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Análise da competitividade ambiental de veículos elétricos no Brasil no cenário atual e futuro

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Academic year: 2021

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

Faculdade de Engenharia Mecânica

JORGE ENRIQUE VELANDIA VARGAS

Análise da competitividade ambiental de

veículos elétricos no Brasil no cenário atual e

futuro

CAMPINAS 2016

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Ficha catalográfica

Universidade Estadual de Campinas Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura

Luciana Pietrosanto Milla - CRB 8/8129

Velandia Vargas, Jorge Enrique,

V54a VelAnálise da competitividade ambiental de veículos elétricos no Brasil no cenário atual e futuro / Jorge Enrique Velandia Vargas. – Campinas, SP : [s.n.], 2016.

VelOrientador: Joaquim Eugênio Abel Seabra.

VelDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica.

Vel1. Veículos elétricos. 2. Avaliação do ciclo de vida. 3. Combustíveis para motores. I. Seabra, Joaquim Eugênio Abel,1981-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica. III. Título.

Informações para Biblioteca Digital

Título em outro idioma: Electric vehicles competitiveness for current and future scenario in Brazil, an LCA Approach

Palavras-chave em inglês: Electric vehicles

Life cycle assessment Motor fuels

Área de concentração: Planejamento de Sistemas Energéticos Titulação: Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos Banca examinadora:

Joaquim Eugênio Abel Seabra [Orientador] Waldyr Luiz Ribeiro Gallo

Otávio Cavalett

Data de defesa: 06-09-2016

Programa de Pós-Graduação: Planejamento de Sistemas Energéticos

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The curse it lives on in their eyes The Mariner he wished he'd die Along with the sea creatures But they lived on, so did he. And by the light of the moon He prays for their beauty not doom With heart he blesses them God's creatures all of them too.

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Dedico este trabalho aos meus pais, pois sou quem eu sou graças a eles. Dedico também à luta admirável da valente Elizabeth: Coração de leão.

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Agradecimentos

À minha família e amigos pelo carinho e apoio: antes minha, esta conquista é de vocês. Ao professor Joaquim Seabra pela orientação atenciosa e paciente, além da grande vontade de ensinar.

Ao professor Arnaldo Walter pela oportunidade e pela confiança diante dos desafios.

Aos membros da equipe do projeto: Profa. Carla Cavaliero e Daniela Falco, pela preciosa contribuição.

A Javierita G. Mery pelo enorme carinho e pelo apoio, por me ensinar a escutar e por compartilhar tantas coisas comigo.

Aos meus amigos Carlos, Claudia, Diego, Hamilton, Mario e Zulma: sempre tentarei refletir nas minhas ações os valores que aprendi de vocês. Obrigado por me fazer uma pessoa melhor do que eu era quando cheguei ao Brasil. Também aos meus amigos Andrea, Fabián, Luis, Silvia e Victor: obrigado pelo convivio e amizade.

Ficarei eternamente grato ao Brasil por ter me permitido conhecer alguns dos seus filhos mais valiosos: Ana Paula Mattos, Celia Mattos, Maira Lavalhegas Hallack, Rafael Capaz e Rita dos Anjos Azevedo.

A familia Togniolli, Isabella, Angélica e Lourival por nos oferecer um segundo lar longe de casa.

A memoria da senhora Zig Mattos e o senhor Ademir Ropele.

Sempre serei grato à Unicamp, bela dama educadora, luz do Brasil e da América do Sul. Aos membros da banca avaliadora Otávio Cavalett e Waldyr Gallo pelas sugestões e correções.

À CPFL e ao CPqD (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações) pela parcería técnica.

À CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior),e à CPFL pelo apoio financeiro para o desenvolvimento deste trabalho.

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Resumo

O interesse na redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE) têm promovido a adoção de veículos elétricos (VE). Porém, os potenciais benefícios ambientais da adoção desses veículos dependem do perfil de geração de eletricidade (o que inclui a matriz de geração do local) e como as baterias serão recarregadas. Este trabalho teve como objetivo geral a comparação dos potenciais impactos ambientais do transporte de passageiros através de VE e veículos de combustão interna (VCI) (flex, usando etanol e gasolina) no contexto brasileiro, considerando tanto o ciclo de vida dos veículos (mas desconsiderando sua desmontagem), quanto das fontes de energia. A análise avaliou as condições atuais (2014) e condições futuras (2030), adotando 1 km como unidade funcional. Foi considerada uma abordagem atribucional, com alocação em base energética, e o CML-2000 Baseline como método de AICV. Nove categorias de impacto ambiental foram avaliadas: aquecimento global, depleção da camada de ozônio, toxicidade humana, ecotoxicidade terrestre, oxidação fotoquímica, acidificação e eutrofização. O software Simapro 8 foi utilizado como ferramenta de suporte para as análises.

Para o cenário 2014, analisaram-se dois casos de recarga do VE: na média e no horário de maior demanda (HMD) de energia elétrica. Os resultados no caso atual mostram que, no caso do elétrico, a maior parte dos impactos potenciais ao meio ambiente estão associados à produção do veículo. O VE em 2014 apresenta os piores resultados em cinco de nove categorias de impacto. Para oxidação fotoquímica, a manutenção do veículo contribui com mais de 80% para o impacto (devido às emissões de etileno), e somente para aquecimento global a contribuição relacionada à geração de energia elétrica responde por mais da metade dos impactos. Apesar do predomínio da fonte hídrica na matriz elétrica brasileira, relevantes emissões de metano e CO2 decorrentes da mudança do uso da terra são atribuídas aos reservatórios, afetando assim o perfil ambiental do VE. Quando da consideração do perfil de geração de eletricidade no horário de maior demanda, e.g., que corresponderia à recarga do veículo durante o horário de ponta, as mesmas conclusões são aplicáveis, uma vez que o perfil de geração no HMD e na média apresentam variação relativamente pequena

Já para o cenário 2030, analisam-se dois cenários, baixas e maiores emissões, estudando-se para cada um a recarga na média e no HMD. No geral ocorre uma redução de todos os impactos potenciais por km rodado em 2030. Como também é esperada uma evolução da eficiência dos VCI (mas proporcionalmente menor do que a do VE), seus perfis ambientais também foram consideravelmente reduzidos. No caso do etanol, um efeito adicional advém da evolução da eficiência agroindustrial da cadeia da cana de açúcar. Para aquecimento global, por exemplo, espera-se que o

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impacto potencial do transporte elétrico em 2030 seja reduzido em mais de 40% quando comparado a 2014.

Por fim, espera-se que o VE apresente uma melhoria mais acentuada do que as demais opções, com exceção da oxidação fotoquímica e da eutrofização. Dessa forma, o transporte com etanol se mostra como a melhor alternativa com relação a aquecimento global e toxicidades, enquanto que o elétrico se torna a melhor opção nas categorias de acidificação e depleções fósseis e da camada de ozônio (mas com vantagem marginal).

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Abstract

The interest in reducing the greenhouse gases (GHGs) emissions has promoted the adoption of electric vehicles. However, the potential environmental benefits of adopting electric cars will strongly depend on the electricity generation mix (which includes the local electricity generation matrix) and how the batteries will be recharged. This study aimed to compare the potential environmental impacts of passenger transport in both electric vehicles (EVs) and internal combustion vehicles (ICVs) (flex-fuel, using ethanol and gasoline) in the Brazilian context, considering both the life cycle of vehicles and the energy sources.

The analysis assessed the current conditions (2014) and future conditions (2030), adopting 1 km as functional unit. An attributional approach was considered, as well as an energy-base allocation criterion, and CML-2000 Baseline as LCIA method. Nine environmental impact categories were evaluated: global warming, ozone layer depletion, human toxicity, terrestrial ecotoxicity, photochemical oxidation, acidification and eutrophication. Simapro 8 was selected as the software for the analysis.

Two cases of EV recharging for 2014 scenario were analyzed: average conditions (non-peak) and higher demand hours (HDH). The results show that, with regards to EV for 2014, most of the potential environmental impacts are associated with the production of the vehicle. The EV 2014 shows the worst results in five of the nine categories. For photochemical oxidation, vehicle maintenance contributes for over 80% to the impact (due to ethylene emissions), electricity generation related contribution accounts for more than half of impacts for global warming. Despite the hydroelectricity predominance in the Brazilian energy matrix, significant emissions of methane and CO2 resulting from land use change are attributed to reservoirs, thus affecting the environmental profile of the electricity. When considering the electricity generation mix in higher demand hours, e.g., which would correspond to vehicle recharge during peak consumption hours, the same conclusions are applicable, since the generation profile in HDH and non-peak hours present relatively little variations.

