1920, em países como os EUA, França e Canadá, havia diversos modelos de híbridos à disposição no mercado.

No início da história do automóvel, poucas pessoas aventuravam-se pelas estradas do interior, onde não havia infraestrutura elétrica nem gasolina disponíveis. Contudo, a maior performance do motor a combustão interna, em termos de km/litro de combustível, e a facilidade de distribuição de combustíveis líquidos, que eram comercializados em pequenos estabelecimentos comerciais, permitiram que a rede de distribuição de gasolina se expandisse rapidamente. Além do mais, a manutenção dos primeiros automóveis a gasolina, dada sua simplicidade, era realizada por profi ssionais especializados em conserto e manutenção de bicicletas. Por outro lado, poucos eram os mecânicos que compreendiam o funcionamento dos motores elétricos e das baterias que equipavam os automóveis elétricos e híbridos. A propaganda boca a boca teve também, naquela época, um papel importante na difusão do uso dos automóveis a combustão interna.

A partir dos anos 1930, os veículos elétricos passaram a ser produzidos em escala cada vez menor, sendo utilizados em algumas cidades dos EUA e Reino Unido, basicamente, para coleta de lixo, serviço de entregas e para distribuição de leite. Foram observados alguns picos de produção nesses dois países durante a primeira e a segunda guerras mundiais, quando o racionamento de gasolina e diesel forçou a busca por fontes de energia alternativas ao petróleo. No Japão do pós-guerra, o carro elétrico tornou-se também bastante popular, por causa do racionamento de combustíveis, mas sua produção foi descontinuada na década de 1950 quando o racionamento cessou.

Somente após a década de 1960, quando a opinião pública começou a se voltar para os problemas ambientais, os automóveis elétricos 2 voltaram a atrair a atenção das grandes montadoras. Naquela época, o chumbo ainda era utilizado como aditivo para a gasolina, não havia filtros nem catalizadores para conter as emissões e o automóvel era considerado uma das principais fontes da poluição atmosférica nas grandes cidades.

A partir dos anos 1970, a questão ambiental passou a fazer parte do 215 debate sobre a geração e o consumo de energia. Três fatos apontaram a necessidade de se desenvolverem alternativas tecnológicas renováveis para a produção de energia.

• Em 1972, o Clube de Roma publicou o livro Limites para o Crescimento, que chamou a atenção para a necessidade de um limite para a exploração de recursos naturais não renováveis.
• A crise do petróleo, em 1973, causada pelo embargo de produtores de petróleo, teve como consequência ondas de racionamento em diversos países.
• A conscientização a respeito do uso da energia nuclear, tais como a segurança operacional e o destino dos dejetos radioativos.

Apesar de os anos 1970 terem sido uma época propícia para os veículos elétricos, já que esses combinavam emissão nula de poluentes com a possibilidade de utilizar fontes de energias renováveis, os protótipos desenvolvidos na época não chegaram às linhas de produção. Houve diversas iniciativas de trazê-los de volta ao mercado no período, mas nem os automóveis elétricos puros nem os híbridos estavam aptos a competir no mercado com os automóveis convencionais.

Somente no fi m dos anos 1980 as atenções voltaram-se mais uma vez para os veículos elétricos, novamente no intuito de reduzir a poluição nas grandes cidades. O conceito de desenvolvimento sustentável ganhava força, e o foco se concentrava na necessidade de utilização de fonte de energia alternativa e no desenvolvimento de novas tecnologias de transportes. Em 1990, o estado da Califórnia implementou suas primeiras normas regulatórias de emissão zero. Em 1992, a Agenda 21³ enfatizou a importância dos problemas causados pelo uso extensivo de energia fóssil, bem como a necessidade de redução do consumo de energia nos países desenvolvidos e de busca de uma possível transição para fontes renováveis de energia. Ainda no ano de 1992, a União Europeia definiu uma política de transportes por meio da expressão “uma estratégia para a mobilidade sustentável”.

Nesse contexto, a utilização dos carros elétricos era vista como uma das condições mais importantes para a sustentabilidade proposta.

