Décio Luiz Gazzoni

O médio prazo da tecnologia de combustíveis automotivos


Décio Luiz Gazzoni - 01 dez 2009 - 07:22 - Última atualização em: 09 nov 2011 - 19:09

1. Introdução

Desde 2006 pertenço ao Painel Científico Internacional de Energia Renovável, vinculado ao International Council of Science – a Academia Internacional de Ciências. Trata-se de uma oportunidade ímpar para inteirar-se do que ocorre no mundo da energia renovável em escala global. Para desempenhar com sucesso nossa missão, compulsamos informações e estatísticas sobre políticas públicas de cada país ou bloco, investimentos comerciais, estudos e análises de tendências, negociações internacionais, programas e projetos de pesquisa, desenvolvimento e inovação, entre outras fontes de informação. Entre nossos estudos destacam-se aqueles que fotografam o estado da arte da ciência e da tecnologia em energia renovável, o que está no pipeline dos laboratórios e o que começa a despontar para o futuro. Necessariamente trabalhamos com projeções de médio e longo prazo, que se constituem em nossos cenários.

A constatação principal – nada original – é que o médio e o longo prazo se caracterização por um intenso dinamismo tecnológico. Pode-se afirmar que, como nunca antes na História da Humanidade, tecnologias chegarão como protagonistas e desaparecerão em pouco tempo, substituídas por outras mais eficientes sob os aspectos energético, econômico, ambiental e social. Isto posto, é importante analisar este fenômeno sob a ótica dos investimentos industriais e de sua amortização. Para o empresário é fundamental dispor de estudos e análises de cenários, que coloquem um farol no futuro, iluminando a trilha comercial que deverá percorrer, as oportunidades e ameaças que encontrará pelo caminho.

Em trabalho recente, desenvolvi um estudo prospectivo, traçando um cenário tão realístico quanto é possível quando se trata de projetar o que deve ocorrer ao longo de um século. As Figuras 1, 2 e 3 sintetizam este cenário, em forma meramente qualitativa, sem a preocupação da precisão tanto na escala do tempo (abscissa) quanto do market share (ordenada). Na Figura 1 observa-se a queda acentuada da participação das energias fósseis na matriz energética mundial, substituídas, gradativamente, por fontes renováveis. Para o nosso setor de biocombustíveis interessa, especialmente, observar a janela de oportunidades que se abre no período entre o início e meados deste século, posto que a segunda metade do século será dominada por captura direta de energia solar (fotovoltaica, térmica), eólica e pelo hidrogênio, como intermediário energético. A Figura 2 detalha os biocombustíveis dominantes em cada período e a Figura 3 busca alocar quais seriam as matérias primas mais importantes em cada período analisado.

Linha do tempo da evolução da demanda energética e da inclusão de energia renovável na matriz energética global.
Figura 1. Linha do tempo da evolução da demanda energética e da inclusão de energia renovável na matriz energética global.


`Linha do tempo da evolução dos biocombustíveis, no contexto da matriz energética mundial.
Figura 2. Linha do tempo da evolução dos biocombustíveis, no contexto da matriz energética mundial.

 
Linha do tempo da evolução das fontes de biomassa para produção de energia renovável.
Figura 3. Linha do tempo da evolução das fontes de biomassa para produção de energia renovável.
 

2. O pano de fundo

Um estudo prospectivo realizado em 2009 identificou 12 tecnologias com alto potencial de tirar da zona de conforto a visão presente dos combustíveis para transportes, ao longo da próxima década. O estudo associa a dinâmica da Ciência, o aumento da demanda de energia e a elevação de seu custo, e a pressão social em torno das mudanças climáticas globais. O principal driver dos avanços se encontra nos marcos regulatórios e demais políticas públicas governamentais, em especial dos países ricos. Estes, além de grandes consumidores, se constituem em benchmarking para os demais países do mundo. Uma estratégia bem sucedida em um país desenvolvido sempre desperta o interesse para emulação em outros países.

