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EDGAR BARASSA
TRAJETÓRIA TECNOLÓGICA DO VEÍCULO ELÉTRICO: ATORES, POLÍTICAS E ESFORÇOS TECNOLÓGICOS NO BRASIL
CAMPINAS 2015
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NÚMERO: 336/2015 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
EDGAR BARASSA
“TRAJETÓRIA TECNOLÓGICA DO VEÍCULO ELÉTRICO: ATORES, POLÍTICAS E ESFORÇOS TECNOLÓGICOS NO BRASIL”
ORIENTADORA: PROF(A). DR(A). FLÁVIA LUCIENE CONSONI DE MELLO
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO APRESENTADA AO INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS DA UNICAMP PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM POLÍTICA CIÊNTÍFICA E TECNOLÓGICA
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO EDGAR BARASSA E ORIENTADA PELA PROF(A). DR(A). FLÁVIA LUCIENE CONSONI DE MELLO
CAMPINAS 2015
Ficha catalográfica
Universidade Estadual de Campinas Biblioteca do Instituto de Geociências Márcia A. Schenfel Baena - CRB 8/3655
Barassa, Edgar,
1991-B231t BarTrajetória tecnológica do veículo elétrico : atores, políticas e esforços tecnológicos no Brasil / Edgar Barassa. – Campinas, SP : [s.n.], 2015.
BarOrientador: Flávia Luciane Consoni de Mello.
BarDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociências.
Bar1. Veículos elétricos. 2. Veículos elétricos híbridos. 3. Indústria automobilística. 4. Inovações tecnológicas. 5. Automóveis - Comércio. I. Consoni, Flávia
Luciane,1973-. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Geociências. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Technological path of electric vehicle : players, policies and technological efforts in Brazil
Palavras-chave em inglês: Electric vehicles
Hybrid electric vehicles Automobile industry Technological innovation Automobile industry and trade
Área de concentração: Política Científica e Tecnológica Titulação: Mestre em Política Científica e Tecnológica Banca examinadora:
Flavia Luciane Consoni de Mello Leda Maria Caira Gitahy
Gabriela Scur da Silva Data de defesa: 30-04-2015
Programa de Pós-Graduação: Política Científica e Tecnológica
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
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A José Roberto Guimarães Júnior, eterno Zé. Um amigo que perdemos, um anjo que ganhamos. Mesmo acreditando que nos encontraremos novamente, o vazio que deixou entre nós permanece. E isso dói.
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AGRADECIMENTOS
Chegou o momento de agradecer a todos que participaram comigo desta jornada. Acredito que a redação dos agradecimentos seja uma tarefa tão complexa quanto a própria elaboração de uma dissertação. Porém, minha felicidade é saber que em uma estrutura deste tipo de trabalho há espaço também para agradecer estas pessoas especiais, e não fazê-lo seria uma injustiça.
São incontáveis as pessoas que me acompanharam e contribuíram para a realização deste trabalho. Em primeiro lugar, uma pessoa fundamental nestes anos de formação acadêmica foi a Profa. Solange Corder, minha orientadora de iniciação científica e uma das principais responsáveis pelo meu interesse na pós-graduação. Sempre me lembrarei dos valiosos conselhos dados e das incontáveis horas de conversa a respeitos dos caminhos que nós podemos traçar nesta vida. Assim, registro minha gratidão a Solange.
Agradeço também aos demais professores da Faculdade de Ciências Aplicadas por tudo o que fizerem em prol de minha formação acadêmica.
Em especial, agradeço a minha orientadora Flávia L. Consoni. Adentrar no campo das novas tecnologias de propulsão da indústria automobilística foi um processo árduo e doloroso, haja vista minha inexperiência pessoal em relação ao tema. Foram diversos desafios, seja pela via da complexidade do tema, ou pela via da escassez de estudos do segmento. Não posso deixar de destacar a disposição e entusiasmo da Flávia no sentido de enfrentar comigo todos estes obstáculos. Além dos trabalhos realizados em conjunto, a prof. Flávia sempre se colocou como uma amiga em todos os momentos. Assim, saliento meu agradecimento a Flávia.
Ao apoio da secretaria de pós-graduação: Val, Adriana e todo o corpo técnico do Instituto de Geociências, que prestaram seu suporte e foram indispensáveis nesta trajetória, fazendo com que a vida de um aluno seja bem menos complexa e burocrática.
A todos os professores do DPCT coloco meu agradecimento. Em especial sou grato à profa. Leda e ao prof. André Furtado por todas as discussões e conselhos valiosos. Aos professores de minha banca de qualificação, prof. Leda e Prof. Luiz Artur Pecorelli Peres e
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de defesa, prof. Leda e prof. Grabriela Scur da Silva, também exalto gratidão e reconhecimento.
Por outro lado, o apoio financeiro a esta pesquisa que recebi da CAPES foi indispensável para que pudesse me dedicar integralmente a esta atividade. Registo meu agradecimento a esta instituição.
Aos meus amigos que adquiri ao longo de minha pós-graduação: Diego Moraes, Altair Oliveira, Tildo Furlan, Renan Leonel, Marco Antonio, Daniela Pinheiro, Beatriz Florence, Luís Lucas, Drielli Peyerl e Talita Guadagnini. Aos amigos de toda uma vida em Amparo: Vitor Oliveira, Guilherme Kassouf, Pancrácio Santos, Luand Piassa. Aos amigos de toda uma vida chamada Graduação: Lucas Mobílio, Bernardo Alleoni, Victor Bertone, Guilherme Bassolli, David Freire e tantos outros. Aos familiares: meu irmão Eduardo Barassa e meu primo e padrinho, Evandro Barazza. Por fim, aos incontáveis moradores que passaram pela República Zero Bala. Deixo registrado meus profundos agradecimentos a todos vocês que sempre farão parte da minha vida.
Aos momentos de lazer, que atenuaram todas as aflições e angústias inerentes em qualquer pós-graduação, agradeço aos bares Star Clean, Estação Barão, Casa São Jorge, Dona Neusa e não menos importante todos os cantores do sertanejo universitário que forneceram a mim e aos meus amigos as melhores trilhas sonoras para os nossos momentos.
E por fim, acreditando que seja o agradecimento mais importante, meus pais: Valdemar e Célia. Nada seria possível sem eles. Sempre me apoiaram em todas as decisões que escolhi e caminhos que tracei. Ao mesmo tempo, me ensinaram os valores humanos e morais, todos fundamentais, que irei levar para toda a minha vida. Registro aqui meu profundo agradecimento.
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“Os inventores dos automóveis e precursores do automobilismo sequer imaginaram que um dia estas máquinas [automóveis] pudessem ir além de um simples instrumento de transporte, acabando por se apoderar de nossos sonhos, nossas aspirações e de nossas paixões.”