No início dos anos 1990, os legisladores da Califórnia, nos EUA, decidiram que as montadoras de automóveis daquele estado deveriam oferecer veículos elétricos aos consumidores [Sovacool e Hirsh (2008)]. A California Air Resources Board – Carb, órgão do governo responsável por monitorar a qualidade do ar no estado da Califórnia, defi niu uma cota de vendas de veículos com emissão zero ou, em inglês, zero-emmissionn- -vehicle (ZEV), de 2% em 1998, 5% em 2001 e 10% em 2003. Os estados de Nova York e Massachusetts adotaram medidas semelhantes em seguida. De acordo com a legislação da Califórnia, cada montadora receberia um bônus de US$ 5 mil para cada ZEV vendido dentro da cota. A General Motors e a Honda iniciaram então o desenvolvimento de veículos elétricos que fossem comercialmente viáveis.

Entretanto, eram muitas as forças contrárias à iniciativa da Carb. Outras montadoras e a American Automobil Manufacturers Association (AAMA) alegavam que o veículo elétrico sairia caro demais para os consumidores e que o chumbo, presente nas baterias, não traria benefícios ambientais à substituição da gasolina. Por sua vez, as grandes companhias de petróleo, como Exxon, Shell e Texaco, contribuíam financeiramente para campanhas de políticos contrários aos veículos elétricos e financiavam propagandas contrárias a esse tipo de veículo. Como resultado, em 1996 a Carb capitulou e postergou seu cronograma.

Ainda nos anos 1990, foi protagonizada uma nova tentativa de introduzir os automóveis híbridos, dessa vez, por meio de parcerias público-privadas. O governo Clinton anunciou, em 1993, uma iniciativa denominada Partnership for a New Generation Vehicles (PNGV), com o objetivo de desenvolver um automóvel “limpo”, com consumo de 4 litros/100 km. Após alguns anos e investimentos da ordem de US$ 1 bilhão, três protótipos foram anunciados: todos eram híbridos, mas nenhum chegou às linhas de produção.

Em 1997, a Toyota, fabricante japonesa de automóveis que não estava incluída no PNGV, lançou no mercado japonês o Prius, um sedã híbrido de quatro portas. No mesmo ano, a Audi lançou o Duo, o primeiro híbrido do mercado europeu, que se revelou um fracasso. Na época, diversas montadoras europeias dedicavam-se ao desenvolvimento de automóveis a diesel, visando reduzir as emissões de gases de efeito estufa.

A Honda, em 1999, foi a primeira empresa a lançar um híbrido no mercado americano, o Insight, que foi um sucesso imediato. Em 2000, o Prius também chegou ao mercado dos EUA, obtendo um sucesso muito maior que o esperado pela Toyota, efeito que se repetiu mais tarde no mercado europeu. Em 2003, a Honda lançou o Civic híbrido, com a mesma aparência e dirigibilidade do Civic convencional. Em 2004, a Ford lançou o Escape, um veículo utilitário esportivo, em versão híbrida.

Com os objetivos, entre outros, de reduzir a dependência da economia dos EUA em relação ao petróleo importado e de aumentar a produção de combustíveis limpos de origem renovável, o governo norte-americano promulgou em 2007 o Energy Independence and Security Act, que destinou US$ 95 milhões anuais, entre os anos de 2008 e 2013, à pesquisa e ao desenvolvimento de um sistema de transporte elétrico, e à formação de capital humano especializado em veículos elétricos e na tecnologia PHEV. Além disso, US$ 25 bilhões foram destinados aos fabricantes de automóveis e fornecedores que produzirem veículos híbridos e seus componentes até o ano de 2020.

Em 2009, as vendas de híbridos no mundo atingiram 598.739 unidades [HybridCars.com (2010)], sendo 44% nos EUA, 41% no Japão e o restante na Holanda, Reino Unido e Canadá. Nos EUA, os maiores mercados se encontram em Los Angeles, Nova York, São Francisco, Washington (D.C.) e Chicago. As vendas de híbridos nos EUA em 2008 representaram pouco mais que 4% do mercado norte-americano, totalizando 279.847 unidades [HybridCars.com (2010) e U.S. Department of Transportation (2010)]. O Toyota Prius pode ser considerado um fenômeno de vendas, pois domina atualmente quase 50% do mercado de híbridos, concorrendo com cerca de 20 modelos de automóveis híbridos à venda nos EUA.

