As novas tecnologias de mobilidade elétrica vão impactar as cidades e o campo no Brasil (V.6. N.8. P.5, 2023)

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Os veículos elétricos (VE) são a nova realidade quando se fala do futuro da mobilidade urbana. Adoção desses veículos esteja mais acelerada em países como China e na União Europeia do que no Brasil, a transição para a mobilidade elétrica tornou-se uma necessidade diante do aumento dos desafios ambientais relacionados ao consumo de combustíveis fósseis [1]. Somente o setor de transportes é responsável por 1/3 das demissões dos gases do efeito estufa no Brasil, sem falar no material particulado que prejudica a qualidade do ar em grandes centros. Este texto explora os desafios tecnológicos e os benefícios para as cidades e o campo a partir da adoção de sistemas de mobilidade elétricos que são mais limpos, mais eficientes e ecologicamente responsáveis.

Com o empenho de fabricantes em eletrificar suas frotas aliado às políticas de incentivo, o número de VEs vendidos tem crescido globalmente a cada ano [2]. O estoque de VEs atingiu a marca de 18,5 milhões de unidades apenas nos primeiros 3 meses de 2022, mas que triplicando o número registrado em 2018. Em países como a China, os VEs já são economicamente atrativos, além disso o esforço contínuo para o desenvolvimento de estações de recarga na faixa de megawatts e de novas tecnologias de baterias tem reduzido o tempo de recarga dos VEs próximo ao abastecimento de um tanque de gasolina [1].

Porém, a eletrificação de grandes veículos usados no transporte rodoviário, como ônibus e caminhões, e de tratores usados na agricultura ainda está na fase inicial, especialmente devido aos poucos modelos comerciais disponíveis e à falta de infraestrutura de recarga. Algumas iniciativas nacionais têm contribuído para a eletrificação de veículos de grande porte, como o protótipo de trator puramente elétrico para agricultura familiar que vem sendo desenvolvido pela parceria de pesquisadores da Universidade Federal do ABC, (UFABC) e da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Fig. 1. Uma infraestrutura de recarga para VEs conectada a rede elétrica local com integração com fontes de energia renováveis solar e eólica.

O cérebro por trás desses sistemas eletrônicos emprega técnicas de controle em malha fechada para atender a demanda do usuário enquanto o VE está em movimento e, também, para preservar a vida útil da bateria durante o carregamento [6]. Aqui, os principais desafios tecnológicos estão relacionados à escolha da temática de controle adequada para garantir a estabilidade, a precisão e a eficiência do acionamento dos conversores de potência, tendo em vista as características físicas do motor elétrico, da bateria e da rede elétrica onde o carregador de VE será interligado [2].

À medida em que o número de usuários de VE aumenta, cresce o problema de gerenciar a demanda de potência dos carregadores de bateria no sistema elétrico nacional. Para se ter uma ideia, seria necessário construir uma nova usina de Itaipu(14 GW) se apenas 5% da frota de 61 milhões de automóveis no Brasil fosse eletrificada, considerando o uso simultâneo de carregadores residenciais de média capacidade (5kW) [7]. O cenário pode ser ainda mais desafiador se considerarmos as estações de recarga super-rápidas mais avançadas de até 350 kW para automóveis leves e até 600 kW, como projeção, para veículos de grande porte [2]. A integração de carregadores bidirecionais de VEs com banco de baterias, fontes de energia renováveis (RES) e uso de tecnologia V2G (do Inglês Vehicle-to-Grid) podem ajudar no gerenciamento da demanda nas futuras redes de energia [8]. A tecnologia V2G permite injetar parte da energia armazenada na bateria do VE para a rede, com isso, ‘é possível transformar a frota de VE em um sistema rotativo de armazenamento de energia.

A larga adoção de VEs não vai revolucionar somente os transportes ou o sistema elétrico, haverá impactos profundos na vida das pessoas que vivem no campo e na cidade e na economia. Nas zonas urbanas os VE com zero emissões de gases e funcionamento mais silencioso, oferecem o potencial para transformar a paisagem onde o congestionamento, a poluição e o ruído são desafios quotidianos. No futuro o tráfego dos VEs autônomos ser a controlado em tempo real sem a necessidade de parar em semáforos, por exemplo, o que vai reduzir drasticamente o tempo gasto no trânsito [9].