O estudo analisa os avanços em motores de combustão, os novos biocombustíveis, a eletrificação dos transportes e outras tecnologias, traçando um quadro muito otimista dos novos desenvolvimentos, concatenados com o dueto inovação-empreendedorismo. Dentre as inovações, foram selecionadas 12 tecnologias, que incluem avanços em tecnologias existentes e novos produtos que incluem a eletrificação e o uso de biotecnologia para produção de biocombustíveis, os quais terão impactos imediatos sobre os mercados de diesel e gasolina e sobre as emissões de gases de efeito estufa. O estudo identifica diversas empresas inovadoras, que incluíram essas tecnologias em seus planos de negócios para os próximos cinco anos (até 2014), em diferentes mercados.

Para tanto, foram consideradas tecnologias disruptivas aquelas que:
a.    Reduzam a demanda de combustíveis fósseis em mais de 20%, entre 2010-2030;

b.    Reduzam as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) em mais de 30% em relação aos combustíveis fósseis diretamente substituídos;

c.    Entrarão em escala comercial até 2014

d.    Sejam competitivas com a cotação internacional do petróleo entre US$45 e US$ 90, dependendo da data de efetivo ingresso no circuito comercial.

3. As tecnologias

As tecnologias de mais alto potencial foram divididas em três grupos:

3.1 - Evolutivas.
Trata-se de tecnologias que utilizam recursos atuais, ou seja, aquelas presentemente disponíveis em escala comercial. Entretanto, estas tecnologias ganham uma sobrevida com avanços pontuais, que representem um impacto significativo na redução das emissões, na segurança energética e na otimização do uso das fontes de energia atualmente em uso. Este grupo compreende:

a.    A próxima geração de motores de combustão interna. Sob o estigma das metas que, fatalmente, advirão do acordo da rodada Copenhagen, nos próximos 5 anos os veículos serão mais econômicos e atenderão a especificações de emissões cada vez mais restritivas. Embora existam condicionantes importantes em termos de infra-estrutura, e de incentivos governamentais e privados, para impulsionar a eletrificação generalizada de veículos, as melhoras no motor de combustão interna podem ser rapidamente implantadas. Dois grandes drivers impulsionarão esta mudança: primeiro a pressão social por uma economia de baixo nível de carbono; segundo, e em decorrência do primeiro, as políticas públicas que apontarão nesta direção, como já está ocorrendo nos Estados Unidos.

b.    Próxima geração de biocombustíveis. Enquanto a agricultura de alimentos e fibras tem um histórico de milênios, a agroenergia ainda engatinha. Há um potencial significativo de avanço na produção de biomassa, com o acesso a novas espécies e com o recurso da biotecnologia, permitindo introduzir ou otimizar as características desejadas, aumentar o rendimento e reduzir os custos de cultivo e processamento. Os avanços mais espetaculares serão observados na área de processamento, em especial na quebra da celulose e hemicelulose para moléculas menores, com a redução dos custos das tecnologias atualmente existentes, o que permitirá seu ingresso no circuito comercial. O ingresso na fase comercial, por sua vez, representará uma segunda onda de redução de custos, por ganho de escala.

c.    Bicombustíveis de dejetos e resíduos. A tecnologia de obtenção de biocombustíveis a partir de resíduos e dejetos, embora emergente e restrita a laboratórios, ingressará rapidamente na fase de projetos pilotos, devendo entrar no circuito comercial antes da metade da próxima década. Os incentivos governamentais, em termos de apoio ao desenvolvimento tecnológico final, à instalação de plantas pilotos e demonstrativas e os incentivos financeiros para sua introdução no circuito comercial, serão basilares para o alavancamento da tecnologia. Uma vez implementada em larga escala, a tecnologia se mostra altamente sustentável, e poderia resolver dois problemas de uma vez: gerar biocombustíveis com matéria prima de baixo custo e de baixo-carbono, e uma resposta para o problema cada vez mais crítico para a redução da deposição de lixo urbano em aterros sanitários.

d.    Purificadores de combustível para transporte marítimo. Em 2009, existem 46.340 navios de transporte de passageiros e carga, operando nos oceanos. Em média, cada navio opera com um motor principal de 5,6MW e três auxiliares de 750kW cada. O motor principal opera, em média, 300 dias por ano, enquanto os auxiliares trabalham 360 dias por ano. A estimativa é que o consumo destes navios se aproxime de 30 milhões de barris de derivados de petróleo, por ano. A partir de julho de 2010, os navios que transitarem no norte da Europa deverão produzir emissões equivalentes ao consumo de diesel de baixos teores de enxofre. Seguramente, nos próximos anos, esta restrição será estendida a outras regiões e, no limite, deverá ser uma exigência global. Nesta condição, surge com grande potencial a tecnologia de purificação de diesel, para eliminação de poluentes, em especial o enxofre.