As for the 2030 scenario, we analyzed low and higher emission scenarios, considering battery recharge for average (non-peak) hours and HDH. Overall, there is a reduction of all potential impacts per km in 2030 as compared to 2014, as it was expected, as a consequence of ICV use-phase efficiency evolution (although proportionately less than the EV). In the case of ethanol, an additional effect arises from the evolution of agroindustrial efficiency of sugarcane chain. For global warming, for example, it is expected that the potential impact of electric transport 2030 will be reduced by over 40% compared to 2014.

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Finally, it is expected that the VE will achieve greater improvements than ethanol and gasoline options, except for photochemical oxidation and eutrophication. That way, ethanol transportation is shown as the best alternative with respect to global warming and toxicities, while the electric car becomes the best option in acidification and fossil depletion and ozone layer depletion categories (although with only marginal advantage).

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Lista de Figuras

Figura 2.1. Projeção das contribuições por setor emissões para o cenários 2DS. ... 25

Figura 2.2. Perfil de carregamento e descarregamento das baterias e o seu preço marginal na Alemanha em 2030 para o cenário de análise “Devagar”. ... 28

Figura 2.3. Modelo de cálculo do VPL da posse de um VE. ... 29

Figura 2.4. Vendas anuais de VEs e VHECs por ano. ... 31

Figura 2.5. Contribuição de unidades vendidas ao total mundial por pais no ano 2012. ... 32

Figura 2.6. Quota de mercado para VEs. ... 32

Figura 2.7. Custo total de propriedade para o Renault Zoe e o Renault Clio por país. ... 33

Figura 2.8. Incentivos totais versus taxa de acréscimo da porção de mercado 2012-2013. ... 34

Figura 2.9. Incentivos outorgados versus quota de mercado dos VEs. ... 35

Figura 2.10. Quotas de mercado e incentivos. ... 37

Figura 2.11. Postos de recarrega e quota de mercado. ... 37

Figura 2.12. Criterios de aplicação de subsídio. ... 38

Figura 2.13. Fronteiras do sistema em ACV de veículos convencionais e elétricos. ... 39

Figura 2.14. Diagrama de fluxo considerado na ACV do VE. ... 41

Figura 2.15. Análise de sensibilidade para o consumo de energia dos VEs. ... 42

Figura 2.16. Resultados da análise de sensibilidade para o consumo de energia dos VCIs. ... 43

Figura 2.17. Comparação dos resultados de emissões de GHG para os três tipos de veículos, para dois cenários de suprimento energético. ... 43

Figura 2.18. Comparação de diferentes tecnologias nos resultados da ACV. ... 45

Figura 3.1. Estrutura da Avaliação de ciclo de vida. ... 50

Figura 3.2. Diagrama de Fluxo para o transporte de 1km mediante um VE. ... 54

Figura 3.3. Diagrama de Fluxo para o veículo flex. ... 54

Figura 4.1. Unidades de processo para a produção de etanol destinada a uso nacional. ... 55

Figura 4.2. Esquema geral da utilização dos dados no âmbito do ICV. ... 57

Figura 4.3. Fluxograma de produção da gasolina C brasileira ... 61

Figura 4.4. Etapas do ciclo de vida da Gasolina A. ... 64

Figura 4.5. Histograma com resultados de consumo do veículo CPFL ... 69

Figura 5.1. Comparação por categoria de impacto para a mobilidade convencional e elétrica por km. ... 83

Figura 5.2. Análise comparativa entre os resultados da AICV para 2014. ... 86

Figura 5.3. Análise comparativa dos impactos potenciais associados à fase do Tanque-à-Roda para 2014. .. 88

Figura 5.4. Emissões de GEE relativas à produção do veículo elétrico. ... 90

Figura 5.5. Rede de processos que mais contribuem no perfil ambiental (aquecimento global) do VE. ... 90

Figura 5.6. Comparação por categoria de impacto para a mobilidade convencional - etanol e gasolina - e para os dois cenários da mobilidade elétrica -baixas e maiores emissões- na media e no HMD ... 95

Figura 5.7. Redução dos impactos ambientais potenciais no cenário de baixas emissões na geração em 2030 com relação a 2014. ... 98

Figura 5.8. Análise comparativa entre os resultados da AICV para o cenário de baixas emissões em 2030. . 99

Figura 5.9. Perfil ambiental relativo à geração na média no cenário de baixas emissões. ... 100

Figura 5.10. Projeção das emissões de gases de efeito estufa relacionadas ao veículo elétrico, de acordo com Odeh et al. (2013). ... 101

Figura 5.11. Resultados para aquecimento global por km rodado, Choma (2014) e este trabalho. ... 103

Figura 5.12. Análise de sensibilidade para o transporte por VCI com etanol ... 104

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Figura 5.14. Resultados por km rodado em função das emissões por MJ dos energéticos para o VCI-Etanol e o VE. ... 105 Figura B.1. Evolução da geração total de eletricidade no Brasil entre 2000 e 2015 (valor estimado para 2015). ... 120 Figura B.2. Contribuição de diferentes fontes na autoprodução de energia elétrica, em 2014 ... 122 Figura D.1: Resultados da geração com fontes renováveis em 2030, em relação à geração total –

probabilidade de cumprimento em função da fração de geração... 127 Figura D.2. Histograma dos resultados da geração com fontes renováveis em 2030 ... 128

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Lista de Tabelas

Tabela 2.1. Exemplos de Incentivos fiscais ... 30

Tabela 2.2. Características do consumidor ... 36

Tabela 2.3. A aspectos específicos dos estudos de ACV executados ... 48

Tabela 3.1. Elementos metodológicos do estudo... 52

Tabela 4.1. Parâmetros da produção, colheita e transporte da cana de açúcar adotados para a análise em 2014. ... 58

Tabela 4.2. Parâmetros do processamento da cana de açúcar em 2014... 59

Tabela 4.3. Emissões dos resíduos e dos fertilizantes, por unidade de massa de cana. ... 59

Tabela 4.4. Resultados da alocação energética para os coprodutos do etanol hidratado ... 60

Tabela 4.5. Origem de 1 ton de petróleo que chega na refinaria no Brasil. Nome do processo do Ecoinvent incluido. ... 62

Tabela 4.6. Distâncias assumidas para o transporte do petróleo ... 63

Tabela 4.7. Consumo de energia para refino de petróleo ... 65

Tabela 4.8. Processos do Ecoinvent utilizados na análise e as fontes que modelam. ... 67

Tabela 4.9. Perfil de geração por fonte para 2014 ... 68

Tabela 4.10. Autonomias e consumos (entre parênteses) de Kangoos elétrico e convencional em condições de uso: resultados do monitoramento. ... 70

Tabela 4.11. Emissões reguladas ajustadas de veículos Kangoo para refletir uma vida de 200000 km (g/km) ... 71

Tabela 4.12. Emissões evaporativas de HCNM para veículos leves e comerciais leves. (g/km) ... 71

Tabela 4.13. Parâmetros da cultura da cana e a produção de etanol para o ano 2030. ... 73

Tabela 4.14. Perfil de geração elétrica no Brasil ... 75

Tabela 4.15. Autonomias e consumos (entre parênteses) de veículos elétrico e convencional em 2030 – valores utilizados na análise ... 76

Tabela 4.16. Emissões reguladas de veículos Kangoo ajustadas para 2030 (g/km) ... 77

Tabela 4.17. Caracterização dos fluxos presentes nas mobilidades convencionais (M.C.) e elétrica (M.E.) para o cenário 2014 por km, com critério de corte de 10% ... 78

Tabela 4.18. Caracterização dos fluxos presentes nas mobilidades mobilidades convencionais (M.C.) e elétrica (M.E.) na media para o cenário de baixas emissões e no HMD para o cenário de maiores emissões para o cenário 2030 por km, com critério de corte de 10% ... 80

Tabela 5.1. Resultados das AICVs para o cenário atual (unidade funcional igual a 1 km) ... 82

Tabela 5.2. Resultados da AICV por fase, para as etapas poço-ao-tanque e tanque-à-roda em 2014 ... 84

Tabela 5.3. Resultados da AICV por fase para os veículos e os seus processos de manutenção. ... 85

Tabela 5.4. Perfil ambiental da bateria do veículo elétrico (por km) ... 91

Tabela 5.5. Comparação com os resultados obtidos por CAVALETT et al. (2013) com respeito à AICV para a gasolina C e etanol. ... 93