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
TRAJETÓRIA TECNOLÓGICA DO VEÍCULO ELÉTRICO: ATORES, POLÍTICAS E ESFORÇOS TECNOLÓGICOS NO BRASIL
RESUMO
Dissertação de Mestrado Edgar Barassa
A indústria automobilística global está passando por um período de reestruturação, a qual deverá contemplar o uso de tecnologias alternativas às tradicionais com o propósito de aumentar a eficiência energética dos veículos e paralelamente reduzir as emissões de poluentes. Neste contexto, os veículos elétricos (VE) caracterizam-se como uma das alternativas possíveis frente a este cenário de novas demandas. Essa dissertação avança nesta temática ao investigar, descrever e analisar a trajetória histórica, tecnológica e de mercado do veículo elétrico. Para o aprofundamento ao tema, observou-se a competição tecnológica pelo sistema de propulsão dominante, que ocorreu entre: 1) o motor a vapor; 2) os conversores eletromecânicos de energia (motores elétricos); e 3) os motores a combustão interna, sendo o último caracterizado como vencedor. Ao longo dos 50 anos que seguiriam a partir do fechamento do motor a combustão interna em 1920 como paradigma tecnológico, os veículos elétricos praticamente desaparecem. O projeto do veículo elétrico só foi retomado a partir da década de 1970, com os estímulos vindos da agenda ambiental, da poluição do ar e seus impactos na saúde pública e do aumento do uso dos combustíveis fósseis. Porém, será a partir do século XXI que o segmento dos veículos elétricos irá ascender tanto do lado tecnológico quanto de mercado. Foram observadas três configurações mais promissoras a respeito da tecnologia dos veículos elétricos: a bateria, híbrido e a células a combustíveis. As três configurações apresentam barreiras e desafios, os quais estão sendo sistematicamente trabalhados pelas empresas que estão dispensando esforços para o segmento. Isto é observado com base na evolução das patentes publicadas sobre veículos elétricos e suas tecnologias. Sendo assim, é possível, ainda, constatar a evolução das vendas dos veículos elétricos nos Estados Unidos, Japão e em um pequeno número de países europeus. O êxito mercadológico fica para os modelos híbridos, com vendas sete vezes superiores aos veículos elétricos a bateria. Transpondo esta discussão para o contexto brasileiro atual, salientamos que o Brasil possui os atores (órgãos governamentais, empresas e instituições públicas de pesquisa) e condições (mercado automobilístico consolidado e know-how) necessários para a formação de um complexo automobilístico voltado aos veículos elétricos, porém as ações em curso no país são pontuais. Ainda que tais iniciativas possam favorecer a criação de competências específicas para o veículo elétrico, elas se mostram pouco efetivas para criar as condições que permitam o Brasil ocupar posição de destaque neste mercado. Ao menos que se projete um rol de políticas claras de apoio e suporte ao desenvolvimento de tecnologias locais destinadas ao veículo elétrico, poucos avanços serão conquistados neste campo tecnológico.
Palavras-chaves: Veículos elétricos; Veículos elétricos híbridos; Indústria automobilística;
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UNIVERSITY OF CAMPINAS INSTITUTE OF GEOSCIENCE
TECHNOLOGICAL PATH OF ELECTRIC VEHICLE: PLAYERS, POLICIES AND TECHNOLOGICAL EFFORTS IN BRAZIL
ABSTRACT
Masters Degree Edgar Barassa
Automobile industry across the world is undergoing structural change. Advances in emission regulations and the effects of oil price fluctuations are forcing carmakers towards new product programs that use new technologies in order to increase the energy efficiency of vehicles, reduce emissions and decrease environment impacts. In this context, electric vehicles have been considered as one of the possible alternatives for this scenario of new demands. This dissertation advances on this topic to investigate, describe and analyze the historical and technological trajectories and market behavior of the electric vehicle. It was observed a technological competition by dominant propulsion system, that had occurred among: 1) the steam engine; 2) electromechanical energy converters (electric motors); and 3) internal combustion engines, the last being characterized as the most used. Throughout the following 50 years from the engine closure based on the internal combustion in 1920, electric vehicles practically disappeared. The electric vehicle project was only resumed after the 1970s, due to the environmental agenda, the air pollution and its impacts on public health and the increase of fossil fuels prices. However, in the 21st century, the segment of electric vehicles has ascended in both technological and market fields. Therefore, it is possible to identify the three most promising settings about electric vehicle technology: battery electric vehicle, hybrid vehicle and fuel cells vehicle. The three configurations have obstacles and challenges, which are being systematically tackled by companies that are dispensing efforts for the segment, based on the evolution of patents published concerning the electric vehicles and their technologies. Thus, it is possible to verify the evolution of the electric vehicles selling in the United States, Japan and a few European countries. The world market success is related to hybrids models, selling seven times more than the battery electric vehicle. In the current Brazilian context, the country has the government agencies, companies and public research intuitions and had the conditions (mature automobile market and know-how) for the formation of an automobile complex of electric vehicles, with off actions. Although such initiatives may favor the creation of specific competencies for electric vehicle, they show little effective to create conditions for the Brazil occupy a prominent position in this market. It should be projected a list clear policies to support the development of local technologies for the electric vehicle, or few advances will be achieved in this technological field.
Keywords: Electric vehicles; Hybrid electric vehicles; Automobile industry;
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SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ... xix
LISTA DE GRÁFICOS ... xxi
LISTA DE SIGLAS ... xxiii
LISTA DE TABELAS ... xxv INTRODUÇÃO ... 1 Objetivos ... 2 Objetivo principal ... 2 Objetivos específicos... 2 Justificativa ... 3 Hipótese de Pesquisa ... 3 Abordagem Teórica ... 4
Path Dependence e Lock-in tecnológico ... 4
Sistemas Setoriais de Inovação ... 6
Metodologia ... 8
Estrutura da Dissertação ... 15
CAPÍTULO 1 - OS CAMINHOS DA TECNOLOGIA AUTOMOBILÍSTICA: UMA ANÁLISE HISTÓRICA DA COMPETIÇÃO PELO SISTEMA DE PROPULSÃO VEICULAR DOMINANTE ... 17
1.1. Introdução ... 17
1.2. Os anos de formação da indústria automobilística global (1885-1905) ... 18
1.2.1. A inserção da máquina a vapor nos automóveis ... 20
1.2.2. O conversor eletromecânico de energia (motor elétrico) ... 21
1.2.3. O motor a combustão interna... 22
1.3. A competição entre os motores a vapor, elétrico e a combustão interna (1905-1920).. ... 24
1.4. A consolidação do motor a combustão interna como paradigma tecnológico predominante (1920- 1973)... 26
1.5. O questionamento do motor a combustão interna e a retomada do projeto do veículo elétrico em âmbito global pós 1973 ... 29
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1.5.1. A agenda ambiental - pós 1970 ... 29
1.5.2. O aumento gradual do custo dos combustíveis fósseis ... 31
1.5.3. A questão da saúde pública relacionada aos veículos elétricos ... 32
1.5.4. Exemplos de políticas públicas adotadas a partir da década de 1970 em prol da retomada do veículo elétrico ... 33
Considerações Finais ... 36
CAPÍTULO 2 - A TRAJETÓRIA TECNOLÓGICA E COMERCIAL DO VEÍCULO ELÉTRICO NOS ANOS 2000 ... 39
2.1 Introdução ... 39
2.2 O veículo elétrico no início do século XXI: tipos, configurações mecânicas e tecnologias fundamentais ... 40
2.3. O desenvolvimento tecnológico do veículo elétrico: uma análise a partir de dados sobre patentes (1994-2014) ... 44
2.4. O mercado para os veículos elétricos: uma análise a partir de dados sobre vendas no período 1999- 2013 ... 52
Considerações Finais ... 59
CAPÍTULO 3 - O BRASIL FRENTE AO SEGMENTO DOS VEÍCULOS ELÉTRICOS: UMA ANÁLISE DAS INICIATIVAS E AÇÕES EM CURSO NO PAÍS ... 63
3.1. Introdução ... 63
3.2. As iniciativas da dimensão do Estado ... 65
3.2.1. Políticas de Demand-Pull ... 68
3.2.2. Políticas de Technology-Push ... 71
3.3. Iniciativas da dimensão Empresa ... 75
3.3.1. O Papel das Montadoras ... 75
