APRESENTAÇÃO COMPLETA

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GRUPO1
TEMA:
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM VEÍCULOS ELÉTRICOS
 Adonias Lima da Costa / Bruna Thais Moura Oliveira / Henrique Avelino Araújo Filho / Joao Daniel Aguiar de Oliveira
1- INTRODUÇÃO
Os transportes respondem por, aproximadamente, 70% do CO2 emitido na atmosfera em São Paulo, por exemplo. Dentro deste contexto, seria sim importante e indiscutível essa transformação na nossa forma de locomoção urbana. 
O petróleo é uma das commodities mais importantes do mundo desde a pós-revolução industrial em quantidade, valor total e atividade estratégica, e muitos países são dependentes dessa matéria-prima.
Do petróleo produzimos gasolina, diesel, asfalto, lubrificantes, tintas, plásticos entre milhares de outras tecnologias que utilizamos no estilo de vida moderna. 
Por outro lado, o petróleo gera um “desbalanço da balança” comercial para os países dependentes da commodity, além de gerar incertezas devido à instabilidade política dos países produtores. 
Para mitigar essa problemática, os países dependentes guiados pelo Japão, Coreia do Sul, Alemanha e superpotências produtoras de petróleo como China (BYD) e Estados Unidos (TESLA) têm avançado consideravelmente no desenvolvimento de veículos elétricos. 
Uma das grandes vantagens dos veículos elétricos são seus motores, que são muito mais eficientes na conversão energética do que os motores de combustão interna, são praticamente livres de ruídos sonoros e não emitem CO2 na atmosfera. 
Independente da causa em si do aquecimento global, a emissão de CO2 é indiscutivelmente um problema de saúde pública. 
A modificação dos veículos a combustão interna aos movidos por motores elétricos é uma tarefa complexa, não apenas de engenharia de mudança/adaptação dos veículos e do problema da limitação das baterias, mas também pela modificação na infraestrutura de carregamento dos veículos. 
Primeiro, só faz sentido substituir carros movidos a combustível fóssil ou etanol por carros movidos a motor elétrico se, e somente se, tivermos energia elétrica limpa e abundante na rede para recarregamento dos veículos, e fazer isso não é tarefa trivial. Na verdade, está aí a maior dificuldade. Não faz sentido um carro que não emite CO2 na rua, mas é carregado na tomada por energia proveniente de termoelétricas. 
A recarga simultânea de 66 milhões de veículos causaria um colapso no sistema nacional de energia: apagão que não acaba mais. A potência de recarga de um carro elétrico chega a, aproximadamente, 60 kW, o que representa pelo menos 10 chuveiros ligados ao mesmo tempo. 
Para começar, nossas casas não estariam preparadas para isso, e tampouco o sistema nacional de energia elétrica, se grande parte resolvesse carregar de uma só vez. Se não houver planejamento apropriado, pensando no custo de geração e distribuição, essa transformação na matriz energética não acontecerá no Brasil. Para tal, temos que transformar o sistema elétrico atual e aumentar o fornecimento de energia em pelo menos 3 vezes.
Sistemas off grid, ou seja, fora da rede elétrica, podem ser excelentes soluções para evitar o pico na rede que poderia ser causado por dezenas de veículos carregando simultaneamente em centrais de recarga de veículos elétricos, por exemplo. Estes mesmos sistemas de armazenamento energético estacionários podem ser solução para evitar a interrupção de energia em hospitais, em sistemas de defesa da Marinha, Exército e Aeronáutica etc.
2- FUNCIONAMENTO
Carros elétricos funcionam por meio de uma corrente elétrica, e não pela queima de combustível fóssil. Esse mecanismo depende de quatro componentes básicos:
bateria;
inversor;
motor de indução;
sistema de recuperação de energia.
A bateria, recarregável, armazena a energia elétrica que será utilizada para fazer o carro funcionar. O inversor, por sua vez, converte a corrente elétrica contínua em corrente alternada, que é levada até o motor de indução. A eletricidade, assim, aciona os mecanismos do motor que faz as rodas girarem e o carro se mover.
