O etanol ganha status global para a mobilidade elétrica net zero

No menu variado de rotas tecnológicas que se apresentam para a transição energética no mercado de veículos leves, algumas montadoras continuam realizando apostas consistentes no desenvolvimento de células de combustível a etanol. Nissan, Toyota e Hyundai, apoiadas por universidades brasileiras, são exemplos de montadoras que participam de projetos de pesquisa e desenvolvimento de tecnologias eficientes e de menor custo.

O biocombustível é virtuoso sob vários aspectos. O etanol já dispõe de uma rede de abastecimento bastante consolidada no país, questão que ainda é um desafio enorme para os veículos elétricos a bateria. Além disso, a combinação das células de combustível, cujo resíduo da geração de energia é simplesmente água, com o etanol carbono negativo (quando se considera o ciclo de produção agrícola) gera um saldo negativo de GEE. Já os elétricos a bateria carregam um passivo ambiental da mineração do lítio difícil de mensurar.

Os testes com os reformadores, equipamentos que extraem o H2 da molécula do etanol (C2H5OH) para o uso nas células de combustível, produziram bons resultados em sistemas estacionários para geração de energia, abrindo uma nova vertente para a continuidade das pesquisas. Já os sistemas embarcados (nos veículos) ainda patinam em busca da viabilidade comercial e competitividade.

Fábrica inteligente da Nissan em Tochigi, Japão, utiliza etanol a partir do sorgo para geração estacionária (Foto: Divulgação)

A japonesa Nissan realiza, desde 2016, pesquisas na sua matriz e no Brasil com a tecnologia SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) e uso do etanol. Nesse sistema, o hidrogênio do etanol é extraído por um reformador e combinado com o oxigênio do ar na célula de combustível. Isso provoca uma reação química que gera a eletricidade que alimentará o motor elétrico.

A Nissan já testou o sistema, entre 2016 e 2017, em dois veículos e-NV200 que rodaram no Rio de Janeiro, Curitiba, São Paulo e Brasília. Os testes comprovaram a adaptação da tecnologia ao etanol e às condições de rodagem no Brasil. A empresa afirma que o sistema garante uma autonomia que pode superar os 600 quilômetros de rodagem com apenas 30 litros de etanol.

Depois dessa primeira fase no Brasil, as pesquisas seguem em desenvolvimento no Japão. Lá, testes e avaliações buscam reduzir custos e chegar a um sistema menor e mais leve, disse Ricardo Abe (foto), gerente sênior de Engenharia da Nissan. “Queremos garantir um sistema robusto para veículos, mas por suas características a aplicação veicular é uma das mais complexas e severas em termo de operação”.  Não há prazo para se produzir comercialmente no Brasil veículos com essa tecnologia embarcada.

Explicando melhor. Com a tecnologia embarcada, um veículo elétrico poderá chegar a qualquer posto de abastecimento de etanol, encher um tanque de 30 litros e rodar presumíveis 600 km por qualquer lugar do Brasil. O etanol não é usado como combustível, mas sim para ceder átomos de H2 à célula de combustível, também embarcada, e esta por sua vez gera energia para o motor elétrico de propulsão do veículo. O resíduo dessa operação final é água.

Já com a via estacionária, a conversão etanol-hidrogênio fica em um posto de combustível, onde o veículo carregará o H2 em cilindros altamente pressurizados, semelhantes aos de GNV, mas com outra resistência à compressão. Encher o tanque com H2 é uma operação tão rápida quanto encher um tanque de gasolina ou etanol.

As duas vias são vantajosas em relação aos veículos movidos à bateria por já disporem de postos de etanol espalhados por todo o país, terem um abastecimento convencional rápido e não sobrecarregar a rede elétrica.

Na estratégia da Nissan, o uso das células de combustível não se restringe ao mercado brasileiro, nem ao segmento de veículos leves. A montadora mira os mercados dos EUA, Tailândia, Índia e China e considera o uso das células de combustível a partir do gás natural, o que permitiria à empresa explorar mercados como a Rússia ou, alternativamente, o biometano em outros mercados.

Na geração estacionária de energia, a empresa japonesa desenvolveu outra rota com o uso do etanol produzido a partir do sorgo. Os testes estão sendo feitos na fábrica em Tochigi, no Japão, para aumentar a eficiência do processo. “Uma área da fábrica já está sendo alimentada por essa tecnologia”, contou Abe. A expectativa é que o sistema possa atender à demanda das operações a partir de 2030, contribuindo para o processo de descarbonização da montadora.