3.3.2. O Papel das Associações ... 80
3.4. Iniciativas da dimensão das ICTs ... 83
Considerações Finais ... 88
CONCLUSÃO ... 91
REFERÊNCIAS ... 95
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Objetivo principal, objetivos específicos e metodologia adotada ... 8
Figura 2 - Folder demonstrando a patente concedida a Karl Friedrich Michael Benz ... 19
Figura 3 - Primeira locomotiva a vapor, construída em 1804 pelo engenheiro inglês Richard Trevithick (1771 – 1833) ... 20
Figura 4 - Automóvel elétrico híbrido, cujo sistema ficou conhecido como Lohner-Porsche - início de 1900 ... 22
Figura 5 - Exemplo de motor a combustão interna do tipo quatro tempos ... 23
Figura 6 - Grupos de Veículos Elétricos ... 40
Figura 7 - Nissan LEAF, modelo 2014 ... 58
Figura 8 - Toyota PRIUS, modelo 2014 ... 59
Figura 9 - Atores envolvidos com a promoção do Veículo Elétrico no Brasil... 65
Figura 10 - IPVA diferenciado para o veículo elétrico ... 71
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Evolução das publicações de famílias de patentes de tecnologias relacionadas
aos veículos elétricos (1994-2013) ... 46
Gráfico 2 - Empresas e instituições com patentes de tecnologias dos veículos elétricos
(1994- 2013) ... 48
Gráfico 3 - Distribuição de publicações de famílias de patentes por escritórios locais
(países) e regionais (1994 – 2014) ... 50
Gráfico 4 - Publicações de famílias de patentes por tecnologia (1999 – 2013) ... 51 Gráfico 5 - Evolução global das vendas de veículos elétricos a bateria, híbridos e plug-in 53 Gráfico 6 - Vendas de veículos elétricos a bateria e híbridos plug-in por países em 2013 . 55 Gráfico 7 - Montadoras de veículo elétrico a bateria e veículo elétrico híbrido plug-in e
participação de mercado (2013) ... 57
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LISTA DE SIGLAS
Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL
Associação Nacional de Fabricantes de Veículos Automotores ANFAVEA Associação Brasileira de Engenharia Automotiva AEA
Associação Brasileira do Veículo Elétrico ABVE
Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social BNDES
California Air Resource Board CARB
Completely Knocked Down CKD
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq
Departamento Nacional de Trânsito DENATRAN
Departamento Estadual de Trânsito DETRAN
Desenvolvimento Sustentável DS
Electric Drive Transportation Association EDTA
Financiadora de Estudos e Projetos FINEP
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE
International Energy Agency IEA
Imposto Privado sobre Veículos Automotor IPVA
Institutos de Ciência e Tecnologia ICT
Instituto Nacional de Eficiência Energética INEE
Instituto Nacional de Propriedade Intelectual INPI
Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC
International Patent Classification IPC
Imposto sobre Produtos Industrializados IPI
Motor de combustão interna MCI
Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação MCTI
Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior MDIC
Ministry of International Trade and Industry MITI
Pesquisa e Desenvolvimento P&D
xxiv
Produto Interno Bruto PIB
Programa de Sustentação do Investimento PSI
Sistema Brasileiro de Tecnologia SIBRATEC
Sistema de Inovação SI
Sistema Setorial de Inovação SSI
Society of Automobile Engineering Brasil SAE Brasil
The International Council on Clean Transportation ICCT
Veículo Elétrico VE
Veículo Elétrico Híbrido VEH
Veículo Elétrico Híbrido a células a Combustível VEHCC
Veículo Elétrico Híbrido plug-in VEHP
xxv
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Empresas entrevistadas e segmentos de atuação (2014) ... 13 Tabela 2 - Tipos de veículos elétricos ... 42 Tabela 3 - Principais exemplos de políticas de demand-pull e technology-push ... 66 Tabela 4 - Classificação das políticas e instrumentos encontrados no Brasil (2014) ... 67 Tabela 5 - Empresas parceiras da Rede Sibratec ... 73 Tabela 6 - As montadoras e seus veículos comercializados ... 75 Tabela 7 - Pequenas empresas e start-ups que produzem veículos elétricos ... 79 Tabela 8 - Organizações de promoção ao veículo elétrico no Brasil ... 80 Tabela 9 - Grupos de pesquisa voltados ao veículo elétrico no Brasil ... 83 Tabela 10 - Grupos de pesquisa voltados às tecnologias dos veículos elétricos no Brasil .. 85
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INTRODUÇÃO
A agenda ambiental e a pressão para que as Empresas/Estados/Países adotem práticas mais sustentáveis e com menor impacto ao meio ambiente vêm impondo à indústria automobilística global a necessidade de adoção de novas tecnologias alternativas às tradicionais (MELLO, MARX E SOUZA, 2013).
No centro deste debate, coloca-se como uma necessidade a redução do uso dos combustíveis fósseis, responsáveis pela emissão de poluentes na atmosfera e de problemas relacionados à saúde pública.
Essa necessidade tem sido acompanhada pela implementação de um conjunto de políticas públicas e instrumentos de regulação, que vêm impondo padrões de emissão para os veículos comercializados, e ainda, por uma emergente classe de consumidores que optam por adquirir veículos com o apelo “amigável” ao meio ambiente (FREYSSENET, 2011)
Como resposta a este cenário competitivo, empresas fabricantes de veículos automotores e fornecedoras de componentes têm direcionado esforços em Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) para a concepção e produção de veículos mais eficientes, menos poluentes e com menos impactos negativos ao meio ambiente (MELLO, MARX E SOUZA, 2013).
No âmbito das possibilidades tecnológicas que a indústria automobilística pode optar, os veículos elétricos (VE) em suas diversas configurações tecnológicas – a bateria (VEB), híbridos (VEH) e a células a combustível (VEHCC)- caracterizam-se como uma opção para este cenário de novas demandas. Define-se um veículo elétrico como aquele cuja propulsão de pelo menos uma de suas rodas ocorre por meio de um motor elétrico (CHAN, 2007; ABVE, 2014).
A configuração mecânica proposta pelos veículos elétricos difere substancialmente dos veículos movidos ao motor a combustão interna (MCI). Os veículos elétricos diminuem a pressão sobre a demanda por combustíveis fósseis - dado que utilizam a eletricidade para gerar movimento- e reduzem a emissão dos gases de efeito estufa pelos automóveis- pois não há queima de combustíveis no processo (CHAN, 2007; ABVE, 2014). Ou seja, trata-se
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de uma tecnologia de ruptura uma vez que permite romper com o aprisionamento junto às tecnologias relacionadas ao motor a combustão interna e seus subsistemas.
Face a este contexto, algumas questões se colocam: como tem se dado a trajetória tecnológica do veículo elétrico? Quais são as configurações mecânicas e rotas tecnológicas mais promissoras? Qual é o comportamento de mercado deste segmento? Quais são os países que vêm se destacando no desenvolvimento e comercialização do veículo elétrico? Trazendo a discussão para o caso brasileiro, o país apresenta condições para atuar no segmento dos veículos elétricos? Quais são as iniciativas em curso e ações desempenhadas pelo Brasil em prol do desenvolvimento dos veículos elétricos?
Objetivos
Objetivo principal
O breve panorama traçado em relação ao veículo elétrico e as questões acima apresentadas nortearam o objetivo central dessa dissertação, qual seja: investigar,
descrever e analisar a trajetória histórica, tecnológica e de mercado do veículo elétrico. Contempla-se na presente proposta os veículos elétricos do tipo rodoviário, que
são aqueles que utilizam estradas e rodovias para o seu deslocamento.
Objetivos específicos
A partir deste direcionamento, são definidos seis objetivos específicos:
1. Analisar parte da História da Tecnologia Automobilística, a qual aborda a competição histórica entre os sistemas de propulsão possíveis;
2. Explorar os condicionantes e estímulos que guiaram à retomada do veículo elétrico no século XXI;
3. Identificar quais países foram/são protagonistas do desenvolvimento do veículo elétrico e averiguar as razões para isso;
3
4. Investigar a evolução das tecnologias para os veículos elétricos: configurações mecânicas disponíveis, principais empresas/instituições ofertantes destas tecnologias, rotas tecnológicas em curso e possibilidades em aberto;
5. Caracterizar o comportamento recente do mercado para o veículo elétrico: vendas acumuladas, tipos em comercialização e distribuição geográfica dos mercados;
6. Analisar o Brasil frente ao contexto dos veículos elétricos a partir das dimensões: Estado, Empresas e Instituições de Ciência e Tecnologia.