Sem a queima de combustíveis, o carro não emite ruídos incômodos nem gera poluentes. Além disso, o uso da eletricidade permite que a energia seja melhor aproveitada, uma vez que o mecanismo do motor sofre menos atrito em comparação com o motor a combustível. Assim, a aceleração do carro se torna mais leve e isso facilita a condução.
Nesse sentido, o sistema de recuperação de energia surge como uma vantagem adicional e econômica. Em um carro comum, a energia do carro ao ser freado é desperdiçada em forma de calor. Mas nos veículos elétricos essa energia retorna para a bateria como eletricidade.
3 - TIPOS DE BATERIAS
As baterias são equipamentos capazes de gerar e armazenar energia elétrica. São associações de duas ou mais células em série ou paralelo, elas convertem energia química em energia elétrica por meio de reações eletroquímicas. No momento da descarga, a energia química armazenada nos eletrodos transforma espontaneamente em energia elétrica por meio das reações de oxidação/redução dos materiais ativos das placas. Já no processo de carga é preciso prover energia elétrica para transformar os materiais gerados na descarga nos produtos eletroquimicamente ativos originais.
BATERIA DE LÍTIO
O lítio é o metal mais leve descoberto até hoje, baterias de lítio estão sendo usadas para armazenar energia produzida por plataformas eólicas e solares, todavia, seu emprego mais promissor é em veículos elétricos.
BATERIA DE LÍTIO-ENXOFRE 
As baterias de lítio-enxofre são formadas por lítio, enxofre, eletrólitos e outros elementos. Elas possuem um eletrodo positivo constituído de enxofre numa grade de carbono e um polo negativo de lítio metálico puro. As reações químicas demonstram alta capacidade específica teórica de 1.672 mAh/g, valor dez vezes superior ao das baterias de íons de lítio. O lítio metálico, como eletrodo, tem uma capacidade teórica igual a 3.862 mAh/g.
BATERIA CHUMBO-ÁCIDO
A bateria de chumbo-ácido é a bateria mais produzida no mundo. Tem os benefícios de possuir baixo custo, simples fabricação e cinética ágil da reação eletroquímica, porém possui baixa densidade de energia, materiais tóxicos na sua fabricação, elevada manutenção e pequena vida útil variando de acordo com a aplicação. A bateria de chumbo-ácido (Pb-ácido) é formada de dois eletrodos. Um eletrodo de chumbo esponjoso e outro de dióxido de chumbo em pó, os dois mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico no interior de uma malha de liga chumbo-antimônio. Um ponto positivo é a reciclagem, como possui componentes tóxicos, há normas ambientais para seu recolhimento, descarte e reutilização. Segundo o Cempre (2010), “em 2008, o Brasil atingiu 99,5% de reciclagem das baterias de chumbo-ácido. Como o Brasil não é autossuficiente em chumbo, é preciso importar cerca de 40% dele, o que faz com que a procura pelo reciclado seja muito grande”. Em função disso, grande parte dos fabricantes exigem a devolução da bateria usada, quando efetuam uma venda (CASTRO; FERREIRA, 2010).
BATERIA DE NÍQUEL-CÁDMO 
A bateria Níquel-Cádmo também é uma bateria mais antiga, formada por um ânodo que é constituído por uma liga de ferro e cádmio e um cátodo formado por hidróxido de níquel III. Ambos os eletrodos ficam dentro de uma solução com água e hidróxido de potássio, que é o eletrólito. É uma bateria de baixo custo ficando atrás apenas da chumbo-ácido, porém tem menor efeito memória que Pb-ácido, possui alta densidade de energia. Seu pior malefício é a toxidade do cádmo, se descartado de forma incorreta pode contaminar os lenções freáticos e por conseguinte a água consumida pela população.
