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Novas tecnologias desafiam paradigma das montadoras

Mike Ramsey Publicado em 10.01.2011

Gasolina de madeira e fibra de carbono podem revolucionar

Diante dos padrões de consumo de combustível mais rígidos que a indústria automotiva começa a enfrentar em alguns países, os engenheiros do setor estão trabalhando em soluções de longo prazo para os principais problemas que afetam os modelos atuais: peso excessivo, motores ineficientes, fontes problemáticas de combustível para os carros a gasolina e limitações nas baterias nos modelos elétricos. A seguir, quatro tecnologias que podem melhorar a relação dos automóveis com o meio ambiente.

A primeira são as fibras de carbono. Baixar o peso de um carro é uma das melhores maneiras de diminuir o consumo de combustível. E uma maneira de reduzir o peso é substituir parte do aço no chassi do carro com fibra de carbono. Mas a fibra de carbono é cara demais para ser usada amplamente - ela custa pelo menos quatro vezes mais que o aço por peso. É por isso que seu uso é limitado a veículos de luxo como o Audi R8 e carros de corrida, assim como alguns aviões e carrinhos de golfe.

Agora, os cientistas esperam poder criar fibra de carbono compatível com uso automotivo usando um processo parecido ao do tricô. O desenvolvimento dessa nova técnica pode baixar o preço da fibra de carbono em até 25%. E reduzir o peso de um veículo pode permitir o uso de peças de suporte mais leves em outras partes do veículo. "Para cada 450 gramas que você diminui do peso de um veículo, geralmente há uma redução correspondente de 30% no peso necessário em outras áreas do veículo", disse Jay Baron, diretor do Centro para Pesquisa Automotiva em Ann Arbor, no Estado americano de Michigan, e especialista em materiais.

A fibra de carbono tem moléculas de carbono em filas paralelas, o que as torna extremamente resistentes. Esses minúsculos filamentos são entrelaçados em fibras que, por sua vez, são transformadas em tecidos. Esses tecidos são combinados com um químico adesivo e endurecidos para formar a forma final da peça do carro, como o capô ou a tampa do porta-malas.

A nova técnica do tricô foi desenvolvida no Laboratório Nacional Oak Ridge, no Tennessee. Os pesquisadores convenceram uma fábrica de linhas de tricô em Lisboa a dedicar parte de sua fábrica para o novo produto, disse David Warren, gerente de materiais de transporte em Oak Ridge.
Além da estrutura física dos carros, há o desafio da fonte de energia usada. Os primeiros veículos elétricos que circulam pelas estradas são limitados pelo alto custo e peso dos gigantescos módulos de baterias, necessários para armazenar um grande volume de eletricidade. Os cientistas que tentam melhorar o desempenho dessas baterias enfrentam as fundamentais limitações da química das baterias. Mas há um novo tipo de aparelho armazenador que baixa radicalmente o custo dos veículos híbridos e elétricos e também melhora o desempenho deles. Esse aparelho se chama ultracapacitor.

Parecido com os minúsculos capacitores há muito usados em eletrônicos como televisores, eles podem absorver grandes quantidades de eletricidade rapidamente e descarregá-las com a mesma agilidade. Os ultrapacitores funcionam em climas muito frios ou quentes, sem as limitações de temperatura das baterias. Eles também têm uma vida útil de milhares de recargas, ante alguns milhares nas baterias.

Além disso, os ultrapacitores são feitos de materiais inertes e abundantes como o carbono, em comparação com os metais raros como cobalto e lítio usados nas baterias. Também não existe a possibilidade de o ultracapacitor superaquecer e causar um incêndio, como já ocorreu em algumas baterias. Os aparelhos capturam elétrons num campo criado por placas de metal revestidas de carbono numa solução de eletrólise. As baterias, por outro lado, dependem de um processo químico que armazena os elétrons entre um ânodo e um cátodo.

As maiores limitações ao uso de ultracapacitores em carros são o custo e a carga limitada que podem armazenar quando comparados com as baterias. Mas isso está mudando. "Cinco anos atrás, eles eram considerados caros demais e havia questionamentos sobre nossa capacidade de produzi-los em massa", disse Mike Sund, vice-presidente de relações com investidores da fabricante de ultracapacitores Maxwell Technologies, de San Diego, Califórnia. "Nossos custos de fabricação caíram dois terços nos últimos três anos."

Os pesquisadores acreditam que os ultracapacitores podem substituir inteiramente as baterias nos veículos híbridos ou ser acopladas a baterias muito menores dos carros movidos inteiramente a eletricidade, cortando custos e aumentando a autonomia.

Outra evolução em termos de recurso energético são as empresas iniciantes que produzem gasolina a partir de madeira. À medida que o mundo busca alternativas para diminuir os gases do efeito estufa e outros poluentes, bem como aumentar a segurança energética, quase todas as propostas incluem mudanças gigantescas ou uma infraestrutura totalmente nova, como estações de recarga para veículos elétricos.

E se fosse possível produzir gasolina em fábricas que já existem? Não etanol, que precisa de quantidades vastas de água e energia em sua produção e é corrosivo. Gasolina de verdade.