Justificativa
Dessa forma, complementa-se ainda o fato da escolha do veículo elétrico, como objeto de pesquisa, o qual se deu, em primeiro lugar, porque é o tipo de veículo cujo mercado vem crescendo de forma mais acelerada nas duas últimas décadas e cuja tecnologia de propulsão baseada na “eletrificação” está sendo desenvolvida de maneira significativa (IEA, 2013; ICCT, 2014).
Em segundo lugar, pela importância em entender qual está sendo o posicionamento de outros países bem como do Brasil frente a este novo cenário de reestruturação pelo qual a indústria automobilística global está passando. Ao mesmo tempo, observa-se que as indefinições e desafios existentes para o segmento do veículo elétrico, seja no âmbito comercial como tecnológico, se configuram como uma janela de oportunidades em aberto para aqueles atores que almejam conquistar alguma liderança neste segmento.
Hipótese de Pesquisa
Esta dissertação busca validar a hipótese de pesquisa segundo a qual o segmento
dos veículos elétricos aparece como uma opção promissora ao se pensar no futuro e nas novas demandas para a indústria automobilística global.
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Abordagem Teórica
Para contemplar os objetivos assinalados, a execução do trabalho envolveu a utilização de um quadro teórico com duas abordagens conceitualmente distintas: path dependence (trajetória dependente) e sua ligação com lock-in tecnológico e o conceito de Sistema Setorial de Inovação (SSI).
No intuito de entender a dinâmica das tecnologias de propulsão na indústria automobilística e os condicionantes que levaram o motor a combustão interna a se tornar o paradigma tecnológico dominante bem como compreender as dificuldades em romper com esta tecnologia vigente por meio de tecnologias concorrentes, a pesquisa se apoiou nos estudos de path dependence (DAVID, 1985; ARTHUR, 1989, COWAN & HULTEN, 1996) e lock-in tecnológico (UNRUH, 2000, 2001, 2002).
A noção de Sistemas Setoriais de Inovação fornecida por Malerba (2002) orienta o recorte utilizado para o caso brasileiro e permitiu entender a lógica por trás das ações e iniciativas em curso no país de acordo com a perspectivas de um tripé composto por (1) Estado, (2) Empresas e (3) Instituições de Ciência e Tecnologia.
A seguir, são descritas as duas abordagens utilizadas no trabalho a partir da apresentação de seus conceitos principais, bem como a metodologia utilizada no trabalho correlacionando a trajetória teórica e empírica com as principais questões que nortearam o desenvolvimento do trabalho.
Path Dependence e Lock-in tecnológico
O conceito de path-dependence apareceu nos trabalhos seminais de David (1985) e Arthur (1989) com o intuito de explicar trajetórias de tecnologias. O termo path-dependence pode ser traduzido como trajetória dependente ou dependência da trajetória, porém a literatura brasileira vem adotando o formato na língua inglesa, assim manter-se-á padrão igual no presente trabalho. David (1985) utilizou o conceito de path-dependence para analisar a escolha do padrão de teclado QWERTY em detrimento do padrão DVORAK, argumentando que a escolha pelo padrão QWERTY ocorreu devido as
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interconexões na produção e na demanda do mercado de datilografia findadas no fim do século XIX, e não por questões de eficiência e praticidade de uso.
Outros trabalhos posteriormente transcenderam a esfera da tecnologia para explicar as trajetórias de desenvolvimento das instituições1. Com base nos argumentos de Cowan e Húlten (1996), o caminho responsável por um estado de path-dependence geralmente inicia-se com um determinado evento ou uma sequência de eventos.
Uma vantagem inicial que uma tecnologia proporciona pode vir a desencadear o efeito “bola de neve”, que impulsiona outras empresas a adotar determinada tecnologia. Como causas do path-dependence, North (1990, p. 94) destaca:
“os custos fixos significativos, provocando uma redução expressiva dos custos à medida que a produção aumenta; os efeitos de aprendizagem; os efeitos de coordenação, derivados da cooperação entre agentes que enfrentam o mesmo tipo de situação; e as expectativas adaptativas”.
Uma vez escolhido o caminho que uma tecnologia irá seguir, há a atuação dos mecanismos auto-reforçantes, exemplificados pelas combinadas interações entre sistemas tecnológicos e instituições de suporte, gerando um estado de aprisionamento tecnológico (lock-in). A partir deste ponto, a mudança para um novo padrão tecnológico se torna algo complexo (UNRUH, 2000, 2001, 2002).
Shikida e Perosa (2012) complementam a argumentação do path-dependence destacando a não aleatoriedade das escolhas tecnológicas:
“a ideia, base para o entendimento da proposta da dinâmica do progresso técnico da firma, é que a busca por novas rotinas e trajetórias tecnológicas não é randômica nem aleatória, seguindo alguns elementos que permitem que as apostas não sejam ad hoc, mas considera a cumulatividade do conhecimento, o aprendizado, entre outros elementos que guiam as escolhas (como interações organizacionais), de forma que a história importa. Ou seja, as empresas descartam rotinas antiquadas, incorporam novas, outras são aprendidas e/ou apreendidas” Em suma, a ideia de path-dependence traz uma importante contribuição para a presente dissertação uma vez que, conforme descrito adiante, a competição entre os sistemas de propulsão possíveis na indústria automobilística ilustra um caso típico deste conceito.
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6 Sistemas Setoriais de Inovação
Com base nas barreiras e desafios que o veículo elétrico possui, seja no âmbito de sua consolidação no mercado, seja no aperfeiçoamento de sua tecnologia, é possível afirmar que o desenvolvimento do veículo elétrico não depende somente dos esforços das empresas que compõem o setor automobilístico, mas de um conjunto de organizações que transcendem a esfera corporativa, além do importante papel das instituições, do Estado e dos conjuntos de conhecimentos que envolvem este processo.
Esse princípio está alinhado com o conceito de Sistema Setorial de Inovação (SSI), que refere-se a uma agregação de produtos e agentes (de mercado ou externo a ele) com múltiplos níveis de agregação, que compartilham uma base de conhecimentos específica e cujas interações visam a produção e comercialização de produtos com tecnologias semelhantes (MALERBA, 2004). Breschi e Malerba (1997) foram os formuladores da abordagem de Sistema Setorial de Inovação2, sendo aperfeiçoada posteriormente por outros trabalhos (MALERBA, 2002, 2004 E 2005; MALERBA; MANI, 2009).
Justifica-se a escolha do conceito de Sistemas Setoriais de Inovação devido a sua amplitude, versatilidade e adequação do conceito para a análise da dinâmica da inovação e da produção, as quais serão trabalhadas aqui. Ademais, o conceito dos SSI se atenta para as particularidades existentes entre as estruturas produtivas de um país, partindo do pressuposto de que há uma heterogeneidade estrutural entre segmentos produtivos dos países, principalmente aqueles em desenvolvimento.
Por sistema, entende-se o agrupamento dinâmico de variáveis que interagem entre si visando a manutenção e evolução, tanto em termos qualitativos como quantitativos, de uma estrutura e processos específicos. A abordagem dos SSI entende que são vários elementos
2 É preciso destacar que a Teoria dos Sistemas Setoriais de Inovação (SI) é um desmembramento da Teoria
dos Sistemas de Inovação (SI) (FREEMAN, 1988; EDQUIST; 1997) que se define como uma rede de organizações, sejam elas públicas e privadas, cujas atividades e relacionamentos criam, importam, modificam e difundem novas tecnologias. Mesmo que o campo de estudos sobre os SI, embora recente na literatura, se apresenta amplo e abrange diversas correntes conceituais, exemplificadas pelas abordagens: Sistemas Nacionais de Inovação, Sistemas de Inovação Regionais; Sistemas de Aprendizado; e por fim, Sistemas Setoriais de Inovação.
