O rápido aumento nas vendas de carros elétricos está causando uma escassez de baterias. Para resolver este problema, devemos melhorar a reciclagem das matérias-primas usadas nas baterias e acelerar o desenvolvimento de novos tipos de baterias.
Parece uma consequência natural de sua convicção quando o professor Poul Norby dirige seu carro elétrico quase silenciosamente para o estacionamento do DTU Lyngby Campus a caminho do escritório. Aqui, sua pesquisa se concentra na criação de conhecimento que pode abrir caminho para melhores baterias em carros, entre outras coisas.

"Na minha opinião, o carro elétrico resolve muito mais problemas do que cria", diz o professor.

O status verde dos carros elétricos sempre foi muito debatido, principalmente porque a produção de baterias de carros elétricos gera significativamente mais CO₂ do que as baterias de automóveis convencionais, e a extração de suas matérias-primas é potencialmente problemática.

No entanto, análises do ciclo de vida de um carro elétrico – da linha de montagem ao ferro-velho – mostram que os carros elétricos na Dinamarca emitem significativamente menos CO₂ geral do que os carros movidos a gasolina ou diesel. Além disso, foram implementadas medidas para garantir uma extração mais ecológica que beneficiará os mineradores e o meio ambiente.

Poul Norby é apenas um entre um grupo crescente de pessoas que investem em um futuro livre de combustíveis fósseis comprando um carro elétrico:de acordo com dados da Agência Internacional de Energia, 6,6 milhões de carros elétricos foram vendidos em todo o mundo no ano passado. Isso é três vezes mais do que dois anos antes. De fato, o número médio de carros elétricos vendidos em apenas uma semana em 2021 foi igual ao número total de carros elétricos vendidos durante todo o ano de 2013.

Este rápido aumento nas vendas está levando a uma falta de bateria. Em parte porque será difícil extrair matérias-primas como cobalto, lítio, níquel e grafite, que atualmente são frequentemente usadas em baterias, com rapidez e responsabilidade. E em parte porque a demanda por baterias provavelmente excederá a capacidade de produção por um período de tempo.

Pressão sobre as matérias-primas

Em um estudo de abril deste ano, pesquisadores de KU Leuven, na Bélgica, estimaram que, para atingir a meta de se tornar neutra em relação ao clima até 2050, a Europa precisará de 36 vezes mais lítio e mais de quatro vezes mais cobalto do que agora. Isso criará uma batalha por recursos.

De acordo com Poul Norby, uma maneira de aliviar os inevitáveis ​​gargalos é desenvolver novos e melhores tipos de baterias que usem menos das matérias-primas que serão mais procuradas.

O desafio da oferta vai, entre outras coisas, acelerar o trabalho para encontrar alternativas às baterias de íons de lítio que são usadas na maioria dos carros elétricos hoje e que ainda consistem em aproximadamente 10% de cobalto, apesar dos esforços para reduzir a quantidade.

Já foram feitas extensas pesquisas para encontrar alternativas ao cobalto, substituindo-o por ferro ou manganês, entre outras coisas. Isso leva o professor a fazer uma previsão ousada:

"Em cinco anos, não haverá cobalto em nossas baterias de íons de lítio. Essa é uma afirmação muito ousada, mas é para onde estamos indo, porque o cobalto é problemático de muitas maneiras."

Processo de desenvolvimento mais rápido

O peso, o desempenho e o preço da bateria desempenham um papel importante para determinar se algo é uma alternativa interessante à popular bateria de íons de lítio. Os dois primeiros parâmetros ajudam a garantir que os carros elétricos possam durar o maior tempo possível com uma carga.

Juntamente com vários colegas da DTU, Poul Norby faz parte do maior e mais caro projeto de pesquisa de baterias da UE até hoje, o BIG-MAP. Sua tarefa é desenvolver um processo eficiente para avaliar quais materiais são bons candidatos para o desenvolvimento de baterias novas e eficientes, não apenas para uso em carros, mas para a transição verde em geral.

"Ao criar um processo eficiente para desenvolver, testar e avaliar novos materiais, podemos aumentar muito a velocidade do processo de desenvolvimento de materiais. Assim, estamos combinando modelagem teórica com trabalho experimental e criando um processo de aprendizado de máquina autônomo que nos permite continuamente avaliar e decidir qual caminho seguir", diz ele.

