Este artigo é uma continuação;
O primeiro artigo pode ser lido aqui.
O segundo artigo pode ser lido aqui.
O terceiro artigo pode ser lido aqui.
Na parte anterior vimos como certos processos aceleram ou degradam de forma não linear, gerando pressão sobre o fornecimento do petróleo, mas há outros pontos de pressão correndo em paralelo, tornando o cenário cada vez mais complexo.
Do poço à roda
Há um conceito que vem sendo usado mais comumente nos últimos anos e que estende o conceito do Eroei para a mobilidade, chamado “do poço à roda”. Este conceito leva em conta não apenas quanta energia é gasta no processo de extração do petróleo, mas de toda a cadeia energética investida desde a extração do petróleo até virar energia mecânica útil na roda dos automóveis.
Então, além da energia investida na extração do petróleo (que é o interessante para quem negocia o petróleo bruto), leva-se em conta toda energia investida na estocagem, bombeamento, transporte, craqueamento, síntese e demais atividades relacionadas ao petróleo e seus derivados e além disso, todo rendimento energético do automóvel em si.
Este é um cálculo extremamente desfavorável ao uso de combustível vindo do petróleo a ser aplicado num automóvel. Além dos gastos significativos com o processamento do petróleo, precisamos considerar que o automóvel convencional possui um rendimento energético muito baixo, imposto pela Lei de Carnot. Esse rendimento pode ser tão baixo quanto 15 a 20% em termos médios práticos.
Num mundo e numa sociedade, onde energia é cobertor curto e se pode sofrer descompassos entre o consumo sempre crescente mais uma oferta que nem sempre acompanha a demanda, isso se torna um problema grave.
Da origem à roda: o embate entre alternativas
É justamente aqui onde aqui surgem alternativas que ainda estão em desenvolvimento.
Vamos comparar duas delas: o alcool etílico versus painéis solares.
A grande vantagem do álcool etílico (o mesmo que etanol) é utilizar a tecnologia já empregada nos motores a gasolina. Utiliza-se todo o final de infraestrutura já instalada para o petróleo para oferta de um combustível alternativo. Pequenas adaptações técnicas e os motores a gasolina podem operar alternativamente com álcool de origem vegetal. As vantagens desta alternativa são significativas e por isso se tornaram um sucesso no Brasil há mais de 40 anos.
No entanto, trabalhos da própria Embrapa demonstram um quadro não tão brilhante para o álcool etílico. Segundo dados da própria entidade, o álcool etílico possui uma capacidade de fixação de energia solar em biomassa em torno de apenas 2%. O termo “biomassa” é importante porque boa parte dessa energia fica retida no bagaço e no vinhaço que restam do processamento da cana-de-açúcar, energia que é utilizada na geração de energia elétrica que é reinvestida na própria produção de açúcar e álcool e o excedente fornecido à rede elétrica. No final, apenas uma fração destes 2% se tornam álcool combustível.
Além disso, além da energia empregada no processamento da cana para obtenção do álcool, há muito gasto energético com armazenamento, transporte e distribuição de uma fração daqueles 2% de energia fixada.
O álcool utilizado por veículos oferece rendimento energético não muito distante do oferecido pela gasolina nas mesmas condições.
Em comparação, uma “fazenda” de energia solar, constituída de painéis fotovoltaicos, possuem um rendimento da ordem de 15 a 20% da energia incidente (com painéis de alto rendimento, esse número pode subir a 40%). Comparativamente, com a mesma área, painéis fotovoltaicos podem oferecer até 10 vezes mais energia que uma plantação de cana-de-açúcar. E há ainda outras vantagens. O painel fotovoltaico gera energia elétrica diretamente, sem processos intermediários. Essa energia pode ser transportada a grandes distâncias com perdas muito pequenas e usada para recarregar um veículo elétrico a bateria com rendimento da ordem de 85%.
A diferença de rendimentos entre estas alternativas ao petróleo é significativa, e a pressão por cada vez mais energia pode mover escolhas neste sentido.
