Como parte fundamental do sistema de propulsão de um veículo elétrico, a sustentabilidade do design dos motores elétricos é também crucial na análise da sustentabilidade global do veículo. O relatório da IDTechEx, "Motores Elétricos para Veículos Elétricos 2025-2035: Tecnologias, Materiais, Mercados e Previsões", prevê uma necessidade de mais de 160 milhões de motores elétricos anualmente até 2035. Este artigo tem como objetivo examinar alguns dos principais fatores e compensações que devem ser considerados no projeto de motores elétricos, caso a sustentabilidade seja o objetivo final.
O impacto da escolha do material
Na grande maioria dos casos, os materiais utilizados no estator dos motores elétricos para o mercado dos veículos elétricos são muito semelhantes, com lâminas de aço e enrolamentos de cobre. A principal diferença reside nos materiais do rotor. Os motores de íman permanente de terras raras representam a maior parte do mercado, e a IDTechEx constatou que deverão deter 85% do mercado de automóveis elétricos até 2023.
Dos materiais considerados para motores elétricos (aço, alumínio, cobre), os elementos de terras raras apresentam o maior impacto ambiental por quilograma, tendo em conta o seu potencial para provocar a destruição da camada de ozono, o aquecimento global, a acidificação, a eutrofização e a formação de ozono fotoquímico. Embora representem uma porção relativamente pequena do motor (menos de 1 a 2 kg), os motores que contêm elementos de terras raras tendem a ter um impacto ambiental maior por quilowatt de potência em comparação com as alternativas sem eles, mesmo que os motores sem ímanes exijam normalmente maiores quantidades de outros materiais, como o cobre. No entanto, os motores sem ímanes podem exigir etapas de fabrico adicionais que podem aumentar o consumo de energia durante a produção.
Figura 1: Análise da IDTechEx sobre o impacto ambiental dos materiais utilizados em diversos motores de veículos elétricos comerciais. Fonte: IDTechEx
Aumentar a densidade e a eficiência energética para melhorar a sustentabilidade
Em termos simples, um motor mais eficiente significa menos energia desperdiçada na propulsão do veículo. Isto traduz-se num menor consumo de eletricidade da rede, o que, dependendo da rede, pode reduzir significativamente as emissões de CO2. Além disso, um motor mais eficiente permite a utilização de uma bateria mais pequena para atingir a mesma autonomia, reduzindo assim a utilização de materiais e o impacto ambiental global do sistema de baterias.
Outro aspeto importante é a densidade de potência. Um motor com maior densidade de potência utiliza menos material para atingir a mesma potência. Tomando como exemplo extremo um motor de fluxo axial de alta densidade de potência, os especialistas entrevistados pela IDTechEx afirmaram que é possível alcançar 190 kW de potência com menos de 1,2 kg de ímanes, ou aproximadamente 6,3 gramas/kW. Compare isto com um motor de fluxo radial moderno, que pesa cerca de 10 gramas/kW.
Precisamos de mais motores?
Uma pesquisa da IDTechEx revelou que o número médio de motores utilizados em veículos elétricos a bateria (BEVs) em 2023 foi 13% superior ao de 2015, devido ao aumento do número de veículos com configurações de dois, três e quatro motores. Naturalmente, um veículo com mais motores aumenta o consumo de materiais, não só do próprio motor, mas também de todos os componentes eletrónicos e de gestão térmica associados.
Pode-se perguntar: quantos consumidores precisam realmente de mais do que um motor? É inegavelmente um luxo desejável, e os fabricantes de automóveis preferem geralmente vender estes veículos com especificações mais elevadas, que oferecem uma maior margem de lucro. Isto reduz a sustentabilidade do veículo; no entanto, se significar que mais pessoas estão dispostas a comprar um veículo elétrico a bateria (BEV), pode ser considerado um passo na direção certa para o ambiente como um todo. A IDTechEx acredita que um passo fundamental para revitalizar o crescimento do mercado de veículos elétricos será a disponibilidade de modelos de baixo custo (especialmente na Europa) que provavelmente apresentarão uma solução com um único motor para manter os custos baixos.
Qual a importância da sustentabilidade?
A sustentabilidade é um objetivo central para a maioria das empresas modernas, muitas das quais têm metas de emissões líquidas zero num futuro próximo e departamentos inteiros dedicados à redução do impacto ambiental da empresa. À medida que os fabricantes de automóveis se esforçam por tornar os veículos elétricos mais rentáveis — veículos que serão um fator importante na descarbonização do transporte rodoviário — a sustentabilidade dos componentes dos veículos elétricos fica muitas vezes em segundo plano em relação a fatores como o desempenho, a eficiência e o preço. Além disso, é geralmente dada mais atenção aos materiais das baterias, e com razão, dadas as quantidades utilizadas em comparação com os motores. Isto reflete-se em regulamentos iniciais, como o passaporte de baterias na Europa, que exige o registo da pegada de carbono da bateria. A maior parte do foco inicial na sustentabilidade será nesta área, mas, no futuro, o motor poderá revelar-se uma via importante para melhorar a sustentabilidade dos veículos.
A IDTechEx prevê que serão necessários mais de 160 milhões de motores elétricos para o mercado de veículos elétricos em 2035 e que aproximadamente 30% do mercado automóvel utilizará tecnologias livres de terras raras nesse mesmo ano.
Autor: Dr. James Edmondson, Diretor de Investigação da IDTechEx