O grau de satisfação entre os proprietários do Prius é altíssimo. De acordo com pesquisas realizadas, 88% dos proprietários estão muito satisfeitos com o automóvel e 12% estão de alguma forma satisfeitos. O sucesso do Prius se deve em grande parte ao seu design distintivo, à sua popularidade entre celebridades da mídia norte-americana e à propaganda boca a boca realizada entre proprietários e pessoas interessadas em adquirí-los [Klein (2008)].

Em julho de 2009, foi promulgado nos EUA o American Clean Energy and Security Act 2009. Essa lei instituiu que a Secretaria de Energia, as agências reguladoras estaduais e todas as distribuidoras de energia não reguladas deveriam apresentar planos para o desenvolvimento de redes inteligentes (smart grids) integradas, com suporte à tecnologia PHEV até julho de 2012. Adicionalmente, defi niu um teto de US$ 50 bilhões, até 2020, para assistência financeira às montadoras e produtores de autopeças que se dedicassem ao desenvolvimento de híbridos.

Com essa lei, o governo Obama 5 tinha como objetivos principais criar empregos “verdes”, reduzir a dependência do petróleo, amenizar as emissões de gases de efeito estufa e buscar a transição para uma economia baseada em energia limpa. Indiretamente, o incentivo fi nanceiro à inovação tecnológica teria o propósito de ajudar a salvar a indústria automobilística americana durante a crise mais grave de sua história.

É possível afirmar que o crescimento, ao longo do tempo, da frota de automóveis em um país está diretamente relacionado ao seu nível de desenvolvimento econômico. Dargay et al. (2007) mostram que o padrão de crescimento ocorrido entre 1960 e 2002 em países como EUA, Alemanha e Japão, também pode ser observado em China, Índia, Brasil e Coreia do Sul. A relação entre o tamanho da frota nacional e o nível de desenvolvimento, medido pelo PIB dos países, apresenta uma curva em S, indicando que:

a) a frota nacional cresce lentamente quando o país se encontra em níveis relativamente baixos de desenvolvimento;

b) o crescimento da frota se acelera na medida em que a renda nacional aumenta; 

c) a frota atinge um nível de saturação quando o país chega a graus 219 mais elevados de desenvolvimento.

O Gráfico 5 mostra a relação tamanho da frota versus o desenvolvimento econômico nos EUA, no Japão, na Alemanha e na Coreia do Sul.

De acordo com uma projeção para o Brasil [Dargay et al.(2007)], considerando a renda per capita de US$ 15.900 e uma população de 222 milhões de habitantes, em 2030, a frota nacional seria a quinta maior do mundo, atingindo 83,7 milhões de automóveis, e fi cando atrás apenas de China (390 milhões), EUA (314 milhões), Índia (156 milhões) e Japão (86,6 milhões). Isso representaria um crescimento da ordem de 127% em 20 anos, uma vez que a frota atual é de cerca de 36,9 milhões de automóveis [Denatran (2010)].

O Gráfico 6 mostra a relação frota versus desenvolvimento econômico em Brasil, China, Índia e Coreia do Sul, em escala logarítmica.

Pode-se notar que os países representados no Gráfico 6 seguem a mesma trajetória dos países representados no Gráfico. O Brasil encontra-se atualmente numa zona de crescimento acelerado e somente deverá atingir o ponto de saturação quando a renda per capita ultrapassar os US$ 30.000.

O aumento do número de automóveis no Brasil irá certamente demandar uma quantidade crescente de energia nos próximos anos, o que torna o uso da eletricidade no setor de transportes uma interessante alternativa aos combustíveis utilizados atualmente, tanto sob o ponto de vista estratégico quanto ambiental.