Petróleo e as alternativas
É evidente que o atual paradigma de uso de combustíveis na mobilidade se mostra insustentável no longo prazo, e pressões para que ele mude já se mostram presentes e alterando o panorama energético.
A primeira alternativa é tentar melhorar o rendimento energético direto do motor a combustão. Esta é a ideia por trás do downsizing. No lugar de um motor de 2 litros de aspiração natrurak utiliza-se um motor de 1,3 a 1,4 litros com turbocarregador.
Para a mesma potência para tracionar o veículo, a carga é proporcionalmente maior no motor menor que no maior, levando a um ponto de maior rendimento do motor. O turbo então não apenas compensa a falta de potência do motor menor, como também o faz operar num regime de maior rendimento em condições mais amplas de uso. O resultado é que veículos com motores de 2 litros de aspiração natural que faziam normalmente 10 km/l, com o downsizing passam a ter consumo da ordem de 15 a 18 km/l.
Estamos vivenciando uma nova fase que visa a melhoria ainda maior deste consumo pela adoção dos carros híbridos. A ideia destes carros é não permitir que os motores a combustão operem em condições desfavoráveis de rendimento, especialmente em baixas velocidades. A ideia é carregar o motor com a recarga de uma bateria.
O rendimento energético de um motor elétrico é muito superior ao do motor a combustão para reaproveitamento da energia excedente que o motor gerou ao recarregar a bateria, e o motor a combustão pode melhorar seu rendimento de 15 para 30% quando fica incumbido pela recarga da bateria somado à potência de tração. Quando a bateria estiver carregada e o motor for operar em condição desfavorável ao seu rendimento, este é desligado e o veículo é mantido em movimento apenas pelo motor elétrico.
A oferta cada vez maior de veículos híbridos mostra que a indústria já enveredou por este caminho, e híbridos plugin dão um passo adiante ao permitir que estes carros rodem com energias vindas de outras fontes além do petróleo.
As fontes alternativas “alternativas”
Hoje temos uma profusão de ideias sobre alternativas energéticas para os automóveis do futuro, desde combustíveis vegetais, passando pelos sintéticos, pelo hidrogênio e pilha a combustível. Há muita especulação nos meios de comunicação sobre o uso destas alternativas, chegando ao ponto de movimentos reais de incentivo, como os vistos ao chamado “hidrogênio verde”.
Porém, todas estas alternativas possuem o mesmo problema. Quando avaliamos a cadeia energética destas alternativas pela ótica “da origem à roda”, vemos que elas formam cadeias longas de transformações fisico-químicas, onde as perdas de energia são severas e incontornáveis.
Recentemente escrevi uma matéria sobre e-fuels na Fórmula 1, onde faço os cálculos da cadeia “da origem à roda”, e mostro que não é um processo viável na prática para o mercado.
Estas fontes alternativas podem se mostrar úteis em situações de nicho, mas num mundo que precisa cada vez mais de energia, o desperdício se mostra intolerável.
Atualmente, as únicas alternativas economicamente viáveis e diretamente independentes do petróleo são os carros elétricos movidos a bateria ou ultracapacitores. E o rendimento destas alternativas vão muito além de qualquer outra.
O não paradoxo do carro elétrico
A internet está cheia piadas, brincadeiras e memes que mostram um carro elétrico rebocando um gerador de eletricidade.
Parece um paradoxo
— Se um carro elétrico precisa de um gerador a gasolina ou diesel, não parece diferente de um carro com um motor a combustão, então para que essa confusão com o carro elétrico? Porque não permanecer com o bom e confiável carro convencional?
Parece não haver sentido, mas faz tanto que esta configuração de carro de tração elétrica a bateria e com o auxílio de um motor a combustão acionando um gerador elétrico para a recarga de baterias é conhecido tanto pelo termo “híbrido série” como pelo termo “elétrico de alcance estendido”.