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que interferem na dinâmica inovativa e da produção de um setor, porém o conceito sublinha as empresas como os principais condutores da inovação.
De acordo com Mattos (2011, p.15)
“Os agentes que compõem o sistema setorial são organizações e indivíduos (consumidores, cientistas, etc). As organizações podem ser firmas (usuárias, produtoras, fornecedoras de insumos, etc) e não firmas (universidades, instituições de financiamento, agências governamentais, associações de classe, etc) incluindo sub-unidades de grandes organizações (departamentos de P&D ou produção). Agentes são caracterizados por processos específicos de aprendizado, competências, crenças, objetivos, estruturas organizacionais e comportamentos. Eles interagem através de processos de comunicação, troca, cooperação, competição e comando e a interação é formatada por instituições (regras e regulações)...”
Em um SSI não há uma delimitação geográfica pré-definida, podendo coexistir num mesmo sistema setorial diversas regiões ou países. Por setor, define-se como um aglomerado de empresas heterogêneas que estão agrupadas por processos produtivos semelhantes ou por um grupo de produtos interligados e que compartilham e intercambiam conhecimentos em comum (MALEBRA, 2002).
Para Malerba e Mani (2009) um SSI, é dividido em três blocos: (1) Instituições envolvidas no sistema (normas, rotinas, hábitos, práticas estabelecidas, regras, leis e demais atitudes que condicionam a visão, os gostos e o comportamento das organizações (e demais atores) e da demanda; (2) atores envolvidos (caracteriza os agentes envolvidos em um SSI e as relações entre eles, destacando a função que cada um possui na dinâmica inovativa e (3) o regime tecnológico e a base de conhecimentos utilizada pelo setor (procedimentos e características das estratégias de inovação das firmas).
A partir dessas dimensões, pode-se construir uma análise multidimensional que consiga captar a evolução conjunta das dimensões envolvidas, ou seja, das interações entre os vários elementos ligados aos processos de criação, replicação e seleção que formam o ambiente setorial dinâmico. Estes elementos definem a competitividade setorial, a estrutura de mercado, os padrões de inovação e suas transformações ao longo do tempo (MALERBA, 2002).
8 Objetivos específicos
Metodologia
Metodologia
A metodologia utilizada está associada aos objetivos específicos da dissertação e por isso combina vários métodos de coleta de informações, conforme descrito na Figura 1 e detalhado em seguida.
Figura 1 - Objetivo principal, objetivos específicos e metodologia adotada
Fonte: Elaboração própria
Objetivos Específicos 1, 2, 3: Análise da História da Tecnologia Automobilística;
condicionantes para a retomada do veículo elétrico e identificação dos países relevantes para o segmento
Para o alcance do primeiro, segundo e terceiro objetivo específico, utilizou-se do método descritivo (análise e correlação dos fatos) a partir de fontes primárias e secundárias,
Análise de dados de
patentes Análise de fontes primárias e secundárias
(sites, revistas, teses, dissertações, etc...)
Elaboração de bancos de dados e gráficos 1. Análise de políticas 2.Entrevistas presenciais 3. Busca por Grupos de Pesquisa/ CNPq
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o que inclui dados coletados de sites específicos, publicações em revistas, teses, dissertações.
A partir das contribuições de Hoyer (2008); Chan (2007); Mowery e Rosenberg (2005); Cowan e Húlten (1996), Anderson & Anderson (2010), os quais abordam a História da Tecnologia Automobilística, tornou-se possível organizar a análise da competição tecnológica por meio de quatro fases distintas, situadas em diferentes períodos históricos e que caracterizam a trajetória cronológica adotada neste trabalho, conforme: 1) Os anos de formação da indústria automobilística global (1885-1905); 2) A competição entre os motores a vapor, elétrico e a combustão interna (1905-1920); 3) A consolidação do motor a combustão interna como paradigma tecnológico predominante (1920-1973); e 4) O questionamento do motor a combustão interna e a retomada do projeto do veículo elétrico em âmbito global- pós 1973.
Objetivo Específico 4: Investigar a evolução das tecnologias para os VE: configurações
mecânicas disponíveis, principais empresas/instituições ofertantes destas tecnologias, rotas tecnológicas em curso e possibilidades em aberto;
Optou-se pela análise dos dados de patentes como indicadores de desenvolvimento tecnológico para a realização do quarto objetivo específico. Para a busca dos dados, utilizou-se a plataforma online QUESTEL ORBIT que realiza a cobertura de 93 escritórios de patentes, muitos dos quais contém os textos integrais, status legal, citações pesquisáveis e ferramentas de análise estatística e semântica acopladas numa única interface.
Como método de apresentação de resultados, as publicações na plataforma são agrupadas por famílias de patentes. Define-se família de patentes como o agrupamento de documentos de patente relacionados à mesma invenção ou a invenções correlacionadas, publicados em diferentes países. Cada documento de patente da família baseia-se, normalmente, nos dados do primeiro pedido depositado no país de prioridade (WIPO, 2008).
A partir da plataforma Questel Orbit, a busca de famílias de patentes deu-se na forma de pesquisa dos termos “electric” and “vehicle” - veículo elétrico - cujas palavras
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obrigatoriamente deveriam conter em qualquer um dos campos do resultado da busca o que engloba os resumos de patentes, as classificações e a descrição da patente. Com tal procedimento, a busca privilegiou todas as tecnologias relacionadas aos componentes de um veículo elétrico que foram publicadas em forma de patentes. O período temporal coberto pela busca foi de 20 anos a contar desde janeiro de 1994 até dezembro de 2013. Justifica-se o referido período devido ao limite de dados que a plataforma abrange em sua análise, que se restringe a 20 anos.
A busca inicial encontrou 55.499 famílias de patentes, resultado este que impossibilitou o tratamento e análise de dados uma vez que a plataforma Questel Orbit impõe um limite de análise de 15.000 grupos de famílias. Optou-se então por utilizar alguns mecanismos de refinamento, o que foi realizado partir dos próprios instrumentos que a plataforma disponibiliza.
Primeiramente refinou-se a busca segundo o critério que privilegia as 50 principais empresas e instituições que depositaram patentes, ou seja, os agentes com a maior somatória de patentes depositadas até 2014 (critério de representatividade); consequentemente excluíram-se aqueles que depositaram poucas patentes, o que caracteriza a exclusão dos inventores individuais e pequenas empresas. Como resultado da nova busca, a plataforma apresentou 50 empresas/ instituições que são responsáveis pelo depósito de 23.243 famílias de patentes, número menor porém ainda inviável para o tratamento de dados. Foi necessário então aplicar um último critério de refinamento: por status legal, o qual é possível descartar as patentes expiradas/ rejeitadas e aquelas pendentes de aprovação. Após este refinamento, chegou-se ao valor de 10.804 famílias de patentes garantidas, valor factível para o tratamento dos dados.
Objetivo Específico 5: Caracterizar o comportamento recente do mercado para o veículo
elétrico: vendas acumuladas, tipos em comercialização e distribuição geográfica dos mercados;
Utilizou-se do método quantitativo (recurso proveniente aos dados numéricos) baseando-se na elaboração de gráficos e tabelas que pudessem caracterizar o
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comportamento de mercado recente do veículo elétrico no mundo. Para isto, empreendeu-se o esforço em consultar diversas fontes de informações. As principais fontes de informações foram os estudos publicados pela International Energy Agency (IEA) (2014); The International Council on Clean Transportation (ICCT) (2014); Luskin Centre for Innovation (UCLA) (2014); Navigant Research (2013); Evobsession (2015); Hybridcars.com (2015); Electric Drive Transportation Association –EDTA (2015) e U.S. Energy Department (2015).