Tabela 5.6. Resultados das AICVs projetadas para 2030 da mobilidade convencional (MC), utilizando o veículo flex à gasolina e à etanol. ... 94

Tabela 5.7. Resultados das AICVs projetadas para 2030 da mobilidade elétrica, com recarga nos perfis médio e de horário de maior demanda tanto para o cenário de baixas quanto para o de maiores emissões. ... 96

Tabela 5.8. Resultados da AICV por fase, para as etapas poço-ao-tanque e tanque-à-roda em 2014 ... 96

Tabela 5.9. Resultados da fase Poço-ao-Tanque para a alternativa elétrica na media e no HMD para os cenários de baixas (BE) e maiores emissões (ME). ... 97

Tabela 5.10. Indicadores da AICV para a manutenção do Veículo elétrico (VE) e o Veículo flex (VCI). ... 97

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Lista de Abreviaturas e Siglas

Abreviaturas

ACV-Avaliaçao do Ciclo de Vida

AICV-Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida ANP-Agência Nacional de Petróleo

CTP- Custo Total de Propriedade COV-Compostos Orgânicos Voláteis

DARF-Depleção Abiótica de recursos abióticos fosseis DCO- Depleção da camada de ozônio

EPE-Empresa de Pesquisa Energética EVI-Electric Vehicles Iniciative HCNM-Hidrocarbonetos Não-Metano ICV-Inventario do Ciclo de Vida IEA-International Energy Agency

INMETRO-Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia IPCC-Intergovernmental Panel on Climate Change

GEE-Gases de Efeito Estufa G2V-Grid to Vehicle

LUC-Land Use Change

MMA-Ministério do meio Ambiente MCI-Motor de Combustão Interna REDUC-Refinaria Duque de Caxias REPLAN-Refinaria de Paulínia VE-Veículos Elétricos

VH-Veículos Híbridos

VHEC-Veículos Híbridos Elétricos de Conectar VCI-Veículo de Combustão Interna

V2G-Vehicle to Grid Unidades de medida: g – Grama ha - hectare kg – quilograma km – Quilômetro kWh – Quilowatt-hora L - Litro m3 – metro cúbico MJ – Megajoule

Tep – Tonelada equivalente de petróleo

MTep – Milhão de toneladas equivalentes de petróleo t - tonelada

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Fórmulas estruturais:

C2H4 eq. – Emissões equivalentes de etileno CaO – Óxido de cálcio

CO2 – Dióxido de carbono

CO2 eq. – Emissões equivalentes de dióxido de carbono CH4 – Metano

CO – Monóxido de carbono

DBeq – Emissões equivalentes de diclorobenzeno SO2 eq. – Emissões equivalentes de dióxido de enxofre PO4-3 eq. - Emissões equivalentes de fosfato

H2SO4 – Ácido sulfúrico K2O – Óxido de potássio

MP 10 – Material particulado com diâmetro aerodinâmico menor que 10 µm MP 2,5 – Material particulado com diâmetro aerodinâmico menor que 2,5 µm N – Nitrogênio

NOx – Óxidos de nitrogênio N2O – Óxido nitroso

P2O5 – Pentóxido de fósforo SOx – Óxidos de enxofre

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SUMÁRIO

Resumo ... 8

Abstract ... 10

Lista de Figuras ... 12

Lista de Tabelas ... 14

Lista de Abreviaturas e Siglas ... 15

SUMÁRIO ... 17 1. INTRODUÇÃO ... 19 1.1. Definição do problema ... 21 1.2. Objetivos gerais ... 21 1.3. Objetivos específicos ... 22 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 23 2.1. Tipos de veículos ... 24

2.2. Estímulos para a adoção de VEs ... 25

2.3. Discussão sobre os Incentivos ... 26

2.4. Reação do mercado aos Incentivos ... 30

2.5. Impacto dos incentivos ... 33

2.6. Análise de ciclo de vida de veículos elétricos ... 38

3. METODOLOGIA DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA ... 49

3.1. Aspectos Gerais ... 50

3.2. Elementos metodológicos ... 52

4. ANÁLISE DO INVENTARIO DO CICLO DE VIDA ... 55

4.1. Construção do Inventario do Ciclo de Vida nas condições atuais ... 55

4.1.1. Do poço ao tanque... 55

4.1.2. Do Tanque à Roda ... 68

4.1.3. Veículo Elétrico ... 71

4.1.4. Veículo Flex ... 72

4.2. Construção do Inventario do Ciclo de Vida nas condições futuras ... 73

4.2.1. Do poço ao tanque... 73

4.2.2. Do Tanque à Roda ... 75

4.2.3. Veículo Flex ... 77

4.2.4. Veículo Elétrico ... 77

4.3. Inventário do ciclo de vida ... 78

4.3.1. ICV para as condições atuais ... 78

(18)

5. AVALIAÇÃO DO IMPACTO DO CICLO DE VIDA ... 82

5.1. Cenário atual ... 82

5.2. Condições futuras ... 93

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES ... 106

6.1. Conclusões ... 106

6.2. Sugestões para próximos trabalhos ... 109

Bibliografía ... 110

A. APÊNDICE I Resumo dos estudos de ACV consultados ... 114

B. APÊNDICE II Projeção da Geração de Eletricidade ... 117

a. Base de dados e hipóteses ... 118

b. Projeção da geração... 120

c. Autoprodução de energia elétrica ... 121

C. APÊNDICE III Projeção da Capacidade de Geração de Eletricidade ... 122

a. Base de dados e hipóteses ... 122

b. Estimativa da capacidade instalada em 2030 ... 124

D. APÊNDICE IV. Análise das Condições de Operação do Sistema ... 126

a. Procedimento adotado ... 126

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INTRODUÇÃO

O setor de transportes é um dos grandes responsáveis pelas emissões atmosféricas, ao solo e aos corpos de água. Os efeitos dessas emissões são percebidos por diferentes receptores (humanos, ecossistemas, etc.) tanto no âmbito local quanto global. A influência humana sobre o sistema climático é clara, e as emissões antrópicas de gases de efeito estufa nos últimos 30 anos são as maiores registradas (ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, 2014). Na Europa, em 2012, só o transporte rodoviário contribuiu com cerca de um quinto das emissões de Dióxido de Carbono (CO2). O CO2 é um Gás de Efeito Estufa (GEE) emitido, entre outros, por combustíveis de origem fóssil (EUROPEAN COMMISSION, 2015). Por outra parte, no Brasil, em 2014 as emissões associadas ao setor transporte atingiram 45,7% do total de emissões antrópicas associadas à matriz energética brasileira (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2015) . De acordo com o Quinto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), caso as emissões continuarem – nas taxas atuais – ao longo das próximas décadas, a temperatura média do planeta poderá aumentar em até 4,8°C ainda neste século, causando a elevação do nível do mar pelo derretimento das calotas polares e danos importantes na maior parte das regiões costeiras do planeta (INTERGOVERNMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE, 2014).

Para reverter essa situação, estratégias deverão ser implementadas de forma integrada, associando medidas de aumento da eficiencia energética, redução de emissões nos setores de uso final e descarbonização do suprimento de energia. Nesse contexto, e ainda diante à perspectiva de aumento da frota mundial de veículos leves, todas as rotas tecnológicas que promoverem sistemas de transporte sustentáveis1 deverão ser consideradas e analisadas.

É nesse sentido que os Veículos Elétricos (VE) estão assumindo um protagonismo cada vez maior nos cenários futuros de mobilidade ao serem considerados como uma alternativa para a mitigação das emissões de GEE dos Veículos de Combustão Interna (VCI) e de outras substâncias que podem trazer efeitos negativos nos ecosistemas, na saude humana e animal (e.g., óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono e material particulado).

Devido à sua natureza, o motor elétrico apresenta uma maior eficiência de transformação da energia em relação ao motor de combustão interna; essa característica pode ser comprovada ao comparar a eficiência de transformação de energia elétrica em energia mecânica do VE com a transformação de energia química para energia mecânica do motor convencional. Além disso, a fase de uso dos VE não precisa da combustão e, portanto, não gera emissões do motor.

1 Por “transporte sustentável” entende-se um transporte que procura satisfazer as necessidades da população atual,

sem comprometer a capacidade das gerações futuras de satisfazerem as suas próprias necessidades, adicionalmente, o transporte sustentável visa um uso razoável dos recursos da terra, preservando as espécies e os habitats naturais.