Ocorre que, como vimos, um carro convencional em condições urbanas pode apresentar um rendimento tão baixo quanto 15 a 20%, enquanto um carro elétrico pode oferecer um rendimento da ordem de 80 a 90%.
Então, digamos que abastecemos um carro convencional até o tanque ficar cheio e medirmos seu alcance médio. Pegamos então a mesma quantidade de combustível e o colocamos para acionar uma turbina a gás numa grande central elétrica com enormes dispositivos de recuperação e regeneração de energia. Essas turbinas atingem rendimento energético da ordem de 60 a 65%, rendimento na transmissão dessa energia da ordem de 97%, e recarregarmos um carro elétrico com esta energia, haverá um alcance de pelo menos 2 a 3 vezes maior que o carro convencional a gasolina.
Da mesma forma, existe muita crítica ao carro elétrico na Europa, porque muitas vezes ele acaba usando energia de usinas a carvão, sujas e poluentes, também parecendo um paradoxo. No entanto, em algumas situações e observando a cadeia energética, carregar um carro elétrico com a energia de uma usina a carvão pode ser energética e ambientalmente melhor que queimar gasolina nos motores de toda uma frota de veículos.
Uma grande vantagem do carro elétrico sobre as demais opções é que a eletricidade não é uma fonte de energia direta, mas é a forma mais primária na qual qualquer outra fonte de energia pode ser transformada e a mais elementar para gerar força de tração. Assim, um carro elétrico não depende do petróleo para se mover. Ele pode ser reabastecido a partir de qualquer outra fonte de energia, e vivemos cercados de energia, mesmo sem percebermos e até geramos desperdício por esta ignorância.
Um exemplo deste mau geranciamentode energia pode ser observado em um grande e magnífico edifício envidraçado. Os vidros da fachada do prédio captam energia solar e a transforma num calor sufocante em seu interior. Este calor todo exige grande consumo de energia em um sistema de ar-condicionado.
Se este mesmo prédio for coberto por painéis solares de alta eficiência (40% da energia convertida em eletricidade), não só a energia solar incidente e que gera calor cai a pouco mais que a metade. Menos calor significa menor necessidade de dispendiosa refrigeração, sendo que a energia necessária para esta refrigeração pode vir da própria energia elétrica gerada pela fachada do prédio, liberando grande quantidade de energia para o sistema elétrico da cidade, e que pode ser aproveitada na recarga de carros elétricos.
Este exemplo do prédio mostra que há muitas formas de combater desperdícios de energia que tradicionalmente não os consideramos como tal, e este combate pode liberar grandes quantidades de energia para a mobilidade de carros elétricos com baixos investimentos porque não precisaremos investir nas próprias fontes de energia, uma vez que elas já estão presentes e que na verdade exigem ainda maiores investimentos de energia para que seus efeitos colaterais possam ser mitigados.
A própria substituição de carros convencionais por elétricos, onde o combustível usados nestes carros convencionais passa a ser queimado em turbinas a gás de alta eficiência, gerando pelo menos duas ou três vezes mais energia mecânica direta para a mobilidade pode ser encarada como parte deste processo de mitigação dos efeitos negativos da baixa eficiência energética presente pelo mero status quo atual.
O carro elétrico não é dependente do petróleo e seus derivados como os carros convencionais. E pode ser recarregado com as mais variadas fontes de energia normalmente negligenciadas, como esgoto doméstico e resíduos orgânicos colocados para serem degradados em imensos biodigestores, energia das ondas do mar e do calor de vulcões, além das tradicionais solar e eólica, e assim por diante.
Esta independência e a grande diferença de rendimentos entre a propulsão por combustão contra a propulsão elétrica compõem um cenário com o progressivo encarecimento do petróleo. Quanto mais o petróleo e seus derivados encarecerem, maior a pressão para uma migração da frota por mobilidade elétrica, assim como maior uma maior pressão pelo combate aos desperdícios de energia.