A respeito das informações obtidas e seu tratamento, deve-se fazer algumas considerações. Primeiramente, os dados coletados abordaram exclusivamente o segmento dos veículos elétricos rodoviários. Quanto ao porte dos veículos, os estudos obtidos contemplaram os automóveis de passeio e comercial do segmento leve. Foi necessário separar as informações referentes aos veículos elétricos híbridos (que não dependem da rede elétrica para seu abastecimento) em relação aos veículos elétricos a bateria e veículos elétricos híbridos plug-in (dependem da rede elétrica para o abastecimento). Esta separação foi feita uma vez que grande parte das fontes encontradas adotaram o mesmo critério.
Objetivo Específico 6: Analisar o Brasil frente ao contexto dos veículos elétricos a partir
das dimensões: Estado, Empresas e Instituições de Ciência e Tecnologia.
A partir dos pressupostos teóricos dos Sistemas Setoriais de Inovação (SSI), olhou-se para (1) Estado, por meio de olhou-seus órgãos de fomento e instituições reguladoras; (2) Empresas, representadas pelas montadoras de automóveis; fabricantes de autopeças; empresas do setor elétrico/ eletrônico; empresas do setor energético; fabricantes de acumuladores, motores elétricos e demais componentes e, por fim, (3) Instituições Científicas e Tecnológicas (ICTs), referindo-se aos institutos de pesquisa e universidades.
Estado
A respeito do agente Estado, identificou-se os incentivos governamentais e as políticas públicas existentes no Brasil com potencial para viabilizar e promover o mercado
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e consumo do veículo elétrico. Isso foi feito a partir de uma pesquisa exploratória junto ao website do Governo Federal Brasileiro, no banco de dados da ABVE e demais fontes que se colocaram pertinentes, conforme referenciadas ao longo do trabalho.
Para analisar as políticas encontradas optou-se por utilizar a metodologia que visa classificar as políticas em (1) políticas de demanda (demand-pull) que são as ações que buscam desenvolver o mercado de uma nova tecnologia e protegê-la frente à concorrência e (2) políticas de oferta (technology-push), que são as ações que objetivam reduzir o custo da inovação tecnológica e estimulam a P&D de novas tecnologias (NEMET, 2009).
Empresas
Foram investigadas empresas que já possuem ações em curso voltadas ao projeto de veículos elétricos, desde a esfera da P&D até a comercialização. As empresas observadas encontram-se instaladas no Brasil, seja com plantas produtivas, seja com distribuidores locais, independente do país de origem do capital.
Outras iniciativas da esfera privada que não estejam relacionadas ao processo de desenvolvimento e produção também foram mapeadas. Tratam-se das associações de suporte, instituições e demais organizações que estejam orientadas em promover o veículo elétrico no Brasil haja vista que suas respectivas funções de articuladoras são relevantes. Como exemplos, temos: Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores (ANFAVEA); Associação Brasileira do Veículo Elétrico (ABVE); Society of Automotive Engineers (SAE BRASIL) e a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
O mapeamento inicial das empresas foi feito a partir do acesso ao cadastro das empresas vinculadas a ABVE, a partir do banco de dados disponível em (http://www.abve.org.br/) o qual reúne informações a respeito do segmento dos VEs no Brasil. Demais fontes como a busca por artigos científicos, teses e dissertações que exploram o tema e websites de empresas também foram utilizadas. Em adição, foram realizadas entrevistas presenciais semi-estruturadas orientadas por um questionário composto por indagações referentes à atuação da empresa ou associação, possibilidades de atuação no Brasil, identificação de barreiras entre outras.
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O questionário, o qual encontra-se no apêndice I deste trabalho, foi elaborado para ser respondido por profissionais que tivessem envolvimento direto com a temática dos veículos elétricos. As entrevistas foram realizadas em uma única etapa, durante o X Salão e Congresso Latino Americano de Veículos Elétricos, Novas Tecnologias e Componentes, que ocorreu na cidade de São Paulo/Brasil entre os dias 4 e 6 de Setembro de 2014. Justifica-se a escolha do referido evento uma vez que trata-se do encontro de maior expressão junto a este segmento de atividades.
Optou-se pela realização de entrevistas exploratórias sem intenções de generalização dos resultados, uma vez que nem todos os agentes envolvidos com o veículo elétrico no Brasil estavam presentes. Foi revelado o nome das empresas/ instituições entrevistadas, embora tenha sido mantido o sigilo acerca dos nomes e funções corporativas dos entrevistados, por opção dos mesmos. O método adotado para o arquivamento das informações extraídas junto aos entrevistados deu-se na forma de anotações no momento da entrevista.
No congresso, foram realizadas nove entrevistas. A Tabela 1 identifica quais foram as empresas e associações entrevistadas.
Tabela 1 - Empresas entrevistadas e segmentos de atuação (2014) Empresas Montadora de veículos Fornecedora do segmento automotivo e elétrico Setor energético / infraestrutura de recarga Associações e organizações de suporte ABVE3 X ANFAVEA X
BYD- Build Your Dreams X X Eletra X X Itaipu Binacional X Nissan X PSA Peugeot Citroen X Renault X Toyota X
Fonte: Elaboração própria.
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14 Institutos de Ciência e Tecnologia
Por fim, a respeito do mapeamento dos Institutos de Ciência e Tecnologia, realizou-se uma pesquisa exploratória a partir do Diretório de Grupos de Pesquisas do CNPq4. Justifica-se olhar para o Diretório de Grupos de Grupos de Pesquisas do CNPq uma vez que caracteriza-se como o principal instrumento de cadastro formalizado de grupos de pesquisa no Brasil.
A metodologia aplicada para a busca no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq consistiu na seleção de palavras-chave recorrentes na literatura consultada e pertinentes ao tema trabalhado pela pesquisa. Primeiramente pesquisou-se o termo VEÍCULO ELÉTRICO, em referência a uma busca mais ampla acerca do segmento. Em seguida, realizou-se uma pesquisa mais focada no âmbito das tecnologias fundamentais de um veículo elétrico, destacadas por Chan (2007): MOTOR ELÉTRICO, BATERIA, CONTROLADOR ELÉTRICO, CONVERSOR HÍBRIDO.
Após a definição desses termos, foi realizada uma consulta parametrizada na base do Diretório dos Grupos de Pesquisa no Brasil do CNPq no dia 02/02/2015. Cada termo foi pesquisado separadamente, dentro dos parâmetros: Nome do Grupo, Nome da Linha de Pesquisa, e Palavra-Chave da Linha de Pesquisa. A busca contemplou tanto os grupos certificados (aqueles que foram atualizados nos últimos 12 meses) quanto os grupos não certificados (sem atualização nos últimos 12 meses).
Após a busca, procurou-se constatar se os grupos de pesquisa identificados estavam de fato desenvolvendo pesquisas em temas correlatos aos veículos elétricos. Dado que as palavras chaves utilizadas caracterizam-se como tecnologias apropriadas também por outros segmentos industriais, não seria possível afirmar que todos os grupos de pesquisa encontrados estariam trabalhando com os veículos elétricos. Para refinar a busca e obter um resultado mais preciso, foi realizada uma identificação individual de cada grupo de
4 A base de dados está disponível para consulta em
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pesquisa, olhando as linhas de pesquisa, nomes dos grupos e consulta dos currículos de pesquisadores junto à plataforma LATTES5.
Estrutura da Dissertação
Essa dissertação encontra-se estruturada em três capítulos, além desta introdução e das considerações finais. A ordem nas quais os capítulos são apresentados reflete a progressão e o encadeamento das ideias, no qual esse trabalho se debruçou, seguindo a lógica traçada pelos objetivos complementares do trabalho.