Além disso, novos modelos de negócio devem surgir como serviços de compartilhamento de veículos e taxi aéreo elétrico, transformando a forma como as pessoas se deslocam nas cidades. Nas comunidades rurais, a mobilidade elétrica oferece soluções transformadoras para os desafios do transporte nas proporções continentais do Brasil. A adoção de caminhões elétricos e as infraestruturas de recarga sem fio nas estradas pode remodelar o panorama logístico, permitindo viagens mais longas sem a necessidade de recargas frequentes [1]. Além disso, a incorporação de fontes de energia renováveis na infraestrutura de carregamento deve aumentar a eficiência energética, reduzir as emissões de carbono do sistema de transporte como um todo e ainda servir fonte de renda extra para produtores rurais [10].

A transição para a mobilidade elétrica no Brasil não promete somente benefícios ambientais, pois surge uma onda de oportunidades de inovação e novos empreendimentos que vão além dos centros urbanos e estendem-se ao campo, a indústria e ao agronegócio [1]. A eletrificação de tratores e inovações no maquinário agrícola como drones de pulverização de culturas ou equipamento de colheita elétrico, oferecem o potencial para práticas mais eficientes e sustentáveis, permitindo que agricultores alcancem uma maior produtividade e menor impacto ambiental. A maior demanda de VEs vai estimular o crescimento das indústrias locais seja na cadeia produtiva do próprio VE (baterias, pecas, motores) quanto na instalação de infraestruturas de carregamento e serviços de manutenção de VE. Isso deve estimular a criação de empregos de técnicos e engenheiros qualificados com formação em tecnologia de veículos elétricos.

Contudo, a mudança para transportes baseados em eletricidade que já está ocorrendo hoje, é uma tendência irreversível e deve trazer diversos benefícios ambientais e revolucionar a vida das pessoas que moram na cidade e campo. E preciso destacar os principais desafios que precisam ser enfrentados, especialmente nas tecnologias das baterias e das infraestruturas de carregamento, para tornar os VEs mais viáveis economicamente e mais simples de usar no dia a dia com mais estações disponíveis e menor tempo de recarga. A forma como as pessoas se deslocam e a logística de cargas no país também devem ser transformadas com as novas tecnologias de transporte elétrico como veículos aéreos elétricos, VE autônomos, caminhões e tratores elétricos, para citar alguns. Do campo as cidades, da indústria ao agronegócio, a adoção de veículos elétricos abre caminho para a inovação, a criação de empreendimentos, abertura de postos de trabalho e o crescimento econômico sustentável.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq (Processo 407867/2022-8) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo – FAPESP (Processos 2022/00323-3 e 2021/10421-0) pelo apoio financeiro.

Referências

[1] IEA, “Global ev outlook 2022,” IEA, Paris, Tech. Rep., 2022. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2022
[2] S. Rivera, S. M. Goetz, S. Kouro, P. W. Lehn, M. Pathmanathan, P. Bauer, and R. A. Mastromauro, “Charging infrastructure and grid integration for electromobility,” Proc. IEEE Inst. Electr. Electron. Eng., vol. 111, no. 4, pp. 371–396, Apr. 2023.
[3] A. J. S. Filho, Model Predictive Control for Doubly-Fed Induction Generators and Three-Phase Power Converters. Elsevier, 2022, vol. 1.
[4] H. Tu, H. Feng, S. Srdic, and S. Lukic, “Extreme fast charging of electric vehicles: A technology overview,” IEEE Transactions on TransportationElectrification, vol. 5, no. 4, pp. 861–878, dec 2019.
[5] J. Rodriguez, F. Blaabjerg, and M. P. Kazmierkowski, “Energy transition technology: The role of power electronics,” Proceedings of the IEEE, vol. 111, no. 4, pp. 329–334, 2023.
[6] Y. Tahir, I. Khan, S. Rahman, M. F. Nadeem, A. Iqbal, Y. Xu, and M. Rafi, “A state-of-the-art review on topologies and control techniques of solid-state transformers for electric vehicle extreme fast charging,” IET Power Electronics, vol. 14, no. 9, pp. 1560–1576, may 2021.
[7] M. d. T. Presidencia da Rep ˆ ublica Federativa do Brasil, “Frota de ve ´ ´ıculos – 2023,” 2023.
[8] J. Hu, Y. Shan, J. M. Guerrero, A. Ioinovici, K. W. Chan, and J. Rodriguez, “Model predictive control of microgrids – an overview,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 136, 2 2021.
[9] R. R. Kumar and K. Alok, “Adoption of electric vehicle: A literature review and prospects for sustainability,” Journal of Cleaner Production, vol. 253, p. 119911, apr 2020.
[10] C. Youssef, E. Fatima, E. sbai najia, and A. Chakib, “A technological review on electric vehicle DC charging stations using photovoltaic sources,” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 353, p. 012014, may 2018.

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