É este o verdadeiro cenário para a progressiva ascensão dos carros elétricos e híbridos na frota. A contínua substituição de carros convencionais por elétricos e híbridos diminuem as pressões geradas pelo encarecimento do petróleo pelo maior rendimento energético, e ajudam a moderar seus preço.
O choque de paradigmas: convencional versus elétrico
Um ponto chave para entender a questão do carro elétrico versus o convencional está em perceber que qualquer automóvel é uma ferramenta de mobilidade e que diferentes ferramentas para uma aplicação básica oferecem propriedades diferentes que as indicam para aplicações diferentes.
Vá ao seu mecânico e veja quantas ferramentas diferentes ele possui para apertar uma simples porca de 13 mm. Ele vai te mostrar chaves de boca, chaves estrela, cachimbos curtos e longos, chaves ajustáveis, alicates e provavelmente poucos tipos. E por que essa diversidade toda? Porque cada porca é instalada num lugar onde se pode exigir um tipo especial de chave.
O mesmo se aplica ao carro elétrico e ao carro convencional. O elétrico oferece melhores condições de mobilidade urbana e para trajetos curtos que o carro convencional a combustão. E isso corre diretamente para as conclusões de diferentes estatísticas que estudam o uso do automóvel.
Uma pesquisa da National Household Travel Survey (NHTS) dos Estados Unidos mostra que cerca de 76% das viagens tem menos de 10 milhas (16 km), aproximadamente 90% delas ficam abaixo de 20 milhas (32 km) e que viagens realmente longas representam uma fração muito pequena do total anual.
Outra pesquisa, desta feita em países europeus , mostra que a quilometragem diária média varia entre 40 e 80 km, dependendo do país, e que os veículos permanecem estacionados por mais de 16 horas por dia.
Os próprios autores concluem que estes padrões são compatíveis com a recarga lenta domiciliar dos veículos elétricos.
Estas pesquisas mostram que mesmo hoje há enorme potencial de substituição dos veículos convencionais a combustão por carros elétricos, e que as condições de viagem nos quais eles não são aplicáveis são cada vez mais escassas.
No entanto, o mercado ainda se pauta pelas exceções de uso. Um carro pode ser usado o ano todo apenas para pequenas viagens, como ir ao trabalho, ao supermercado ou levar e trazer as crianças da escola, mas o motivo pelo qual se alega o motivo da compra é aquele passeio que se faz com a família nas férias ou para talvez, um dia, quem sabe, se precise levar uma mesa para a casa da sogra (Obs.: sério, já ouvi essa conversa).
Esse paradigma pode se tornar economicamente insustentável e gerar outro, mais favorável aos elétricos mais racionais, conforme o preço da energia subir em função do possível encarecimento do petróleo.
Petróleo versus petróleo
O petróleo é um grande milagre sobre o qual edificamos a sociedade moderna atual por uma grande razão: ele é a fonte de inúmeros subprodutos de vital importância e que não possuem substitutos. Mas não é simplesmente isso.
Muitos subprodutos do petróleo vêm diretamente do processo de craqueamento do óleo bruto, como combustíveis, óleos, parafinas, plásticos, etc..
Outros produtos também podem ser obtidos por processos de reforma química a partir dos subprodutos básicos obtidos pelo processo de craqueamento. E aqui temos um ponto-chave que gera mais um ponto de pressão sobre os combustíveis para a mobilidade.
Aviação a jato, por exemplo, ainda é insubstituível. Há projetos de aviões elétricos, mas as pesadas baterias impõem limites significativos. Então, este importante meio de transporte não possui alternativa ao querosene de aviação.
O primeiro impacto que a aviação pode sentir está na eficiência de uso do combustível. Um avião de passageiros consome uma significativa quantidade de combustível para decolar. Voar nivelado a grandes altitudes não consome tanto combustível. Isso pode levar as companhias aéreas a abandonar rotas curtas, como a ponte aérea Rio-São Paulo. Em seu lugar, um trem rápido e alimentado por eletricidade seria muito mais eficiente.
