Os veículos modernos já contêm muito cobre, utilizado principalmente na cablagem. Ao longo das décadas, os automóveis tornaram-se maiores e mais complexos, fazendo com que a necessidade de cablagem aumentasse de algumas ligações para milhares. O chicote de fios é agora um labirinto que se estende por quilómetros por todo o carro. E o peso desses quilómetros de fios acumula-se. O chicote de cabos é um dos componentes mais pesados de um veículo: alguns pesam mais de 60 kg e contêm, em média, aproximadamente 25 kg de cobre.
Os carros continuam a tornar-se mais complexos, exigindo ainda mais cablagem. E enquanto a Tesla e outras empresas trabalham para uma rede veicular mais simplificada, otimizada e eficiente, a IDTechEx prevê que a quantidade de fios necessária para a cablagem continuará a aumentar nos próximos anos. No entanto, o cobre adicional necessário para esta crescente procura de fio é insignificante quando comparado com a nova procura de cobre gerada pela electrificação.
A construção de um sistema de propulsão elétrica requer muitos componentes que consomem uma grande quantidade de cobre e que não eram anteriormente necessários para os veículos com motor de combustão interna. Os motores de tração, a cablagem de alta tensão, o inversor e o carregador requerem entre 10 e 15 kg de cobre cada um. O motor é o fator determinante nesta gama, com fatores como se tem um ou dois motores e o design do motor tem um impacto significativo na quantidade de cobre necessária. No entanto, a procura de cobre para estes componentes individuais continua a ser pequena em comparação com a bateria. De acordo com um estudo da IDTechEx, a bateria média de 64 kWh num carro elétrico requer 25,4 kg de cobre.
As propriedades elétricas e químicas do cobre tornam-no ideal para utilização em toda a bateria. Cada uma das células da bateria, que podem atingir centenas ou milhares, contém uma folha de cobre que conduz a energia para fora da célula. Além disso, grandes barras de cobre percorrem toda a bateria, transportando energia de todas as células e transferindo-a para os cabos de alta tensão e, finalmente, para os componentes eletrónicos de potência e para o motor.
É claro que o cobre não é o único elemento capaz de desempenhar estas funções, mas, na maioria dos casos, as suas propriedades físicas, elétricas e químicas são as mais adequadas. O alumínio é um candidato comum para substituir o cobre. Custa cerca de um terço do preço do cobre e é menos denso, sendo, por isso, mais leve. O alumínio tem ganho alguma aceitação nos barramentos e na cablagem, e a Tesla é uma das principais utilizadoras. No entanto, isto representa apenas cerca de 10 a 20% do conteúdo de cobre da bateria, uma vez que o restante é composto pelas placas das células.
A folha de cobre é utilizada apenas no lado do cátodo e, devido à interação do alumínio com o lítio no terminal negativo da bateria, não pode ser aí utilizada. Da mesma forma, o cobre dissolver-se-ia se utilizado como coletor de corrente no ânodo. Outros materiais que poderiam substituir o cobre no cátodo, como o aço inoxidável, o carbono/grafite e o titânio, apresentam problemas de custo, peso e condutividade, o que torna a sua adoção altamente improvável.
Assim, sendo a folha de cobre a única opção viável como fonte de energia, existe algo que possa conter a sua crescente procura? O relatório da IDTechEx, "Demanda de Cobre para Automóveis 2024-2034: Tendências, Utilização e Previsões", conclui que existem alguns mecanismos que reduzem a quantidade de cobre necessária por quilowatt-hora de capacidade da bateria. O primeiro é a utilização de folhas mais finas. A espessura padrão atual para folhas de cobre é de 10 µm, mas a IDTechEx observou empresas a trabalhar com folhas de 6 µm de espessura ou até mais finas. O outro fator que influencia a intensidade do cobre é a composição química da bateria.
A composição química da bateria é um dos principais fatores que determinam a quantidade de energia que uma célula pode armazenar. Assumindo que todos os outros fatores se mantêm iguais, como a espessura do material e a forma da célula, se a composição química A tiver o dobro da energia da composição química B, as baterias fabricadas com a composição química A terão metade do cobre das baterias com a composição química B para a mesma capacidade energética total. Isto não está muito longe do que realmente acontece com as duas principais composições químicas das baterias: NMC e LFP. Uma pesquisa da IDTechEx descobriu que a intensidade média de cobre em kg/kWh de uma célula LFP era quase o dobro da de uma célula NMC.
Existem outras composições químicas que têm o seu lugar na eletrificação, mas a IDTechEx prevê que, nos próximos 10 anos, as baterias LFP e NMC dominem o mercado automóvel, representando mais de 90% do mesmo. É provável que a LFP aumente a sua quota de mercado até lá, graças à sua boa densidade energética e ao preço mais baixo em comparação com a NMC. Isto levará a um aumento correspondente da procura de cobre para veículos elétricos, uma vez que, para além da maior intensidade de cobre da LFP, a IDTechEx também espera um aumento do tamanho médio das baterias por veículo.
A eletrificação e a química das baterias são fatores-chave para determinar a procura futura de cobre na indústria automóvel. No entanto, o relatório de mercado "Demanda de Cobre para Automóveis 2024-2034: Tendências, Utilização e Previsões" abrange muitos outros fatores, tais como topologias de motores, tendências em eletrónica de potência e a crescente procura de condução autónoma, todos com impacto tangível na procura geral de cobre da indústria automóvel.
Autor: Dr. James Jeffs, Analista de Tecnologia Sénior da IDTechEx