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Em contraste com as potenciais vantagens ambientais, deve-se considerar o acréscimo na demanda energética mundial devido ao incremento da população, as mudanças nas atividades econômicas e o aumento no consumo doméstico. Garantir a segurança do suprimento energético é um assunto de vital importância para as sociedades modernas, pois a insegurança no fornecimento de energia pode afetar negativamente as condições de vida dos cidadãos e as perspectivas de desempenho econômico, a adoção de VEs poderia deslocar os impactos ambientais para a fase de geração de energía e isso é muito indesejável.

O Brasil é um importante mercado automotivo que apresentaria oportunidades importantes para investidores nacionais e estrangeiros, se uma política de adoção de veículos elétricos fosse adotada no futuro. A Oitava economia mundial - por tamanho do PIB no ano 2015 (FUNDO MONETARIO INTERNACIONAL, 2015) – tem uma frota estimada de veículos leves de 49.822.709 (DENATRAN, 2015)2, dos quais só no estado de São Paulo há 16.834.630.

Uma característica importante do Brasil é o fato de possuir um sistema de geração elétrica concebido para tirar proveito da vasta disponibilidade de recursos hídricos no território. Ao redor de 81% do total gerado no ano 2011 provem da hidroeletricidade (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2014), mas o risco de secas é uma ameaça importante para a segurança do suprimento energético no Brasil.

Do ponto de vista das emissões de GEE, os potenciais benefícios da adoção de carros elétricos dependerão do perfil de geração de eletricidade (o que inclui a matriz de geração em um dado local) e como as baterias serão recarregadas (horário, frequência, período de recarga, etc.) uma vez que um possível choque na demanda de eletricidade poderia ter um impacto direto no despacho do sistema elétrico e, consequentemente, nas emissões. Isso quer dizer que, não obstante os VEs apresentam vantagens ambientais durante a fase de operação, uma avaliação dos impactos restrita apenas ao uso final mostra-se incompleta. Uma análise coerente deve considerar, portanto, aqueles impactos associados à demanda de materiais, insumos e energia para a fabricação, funcionamento e manutenção do veículo.

Uma forma de avaliar os impactos da inserção dos veículos elétricos consiste na utilização da ferramenta conhecida como Avaliação de Ciclo de Vida (ACV). Através da ACV são identificados todos os fluxos de entrada (insumos) e de saída (efluentes) do sistema do produto, ou serviço, sendo possível verificar quais são as etapas que mais contribuem para determinado impacto ambiental, normalmente analisando desde a extração de matérias-primas, passando pelo uso e a disposição final para completar o ciclo “do berço ao túmulo”.

(21)

Além da massificação das tecnologías de transporte de baixa emissão, alguns assuntos como a diversificação da matriz de geração elétrica e a adoção de novas tecnologias no uso final da energía representam enorme importância para a sociedade brasileira, que requer novas alternativas de obtenção de energia e de motorização.

1.1.Definição do problema

Muitos estudos de ACV em Veículos Elétricos têm sido realizados em vários países - como discutido na seção 2.6 -, porém os resultados encontrados em um local se referem a condições específicas e não podem ser extrapolados para outro em virtude das peculiaridades que cada cenário exibe. No Brasil, os estudos de ACV devem considerar as características particulares presentes no país, e.g. perfil de geração elétrica brasileira, o uso de veículos flex-fuel (os quais utilizam gasolina em mistura com etanol puro), as condições de produção da cana de açúcar, as distâncias de transporte específicas, etc.

Nesse caso, busca-se avaliar as vantagens e desvantagens ambientais que a adoção de VEs traria ao Centro-sul Brasileiro mediante a comparação da motorização convencional e as opções elétricas (não híbridas). Não obstante, a funcionalidade da ACV não se limita à comparação de dois ou mais produtos ou serviços; os resultados podem também prover uma ideia das etapas ou processos críticos ao longo de um sistema (ambientalmente falando), fornecendo critérios para a tomada de decisões.

Com a intenção de definir adequadamente os impactos ambientais de cada uma das opções de motorização, é necessario modelar as etapas de geração de energia elétrica, produção de combustíveis, uso e produção de veículos.

1.2.Objetivos gerais

Este trabalho teve como objetivo geral a comparação dos potenciais impactos ambientais do transporte de passageiros através de VEs e VCIs (flex, usando etanol e gasolina) no contexto brasileiro, considerando tanto o ciclo de vida dos veículos, quanto das fontes de energia. A análise foi feita avaliando as condições atuais (considerando o ano 2014) e condições futuras (2030)3.

Os resultados pretendem lançar luz sobre os possíveis impactos ambientais que a implementação de opções elétricas no transporte de passageiros podem trazer, comparando esses

3O trabalho se inseriu no contexto de um projeto de pesquisa (Projeto de P&D PA0060) executado pela Universidade

Estadual de Campinas, através da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) e do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE), em parceira com a CPFL, e que teve como objetivo analisar os potenciais impactos da inserção de veículos elétricos em frotas empresariais na região metropolitana de Campinas (SP).

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impactos com a motorização tradicional que já existe no país. Os resultados apresentados pela pesquisa poderão subsidiar futuras decisões a respeito da substituição da frota de veículos na região, assim como permitirião aos tomadores de decisões ficar um passo à frente com respeito às potenciais ações de mitigação que teriam que ser adotadas contra possíveis impactos ambientais locais.

Finalmente, o estudo objetivou criar uma base científica para sustentar futuras decisões e prover apoio frente a possíveis discordâncias e controvérsias que as suas decisões a respeito da adoção da motorização possam gerar no futuro por parte de atores externos.

1.3.Objetivos específicos

Os objetivos específicos da análise foram:

• Compilar as informações relativas ao desempenho dos VEs e VCIs abastecidos com gasolina e etanol com base no monitoramento realizado pela CPFL e parceiros.

• Definir, com base na literatura, as condições atuais de produção da cana de açúcar (2014) e estabelecer estimativas para as condições 15 anos para a frente (Horizonte 2030) no Brasil. Do mesmo jeito, estabelecer as condições atuais de geração elétrica e no cenário 2030.

• Construir o Inventário de Ciclo de Vida das fontes de energia e veículos de passageiros – VE e veículos flex.

• Identificar as fases no ciclo de vida que mais contribuem para o impacto ambiental associado a cada opção de transporte.

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Este capítulo busca ilustrar o patamar mundial de adoção de VEs por meio de uma revisão bibliográfica de textos que tratam a implementação de incentivos em alguns países a fim de aumentar a quota de mercado dos VEs e a evolução da sua adoção no mercado.

Nesse contexto, alguns estudos vêm sendo realizados empregando a ACV para estimar as emissões de GEE dos VEs e criar uma metodologia para avaliar as vantagens comparativas em relação às emissões dos VCIs.

A necessidade brasileira de desenvolver ações de melhoramento ao longo da cadeia de fornecimento de energia, especialmente no setor transportes, sustenta-se nas condições adversas que o sistema brasileiro de geração de eletricidade vem enfrentando em épocas de seca, o que adicionalmente traz riscos ambientais e de fornecimento. A ocorrência de secas diminui o potencial hidrelétrico e obrigam ao uso de opções de geração baseadas em combustiveis fosseis, as quais podem representar maiores impactos ambientais, embora isso dependa das carectarísticas de cada local. De acordo com o Balanço Energético Nacional (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2014) em 2013 a oferta interna de energia atingiu 296,2 Milhões de Toneladas Equivalentes de Petróleo (Mtep), registrando uma taxa de crescimento de 4,5% em contraste com à evolução do PIB nacional de 2,3%; gás natural, petróleo e derivados responderam por 80% deste incremento. Isto foi devido basicamente à redução da oferta interna de hidroeletricidade, como consequência do ano seco, com consequente aumento de geração térmica, seja gás natural, carvão mineral ou óleo Diesel.

Ademais, assinala-se que o setor de transporte contribuiu com o acréscimo da demanda energética agregando ao total nacional 4,1 milhões de Tep no ano 2013. O consumo do setor cresceu numa taxa de 5,2%, para alcançar expressivos 32% (83,2 MTep) sobre o total nacional, em comparação com o consumo das industrias, de 33,9%. O combustível mais utilizado no setor é o óleo diesel, que tem uma porção de mercado de 46,4%, seguido pela gasolina, que responde por 29,4% do total.