No entanto, à medida que aumenta a pressão sobre a oferta de petróleo economicamente viável, torna-se necessário rebalancear o perfil de produção das refinarias para aumentar a disponibilidade de querosene de aviação e de outros derivados mais difíceis de substituir. Isso pode ser obtido por ajustes nos processos de conversão das frações do petróleo e no esquema operacional da refinaria, dentro dos limites impostos pela química do refino.
A demanda por querosene de aviação possui baixa elasticidade, pois atualmente não existem alternativas tecnicamente e economicamente viáveis para a aviação comercial em larga escala. Já os combustíveis destinados aos automóveis apresentam elasticidade muito maior. Assim, para manter a oferta de querosene compatível com a demanda, as refinarias podem privilegiar a produção dessa fração, reduzindo proporcionalmente a disponibilidade de gasolina e, em menor grau, de diesel. Essa mudança tende a pressionar os preços desses combustíveis, mas seus efeitos podem ser parcialmente compensados por uma frota crescente de veículos elétricos e híbridos, capazes de reduzir a demanda por derivados destinados ao transporte rodoviário.
Temos que considerar nessas contas que a aviação é apenas um exemplo entre vários outros. Existem aplicações do petróleo de maior valor estratégico e muito mais difíceis de substituir do que os combustíveis destinados aos automóveis. Como os descompassos entre oferta e demanda são equilibrados pelo preço das matérias-primas, a tendência é que, num cenário de restrição crescente, esses setores sejam progressivamente priorizados, em detrimento dos combustíveis destinados à mobilidade rodoviária.
A indústria farmacêutica também depende fortemente da petroquímica, seja para a produção de inúmeros princípios ativos, seja para solventes, reagentes, polímeros e materiais utilizados na fabricação e acondicionamento dos medicamentos.
Na área alimentar, estima-se que, em média, para cada unidade de energia disponibilizada na forma de alimento ao consumidor, cerca de dez unidades de energia sejam consumidas ao longo de toda a cadeia produtiva. Sob a ótica energética, trata-se de um sistema de baixa eficiência. No entanto, foi justamente essa intensa utilização de energia externa — na forma de fertilizantes, mecanização, processamento, transporte e refrigeração — que permitiu multiplicar a produtividade agrícola e sustentar uma população mundial superior a oito bilhões de habitantes, contrariando as previsões originais de Malthus.
A consequência é inevitável: à medida que cresce a competição pelos derivados de petróleo, o mercado tenderá a reservar esse recurso para aplicações onde ele continua insubstituível. A mobilidade rodoviária, justamente por possuir alternativas tecnológicas maduras, torna-se a principal válvula de escape desse processo.
No cômputo geral, o carro elétrico não libera petróleo; ele amplia a flexibilidade da indústria do refino. Já o carro a combustão tende a enfrentar combustíveis cada vez mais caros, à medida que derivados de maior valor estratégico passam a disputar a mesma matéria-prima.
Conclusão
Neste artigo são feitas maiores aproximações entre os fenômenos ligados ao petróleo de forma ampla para o caso que mais nos interessa: os combustíveis.
Desta discussão nasce uma avaliação puramente técnica sobre as pressões que os mercados clientes do petróleo sofrem, uma comparação do ponto de vista energético e econômico do futuro do carro convencional diante da eletrificação da mobilidade, e, num mundo onde o petróleo deixa de ser abundante, o automóvel deixa de ser o principal consumidor do petróleo para se tornar a principal válvula de ajuste que absorve as tensões entre oferta e demanda.
Daqui concluímos que, ao contrário do que pedem muitos cientistas para diminuirmos o uso de combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão, não é a mobilidade elétrica que irá desacelerar esse uso. Ela apenas irá gerar uma maior elasticidade de demanda que cresce atrelada às economias mundiais para que o sistema possa equilibrar sua oferta com o menor impacto possível.
Na próxima parte, faremos uma análise de como estes elementos irão impactar um país como os Estados Unidos, uma nação visceralmente movida a petróleo.
Até lá!
AAD
