A resposta tecnológica à criticalidade mineral |
Por Luís Gil, Membro Conselheiro e Especialista em Energia da Ordem dos Engenheiros
A rápido crescimento do número de veículos elétricos a bateria produzidos tem alimentado debates e pesquisas sobre a importância dos materiais necessários para o fabrico das baterias. No entanto, tem também havido uma rápida adoção de novos tipos de elétrodos, com as baterias a demonstrar uma considerável flexibilidade permitindo a substituição dos materiais.
O rápido crescimento da mobilidade elétrica torna a economia global cada vez mais dependente de matérias-primas para baterias (ex. lítio, cobalto, níquel e manganês). As baterias de iões de lítio passaram de não ter praticamente nenhuma utilização no transporte há uma década para quase 1 TWh em veículos elétricos ligeiros de uso pessoal em 2024, e será necessário dez vezes mais antes que a transição energética esteja completada.
Por isso, o aumento da procura dos materiais necessários levou a aumentos e volatilidade do preço, bem como a problemas da viabilidade de alargamento das cadeias de valor e à urgência de práticas mais sustentáveis de mineração, refinação, processamento e reciclagem.
Uma vez que é necessária uma rápida expansão para descarbonizar o transporte, um objetivo fundamental é o de analisar a velocidade com que a oferta precisa de crescer, dependendo da tecnologia de bateria adotada. Num estudo muito recentemente publicado verificou-se que o rápido crescimento histórico nas vendas de veículos elétricos a bateria levou a uma adoção mais rápida de novas tecnologias do que muitos cenários supunham.
Ao analisar a taxa de crescimento de cada tecnologia de cátodo em comparação com o ano anterior, verificou-se que cada nova tecnologia de cátodo introduzida — desde o sucesso inicial da Tesla com níquel-cobalto-alumínio, passando pela utilização generalizada de níquel-manganês-cobalto (NMC), com maior teor de níquel, até ao recente ressurgimento do fosfato de ferro-lítio (LFP) — apresentou um crescimento impressionante desde o seu lançamento, dominando o crescimento da nova capacidade instalada. E o crescimento das novas tecnologias químicas está intimamente ligado ao aumento do volume de vendas de veículos elétricos a bateria. Tanto as novas tecnologias como as inovações incrementais dominam rapidamente a capacidade de produção.
As baterias com preços de materiais mais baixos ou menos voláteis parecem ter-se tornado mais bem-sucedidas. As químicas de iões de lítio ricas em cobalto, que dominaram anos atrás, desencadearam um choque de procura e um pico de preço para o cobalto em 2018, seguindo padrões semelhantes nos preços do lítio. A intensidade de cobalto diminuiu desde então, explicada tanto pela substituição do cobalto por níquel no caso das baterias NMC e da mudança para o LFP.
Outra tecnologia que também pode ter influência a este nível é a que foi agora apresentada como um avanço revolucionário no armazenamento de energia: uma bateria de lítio capaz de reparar, ela própria, danos internos microscópicos que poderá prolongar significativamente a vida útil dos veículos elétricos. As baterias tradicionais dos veículos elétricos degradam-se com o tempo porque se formam pequenas fissuras no interior dos elétrodos durante ciclos repetidos de carregamento. Estas microfraturas reduzem a capacidade e, eventualmente, levam à substituição da bateria. Esta nova tecnologia introduz uma camada de polímero dinâmica que reage à tensão interna e restaura a integridade estrutural antes que ocorram danos permanentes. Os testes laboratoriais mostram uma perda de capacidade dramaticamente mais lenta em comparação com as células convencionais de iões de lítio. Isto pode reduzir os custos dos veículos elétricos, limitar a eliminação de baterias e diminuir a procura de recursos raros e caros.
Pesquisas recentes mostraram que os preços dos materiais para baterias são, até à data, inelásticos, o que significa que as flutuações de preços não influenciaram significativamente a procura destes materiais. Uma das principais razões será devida ao crescimento absoluto contínuo de todos os materiais para veículos elétricos a bateria. Os aumentos de preços provavelmente incentivaram o aumento da extração e, à medida que os mercados expandiram rapidamente a oferta, os picos de preços foram corrigidos.
O crescimento gradualmente mais lento das vendas de veículos elétricos a bateria, à medida que a transição amadurece, reduzirá necessariamente a velocidade com que as novas tecnologias virão a ser adotadas. Por outro lado, a investigação mostra que a importância do custo dos materiais nos custos das células das baterias passou a dominar nos custos destas. Isto aumenta a importância da substituição de materiais em relação a outros esforços de redução de custos.
Existem vários candidatos para a próxima geração de baterias de veículos elétricos a bateria, por exemplo iões de lítio de estado sólido, lítio-enxofre e lítio-ar. A curto prazo, no entanto, as químicas baseadas em iões de sódio podem ter o maior impacto na utilização de materiais. Embora as baterias de iões de lítio apresentem, uma melhor densidade de energia, as baterias de iões de sódio oferecem vantagens em termos de velocidades de carga e descarga mais elevadas, bem como de maior disponibilidade de materiais.
De um modo geral, as rápidas mudanças na tecnologia das baterias indicam uma flexibilidade histórica no fabrico e sugerem que as novas tecnologias, utilizando outros materiais que ofereçam custos mais baixos ou melhorias técnicas, podem ser implementadas em larga escala rapidamente, embora as incertezas sejam claramente grandes.
O acesso tanto à tecnologia existente como a uma nova não é certo, e as vendas apresentam uma grande variabilidade regional. É importante notar que, para todos os principais fabricantes de veículos elétricos, a química LFP reduz os custos dos materiais e os riscos de fornecimento. Saliente-se ainda que apenas 15% dos automóveis vendidos em 2024 eram veículos elétricos a bateria e as vendas e a utilização de materiais podem aumentar uma ordem de grandeza antes de a transição estar completa.
As análises e conclusões sobre o que constitui materiais críticos para as baterias subestimam a grande incerteza e a potencial flexibilidade na procura futura de materiais. Para a maioria dos países, o aumento da resiliência das cadeias de abastecimento de baterias depende da diversificação no fornecimento de matérias-primas e dos intervenientes envolvidos, assim como da expansão da capacidade de refinação para fazer face à atual fase de rápida expansão. Os principais países produtores de veículos elétricos a bateria dependem da importação de minerais.
Deste modo, os países dependentes de importações devem procurar políticas que apoiem a investigação e colaborações que visem o desenvolvimento de baterias que utilizem menos ou sem materiais críticos. Assim, as políticas orientadas para a segurança dos recursos precisam de se concentrar menos em minerais específicos e mais na inovação e no aumento da diversidade de opções tecnológicas, materiais e cadeias de abastecimento.