No setor transporte a venda de veículos leves mostrou um decrescimento de 0,9%. Apesar da redução nas vendas de veículos leves, as emissões associadas ao setor transporte alcançaram um total de 215,3 MtCO2 (Milhões de toneladas de CO2), o que representa 46,9% das emissões totais do país sem incluir mudanças do uso da terra. Em contraste, as emissões do setor transporte da união europeia (E-15) desde 1990 até 2010 incrementaram-se 27% (EUROPEAN ENVIRONMENT AGENCY, 2014) e as melhoras nos VCIs não tem sido suficientes para compensar o incremento progressivo das emissões pela crescente demanda de mobilidade.

Com a intenção de atuar direta e severamente sobre as emissões de GEE, a Electric Vehicles Iniciative (EVI), um foro que procura facilitar a implantação de 20 milhões de VEs para o ano 2020,

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lançou o “Global EVI Outlook” (INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2013) Nesse documento assinala-se quão importante é a redução de emissões de CO2, a fim de atingir as metas do cenário 2DS proposto pela International Energy Agency (IEA), o qual é consistente com o Cenário 450, também proposto pela IEA, que estabelece o limite de concentração de CO2 em 450 partes por milhão. A EVI conta com o apoio de 17 países membros , sendo até o momento, a maior tentativa mundial para levar a cabo uma migração em direção a uma tecnologia de transporte de baixa emissão de carbono. A Figura 2.1 ilustra a contribuição esperada do setor transporte nas emissões de CO2 no cenário 2DS até o ano 2050.

Embora criar mecanismos efetivos contra as emissões de GEE não seja uma tarefa trivial há pelo menos um antecedente positivo da implementação de mecanismos de mitigação de emissões, o Mercado de Emissões (INTERNATIONAL EMISSIONS TRADING ASSOCIATION, 2013), o qual é um esquema de regulação que estabelece um valor econômico e um limite máximo para as emissões de gases de efeito estufa e, portanto, no caso de uma companhia conseguir reduzir suas emissões, ela adquire o direito de vender a diferença com respeito ao valor máximo permitido e assim obter ganhos extra. O sucesso da implementação do mercado de emissões estabelece um antecedente positivo olhando para o futuro.

2.1.Tipos de veículos

Há principalmente 3 tipos de veículos que funcionam com eletricidade: o já reportado Veículo Elétrico de Baterias (VE), o Veículo Híbrido (VH) e o Veículo Híbrido de conectar em tomada (VHEC). Os VHs funcionam com um motor de combustão interna e um motor elétrico, o qual é abastecido por uma bateria que faz parte de um circuito conectado ao gerador de eletricidade. Adicionalmente, as baterias recarregam energia quando o carro freia por meio de um processo de recuperação de energia cinética nas rodas, porém as baterias dos VHs não podem ser recarregadas externamente. Em contraste, os VEs não têm nenhum Motor de Combustão Interna (MCI) e são movidos somente pela energia estocada na bateria. Esses veículos devem ser recarregados através de um dispositivo de abastecimento especial que é acoplado numa tomada doméstica ou num ponto de recarrega. Similarmente, os VEs também podem regenerar energia no processo de frenagem. Já o Veículo híbrido plug-in tem tanto um motor elétrico quanto um motor convencional, e pode ser abastecido tanto com combustíveis quanto com eletricidade.

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Figura 2.1. Projeção das contribuições por setor emissões para o cenários 2DS. Fonte: IEA (2014)

Infelizmente a autonomia das baterias e o tempo de recarrega dos VEs é ainda uma desvantagem em comparação com os VCIs; por conseguinte, a incipiente infraestrutura de recarrega para esses veículos pode dissuadir o consumidor de adquirir um, principalmente se a infraestrutura de pontos de recarga fosse muito precària. A eventual adoção massiva de VEs precissará de uma expansão na infraestrutura de obtenção de eletricidade para os veículos.

2.2.Estímulos para a adoção de VEs

Baseado na hipótese dos VEs serem uma alternativa efetiva para a mitigação de emissões de gases de efeito estufa, há um forte apoio de alguns governos, o que involve pesquisa e desenvolvimento, produção e aquisição por parte dos cidadãos. Alguns estados do Canadá, por exemplo, desenvolveram incentivos para a compra de VEs e desestímulo à aquisição de VCIs (CANADIAN AUTOMOBILE ASSOCIATION, 2012). A fim de encorajar a adoção de VEs, muitos tipos de estímulos podem ser desenhados, não obstante, alguns deles podem ser elencados como os mais comuns (THE INTERNATIONAL COUNCIL ON CLEAN TRANSPORTATION, 2014), confirme discutido abaixo.

Os subsídios diretos, os quais são um bônus, representado usualmente em um preço abaixo do valor comercial, com o governo subsidiando o resto do valor. Isso quer dizer que o proprietário só tem direito ao subsídio uma vez, no momento da aquisição do VE. Geralmente o subsídio pode ser

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utilizado caso o veículo atinja um determinado critério de aprovação ou limiar máximo de emissões, o qual está geralmente relacionado com a quantidade de GEE que são (ou deixariam de ser emitidos) na atmosfera em comparação com o VCI.

Incentivos fiscais, definidos como a aquisição do veículo com uma redução parcial ou a isenção total dos encargos fiscais, presentes na compra do bem. Os impostos que geralmente são objeto das reduções são: Imposto ao valor agregado (IVA) ou Value Added Tax (VAT); Imposto de cadastro; Imposto de circulação anual. Em alguns casos existe a redução de mais de um imposto, e.g. no caso do para veículos de frotas empresariais.Se o preço da eletricidade abastecida para o VE por quilômetro rodado fosse menor do que o preço do combustível necessário para um quilômetro no VCI cria-se um estímulo para adotar a alternativa elétrica. A diferença entre a eletricidade e o combustível fóssil pode ser manipulada por meio da redução de impostos da primeira, ou a imposição de novas taxas para o segundo, porém implicaria um estímulo direto. Não obstante, deve ser levado em consideração que tirar impostos da eletricidade pode criar um aumento na sua demanda, a qual possivelmente teria que ser atendida por métodos de geração intensivos em emissões de Carbono, paradoxalmente resultando em consequências ambientais nocivas.

Finalmente, os incentivos de mobilidade urbana e rodoviária são basicamente as vantagens que os motoristas dos VEs poderiam ter quando estivessem dirigindo o seu veículo na cidade ou na rodovia, e.g. uma faixa exclusiva, a possibilidade de achar facilmente um posto de recarrega de eletricidade em estradas e avenidas, ou a isenção no rodízio para veículos de baixas emissões.

2.3.Discussão sobre os Incentivos

Algumas das vozes que se opõem com mais força contra a implementação de incentivos diretos para a adoção de VEs se sustentam na ideia de que o investimento necessário para impulsionar essas ações poderia ser investido em outros assuntos. Na literatura acham-se publicações que assinalam o seu desacordo com respeito à forma que os incentivos são implementados e a porção do mercado que eles pretendem atingir. Argumenta-se que as políticas de incentivos criadas com a intenção de dar aos VEs uma posição no mercado não deveriam incidir sobre os consumidores em geral, mas seconcentrar em mercados de nicho, especificamente, de compartilhamento de carros (ou Car sharing), frotas de serviços postais e compradores pioneiros do mercado, incluindo os consumidores ambientalistas (GREEN; SKERLOS; WINEBRAKE, 2014).

Dois argumentos centrais pretendem sustentar os benefícios de mudar as políticas atuais de mercado (mais gerais), para uma política de cultivo de nichos de mercado (mais específica). O primeiro é a eficiência: Os autores afirmam que até o momento da publicação do artigo as políticas de promoção de VEs provaram ser ineficientes e caras. A segunda é a eficácia: argumenta-se que as

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políticas de adoção de VEs seriam mais eficazes para alcançar um acréscimo na adoção de VEs se elas se concentrassem em pioneiros, utilizando abordagens como a gestão estratégica de nicho, empréstimos acessíveis, financiamento e incentivos adequadamente direcionados.

Outra opinião que não concorda com a atual implementação de incentivos é aquela de HIRTE & TSCHARAKTSCHIEW (2013), que assinalam que o resultado global negativo de subsidiar os VEs através da concessão de subsídios de energia tende a ser ainda subestimado. Os seus resultados revelam que subsidiar VEs a fim de reduzir emissões de carbono relacionadas com o transporte de passageiros afeta negativamente os índices dos critérios definidos na análise, neste caso, indicadores de bem-estar (custo total do veículo, congestionamento, preço da terra, externalidades) social na Alemanha maiormente pelo impacto no tráfego urbano. Por conseguinte, a política deveria ser muito menos otimista quanto aos efeitos positivos da utilização de veículos eléctricos para mitigar a mudança climática, e em vez de oferecer incentivos para os VEs, deveriam buscar de fato atender os objetivos através de mais impostos.

