General Motors estreia a bateria elétrica Bolt, que promete
tem um intervalo de 200-mile e custa cerca de $ 30,000. GM, CC BY

n um esforço para alavancar adoção de veículos elétricos de célula de combustível, a Toyota Motors no início deste mês fez mais de 5,600 patentes disponível para outras montadoras. Alguns dias depois, a General Motors apresentou o Parafuso elétrico, um veículo elétrico projetado para rodar 200 milhas em baterias.

As montadoras, entretanto, continuam a desenvolver outros tipos de veículos elétricos: híbridos plug-in e elétricos híbridos.

Os veículos elétricos são a alternativa mais promissora para os carros convencionais movidos a gasolina e a diesel. Mas como cada tecnologia é diferente? E quais são os benefícios relativos e os desafios comerciais para cada um?

Como Chegamos Aqui

Vamos começar com semelhanças. Os veículos eléctricos com baterias plugáveis ​​(BEV), os veículos eléctricos híbridos (HEVs), os veículos eléctricos híbridos plug-in (PHEV) e os veículos eléctricos com células de combustível a hidrogénio (FCEV) são todos veículos eléctricos. Eles são todos movidos por um motor elétrico e têm baterias para armazenar ou fornecer eletricidade conforme necessário e absorver energia ao frear o veículo.

Alguns desses veículos também podem gerar eletricidade a bordo, seja por meio de um motor a combustão movido a gasolina ou por uma célula a combustível movida a hidrogênio.

Todos eles representam uma ruptura fundamental dos veículos de combustão a gasolina que hoje dirigimos de três maneiras: o trem de força é elétrico, e não mecânico; o motor sob o capô é eletroquímico, em vez de baseado na combustão; e o combustível é eletricidade e hidrogênio, em vez de gasolina.

As forças por trás dessas mudanças tecnológicas começaram no final dos 1980s com o reconhecimento dos fabricantes de automóveis de que a disponibilidade a longo prazo do petróleo é limitada e que uma plataforma alternativa de veículos e combustível seriam necessários para assegurar um futuro modelo de negócios viável. O hidrogênio foi selecionado como o combustível e um caminho de ano 25 para a comercialização de veículos de célula de combustível foi estabelecido.

Desde a 1990, três forças adicionais surgiram para afirmar ainda mais a decisão de atacar o veículo com célula de combustível a hidrogênio como o produto do futuro, incluindo a mudança climática, políticas que favorecem a independência do combustível e regulamentações da qualidade do ar, principalmente na Califórnia.

Veículos elétricos a bateria (BEV)

Nos últimos cinco anos, porém, houve um ressurgimento de veículos elétricos a bateria, que dependem exclusivamente da energia da bateria. Exemplos incluem o Nissan Leaf, o GM Spark e o Kia Soul. Depois de 40 para 60 milhas, as baterias estão esgotadas e precisam ser recarregadas conectando-se a um circuito residencial ou carregador 220-volt, construído especificamente em um centro comercial ou local de trabalho. O tempo de carregamento depende da voltagem, da tecnologia do carregador e do “estado de carga” da bateria (ou seja, quanto a bateria foi descarregada), mas geralmente requer de uma a seis horas para carregar totalmente o veículo.

Um BEV é atraente porque seu alcance satisfaz a maioria das viagens feitas pelo público, a recarga em casa é conveniente, e a condução é livre de vibrações e silenciosa. O tamanho do veículo é relativamente pequeno, proporcionando boa manobrabilidade e estacionamento relativamente fácil, e não há poluentes atmosféricos durante a condução. Os BEVs também têm o potencial de equilibrar a rede elétrica cobrando durante a noite quando os recursos da rede estão subutilizados.

Trabalhar contra os BEVs é o tempo necessário para recarregar o veículo e a ansiedade na autonomia - isto é, preocupação com o alcance limitado de direção - experimentada pelos motoristas, o que efetivamente reduz o alcance útil do veículo. Além disso, a carga pode estressar a rede elétrica e há casos em que não há infraestrutura de recarga disponível, especialmente para pessoas que moram em apartamentos.
Seguindo o mandato de veículos com emissões zero da Califórnia, os BEVs foram inicialmente comercializados nos 1990s, mas o mercado diminuiu nos 2000s. Com um número de carros de passageiros disponíveis para venda ou locação, o mercado está sendo testado hoje para avaliar a demanda do público por este veículo de alcance limitado, mas conveniente. Os avanços na tecnologia de baterias têm o potencial de aumentar o alcance.

Veículos Elétricos Híbridos (HEV)

Os veículos elétricos híbridos são um BEV com um motor de combustão a gasolina a bordo para gerar eletricidade e mover o carro em conjunto com o motor elétrico. Eles podem fornecer a mesma faixa de 300 que as pessoas esperam com um veículo convencional a gasolina. E com avançados controles de software, o motor de combustão interage com as baterias para alcançar altas eficiências e baixa emissão de poluentes.