Pelo lado estratégico, ocorreria maior diversificação de fontes energéticas para o setor de transportes. A eletricidade no Brasil é gerada localmente e distribuída por um sistema interligado altamente confiável, com um custo relativamente baixo, se comparada aos demais combustíveis líquidos. Além disso, o uso do PHEV aliado aos smart-grids permite que os automóveis elétricos funcionem como buffers da rede de distribuição, carregando suas baterias nas horas de baixa demanda e descarregando-as nos horários de pico.

Pelo lado ambiental, reforça o uso de energia elétrica, que no Brasil 221 é gerada quase que totalmente a partir de fontes renováveis [em torno de 85%, de acordo com MME (2009)], e reduz o uso do motor de combustão, uma importante fonte emissora de gases de efeito estufa. Além do mais, contribui para aumentar a eficiência energética, já que o motor elétrico tem efi ciência da ordem de 90%, contra 40% do motor de combustão.

Automóveis híbridos e elétricos estão longe de ser uma novidade no mercado. Nos primórdios da indústria automobilística, foram fortes concorrentes do automóvel convencional, mas perderam a corrida e por mais de 80 anos foram uma mera nota de rodapé na história do automóvel.

O retorno dos carros híbridos e elétricos nos EUA tem como foco principal a segurança energética do país, pois permitiria que o petróleo, em grande parte importado de lugares politicamente instáveis, fosse substituído pela energia elétrica, totalmente produzida no próprio país.

Se o objetivo tivesse apenas motivação ambiental ou de eficiência energética, as medidas propostas não enfatizariam o meio de transporte individual, em detrimento de transportes coletivos, nos centros urbanos. As medidas tomadas pelo governo irão, por um lado, estimular a produção e o consumo de mais automóveis, e por outro, aumentar o consumo de energia elétrica, que nos EUA é gerada em sua maior parte a partir de carvão e gás natural, dois combustíveis fósseis muito poluentes.

Evidentemente, além da retórica ambiental empregada para justificar os incentivos aos veículos elétricos, existe também o interesse em promover a renovação da indústria automobilística, de modo a torná-la de novo a líder mundial desse segmento. De fato, a ajuda do governo norte-americano à General Motors (e ao seu veículo elétrico, o Volt) foi justificada nesses termos.

Carros híbridos, como o Volt da GM, vêm tendo boa aceitação no mercado, e podem servir como uma “ponte” entre a gasolina e a eletricidade como fonte de energia no setor de transportes. Ou seja, essa seria uma “tecnologia de transição”, que abriria o caminho para um produto totalmente distinto daquele hegemônico no mercado. É importante observar, no entanto que, em virtude do tamanho da frota e do nível de saturação do mercado norte-americano de automóveis, serão necessárias décadas para que a mudança traga resultados significativos na balança energética norte-americana.

No Brasil, o carro elétrico pode tornar-se uma alternativa importante, caso se adote, no curto prazo, uma política de incentivo à sua utilização. Dado o nível de desenvolvimento da nossa frota, ainda em estágio inicial, o uso do carro elétrico em larga escala, em detrimento do carro convencional, traria benefícios estratégicos e ambientais efetivos no longo prazo. Há de se convir, no entanto, que o transporte individual não é uma forma tão eficaz de utilização de recursos quanto o transporte coletivo, principalmente no caso do Brasil, considerando-se o atual nível de desenvolvimento do país.

É importante notar que, mesmo nos casos em que a eletricidade é gerada a partir de combustíveis fósseis, como o carvão e o gás natural, o carro elétrico traz a vantagem de concentrar as emissões nas fontes geradoras de energia, que são passíveis de serem reguladas, e não nos pontos de consumo, que são numerosos, dispersos e de difícil controle. Por outro lado, um importante risco ambiental do carro elétrico está associado à bateria, que deve ser reciclada ao final de sua vida útil.

Além do mais, a história tem mostrado que não são poucas as forças contrárias à ideia do carro elétrico. Há barreiras institucionais e políticas, além das mercadológicas, a serem vencidas para que o carro elétrico se consolide no mercado. No entanto, o imperativo da exaustão dos recursos fósseis e as questões ambientais deixam os veículos elétricos em posição ímpar para se tornarem realidade.