Não é ficção científica. Várias empresas novas estão desenvolvendo tecnologias que produzem substitutos do petróleo ou os produtos básicos da gasolina a partir de biomassa, por meio de pirólise. Uma empresa americana, a KiOR Inc., já anunciou que pretende construir cinco refinarias no Mississippi para criar o "Re-Crude", um substituto do petróleo que pode ser refinado em diesel ou gasolina. Outra, a Annellotech, está construindo um protótipo de refinaria que produz compostos de gasolina diretamente de biomassa.

A KiOR não quis comentar. A empresa já tem uma pequena fábrica que ela tinha anunciado que produz 15 barris de petróleo por dia. A fábrica usa um reator que processa a biomassa de plantas usando um químico catalisador. A Annellotech, por sua vez, usa um processo parecido para transformar biomassa nos químicos básicos para produzir gasolina. Seu sistema se baseia numa pesquisa da Universidade de Massachusetts em Amherst.

A tecnologia é intrigante porque cria petróleo e outros petroquímicos como benzeno a partir de celulose - mas sem as problemáticas desvantagens de outros biocombustíveis. "Estamos produzindo gasolina. As moléculas que produzimos são exatamente as mesmas que compõem a produção à base de petróleo", disse George Huber, o químico da Universidade de Massachusetts que criou o processo usado pela Annellotech.

A maioria dos materiais vegetais podem ser usados, mas flocos de madeira e serragem são os melhores. Primeiro o material é desidratado e moído e depois é alimentado num reator de leito fluidizado, onde é aquecido no vácuo. Um catalisador químico barato chamado zeólito é aplicado à mistura e a transforma num gás de hidrocarboneto. Esse gás, por sua vez, pode ser transformado em gasolina. Enquanto isso, o catalisador é reciclado e realimentado no reator para mais um ciclo de processamento.

A Annellotech afirma que seu processo é tão barato que uma fábrica pode lucrar com a gasolina que produz contanto que o barril do petróleo esteja acima de US$ 30 - ele passou de US$ 90 esta semana.

Mas a tecnologia tem seus limites. A biomassa é tão pesada que não pode ser transportada de maneira eficiente, limitando o tamanho das usinas. Uma refinaria típica pode produzir cerca de 8 milhões de litros de derivados de petróleo por dia. A Annellotech quer construir uma usina que vai produzir no máximo cerca de 1 milhão de litros por dia.

Mas o universo automotivo também está repleto de variações do motor a combustão interna que ficaram pelo caminho. Uma alternativa que está atraindo atenção promete cortar o consumo de combustível em 50%.

A tecnologia propõe uma mudança aparentemente pequena em quando a gasolina é queimada dentro do motor. Mas essa mudança de fração de segundo tem um impacto grande na eficiência da operação do motor.

Quase todo motor a gasolina atual injeta um vapor de combustível no cilindro e, quando o pistão comprime o combustível e o oxigênio e aumenta sua temperatura e pressão, é gerada uma faísca que causa a explosão. O pistão é pressionado na direção oposta e impulsiona as engrenagens que movimentam as rodas. Mas a explosão na verdade acontece antes de o pistão atingir o topo do cilindro.

Uma empresa nova chamada Scuderi Groupcriou um motor que realiza a combustão depois de o pistão atingir o topo do cilindro. Essa mudança pode diminuir em até 50% o consumo de combustível quando o motor é acoplado a um turbocompressor e um pequeno tanque de ar, afirma a Scuderi.

A Scuderi, fundada por um engenheiro especializado em termodinâmica e sua família, está quase terminando de testar um protótipo para verificar como o motor opera em milhares de cenários diferentes. A pequena empresa de West Springfield, Massachusetts, afirma que seu projeto pode ser o caminho mais rápido para as montadoras alcançarem os elevados padrões de consumo de combustível que entrarão em vigor nos Estados Unidos.

As montadoras são obrigadas a reduzir o consumo médio de combustível para 15 km por litro até 2016. Para alcançar isso elas pretendem usar motores de alta compressão que são turbocomprimidos ou superalimentados - duas maneiras já existentes de aumentar a potência de um motor pequeno e de baixo consumo de combustível.

Mas o método da Scuderi modifica essa ratoeira. A empresa divide a compressão e a injeção de combustível num cilindro e a combustão e exaustão noutro. Os motores atuais usam o mesmo cilindro para as duas tarefas, mas a combustão só ocorre na segunda revolução do pistão.

O motor de ciclo dividido não é uma má idea e já mostrou em laboratório que proporciona uma melhoria apenas modesta no consumo de combustível. Mas com o pequeno tanque de ar, que realmente armazena energia e ajuda a manter a alta compressão, o motor passa a gerar economia considerável no consumo de combustível.

O motor já atraiu o interesse da HondaMotor Co. e da Daimler AG, entre outras, e a empresa espera poder licenciar a tecnologia para a primeira montadora neste semestre, disse Sal Scuderi, presidente da empresa e filho do fundador, Carmelo Scuderi. Representantes das duas montadoras não quiseram comentar.

Scuderi, cujo pai morreu em 2002, disse que a empresa assinou acordos de confidencialidade com nove montadoras que expressaram interesse, mas não pode revelar quais por causa dos contratos. A empresa também conseguiu captar US$ 65 milhões de investidores, disse ele.

"Eles mostraram um progresso real", disse Lindsay Brooke, editor sênior de tecnologia da revista da Sociedade de Engenharia Automotiva. "Mas fica muito difícil convencer o mundo a mudar para outra coisa quando há bilhões já investidos" numa outra tecnologia.

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Fonte: The Wall Street Journal, no Valor Econômico