Para muitas pessoas, os carros elétricos ainda têm um problema de imagem. Começam logo a levantar questões sobre "terras raras" nos motores e a utilização de cobalto na bateria.

E, normalmente, "esquecem-se" de que já existem respostas há muito tempo e que já se trabalha em soluções a um ritmo vertiginoso. Por isso, oferecemos uma visão geral e esclarecemos o que são as terras raras, onde se utilizam e como os fabricantes de automóveis de todo o mundo estão a investigar alternativas e inovações sustentáveis.

Visão geral dos capítulos

• Como é que as terras raras são utilizadas nos carros?
• Como é que os intervenientes globais contribuem para uma aquisição mais sustentável de matérias-primas?
• Que novas tecnologias serão utilizadas para baterias no futuro?

O que são terras raras e como são utilizadas nos carros?

As terras raras não são tão raras como o nome sugere. Existem 17 "elementos de terras raras" no total, o mais raro dos quais (túlio) não deixa de ser mais comum do que o ouro. Também não são necessárias para produzir baterias para carros elétricos, como já explicámos no nosso artigo. No entanto, as terras raras são de facto utilizadas na produção de veículos (por exemplo, o neodímio), mas não só.

É impossível imaginar a nossa vida quotidiana sem neodímio. É utilizado para fazer coisas como televisões de plasma, discos rígidos, auscultadores e, com cerca de 0,4 gramas, podemos encontrá-lo também em todos os smartphones.

É um dos elementos mais importantes para os fabricantes de automóveis, independentemente do tipo de construção, porque é necessário para o sistema eletrónico dos sensores de movimento, entre outros. Nos carros elétricos em particular, é utilizado nos motores para os ímanes permanentes.

Os ímanes permanentes são populares nos motores de carros elétricos porque aumentam a eficiência dos motores (as chamadas máquinas síncronas de ímanes permanentes, MSIP). A desvantagem reside nas maiores perdas de rolamento e na menor capacidade de sobrecarga, resultando num desempenho inferior. Os motores síncronos de excitação externa (MSEE) representam uma alternativa porque não têm ímanes permanentes e são mais potentes, mas requerem energia elétrica para gerar o campo magnético.

O cobalto, embora frequentemente associado à mineração de "terras raras", não é um dos elementos das terras raras. É extremamente condutivo e assegura que a tensão no cátodo da bateria permanece elevada, aumentando assim a densidade de energia da bateria e a velocidade de carregamento. Mas o cobalto também é necessário nos motores de combustão, tanto na dessulfuração do petróleo bruto na refinaria como no endurecimento do aço de alta resistência na produção de motores e transmissões.

No entanto, vale a pena mencioná-lo aqui porque muitos programas e desenvolvimentos dos fabricantes de automóveis também têm como objetivo poder prescindir da utilização do cobalto no futuro.

Como é que os intervenientes globais contribuem para uma aquisição mais sustentável de matérias-primas?

Os grandes consumidores, tais como a VW, a BMW e a Tesla, sabem que a origem dos materiais utilizados é um critério de compra cada vez mais importante para os seus clientes.

A tendência é, portanto, utilizar motores síncronos de excitação externa (MSEE), que não requerem elementos de terras raras como o neodímio. A razão para tal é melhorar o equilíbrio ambiental e o facto de a China controlar uma grande parte da extração de neodímio. Prescindir do neodímio significa, portanto, também mais independência para a indústria automóvel na aquisição de recursos.

A BMW (com o iX3) e a VW (com o 4x4-ID) já estão a provar que é possível prescindir completamente dos elementos de terras raras. O fabricante japonês Nissan também dispensará a utilização de elementos de terras raras no seu novo modelo Ariya. E o fabricante francês Renault está também a utilizar motores síncronos de excitação externa no popular modelo Zoe.

Que tecnologias serão utilizadas para baterias no futuro?

O futuro das baterias para carros elétricos não podia ser mais entusiasmante, uma vez que estão a ser alvo de desenvolvimentos e melhorias constantes. Olhando para os projetos de investigação dos principais fabricantes, as discussões sobre a utilização de matérias-primas como o cobalto serão breve uma coisa do passado.

Tanto a Tesla como a Volkswagen já anunciaram que, no segmento básico (por exemplo, o Tesla Modelo 3 SR+), irão utilizar apenas baterias de fosfato de ferro-lítio que não contenham cobalto. Nos segmentos superiores, deverão utilizar uma combinação de níquel e manganês para proporcionar uma vida útil muito longa de até 10 mil ciclos completos.

A BMW tem um plano diferente, uma vez que trata das aquisições completamente por conta própria e só obtém cobalto proveniente de fontes certificadas na Austrália e no México.

Uma vez que a bateria de um carro elétrico consiste principalmente em lítio, o processo de mineração é alvo de críticas frequentes devido ao consumo supostamente elevado de água. No entanto, é necessário contextualizar a quantidade de água necessária e considerar que as baterias podem ser utilizadas durante muito tempo numa segunda vida e também que podem ser totalmente recicladas posteriormente.

Para escapar completamente à necessidade de lítio, o fornecedor chinês CATL (Contemporary Amperex Technology Limited) apresentou um novo tipo de bateria de iões de sódio. Em 2023, deverá estar pronta para a produção em série e para a entrada no mercado. As vantagens são a sustentabilidade, o desempenho em condições frias, a capacidade de carregamento rápido, a segurança e, claro, os custos de fabrico mais baixos.

Os investigadores australianos estão a adotar uma abordagem diferente para criar uma bateria com uma autonomia de 1000 quilómetros, utilizando enxofre para substituir o cobalto e o manganês. O facto de empresas como a IBM, a Mercedes e a Sidus estarem a trabalhar em conjunto num método de produção de baterias com minerais marinhos em vez de metais pesados também dá muita confiança.
No futuro, existirão as chamadas baterias de estado sólido, muito superiores às tecnologias atuais em termos de autonomia, segurança e velocidade de carregamento. A Renault, a Mitsubishi, a Nissan e a Toyota uniram forças e estão a investigar intensivamente em conjunto a próxima grande inovação.