Seu trabalho contribui com conhecimento fundamental sobre materiais que têm uso real ou potencial como materiais novos ou existentes. De muitas maneiras, é o passo que vem antes do desenvolvimento de novas baterias, mas é um passo essencial para evitar trabalhar em ideias que acabam se tornando ineficazes.

Próxima etapa de desenvolvimento

De acordo com Poul Norby, o próximo passo no desenvolvimento de novas baterias são as baterias de estado sólido. Ao contrário das baterias de íons de lítio atuais, o eletrólito (ou seja, a conexão entre os pólos positivo e negativo da bateria) é sólido em vez de líquido e é feito de vidro, minerais ou polímeros.

Vários grandes fabricantes de automóveis investiram pesadamente no desenvolvimento de baterias de estado sólido, que devem ser mais à prova de fogo, carregar significativamente mais rápido e conter duas vezes mais energia do que as baterias de íons de lítio disponíveis hoje. Várias marcas de automóveis anunciaram que esperam ter uma bateria de estado sólido utilizável pronta até 2025.

Segundo Poul Norby, o maior sonho é ter uma bateria de lítio-ar com densidade de energia próxima à dos combustíveis fósseis – e que não exija cobalto:

"Os benefícios de desenvolver uma bateria de lítio-ar sempre foram enormes, mas chegar lá é incrivelmente difícil. Se não fosse pelos enormes benefícios que temos a ganhar, ninguém jamais tentaria."

Ao combinar cálculos com trabalho experimental, os pesquisadores da DTU mostraram que – em teoria – é possível fazer uma bateria de lítio-ar. No entanto, até agora está se mostrando muito difícil alcançar eficiência energética, velocidade de carregamento e durabilidade suficientes.

"Isso é definitivamente algo que pode revolucionar a tecnologia de baterias, mas está muito longe, se é que é possível", diz ele.

Nova vida útil para baterias antigas

A recirculação também desempenhará um papel importante na prevenção da escassez de matérias-primas a longo prazo. O estudo KU Leuven mencionado acima estima que, se a Europa investir pesadamente agora, o continente será capaz de cobrir 40-75% da necessidade de matérias-primas para a transição verde apenas através da reciclagem.

"O debate público deixa a impressão de que a recirculação começa aqui e agora, mas isso não é verdade. Os materiais das baterias são reciclados há muito tempo. Tem sido difícil e caro até agora, mas o desenvolvimento de métodos de reciclagem mais baratos e rápido", diz Poul Norby.

Os números do Parlamento Europeu mostram que, em 2019, 51% das baterias portáteis vendidas na UE foram coletadas para reciclagem, mas os políticos da UE estão trabalhando para ajustar as regras para garantir um nível mais alto de reciclagem, incluindo baterias de armazenamento e carros elétricos.

"Praticamente todos os materiais das baterias terão que ser reciclados no futuro, mesmo que não seja lucrativo", diz o professor Norby.

Tesla e Volkswagen relatam que já podem reciclar mais de 90% dos materiais em suas próprias baterias. É claro que o processo de reciclagem é inegavelmente mais fácil quando se trata de desmontar baterias de 500 kg e classificá-las em pilhas de matérias-primas utilizáveis ​​do que quando se trata de uma mistura de baterias menores de, por exemplo, telefones celulares e laptops, que contêm diferentes tipos de metais em diferentes quantidades.

"Agora vamos colocar essas grandes baterias onde você sabe exatamente o que há nelas, como elas foram tratadas e do que são feitas. Isso também torna muito mais fácil desmontá-las", diz Poul Norby.

Há também outras maneiras de pensar sobre a recirculação de baterias de carros elétricos:quando a capacidade de carregamento se torna muito baixa para as baterias serem usadas em carros, elas podem ser usadas para outras coisas, como armazenar energia em pequenas usinas de células solares locais. Uma pilha de baterias usadas pode formar uma unidade de armazenamento local por 10 a 15 anos antes que seja necessário desmontar as baterias e usar as matérias-primas novamente.

Ao prolongar a vida útil das baterias desta forma, também podemos ganhar tempo para o desenvolvimento de formas mais baratas e melhores de reciclar as matérias-primas. + Explorar mais

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