BATERIA DE NÍQUEL-METAL-HIDRETO 
A bateria de níquel-metal-hidreto(Ni-MH) foi um aprimoramento da níquel-cádmo. Foi a primeira bateria utilizada em larga escala por sua alta capacidade de armazenamento de energia (NOCE, 2009). Baterias de níquel-metal são usuais em veículos híbridos devido a seus custos, confiabilidade e alta durabilidade. Existem baterias da primeira geração do Prius que ainda estão rodando com maisde 320 mil km. Por isso a bateria de NiMH ainda é a escolha da Toyota para sua linha de híbridos (TOM, 2018) . As principais vantagens são a confiabilidade e a vida útil, estimada em uma década, já suas desvantagens são o peso relativamente alto, a eficiência ainda não ideal, pois há bastante perda de energia na forma de calor, e o fato de não poderem descarregar completamente, detalhe esse imprescindível em veículos elétricos puros, mas podendo ser usados em veículos híbridos já que há fontes alternativas de energia. Há dois fabricantes relevantes de baterias desse tipo para veículos, ambos de origem japonesa: a Panasonic e a Sanyo (CASTRO; FERREIRA, 2010).
BATERIAS DE SÓDIO-METAL-CLORETO 
Baterias de sal fundido incluindo baterias de metal líquido são baterias que usam sais fundido como eletrólitos que apresentam boas densidades de energia e potência. Baterias recarregáveis de metal líquido são usadas em veículos elétricos e para armazenar energia para a rede elétrica, podendo balancear a ausência de energia fornecida por fontes intermitentes renováveis, como painéis solares e turbinas eólicas (TOM, 2018).
As baterias sódio-enxofre são compostas de um cátodo de sódio líquido onde é introduzido um coletor de corrente que consiste em um eletrodo sólido óxido de alumínio. Assim como a Zebra são baterias que precisam de altas temperatura para funcionar, a NaS opera na faixa de 300°C a 350°C e a temperatura influencia proporcionalmente na eficiência variando na faixa de 70% a 90%. São baterias que possuem tanto uma alta densidade de potência quanto uma alta densidade de energia, com vida útil variando de uma a duas décadas.
ESPECIFICAÇÕES DAS BATERIAS
Na tabela 2 estão especificadas as tensões de cada célula, energia específica e densidade energética. A energia específica corresponde a quantidade de energia por unidade de peso, possui dependência com o processo químico e na forma em que os componentes são acomodados. A densidade de energética é a quantidade de energia por unidade de volume, assim como a energia específica, possui dependência intrínseca com o processo químico e na forma em que os componentes são acomodados (ORRICO, 2013). Comparando as baterias mais usadas nos veículos elétricos, destaca-se a bateria de Lítio-enxofre da Oxis Energy, com elevada densidade energética e energia específica.
4 - ANÁLISE DO MERCADO
Mundial
A tabela 01 demonstra a crescente frota de veículos elétricos (em milhões) para cada país citado. Este desenvolvimento se correlaciona ao avanço obtido com o Protocolo de Kyoto (1997) em que se estabeleceu metas e prazos para a redução nos níveis de dióxido de carbono fazendo líderes mundiais se comprometerem neste intuito. Mais recentemente, no acordo de Paris (COP-21) o Brasil se comprometeu a reduzir a emissão de gases em 43% até 2030 tendo como referência os dados de emissões de 2005.
ANÁLISE DO MERCADO
A tabela 02 mostra uma baixa quantidade de carros elétricos e híbridos no Brasil quando comparado àqueles dados mundiais. A saber, no ano de 2017 o valor de 3296 unidades de carros elétricos e híbridos representou apenas 0,08% da frota total (aproximadamente) 43 milhões de veículos (ZANETTI, 2018)
DESVANTAGENS
Elevado custo
 Muito devido ao elevado valor das baterias utilizadas (Íon-Lítio) que, além de utilizar uma matéria prima de alto valor agregado, na maioria das vezes sua disponibilidade se encontra no mercado externo demandando elevados impostos e taxas alfandegárias.