Na via estacionária, a conversão etanol-hidrogênio fica em um posto de combustível, onde o veículo carregará o H2 em cilindros altamente pressurizados semelhantes aos de GNV (Foto: Divulgação/Nissan)

A Toyota também vem participando de pesquisas de tecnologias que tornem comercialmente possível o uso do etanol em carros elétricos no Brasil. Ao lado da Shell, Raízen, Hytron e do Senai CETIQT, a montadora japonesa já colabora com as pesquisas realizadas pelo Centro de Pesquisa para Inovação em Gases de Efeito Estufa (RCGI), fundado pela USP, Fapesp e Shell e com patrocínio de outras petroleiras, inclusive Petrobras, e montadoras.

Por sua vez, a Hyundai Motors Brasil projeta para 2030 o lançamento dos seus primeiros veículos elétricos alimentados por células de combustível com hidrogênio obtido a partir do etanol. A empresa avalia que a infraestrutura e a logística já existente para o etanol representam uma enorme vantagem comparativa para essa tecnologia, quando comparada com os veículos elétricos, que contam com uma rede bastante restrita de eletropostos.

A montadora coreana também tem planos de uso da tecnologia em veículos pesados, como caminhões e ônibus, e em unidades industriais, planos que incluem as próprias fábricas da Hyundai.

Pesquisas nas universidades

Unicamp e USP estão engajadas em programas distintos e complementares para desenvolver o uso de células a combustível a partir do etanol. Ambas as universidades veem a tecnologia como uma das alternativas mais adequadas para a descarbonização de veículos leves, não apenas no Brasil, mas em qualquer país que produza hidrocarbonetos de biomassa.

A USP está desenvolvendo no RCGI testes na primeira estação experimental do mundo dedicada à produção de hidrogênio renovável a partir do etanol. Os pesquisadores buscam rotas não só para veículos leves, mas também pesados e aviões. “O Brasil tem condições únicas para esse desenvolvimento, considerando nossa infraestrutura já consolidada para o etanol", destacou Julio Meneghini, diretor científico do RCGI.

Toyota Mirai é testado na base experimental da USP como parte do projeto de pesquisa para uso do etanol em célula a combustível (Foto: Divulgação)

Já foram investidos nas pesquisas R$ 50 milhões. Além da Shell como patrocinadora fundadora, o centro conta com dotações da Raízen, Hytron (agora parte do Grupo Neuman & Esser), Senai CETIQT, Toyota, Hyundai, Marcopolo e Empresa Metropolitana de Transportes Urbanos de São Paulo (EMTU).

Na planta-piloto, o hidrogênio é obtido por meio da reforma a vapor do etanol. Trata-se de um processo por meio do qual o etanol interage com água a altas temperaturas, resultando na liberação de hidrogênio. Para os pesquisadores do RCGI, essa tecnologia se destaca por sua eficiência e pelo balanço de emissões, uma vez que o CO2 liberado no processo é biogênico e pode ser compensado no ciclo do cultivo da cana-de-açúcar.

A planta-piloto tem capacidade para produzir 100 quilos de hidrogênio por dia, o suficiente para abastecer três ônibus e dois veículos leves, entre outros. O hidrogênio gerado será testado em coletivos de transporte público da USP e nos veículos Toyota Mirai e Hyundai Nexo, ambos movidos a hidrogênio.

Já a Unicamp desenvolve pesquisas visando sediar, até 2026, uma unidade de produção de protótipos de células a combustível a etanol. A universidade vem desenvolvendo, nos últimos três anos, pesquisas com a tecnologia SOFC, que permitirão o desenvolvimento dos protótipos de células a combustível a etanol para montadoras e outros segmentos da indústria automobilística.

Ônibus da EMTU também é testado na planta-piloto da USP (Foto: Divulgação)

O projeto envolveu duas fases de pesquisas, ambas com a participação de montadoras e empresas da cadeia do transporte rodoviário, com financiamentos de R$ 11,5 milhões do antigo programa Rota 2030, transformado em Programa Mover. “A ideia é implementar uma manufatura-piloto para essas células a combustível ainda inexistente no país”, disse Gustavo Doubek, professor associado da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp.

Iniciada há três anos, a primeira fase do projeto envolveu o desenvolvimento de parte da tecnologia de células SOFC (sigla em inglês para célula a combustível de óxido sólido) com o uso de etanol. Com financiamento de R$ 2,5 milhões, essa primeira etapa contou com a participação da Nissan, Toyota, Bosch, Grupo Caoa e Stellantis. 

A segunda fase do projeto, iniciada há cerca de um ano e ainda em andamento, busca oferecer condições para a prototipagem dessas células a combustível. Os estudos contaram, nessa etapa, com financiamentos da ordem de R$ 9 milhões e envolvem a Raízen, AVL, Toyota, Volkswagen, Stellantis, Embeddo, Power Lead, Yamaha, Bosch, Scania, Mandala, Nissan e Basf.