3.2 - Revolucionárias.
São tecnologias inovadoras que, porém, mimicam os combustíveis atuais, permitindo o uso da infra-estrutura de distribuição existente. Desta forma, eliminam-se as restrições de infra-estrutura diferenciada de distribuição, o que confere um potencial de alta velocidade e escala de penetração dos novos biocombustíveis. Este grupo inclui:

a.    Diesel vegetal. O desafio neste caso não é mais tecnológico, porém econômico, vez que as tecnologias já ingressaram na fase de plantas pilotos e se encaminham para a fase pré-industrial. O uso de biologia sintética para converter açúcares (tanto a sacarose, como hexoses ou pentoses provenientes da degradação celulósica) em diesel vegetal tem avançado significativamente nos últimos anos. Duas empresas, a Amyris e a LS9, planejam implantar plantas em escala comercial a partir de 2011, com produção efetiva a partir de 2013. O produto obtido atende as especificações industriais para uso nos atuais motores de ciclo diesel, sem necessidade de conversão ou adaptação. Se os custos da tecnologia de biologia sintética aplicadas à cana se aproximarem dos custos da produção de etanol – medidos em termos de custo da energia disponível por unidade de massa - haverá um potencial significativo no mercado de sucedâneos do diesel. Isto se deve ao alto conteúdo energético da cana-de-açúcar e ao menor custo da unidade de energia produzida por unidade de área. O ponto de corte será a cotação do petróleo: mantendo-se a cotação acima dos US$80/barril (como é a previsão dos especialistas), esta tecnologia ganhará espaço rapidamente, passando a depender, exclusivamente, da disponibilidade de matéria prima.

b.    Butanol. O butanol possui teor de energia semelhante ao da gasolina, maior octanagem e menor afinidade com a água, o que significa que pode ser transportado através dos dutos já existentes, utilizando a infra-estrutura atual, e ser misturado à gasolina em proporções muito maiores do que o etanol. Cientistas estão otimizando a tecnologia de produção de butanol (conhecida como ABE, pela rota etanol-acetona-butanol de fermentação de biomassa por Clostridium acetobutylicum), pela consolidação das etapas do processo de modificação genética e da eficiência das bactérias. A engenharia genética e os avanços na biologia sintética também levaram a avanços importantes em empresas como Gevo e Butamax, que já comprovaram a tecnologia em escala piloto e planejam instalar duas plantas comerciais, nos próximos anos.

c.    Bio-óleo. A produção de bio-óleo, obtido a partir da biomassa, pode tirar proveito da infra-estrutura de refino e de distribuição existente, com pequenos investimentos adicionais, podendo levar a um avanço na adoção de combustíveis renováveis em todo o mundo. No III Congresso da RBTB, realizado em Brasília, uma palestra proferida por um executivo da empresa americana Kior Inc. apresentou a tecnologia comercial desta empresa para produzir bio-óleo, com processos inovadores, baseados em pirólise catalítica.

d.    Biocombustíveis de algas. Ao contrário da maioria das fontes de biomassa, que já dispõem de tecnologia consolidada, transferida da agricultura de alimentos e fibras, o cultivo de microalgas se encontra em fase embrionária. Tecnologicamente, a indústria de algas é muito fragmentada, incluindo grandes players da indústria do petróleo (como Shell, ExxonMobil, BP, Chevron e Valero). As ações atuais focam em diversas tecnologias que objetivam eliminar etapas no processo produtivo, para reduzir a sua complexidade e o seu custo. Assim mesmo, existem diversos empreendimentos comerciais pioneiros, que devem crescer, consideravelmente, nos próximos 5 anos. Entretanto, a melhor aposta para que a produção de biocombustíveis de algas impacte, significativamente, o mercado se encontra em torno de 2020.

e.    Biocombustíveis para aviação. A indústria aeronáutica enfrentará pressões consideráveis para aumentar a eficiência, por conta do custo do combustível e da natureza competitiva do mercado, e para reduzir as emissões de GEE. As perspectivas para os biocombustíveis aéreos são positivas, pois é uma das poucas opções de reduzir as emissões dos aviões. O grande desafio se encontra nas restrições de fornecimento de matérias-primas, que compete com a demanda por biocombustíveis nos transportes rodoviários. O aumento da demanda induzirá o desenvolvimento de matérias-primas de alta produtividade, tais como algas, bem como acentuará a busca por outras alternativas para movimentar carros e caminhões.