Sujeito a Fatores Externos
 À baixas temperaturas, a bateria apresenta um consumo prematuro de energia para poder tornar o sistema suficientemente quente para operar (HOEMSEN et. Al, 2016)
DESVANTAGENS
Este gráfico ilustra a temperatura em Winnipeg (Canadá) no veículo Leaf, citado anteriormente como o mais vendido da categoria.
VANTAGENS
Emissão zero
 A Associação Brasileira de Veículos Elétricos (ABVE) destaca o grande potencial na economia de energia e a redução de emissões que essa bateria possui. 
Eficiência Energética da Bateria
 A bateria ultimamente possui uma eficiência de 95%. De uma forma média, a eficiência dos carros elétricos a bateria é cerca de 70%, ou cinco vezes a de um veículo convencional que é entre 14% e 18% (FERREIRA FILHO, 2019).
VANTAGENS
Análise do gasto energético:
APLICAÇÕES PRÁTICAS
Apesar da presença menor que outros elementos na constituição de uma bateria, o lítio é matéria-prima essencial para seu funcionamento. “Muito se avançou na tecnologia do íon de lítio, embora existam outros estudos sendo feitos, como a aplicação de lítio-enxofre”, diz Oliveira. “Ele dispensaria o cobalto, metal tóxico e mais escasso, e aumentaria a segurança do veículo. Mas ainda não é viável para o mercado por causa do valor elevado.”;
As atuais baterias de íon de lítio contêm uma espécie de gel, que trabalha como eletrólito, meio que transporta os elétrons entre os polos positivo e negativo. Esse movimento gera a corrente elétrica. “A bateria dos carros elétricos é segura, mas, ainda assim, tem problemas”, ressalta Edson Watanabe, membro do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) e professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro. “Além da bateria de lítio-enxofre, a de estado sólido é uma alternativa que vem ganhando espaço nas pesquisas patrocinadas por marcas como Mercedes-Benz, BMW e Nissan.”.
APLICAÇÕES PRÁTICAS
Emile Greenhalgh, cientista de materiais do Imperial College of London, e seus colaboradores visam uma ideia promissora para a substituição de todas as estruturas para as células das baterias nos veículos. Para eles, a abordagem mais promissora é descartar a bateria e usar a própria carroceria do veículo para guardar energia;
No entanto, os especialistas apontam que a principal dificuldade para implementação da tecnologia deve ser convencer a indústria automotiva e os órgãos reguladores de que a iniciativa é segura e introduz um desempenho superior. 
APLICAÇÕES PRÁTICAS
Em média, 80% do carregamento de carros elétricos é feito em casa. O uso de painéis solares pode reduzir ou até mesmo zerar os custos de carregamento de um veículo, além de reduzir o uso de combustíveis não renováveis no processo de recarga. Muitos carregadores públicos usam painéis solares como forma de reduzir o uso de energia durante o processo;
Algumas empresas de serviços públicos e fabricantes de veículos querem usar baterias de carros elétricos como armazenamento para toda a rede pública de energia elétrica. Chamada ‘do veículo à rede’, o projeto pretende que algum dia milhões de motoristas se tornem mini comerciantes de eletricidade, recarregando quando as tarifas são baratas e injetando energia na rede nos horários de pico ou quando o sol não estiver brilhando.
APLICAÇÕES PRÁTICAS
As baterias não precisam, necessariamente, ser descartadas. Elas podem ter outra destinação. Segundo Vitor Barreto de Oliveira, engenheiro de aplicação da Keysight Technologies, há a possibilidade de uma segunda vida para as baterias pós-carro elétrico. “Podem ser uma opção no armazenamento de energia renovável de prédios, hospitais, escolas e em sistemas caseiros”, afirma;
Não e descartada também a viabilidade de reutilizar partes da bateria velha na fabricação de novas. Haveria a necessidade de um retrabalho nas placas, mas é possível, sim, aproveitá-las.
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