Na Noruega, como resultado de políticas generosas para estimular a penetração dos VEs no mercado, as vendas têm aumentado rapidamente. Devido aos subsídios, posuir um VE implica menores custos para os proprietários do que um VCI, sendo essa uma provável causa do detrimento do uso do transporte público e das bicicletas. Ademais, por causa da sua baixa autonomia, a política também incentiva as famílias norueguesas a adquirir um segundo carro, novamente estimulando o uso de carros particulares em detrimento do transporte público e de bicicleta (HOLTSMARK; SKONHOFT, 2014). Estes efeitos foram analisados à luz de possíveis mitigações das emissões de GEE, e os autores concluiram que em vez de encorajar os cidadãos a comprar os VEs, o governo norueguês poderia ter utilizado aquela verba para adquirir os direitos de emissão dos veículos adquiridos no mercado de emissões para investi-lo em áreas diferentes.

Em contraste com as possíveis ineficiências do sistema de incentivos, acham-se alguns trabalhos que assinalam que a implementação dos VEs pode contribuir para uma maior integração da geração com fontes renováveis como a energia eólica e solar (LOISEL; PASAOGLU; THIEL, 2014). Por meio de um modelo de otimização para uma usina de geração de potência, Loisel et al. (2014) avaliou as estratégias ótimas de carga / descarga dos VEs nos esquemas da Rede-Para-o-Veículo ou Grid-To-Vehicle (G2V) e Veículo-Para-a-Rede ou Vehicle-to-Grid (V2G). Os resultados mostraram que um aumento de 2% na demanda de potência, a qual é necessária para abastecer os VEs, não prejudicaria a estabilidade do sistema se um esquema G2V ótimo é aplicado. A aplicação de um sistema V2G também iria provocar um incremento na integração da rede com fontes de energia renovável intermitente, como a energia solar ou eólica. No entanto, a avaliação da rentabilidade do veículo mostra que a aplicação de um regime V2G não é uma opção economicamente viável devido

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ao alto custo de investir em baterias e os baixos lucros gerados, ou inclusive perdas. A Figura 2.2 ilustra uma representação diária de carregamento e descarregamento das baterias dos VEs como uma função do preço de energia marginal sob o cenário nomeado como ”Devagar”, o qual representa um acréscimo de 0,45% na demanda total de eletricidade do país devido ao uso dos VEs. Deve-se notar que o carregamento (G2V) ocorre não só durante a noite, mas também durante o dia, se o vento e o excesso de energia solar favorecer esta operação. No lado da descarga (V2G), o uso de baterias como apoio para o sistema de energia ocorre durante as horas de pico da manhã e da carga à noite.

Outros estudos apresentam uma visão mais focada na análise econômica, definindo alguns dos principais obstáculos para a adoção dos VEs no mercado i.e. o alto custo inicial, o baixo preço de revenda, a limitada oferta de modelos, a limitada autonomia, a precária infraestrutura de recarrega nas ruas e os altos preços iniciais dos veículos.

Figura 2.2. Perfil de carregamento e descarregamento das baterias e o seu preço marginal na Alemanha em 2030 para o cenário de análise “Devagar”.

Fonte: Adaptado de LOISEL et al (2014)

KIHM & TROMMER (2014), por exemplo, analisaram as formas como alguns desses obstáculos têm começado a evoluir e como algumas outras barreiras estão sendo alvo de novas regulações. Esta análise propõe um modelo (Figura 2.3) baseado no contraste do investimento feito e a supressão de custos para achar o Valor Presente Líquido (VPL) da compra de um VE ou um VHEC. O estudo foca-se no mercado alemão e inclui uma variável chamada “Eco-fator”, a qual se refere ao valor extra que os consumidores ambientalistas estariam dispostos a pagar sem esperar um retorno desse investimento. Os resultados mostram um potencial de substituição de cerca de um terço do total anual rodado (em km) pela frota alemã de VCIs por VEs. Nas conclusões, assinala-se que a instalação

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de pontos de recarrega em áreas não urbanas facilitaria a adopção dos VEs, além da importância dos clientes corporativos para agilizar a massificação da tecnologia.

Figura 2.3. Modelo de cálculo do VPL da posse de um VE. Fonte: Adaptado de KIHM; TROMMER (2014)

A fim de ilustrar algumas das políticas nacionais para a promoção de VEs no mundo, a Tabela 2.1 apresenta uma amostra dos resultados obtidos na revisão bibliográfica. É notável o número de países com algum tipo de promoção dos EVs (sejam VEs, VHs ou VHECs) nos últimos 10 anos

(CANADIAN AUTOMOBILE ASSOCIATION, 2012; EUROPEAN AUTOMOBILE

MANUFACTURERS’ ASSOCIATION, 2014; INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, 2013; THE INTERNATIONAL COUNCIL ON CLEAN TRANSPORTATION, 2014).

V P L Taxa de juro Investimento Custo de equipamento Custo da bateria Fator ecológico Subsídio Supressão de custos Custo anual Taxas Depreciação

Venda para a rede

Custo per milha

Custo do combustível

Desgaste

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Tabela 2.1. Exemplos de Incentivos fiscais

País Características do Incentivo

Noruega Os VEs são Isentos de pagar o IVA e impostos de cadastro.

Dinamarca O imposto de cadastro é calculado com base no preço do carro, o equipamento de segurança e consumo de combustível. Os VEs estão isentos de imposto de cadastro.

Alemanha Todos os VEs estão isentos do imposto anual de circulação por um período de dez anos a partir da data da sua primeira matrícula, porém o valor do imposto de circulação pode ser tão pequeno quanto 20 € (€ do ano 2012). Índia 100 mil Rupias Indianas ou 20% do custo do veículo, o que for menor.

Redução de impostos especiais de consumo para o VE e o VHEC. Bélgica Os veículos elétricos são isentos de imposto de matrícula em Flandres.

Veículos "Prêmium ecológicos" estão disponíveis em Flandres para empresas que investem na compra de um VE ou um VHEC de alcance estendido.

O dedutível de pessoa jurídica para os gastos relacionados com o uso de carros da empresa é de 120% para veículos de emissões zero e 100% para os veículos que emitem entre 1 e 60 g / km de CO2; acima de 60 g / km, a taxa de dedutibilidade diminui gradualmente de 90% a 50% até chegar em 120 g/km"

Estados Unidos Os EUA fornecem um bônus federal de uma só vez na compra de um EV, e alguns estados, como a Califórnia, oferecem bônus estatal adicional e incentivos para incentivar compras EV.

Holanda Todos os veículos com emissões menores de 95 g CO2/km (gasolina) ou 88 CO2/km (diesel) estão isentos do imposto de matrícula. Todos os VEs estão incluídos. Além disso os veículos com emissões menores de 50 gCO2/km estão isentos do Imposto anual.

2.4.Reação do mercado aos Incentivos

As vendas globais de VEs (incluindo VHECs) cresceram até as 210.000 unidades em 2013 (THE INTERNATIONAL COUNCIL ON CLEAN TRANSPORTATION, 2014). Isso diz respeito ao interesse que a nova tecnologia gera e da expectativa de mitigação de GEE que traz. Por outro

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lado, embora o aumento da frota elétrica seja considerável, ainda está muito longe do alvo da EVI de ter 20 milhões de carros rodando nas ruas para o ano 2020. Até 2014 a adoção dos VEs chegou mais lentamente do que foi esperado, inclusive no país que tem a maior porção de elétricos com respeito à frota total, a Noruega, onde os VEs só representavam 6% do total de vendas em 2012. A Figura 2.4 apresenta o comportamento das vendas desde o ano 2009 como ilustração.

Para o ano 2012 foram vendidas 56682 unidades (Figura 2.5); porém, as vendas totais de VEs foram de cerca de 1% das vendas totais de veículos de passageiros no mundo, e 89% das vendas de VEs foram realizadas nos países da EVI. O Japão foi o líder em vendas durante o ano 2012, com 28% do total dos VEs vendidos no mundo. Por outro lado, entre 2012 e 2013 o estado de Califórnia teve o maior acréscimo nas vendas (Figura 2.6).