3.3 Quebras de paradigma.
Sair dos combustíveis líquidos (e seus atuais motores) para movimentar veículos através de eletricidade, é a grande mudança esperada para os próximos anos. São diversas etapas a cumprir. Por um lado, espera-se um acentuado aumento do transporte público de passageiros e do transporte de carga movidos a eletricidade. Por outro, inicia-se um período de comercialização de veículos de passeio movidos a eletricidade, cuja maturação plena deverá ocorrer após a década de 30. As tecnologias nesta área incluem:

a.    Veículos híbridos plug-in. Este tipo de veículo, cuja sigla em inglês é PHEV (Plug-in Hybrids Vehicles) representam a transição entre os atuais veículos movidos exclusivamente a combustão interna e os veículos puramente elétricos. Esta tecnologia tem recebido crescente atenção do governo e da indústria – com o lançamento de veículos com esta inovação - indicando que farão parte do cenário de médio prazo. Na prática, o motorista tem a opção de rodar exclusivamente com o motor elétrico, dentro do limite de autonomia da bateria, ou rodar com motor de combustão interna. O principal entrave no momento é, justamente, a baixa autonomia (cerca de 200 km), devido à grade dimensão e peso das baterias, que ainda possuem baixa relação energia/volume-peso. Além disso, os PHEVs têm o potencial de evitar emissões nos grandes centros urbanos, além da redução das emissões de GEE, se a geração de eletricidade for baseada em biomassa, hidráulica, fotovoltaica, eólica ou nuclear. As políticas energéticas de cada país deverão considerar o crescimento dos veículos PHEV, nos próximos anos, para evitar gargalos de oferta de eletricidade.

b.    Carga controlada. Trata-se de tecnologia associada aos PHEVs ou EVs (veículos totalmente elétricos), permitindo uma conexão inteligente para recarga automática das baterias, aproveitando, especialmente, a utilização de tarifas menores de eletricidade, nos momentos fora dos picos de consumo.

c.    Vehicle-to-grid (V2G). Ainda não existe um termo em português para descrever esta tecnologia, podendo ser traduzida livremente para veículo conectado à rede elétrica. Esta tecnologia permite que veículos híbridos ou elétricos (PHEVs ou PEs) possam integrar-se à a rede de energia, tanto para receber carga para suas baterias, quanto para devolver esta carga à rede. No caso do carregamento, este também pode ser adequado à demanda global da rede, ou seja, nos horários de pico, a taxa de carregamento das baterias seria menor que nos horários fora de pico. A lógica da tecnologia reside em que os veículos de uso pessoal permanecem estacionados, em média, em 95 por cento do tempo. Logo, as baterias dos veículos poderiam ser utilizadas para permitir o fluxo de eletricidade do carro para as linhas de energia, auxiliando na equalização da oferta de energia. Na prática, pode-se imaginar uma hidroelétrica que, nos horários fora de pico, abre seu vertedouro e desliga turbinas, para adequar-se à menor demanda de eletricidade. Portanto, não foi gerada eletricidade por não haver demanda, naquele momento. Entretanto, se as baterias dos carros forem usadas como depósitos temporários de energia, esta energia pode ser gerada e armazenada para uso futuro, reduzindo os custos unitários da energia para todos os consumidores.

