quinta-feira, 31 de maio de 2018

Dentro de 5 anos, as baterias de lítio estarão obsoletas

As baterias de iões de lítio têm 3 problemas.

A Tesla tem investido milhares de milhões de euros em baterias de iões de lítio para usar em automóveis e em casas "fora da rede" com energia solar (a Powerwall) mas, por causa das suas limitações intrínsecas, está a investir numa tecnologia que a curto prazo vai ficar obsoleta, penso eu.
Primeiro, porque o lítio que é um recurso mineral bastante escasso e caro.
Segundo, porque as baterias demoram um mínimo de 45 minutos a carregar 60% da capacidade máxima.
Terceiro, porque perdem 20% da energia durante a carga/descarga
Quarto, porque em 750 recargas perdem metade da sua capacidade.

A Powerwall é uma bateria de iões de lítio.
É uma criação da Tesla.
Uma casa cujo consumo é 9kwh/dia em que o consumo a partir da bateria é 3kwh/dia (ligado à rede terá um preço de 55€/mês mais as parcelas fixas) precisa de um Powerwall-2 (uma capacidade de armazenamento de 13,5kwh e um preço de 7170€, ver) mais 10 painéis solares 270W (cujo preço é de 3800€). Somando 1000€ para a montagem, amortizando o investimento em 9 anos à taxa de juro de 2%/ano, dá uma mensalidade de 120€/mês, 40€/mês para os painéis solares e 80€/mês para a bateria.
Ok, os painéis solares são competitivos na produção de electricidade mas não podem ter bateria (não podemos usar electricidade à noite)!
Para a bateria durar 9 anos precisamos de uma bateria de 13,5kwh par um uso noturno de 3kwh/dia.

Vamos imaginar uma máquina de lavar roupa. 
Tenho um painel solar 270W que está a produzir 100w.
Tenho uma máquina de lavar roupa que, durante a rotação do tambor, precisa de 300w e, durante a centrifugação, de 600w.
Como a potência produzida é menor que a necessária, vou ter que ter uma bateria que compatibilize a potencia produzida com a potência necessária.
Vou imaginar um ciclo de lavagem com paragens para recarga da bateria.
Lavagem: o tambor roda durante 5 segundos e está parado durante 10 segundos.
Centrifugação: o tambor centrifuga durante 2 minutos e está parado durante 10 minutos.
Para este regime, bastava-me uma bateria de (600-100)*2/60 = 16,7wh = 0,0167kwh mas esta bateria não pode ser de iões de lítio, porque durante cada ciclo de lavagem, vai ser carregada e descarregada cerca de 15 vezes o que implica a sua substituição ao fim de apenas 10 semanas. Além disso, não seria possível carregar a bateria em segundos.

Vamos imaginar um carro híbrido. 
Comecemos por um carro com um motor a explosão de 60 cavalos que está optimizado para uma velocidade de 110km/h.
De repente, vai a 110km/h e aparece-lhe uma subida com uma inclinação de 10% e uma extensão de 2 km.
Neste caso, para manter a velocidade durante a subida vai ser preciso de 45 cavalos extras durante 100 segundos o que é possível com uma mini-bateria de 0,8 kwh (O Tesla tem uma bateria de 40kwh).
Esta mini-bateria também dará para percorrer em para-arranca cerca de 10 km o que também dá para carregar em casa, ir para o emprego e carregar no emprego para voltar a casa.
Se for usado o motor a gasolina, vai ser preciso carregar a bateria em 3 minutos.
No caso de um autocarro urbano eléctrico de 25 toneladas de peso bruto (velocidade média de 15 km/h), seria suficiente uma bateria de 10 kwh para uma autonomia de 8 km (se a recarga demorasse 1 minuto, poderia ser feita nas paragens, a cada 30 minutos).
O problema é que, se a bateria for de iões de lítio dura poucas semanas.