O primeiro capítulo é denominado Os caminhos da tecnologia automobilística:
uma análise histórica da competição pelo sistema de propulsão veicular dominante. A
linha de raciocínio explorada está em torno do primeiro ao terceiro objetivo específico, que remetem ao resgate histórico do contexto no qual o veículo elétrico foi/está inserido e sua competição com outras formas de propulsão veicular. Busca-se analisar também o momento em que ocorre uma maior necessidade por fontes energéticas alternativas – atrelado a questões de saúde e meio ambiente, que impulsionam a retomada do projeto do veículo elétrico. Para isso, o capítulo divide-se em quatro tópicos: 1) Os anos de formação da indústria automobilística global (1885-1905); 2) A competição entre os motores a vapor, elétrico e a combustão interna (1905-1920); 3) A consolidação do motor a combustão interna como paradigma tecnológico predominante (1920-1973); e 4) O questionamento do motor a combustão interna e a retomada do projeto do veículo elétrico em âmbito global- pós 1973.
O segundo capítulo, intitulado A trajetória tecnológica e comercial do veículo
elétrico nos anos 2000, prossegue com a análise histórica e tecnológica ao retomar o
terceiro objetivo especifico e avança no quarto e quinto ao lançar um olhar para o novo ciclo de crescimento de mercado e de desenvolvimento tecnológico do veículo elétrico identificado nos anos iniciais do século XXI. Para isso, divide-se em três partes: 1) O veículo elétrico no início do século XXI: tipos, configurações mecânicas e tecnologias fundamentais, 2) O desenvolvimento tecnológico do veículo elétrico: uma análise a partir
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de dados sobre patentes (1994-2014), e 3) O mercado para os veículos elétricos: uma análise a partir de dados sobre vendas no período 1999- 2013.
O terceiro capítulo, denominado O Brasil frente ao segmento dos veículos
elétricos: uma análise das iniciativas e ações em curso no país traz esta discussão para a
esfera brasileira ao trabalhar com o sexto e último objetivo especifico, com uma análise acerca do posicionamento do país, por meio das Empresas, do Governo e dos Institutos de Ciência e Tecnologia, frente a esta reestruturação da indústria automobilística que está em curso e passou a contemplar o veículo elétrico. Este último capítulo estrutura-se em três partes: 1) Iniciativas da dimensão Estado, 2) Iniciativas da dimensão Empresas, e 3) Iniciativas da dimensão dos Institutos de Ciência e Tecnologia.
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CAPÍTULO 1
OS CAMINHOS DA TECNOLOGIA AUTOMOBILÍSTICA: UMA
ANÁLISE HISTÓRICA DA COMPETIÇÃO PELO SISTEMA DE
PROPULSÃO VEICULAR DOMINANTE
1.1. Introdução
O automóvel é reconhecido como um dos precursores da produção e difusão do consumo em massa6; podendo ser compreendido, de acordo com Mowery e Rosenberg (2005), como uma inovação transformadora única. Pois, o automóvel trouxe consigo alterações acerca do uso do espaço geográfico, afetando a rotina e o ritmo da vida das pessoas, desde os locais de trabalho, as residências e até mesmo as atividades de lazer. Resultando, assim, na diminuição do tempo gasto com os deslocamentos, permitindo com isso a possibilidade de escolha por parte de seu condutor das vias a serem percorridas bem como a escolha de horários7.
Para compreender as transformações acima mencionadas, esse capítulo tem como objetivo descrever a competição tecnológica ocorrida principalmente entre: 1) o motor a vapor; 2) os conversores eletromecânicos de energia (motores elétricos); e 3) os motores a combustão interna. Enfatiza-se ainda, que os três modelos apresentados competiram pela posição de sistema de propulsão veicular. E que essa competição tecnológica teve como plataforma de aplicação os veículos rodoviários, principalmente os automóveis de passeio.
Após a análise da referida competição, parte-se para a discussão e análise dos principais estímulos e condicionantes que promoveram um novo ciclo de desenvolvimento, produção e comercialização de veículos elétricos. Esta seção também faz menção às
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Isto é comprovado ao olhar para o sistema de produção em massa do automóvel Ford T, da montadora norte americana Ford. A partir de economias de escala e inovações em processos, a montadora conseguiu reduzir os custos produtivos do modelo que possibilitaram a redução do preço do modelo de $850 em 1908 para $360 em 1916 por unidade. Para mais informações, consultar: Geels e Schot (2007).
7Refere-se ao trem, como exemplo de meio de transporte para longas viagens predominante até a invenção do
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principais políticas públicas e incentivos governamentais empreendidos a partir de 1970 até os primeiros anos do século XXI.
O esforço em analisar historicamente a gênese das tecnologias de propulsão automotiva faz-se necessário pois fornece uma melhor compreensão dos condicionantes que resultaram na supremacia do motor a combustão interna (MCI).
Para o aprofundamento do trabalho e, principalmente, como subsídio ao conteúdo apresentado e descrito no decorrer do capítulo, foram fundamentais a compreensão acerca de dois conceitos: a) path-dependence (DAVID, 1985; ARTHUR, 1989, COWAN & HULTEN, 1996) lock-in tecnológico (UNRUH, 2000, 2001); e b) paradigmas tecnológicos (DOSI, 2006).
1.2. Os anos de formação da indústria automobilística global (1885-1905)
Em 1885, o engenheiro de automóveis alemão Karl Friedrich Michael Benz (1844-1929) iniciou o que podemos denominar de gênese da indústria automobilística, ao engendrar o primeiro veículo baseado em um motor a combustão interna, artefato tecnológico que se tornaria dominante posteriormente.
Outros dois engenheiros mecânicos alemães, Gottlieb Daimler (1834 – 1900) e Wilhelm Maybach (1846 – 1929), também inventaram componentes e tecnologias relacionadas aos primeiros automóveis, porém Karl Benz destaca-se por ter auferido a primeira patente de um automóvel (Ver Figura 2) movido a um motor a combustão interna em 1886.
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Figura 2 - Folder demonstrando a patente concedida a Karl Friedrich Michael Benz
Fonte: Flyingearthworm (2014).
Já o ano de 1905 é marcado pela ausência de uma rota tecnológica definida de propulsão veicular, a qual foi refletida na acirrada competição entre os três motores (a vapor; elétrico e a combustão interna), verificado por meio de dados quantitativos de veículos registrados com esta tecnologia nos Estados Unidos, pois a competição pelo tipo do motor dominante ocorreria de forma mais intensa nesse país.
As inovações em processos implantadas pela indústria automobilística são tidas por muitos autores (SZMRECSÁNYI, 2001; MOWERY & ROSENBERG, 2005) como uma das principais representações da Segunda Revolução Industrial (1870 - 1930). O período é pautado por indefinições tecnológicas dos componentes que compunham um automóvel e sobretudo da ausência de uma rota tecnológica definida a respeito dos sistemas de propulsão possíveis (ANDERSON & ANDERSON, 2010). Procura-se a seguir definir os princípios e características de cada tipo de motor possível.
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1.2.1. A inserção da máquina a vapor nos automóveis
A máquina a vapor é considerada o símbolo do progresso técnico da Primeira Revolução Industrial (1780 – 1840) (HOBSBAWN, 1961; SZMRECSÁNYI, 2001; LANDES, 2005). O motor a vapor se traduz em um artefato tecnológico que transforma a energia térmica da água, na forma de vapor, em energia mecânica a partir de um êmbolo que se movimenta dentro de um cilindro (TILLMANN, 2013). O combustível queima fora do cilindro, ou seja, é de combustão externa. O vapor é admitido por um lado do cilindro e expulso do outro por um sistema de válvulas resultando no movimento do pistão (TILLMANN, 2013). A utilização do motor a vapor nos automóveis ocorreu entre o fim do século XIX e início do século XX, por cerca de 30 anos.