4. Discussão

Obviamente, algumas destas tecnologias são concorrentes entre si – e concorrem com o atual estado da arte tecnológico. Portanto, é razoável supor que, no feroz mercado concorrencial globalizado, outros fatores que não a tecnologia em si serão determinantes para o seu ingresso em escala comercial. O mais provável é que algumas das tecnologias expostas avancem rapidamente, outras avancem com menor velocidade e, eventualmente, algumas sejam abandonadas ou restritas a nichos específicos. Alguns aspectos que auxiliam a elucidar a maior ou menor potencialidade das tecnologias são:

a.    O rápido ingresso da tecnologia na escala piloto e pré-comercial, associadas a mercados derivados de mandatos, com políticas públicas que favoreçam sua introdução, atuando em setores que se beneficiem de incentivos fiscais e que sejam atrativos para investimentos diretos;

b.    A disponibilidade de uma política clara para as questões-chave como a proteção da propriedade intelectual, especialmente nas áreas inovadoras, que não pertencem ao domínio científico e tecnológico tradicional;

c.    Avanços sustentáveis em biologia sintética, e sua aceitação por parte da sociedade;

d.    Avanços consideráveis em tecnologia de baterias e de utilização eficiente de água e energia na produção de biocombustíveis;

e.    Soluções implementáveis no curto prazo, como a melhoria da eficiência do motor do veículo e da utilização de resíduos como uma ponte para as inovações mais longo prazo.

Entendo que nunca antes na História da Humanidade também se exigiu tanto dos formuladores de políticas públicas e de regulação governamental. A ciência tem feito enormes progressos, mas exige a ação positiva dos governos para acelerar a viabilidade comercial das tecnologias com baixas emissões. Isso significa que os formuladores de políticas e os próprios políticos precisam entender o imperativo de aprofundar a análise das novas tecnologias, fundamental para tomadas de decisões rápidas e seguras, abordando temas polêmicos como a biotecnologia e os direitos de propriedade intelectual e patentes, assim como o apoio financeiro, os incentivos fiscais e a educação do consumidor.

5. Aspectos a ressaltar

Resumindo o exposto acima, e considerando o médio prazo (até a metade da próxima década), os aspectos mais importantes a considerar são:

a.    É importante deslocar o foco da discussão, saindo de questões tipo "se" ou "como", para o "quando" e "que fazer". A dinâmica da Ciência impõe que tudo ocorra par i pasu com os avanços tecnológicos. A ação governamental pode inibir a inovação, se retardar as políticas públicas e as regulamentações adequadas ou, por outro lado, se o comportamento for pró-ativo, tem o potencial de acelerar o desenvolvimento sustentável dessas tecnologias;

b.    A biotecnologia será o grande vetor da otimização da produção de biocombustíveis, seja pelo ganho financeiro, pelo balanço de energia mais elevado ou pela redução das emissões de GEE. A engenharia genética será importante tanto na produção de biomassa, quanto na hidrólise de moléculas complexas e na transformação das moléculas degradadas em biocombustíveis altamente eficientes;

c.    As algas representam a grande esperança da Humanidade de aumentar, exponencialmente, a oferta de matéria-prima, tanto no médio quanto no longo prazos.

d.    Haverá uma coevolução entre tecnologias e recursos naturais. Há uma crescente aplicação criativa de várias tecnologias para o processo de utilização da biomassa para produzir diferentes produtos, com redução de custos, ganho energético e melhoria ambiental;

e.    As baterias representam o único limitante do potencial de expansão dos veículos elétricos ou híbridos. Grande parte do esforço científico nesta área aponta para a busca de baterias de alta densidade energética, que possam acumular grandes quantidades de energia, com baixo peso e baixo custo, ampliando a autonomia dos veículos acima dos 600km, sem recarga;

f.    Nos próximos anos, especialmente em função dos acordos a serem firmados em Copenhagen, haverá um aumento nas exigências para reduzir as emissões de GEE por parte das companhias aéreas e marítimas. Este aspecto, conjugado com o aumento da demanda de eletricidade, implica em maior pressão para produção de biomassa ou utilização de resíduos e dejetos para produzir biocombustíveis;

g.    O mercado vai otimizar, em torno de sua própria agenda doméstica, os recursos locais e oportunidades de desenvolvimento econômico local, embora condicionados a uma agenda global. Neste particular, a criação de um mercado global de energia renovável vai representar uma guerra comercial entre países com renda per cápita diferenciada, em que os detentores de maior renda poderão açambarcar maiores quantidades de energia renovável, pela maior capacidade de pagamento;

Décio Gazzoni é Engenheiro Agrônomo, assessor da Secretaria de Assuntos Estratégicos da Presidência da República.
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