Figura 2.4. Vendas anuais de VEs e VHECs por ano. Fonte: Adaptado de ICCT (2014)

O estudo assinala também que o segundo lugar em adoção de VE é ocupado pelo estado de Califórnia (EUA), mas a porção de mercado se mostrou ainda longe da posição Norueguesa (Figura 2.6). A ICCT sugere que essa vantagem está fortemente relacionada com os incentivos fiscais que o governo norueguês tem outorgado para a aquisição de elétricos (ver Figura 2.8).

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Figura 2.5. Contribuição de unidades vendidas ao total mundial por pais no ano 2012. Fonte: Adaptado de IEA (2013).

Figura 2.6. Quota de mercado para VEs. Fonte: Adaptado de ICCT (2014)

Japão 28% EUA 26% China 15% França 11% Noruega 7% Alemanha 2% Reino Unido 2% Outros 9%

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2.5.Impacto dos incentivos

A fim de ilustrar quais têm sido os impactos da criação de incentivos para a adoção de VEs, apresenta-se uma comparação de dois veículos de características técnicas similares. O Renault Zoe, disponível apenas na versão elétrica, representou cerca de 13% de todas as vendas de elétricos na Europa em 2013. O veículo com MCI equivalente ao Zoe é o Renault Clio, que é o quarto carro de passageiros mais popular da Europa (THE INTERNATIONAL COUNCIL ON CLEAN TRANSPORTATION, 2013)

Para comparação, os preços dos veículos foram ajustados de modo a refletirem aproximadamente a mesma configuração em termos de equipamento opcional. Como, na realidade, os preços dos veículos são distintos em cada país, além do que o Zoe ou o Clio poderiam não estar disponíveis fora da Europa, o estudo do ICCT assumiu que os modelos de carros selecionados estariam disponíveis em todos os países, e os preços dos veículos (excluindo impostos e subsídios) seriam sempre idênticos ao preço base do veículo na Alemanha.

A análise do ICCT usa uma comparação do Custo Total de Propriedade (CTP) ou Total Cost of Ownership (TCO), aplicando uma metodologia similar à aquela apresentada na Figura 2.3. Os resultados assinalam que só na Noruega e Dinamarca os custos totais de propriedade da opção elétrica, o Renault Zoe, são menores do que os custos totais de possuir um Renault Clio (Figura 2.7).

Figura 2.7. Custo total de propriedade para o Renault Zoe e o Renault Clio por país. Fonte: Adaptado de ICCT (2014).

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Na Dinamarca, existe um imposto de cadastro muito alto, que é baseado principalmente no preço do veículo. Os VEs estão isentos desse imposto, o que explica porque o CTP do Renault Zoe é mais baixo do que o CTP do Clio. Em contraste, a Noruega cobra altos impostos sobre os veículos com motores de combustão interna. Os VEs são em grande parte isentos desses impostos e, ademais, se beneficiam de custos de eletricidade mais baixos. Como resultado, o CTP do Renault Clio é significativamente mais elevado do que o preço base do veículo, enquanto que o CTP do Zoe é apenas ligeiramente acima do seu preço base.

A Figura 2.8 permite ver o volume do investimento feito por cada país para encorajar a adopção dos elétricos versus o acréscimo na porção de mercado. Pode-se notar uma correlação entre o emprego de incentivos e a penetração dos EVs no mercado. Porém, a criação de incentivos não garante a adoção dos veículos; no caso dinamarquês, o valor investido em incentivos é o maior dos países considerados, porém a porção de mercado dos elétricos ainda é baixa. Os autores da pesquisa assinalam que esse contraste é possivelmente devido ao enfoque para veículos privados dos incentivos dinamarqueses, e o aporte da eletrificação de frotas empresariais não pode ser descuidado. Paralelamente, a Figura 2.9 apresenta o total do incentivo por país (expresso como uma porcentagem do preço básico do carro) versus a penetração do mercado, incluindo os VHEC e a sua evolução no período 2012-13.

Figura 2.8. Incentivos totais versus taxa de acréscimo da porção de mercado 2012-2013. Fonte: Adaptado de ICCT (2014)

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Figura 2.9. Incentivos outorgados versus quota de mercado dos VEs. Fonte:Adaptado de ICCT (2014)

Levando em consideração que o mercado dos VEs ainda tem muito potencial de crescimento, é natural deduzir que os trabalhos de pesquisa podem conter muitos fatores de perturbação estatística que sugerem que, embora haja uma correlação entre os incentivos fiscais e o acréscimo inicial da porção de mercado em cada um dos mercados de veículos, há muitas influências externas que tornam a análise complexa. Isso pode ser percebido na dispersão dos dados e a falta de uma linha de tendência evidente para os pontos (Figura 2.9). Isso quer dizer que não há só um caminho a fim de aumentar a frota de VEs, as particularidades de cada região fazem que a implementação de políticas não seja um tópico trivial. Em conclusão, um programa amplo de criação de inventivos fiscais deve levar em conta tanto as limitações da política fiscal quanto a compreensão limitada de todos os fatores subjacentes e de outras políticas que podem ajudar a impulsionar e sustentar o mercado de VEs.

De outro lado analisa-se a existencia de fatores externos que desempenham um papel importante no desenvolvimento tecnológico dos VEs aumentando os custos de produção e,

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potencialmente, retardando a adoção pelo mercado (SIERZCHULA et al., 2014). A difusão do conhecimento refere-se à possível usurpação de algum conhecimento ou tecnologia gerada por alguma empresa por parte de outra usando por exemplo, engenharia reversa. Isso quer dizer que a geração de conhecimento é arriscada para as empresas porque o conhecimento gerado poderia ser utilizado por companhias rivais, e isso diminuiria o custo final dos veículos rivais. Por esse motivo, Sierzchula et al. (2014) ressaltam que a redução da poluição, embora seja uma característica desejável dos VEs, é um benefício que não vai deixar uma receita per sé para as companhias, e os legisladores deveriam levar em conta as empresas na criação dos incentivos, gerando um valor para a redução de emissões. Não obstante, é importante ressaltar a decisão de TESLAMOTORS (2014) no sentido de liberar as suas patentes quebrando paradigmas ao respeito.

Ainda de acordo com Sierzchula et al.(2014), três fatores são chave para a adopção dos VEs, sendo as caraterísticas de consumidor o fator com a menor influência real na aquisição do veículo e os aspectos tecnológicos os mais influentes (Tabela 2.2).

Tabela 2.2. Características do consumidor

Tecnológicos Características do

Consumidor

Externos

Custo da bateria Nível de educação Preço do combustível

Desempenho do veículo Nível de ingresso Número de modelos disponíveis

Caraterísticas técnicas (Distância do percurso, tempo de recarrega)

Ambientalismo Disponibilidade de postos de recarrega

Como conclusão, aponta-se que o crescimento do mercado dos VEs pode ser muito limitado caso regulações mais rigorosas não sejam aplicadas, ou um estágio de aumento nos preços do combustível não chega. Por fim, os autores dão ênfase ao fato de que tanto os incentivos fiscais (Figura 2.10), quanto o número de estações de carregamento (Figura 2.11) e a presença de uma montadora na região do estudo foi positiva e significativa para a adoção de VEs nos países analisados. Dessas variáveis, uma maior infraestrutura de recarrega foi o melhor fator de predição de uma alta quota de mercado de VEs no país.

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Figura 2.10. Quotas de mercado e incentivos. Fonte: Adaptado de Sierzchula et al. (2014)

Figura 2.11. Postos de recarrega e quota de mercado. Fonte: Adaptado de Sierzchula et al.(2014)

Para finalizar a seção, menciona-se o esquema de subsídios Chinês, o qual é dividido num plano geral de incentivos de duas etapas (HAO et al., 2014): a fase I (até 2020) está baseada na

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capacidade da bateria em kWh, ou seja, a fim de obter o incentivo as baterias têm que atingir um determinado limite mínimo de capacidade elétrica relacionado à tensão nominal; na fase II(após 2020), cujo parâmetro para a outorga do subsídio é a autonomia do carro, há uma redução dos incentivos em relação à fase I, confiando que o incremento da produção diminuirá os preços dos VEs. Esta pesquisa baseada no custo de propriedade identificou que o esquema de incentivos ainda não é suficiente para impulsionar nem a compra de VEs, nem de VHECs na China. Uma comparação dos 5 VEs mais vendidos na China mostra que o Chery QQ3 é o veículo elétrico mais rentável, com a particularidade de que esse carro não tem acesso aos subsídios por não ter uma bateria de Lítio, mas uma de Chumbo-Ácido.