Sendo que, a descoberta da máquina a vapor foi baseada na observação e prática empírica dos precursores da Primeira Revolução Industrial (1780 – 1840) na Grã-Bretanha, e posteriormente passou pelo processo de pesquisa sistemática visando seu aprimoramento. A história da descoberta da máquina a vapor já foi examinada e caracterizada diversas vezes8.
Figura 3 - Primeira locomotiva a vapor, construída em 1804 pelo engenheiro inglês
Richard Trevithick (1771 – 1833)
Fonte: Klick Educação (2015).
8 Para mais informações a esse respeito, ler: A Era das Revoluções: 1789-1848 de Hobsbawm (1961), O
Capital, Livro I de Marx (1998) e Esboços de História Econômica da Ciência e da Tecnologia de Szmrecsányi (2001)
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1.2.2. O conversor eletromecânico de energia (motor elétrico)
O conversor eletromecânico de energia é um elemento de trabalho que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação. É amplamente conhecido como motor elétrico e o presente trabalho o trata como tal. Diversos autores apontam que a invenção do motor elétrico esteve estritamente relacionada ao desenvolvimento de acumuladores de energia (baterias) (WAKEFIELD, 1994; WESTBROOK, 2001; HOYER, 2008; ANDERSON & ANDERSON, 2010).
Como precursores das tecnologias do motor elétrico e acumuladores, destacam-se o físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) que em 1800 demonstrou ser possível armazenar energia elétrica por meio de processos químicos; o físico e químico inglês Michael Faraday (1791-1867) que em 1821 demonstrou os princípios de um motor elétrico, usualmente classificado como gerador elétrico naquele período, ao passo que utilizava dos experimentos de Volta para suprir a demanda energética de seus motores elétricos (HOYER, 2008).
Há somente uma controvérsia presente na literatura a respeito da data de invenção do primeiro veículo elétrico. Os autores Chan (2013) e Cowan e Húlten (1996) defendem que a invenção do primeiro veículo elétrico deu-se em 1828 pelo inventor húngaro Ányos Jedlik (1800 - 1895), que concebeu um pequeno veículo cuja propulsão ocorria a partir de um conversor eletromecânico. Porém Ehsani et al. (2004) argumentam que o primeiro veículo elétrico foi concebido em 1881 pelo engenheiro francês Gustave Trouvé (1839 – 1902).
É importante frisar que a primeira conjugação dos motores elétricos e a combustão interna em um mesmo veículo ocorreu apenas em 1889. Este feito foi realizado pelo engenheiro mecânico alemão Ferdinand Porsche (1875-1951), que construiu o primeiro veículo elétrico híbrido do mundo.
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Figura 4 - Automóvel elétrico híbrido, cujo sistema ficou conhecido como Lohner-Porsche
- início de 1900
Fonte: Legends on Wheels (2015).
Hoyer (2008) e Chan (2007) argumentam que os vinte anos compreendidos entre a década de 1880 e 1900 caracterizaram-se como a “Era de Ouro” do desenvolvimento das tecnologias relacionadas ao veículo elétrico. Destaca-se no referido período o desenvolvimento da infraestrutura de recarga dos automóveis elétricos, caracterizados pelos eletropostos urbanos conectados à rede elétrica nos Estados Unidos.
Outras tecnologias que contribuíram para o melhoramento dos veículos elétricos foram: a frenagem regenerativa - que consiste em transformar a energia cinética dissipada no processo de frenagem do automóvel em energia elétrica para recarregar as baterias -, e o próprio sistema híbrido - no qual contempla um motor a combustão interna e um motor elétrico trabalhando em conjunto (CHAN, 2007).
1.2.3. O motor a combustão interna
O motor a combustão interna é uma máquina baseada nos princípios da termodinâmica, a partir da compressão e expansão de fluidos gasosos para gerar força e
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movimento rotativo (TILLMANN, 2013). Foi um feito predominantemente dominado por inventores alemães e franceses9.
Em 1886, o engenheiro mecânico alemão Nikolaus August Otto (1832-1891) inventou o primeiro motor a combustão interna do tipo quatro tempos (Ver Figura 5), cujos princípios de funcionamento aplicam-se aos motores utilizados até os dias atuais; Karl Friedrich Michael Benz, como mencionado anteriormente, foi o inventor do primeiro automóvel movido a um motor de combustão interna.
Outras contribuições e aperfeiçoamentos técnicos foram desempenhados por Gottlieb Daimler, pelo engenheiro mecânico francês Alphonse Beau de Rochas (1815 – 1893), pelo empresário francês Armand Peugeot (1849 – 1915), pelo engenheiro industrial francês Louis Renault (1877 – 1944), entre outros. Porém, o aperfeiçoamento sistemático do motor a combustão interna ocorreu nos Estados Unidos no início do século XX. Isto se deve aos crescentes fluxos intersetoriais de tecnologia da indústria norte-americana e ao modelo de produção em massa e sua adaptação em outras indústrias (MOWERY & ROSENBERG, 2005).
Figura 5 - Exemplo de motor a combustão interna do tipo quatro tempos
Fonte: Hobbys (2015).
9 Porém, conforme Mowery e Rosenberg (2005), o engenheiro norte-americano George Baldwin Selden (1846
– 1922) solicitou uma patente de um motor a combustão interna em 1879, sendo-lhe concedido os direitos de exploração em 1879. Porém, Selden não chegou a desempenhar um papel expressivo no desenvolvimento dos automóveis.
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1.3. A competição entre os motores a vapor, elétrico e a combustão interna (1905-1920)
Baseando-se no número de veículos registrados nos Estados Unidos no início do século XX, constata-se que havia cerca de 5.000 veículos automotores em 1900, para 458.300 em 1910 e 8.131.522 em 1920 (U.S. BUREAU OF THE CENSUS, 1995). Tais números comprovam o crescimento expressivo da comercialização de automóveis no país. Estes dados corroboram com os argumentos colocados por Mowery e Rosenberg (2005), Chan (2007) e Hoyer (2008) de que a competição pelo tipo de motor dominante ocorreu em solo norte-americano.
Assim, podemos observar que a concorrência pelo padrão tecnológico de propulsão veicular foi acirrada, pois, em 1900, foram registrados 1.575 veículos elétricos, 1.681 veículos movidos a motores a vapor e 936 veículos movidos ao motor a combustão interna nos Estados Unidos (COWAN & HÚLTEN,1996; MOWERY & ROSENBERG, 2005; CHAN, 2007). Esta proporção mudaria de maneira significativa até 1909. Enquanto as vendas dos veículos elétricos dobraram entre 1900 e 1909, as vendas de veículos movidos ao motor de combustão interna aumentaram mais que 120 vezes para o mesmo período (COWAN & HÚLTEN,1996).
As três tecnologias de propulsão veicular tinham desafios de implantação e barreiras de ordem diversas, como exemplo:
“As deficiências dos carros a gasolina eram (1) o barulho emitido, um problema ainda sem solução; (2) a dificuldade de partida; (3) o grande consumo de água; (4) baixa autonomia e (5) baixa velocidade máxima... Os problemas com os carros a vapor eram: (1) necessidade de pré-aquecimento 20 minutos antes do deslocamento do veículo e (2) grande consumo de água...Os maiores desafios para os carros elétricos eram (1) a incapacidade de subir ladeiras (2) baixa autonomia e (3) baixa velocidade máxima” (COWAN & HÚLTEN, 1996, p. 68).
A respeito da energia necessária para o movimento do veículo, as três formas de motorização demandavam uma infraestrutura de reabastecimento. A instalação de postos de gasolina configurou-se como uma alternativa mais viável, pois as instalações de eletropostos de recarga elétrica precisavam da conexão com a rede elétrica, que no início do século XX situava-se num estágio inicial de desenvolvimento nos Estados Unidos. Isto