HEVs foram oferecidos para venda nos Estados Unidos desde 2000, com o Prius, introduzido pela primeira vez pela Toyota no Japão em 1997, um exemplo de destaque. Em 2012 e 2013, o Prius foi o veículo mais vendido na Califórnia, com mais de sete milhões de veículos vendidos, refletindo a aceitação notavelmente positiva dos consumidores do veículo.

Veículos Elétricos Híbridos Plug-in (PHEV)

PHEVs são um HEV com a capacidade da bateria acrescentou que pode fornecer uma gama de acionamento elétrico de entre dez e 60 milhas. O Chevy Volt, por exemplo, pode dirigir quase 40 milhas em energia da bateria antes de um gerador a gasolina entra em ação. Isso permite que a conveniência de recarregar as baterias durante a noite em casa e uma gama elétrica diária que a maioria do público dos EUA não exceda. E o PHEV fornece a gama 300 milhas qual o público de condução está acostumado. Um plug-in Prius tem uma bateria maior e tem um todo-elétrico
gama de cerca de 10 milhas antes de entrar em modo híbrido. Toyota 

Veículos elétricos de célula de combustível de hidrogênio (FCEV)

Os veículos de célula de combustível são veículos elétricos híbridos com duas grandes diferenças. Uma célula de combustível, um dispositivo eletroquímico que consome um combustível, como hidrogênio, e oxigênio do ar para gerar eletricidade, substitui o motor a gasolina sob o capô. A célula de combustível tem uma eficiência notavelmente alta (três vezes a do automóvel a gasolina convencional) e uma emissão zero de poluentes do ar ao dirigir. O produto da reação é a água, que é expelida pelo tubo de escape com nitrogênio e um pouco de oxigênio remanescente do ar. E em vez de um tanque de gasolina, existem tanques de armazenamento de hidrogênio. O tempo de reabastecimento de um veículo com célula de combustível é comparável ao de um automóvel convencional a gasolina e o combustível pode ser adquirido internamente.

Alguns dos desafios associados aos veículos com célula de combustível são o número limitado de estações de abastecimento de hidrogênio a nível nacional. A Califórnia possui a maioria das estações de abastecimento de hidrogênio nos EUA, com a 51 projetada para operar até o final da 2015, acima da 70 até o final da 2017 e 100 da 2020. Sessenta e oito estações são consideradas o mínimo inicial para apoiar a aceitação de veículos com célula de combustível no Estado.

Daqui para frente

O mercado está descobrindo que o BEV é um complemento atraente (não substituto) para o veículo convencional a gasolina. Os HEV e PHEV movidos a gasolina estão surgindo para atender às regulamentações ambientais, mantendo a experiência geral de condução de alcance e tamanho com os quais o mercado está acostumado.

O custo dos veículos e o custo de condução dos veículos são, para todos os efeitos práticos, competitivos e convincentes. Dependendo do custo da eletricidade e do custo da gasolina, o custo por milha pode favorecer um ou outro. O PHEV fornece ao cliente a opção de usar eletricidade ou gasolina.

O veículo elétrico de célula de combustível está surgindo como uma evolução natural do híbrido híbrido elétrico plug-in. Como resultado, pode-se prever que o BEV e o FCEV representam as alternativas de última geração para o veículo a gasolina convencional e hibridizado para atender às necessidades de transporte leve. O BEV oferece praticidade e manobrabilidade, e o FCEV oferece autonomia, flexibilidade no tamanho do veículo e abastecimento rápido. Ambos os veículos alcançam independência de combustível, uma separação da geopolítica e atributos ambientais.

O custo de aquisição e o custo operacional de veículos com bateria elétrica e célula de combustível são comparáveis ​​hoje em dia. É provável que o custo do hidrogênio diminua no futuro devido à concorrência no mercado e aos avanços tecnológicos e que o custo da eletricidade aumente. Isso significa que o custo por quilômetro de operar um veículo elétrico de célula de combustível, comparado a um veículo elétrico a bateria, provavelmente se tornará menor.

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação
Leia a artigo original.

Sobre o autor

O Dr. Scott Samuelsen é professor de engenharia mecânica, aeroespacial e ambiental na Universidade da Califórnia, em Irvine (UCI). Ele é o diretor do Programa Avançado de Energia e Energia, o Laboratório de Combustão da UCI e o Centro Nacional de Pesquisa de Célula de Combustível do Departamento de Energia dos EUA e da Comissão de Energia da Califórnia. O Professor Samuelsen é co-presidente do California Stationary Fuel Cell Collaborative, uma aliança público-privada exclusiva que está abordando a tecnologia crítica e os obstáculos do mercado para acelerar a comercialização de sistemas avançados de geração de energia.