Figura 2.12. Criterios de aplicação de subsídio. Fonte: Adaptado de Han et al.(2014)

2.6.Análise de ciclo de vida de veículos elétricos

No tema, a literatura disponível é extensa. Existe uma quantidade importante de artigos publicados em periódicos científicos, relatórios de pesquisa e inclusive publicações de empresas de consultoria e associadas à indústria automobilística. A fim de identificar a informação mais relevante

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no tema, opta-se por priorizar os trabalhos que o autor considerou mais abrangentes, respeito do escopo, janela temporal e número de citações.

FARIA et al. (2013) apresentam uma análise comparativa dos aspectos econômicos e ambientais de veículos convencionais (com motorização à gasolina ou diesel) e veículos elétricos (elétricos à bateria e híbridos plug-in) na qual o foco foi posto principalmente nas emissões de GEE, considerando as fontes de energia primária e a etapa de uso do veículo. A pesquisa inclui uma análise detalhada da matriz de geração elétrica considerando três situações: (a) significativa importância de fontes fósseis (principalmente carvão mineral; a matriz de geração da Polônia é a referência), (b) grande contribuição da geração nuclear (o perfil da França é mencionado), e (c) grande importância de fontes renováveis de energia (no caso, o perfil de geração de Portugal é a referência).

A Figura 2.13 ilustra as fronteiras do sistema considerado pelos autores; é importante chamar a atenção à respeito das etapas de produção, reciclagem e disposição das baterias. Os autores adotaram uma abordagem clássica em ACV de veículos, considerando as fases de produção de combustíveis, energia elétrica, os veículos, uso dos veículos, e da disposição de veículos e componentes.

Figura 2.13. Fronteiras do sistema em ACV de veículos convencionais e elétricos. Fonte: Adaptado de Faria et al. (2013)

Os modelos de veículos considerados na análise foram o Volkswagen Golf (VCI, 1.6 e 1.4, a diesel e gasolina), o Smart (VCI), o Chevrolet Volt (VHEC), o Nissan Leaf (VE), o Peugeot íon (VE) e o Smart ED (VE).

Na produção do veículo e os seus componentes, a fabricação das baterias é a etapa mais crítica do ponto de vista das emissões de GEE, contribuindo com até 30-50% das emissões em todo o ciclo

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de vida, dependendo da capacidade da bateria e da matriz de geração elétrica. Para os VCI a etapa de uso demostrou ser o maior contribuinte com as emissões de GEE (85-90%). Já para os veículos elétricos, a geração de eletricidade tem a maior contribuição quando a matriz de geração é predominantemente fóssil (mais do que 75% das emissões de GEE ao longo do ciclo de vida). Não obstante, os autores concluem que mesmo uma matriz de geração elétrica com grande participação de fontes renováveis não significa necessariamente baixas emissões de GEE, dependendo da intermitência e da necessidade de complementação de fontes fósseis.

Adicionalmente os autores concluem que o estilo de direção pode ter um grande impacto no consumo de energia na etapa de uso dos veículos, podendo ser até 47% maior quando da comparação entre motoristas que têm estilo agressivo e aqueles que não têm. Paralelamente, o uso regular de equipamentos de ar condicionado pode representar elevação do consumo entre 24% e 60%. Já do ponto de vista econômico, a desvantagem inicial dos veículos elétricos e híbridos (são mais caros) é reduzida na medida em que aumenta a vida útil das baterias, que é o componente mais caro (uma vez que o custo de funcionamento dos veículos elétricos é menor).

A conclusão final dos autores é que os veículos puramente elétricos são clara tendência no futuro, e suas vantagens comparativas serão tanto maiores quanto melhores forem as tecnologias das baterias (maior autonomia, menor tempo de recarga, menor peso, maior vida útil, etc.); quanto menor a dependência da matriz elétrica de fontes fósseis; e quanto menos agressivo for o estilo de direção dos motoristas.

Outro estudo de ACV incluído na revisão bibliografica expõe a comparação de um VCI, um VH e um VE nas condições típicas da Califórnia, nos EUA, analisando as emissões reguladas (no caso dos veículos leves, i.e., CO, NOx e COVs), de material particulado, óxidos de enxofre e principalmente as emissões equivalentes de CO2 ao longo do ciclo de vida dos veículos (RAJAGOPAL et al., 2012). As fronteiras do sistema são ilustradas na Figura 2.14, para o caso do VE. Fundamentalmente, os autores estimaram as emissões de GEE associadas ao uso de energia e ao transporte de materiais e de produtos, nas principais etapas da cadeia (ou seja, na manufatura, no uso e na reciclagem e disposição). É considerado que as baterias são fabricadas na China e são transportadas por navio; as peças dos carros e os veículos completos são produzidos no México, sendo transportados por caminhões e trens.

Os autores assumiram que, exceto a massa dos motores e das baterias, o restante dos veículos tem o mesmo peso (1.275 kg). O peso do motor de combustão interna foi estimado como 225 kg, e o das baterias (íon-lítio) 300 kg. Assim, os VEs têm 1.575 kg, e os VCIs têm 1.500 kg. Para os VH, os autores calcularam parâmetros a partir de uma média ponderada, considerando que a bateria equivale à 1/6 da bateria do veículo elétrico. Exceto as baterias, todas as demais peças dos veículos têm a

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mesma destinação após o fim da vida útil; consumos de energia e fatores de emissão iguais foram considerados para todos os veículos. A vida útil dos veículos foi considerada 15 anos, ou aproximadamente 290.000 km (180.000 milhas), com necessidade de substituição de um módulo da bateria com 2/3 da vida útil do VE. Os autores comentam que, no presente, a reciclagem da bateria não é economicamente viável, como consequência do pequeno mercado e dos preços ainda baixos da matéria prima.

Figura 2.14. Diagrama de fluxo considerado na ACV do VE. Fonte: Adaptado de Rajagopal et al.(2012)

Os consumos e autonomias, foram considerados os correspondentes aos de veículos comerciais: 13,2 km/l para o VCI (análogo à um Nissan Vectra), 21,2 km/l para o VHEC (correspondente a um Toyota Prius), e 0,21 kWh/km para um VE (análogo a um Nissan Leaf).Os fatores de emissão da gasolina disponível na Califórnia, bem como da matriz de geração elétrica naquele estado, na época4, foram considerados. Alternativamente, também foram considerados os

4 O mix na geração de eletricidade era: carvão mineral (7%), energia nuclear (14%), gás natural (42%), energia

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fatores de emissão da matriz elétrica em 2020, quando 33% da eletricidade na Califórnia teria que ser com fontes renováveis5.

No ciclo de vida dos veículos, o consumo de energia do VE é o menor (507 GJ), sendo o consumo do híbrido 11,3% maior e o consumo do VCI 69,3% maior. O consumo de energia é maior na etapa de uso dos veículos, nos três casos. O consumo de energia na produção de baterias também é importante no caso dos veículos híbridos e elétricos. No caso dos VCI, a etapa de uso representa 95% do consumo em todo o ciclo de vida.

Com respeito às emissões de GEE, os resultados indicam que os veículos convencionais à gasolina emitem 62,9 tCO2eq., enquanto as emissões dos VHECs são 35,1% menores e as emissões dos VEs são 49,4% menores. A maior parte das emissões ocorre na etapa de uso final (96% no caso dos VCI, 91% no caso do VHEC e 69% na geração de eletricidade para os VE). A produção das baterias representa 24% das emissões totais no caso dos VEs, mas apenas 3% no caso dos VHEC.

A título ilustrativo, nas Figuras 2.15 e 2.16 são apresentados os resultados das análises de sensibilidade dos VEs e VCIs, respectivamente. Os resultados são apresentados em MJ/milha; 2,8 MJ/milha equivale a 1,74 MJ/km, enquanto 4,8 MJ/milha equivale a 2,98 MJ/km. Os estágios do ciclo de vida dos veículos elétricos que influenciam a demanda de energia e as emissões de GEE são, por ordem, o carregamento da bateria, a fabricação da bateria e das peças; as demais etapas são pouco relevantes. No caso dos veículos convencionais, na ordem, as etapas do ciclo de vida que mais impactam os resultados são a etapa de uso e, mais de uma ordem de grandeza abaixo, a fabricação das peças; as demais etapas são irrelevantes.

Figura 2.15. Análise de sensibilidade para o consumo de energia dos VEs. Fonte:Adaptado de Rajagopal et al. (2012).

5 O mix na geração de eletricidade seria: carvão (1%); energia nuclear (11%); gás natural (36%); energia hidráulica

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