Fig. 1 - Carro híbrido com o ligação mecânica directa gasolina/rodas e motor eléctrico acoplado à caixa de velocidades Schaeffer

A energia eléctrica "híbrida" é muito cara.
Por é produzida a partir de um motor a gasolina (com ISP e IVA sobre a gasolina, 0,70€/kwh) e ainda tem o custo da bateria (mais outros 0,70€/kwh) apenas sendo justificável em termos económicos em para-arranca porque o motor a gasolina não está optimizado para esta situação. Talvez por causa disto é que, no último Sábado, vi nas Festas do Senhor da Pedra em Miramar um Prius híbrido com 4 anos, à venda por 16000€, uma desvalorização de 50%!

A Tesla anunciou ter feito 975 km com uma carga.
O que gastamos no nossa carro, parte resulta do atrito das rodas (cerca de 1,2% do peso), parte da caixa de velocidade e transmissão e parte do atrito com o ar (proporcional à velocidade ao quadrado).
Um veículo a 110 km/h que gasta 5 litros/100km de gasolina, 1,2 litros são para rodas e 3,5 litros são para o ar. Então, se o carro circulasse a 20km/h (e o motor estivesse optimizado para esta velocidade), gastaria 2,0litros/100 km.
Um carro eléctrico, como está optimizado para velocidades lentas, se uma bateria de 50kwh pemite percorrer 400 km/carga, a 20 km/h vai permitir percorrer 1000km. Nada de extraordinário mas, ao fim de algumas viagens, a bateria começa a perder capacidade rapidamente.

Vamos à "nova" tecnologia, os super-condensadores de dupla camada.
Uma bateria de iões de lítio aguenta 1000 recargas até ficar a 50%.
Um condensador de dupla camada aguenta 250 000 de recargas com perdas inferiores a 10%, 250 vezes mais que uma bateria de iões de lítio (para perda de 50%) e usa elementos abundantes (carbono na forma de grafeno e alumínio)!
Além de durar muitas recargas, carrega e descarrega em 1 segundo com possibilidade de potência quase ilimitada (descarregar um pequeno super-condensador de 1kwh em 10 segundos permite um carro híbrido ter uma explosão de potência de 490 cavalos, a potência máxima do V8 do Ferrari F430).

É uma tecnologia que já existe implementada mas que ainda tem problemas.
Por exemplo, o Durablue da Maxwell que é usada para recuperar energia da travagem de comboios. Num comboio com 500 toneladas, uma unidade com 12500kg armazena 50 kwh (custo na ordem do 1 milhão €) é capaz de debitar os 15000hp necessários no arranque que aproveita a energia da travagem e evitar picos de consumo na rede (a potência de rolamento a 100km/h é na ordem dos 500hp).
Num comboio que tenha velocidade máxima de 120km/h e pare a cada 5km, a poupança energética é na ordem dos 75%.

Um problema é o preço elevado e apenas armazenam 1/10 da energia por kg das baterias de iões de lítio mas vejo terem enorme potencial para trajectos citadinos curtos e a baixa velocidade, sistemas estáticos como as soluções  de electricidade solar desligadas da rede e em carros híbridos.
Esta tecnologia, por usar elementos abundantes e baratos, carregar em segundos e poder ser carregado centenas de milhar de vezes, coloca um enorme risco de obsolescência ao investimento em baterias da Tesla.
Como o Elon Musk, dizem, é um génio, estando um de nós está enganado, só posso ser eu (mas o Musk começa a estar com problemas com a comunicação social, tipo o Bruno de Carvalho quando a equipa maravilha começou a perder pontos).
O que achei engraçado é haver Teslas modelo 3 no Espaço a caminho de Marte que na Terra vendidos a 35000 USD (como prometido no site da empresa).
Bem a cotação da Tesla, desde o máximo de 23 de Junho de 2017 (384USD) já perdeu 24% (291USD), 2,5%/mês.

Fig. 2 - Dizes ser uma mulher temente a Cristo? Um de nós dois está enganado.

1 comentários:

Portuendes disse...

Bom artigo. Ainda que aparentemente paradoxal o PCV aumenta a sua credibilidade admitindo que pode estar engano face ao Elon Musk.

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