É evidente que chegou o momento de abordar o "direito à reparação", inicialmente no caso dos produtos de consumo, que são apenas a ponta do icebergue e parte de um problema muito maior: mudar a forma como trabalhamos e enfrentar a questão do prolongamento da vida útil dos equipamentos, desenvolvendo ao mesmo tempo uma economia circular. Muitos sectores empresariais serão significativamente impactados pelas novas directivas europeias e terão de encontrar novas formas de lidar com a obsolescência programada.
Como é que a indústria de fornecimento de energia irá adotar esta mudança e de que forma poderá contribuir para prolongar a vida útil dos equipamentos e reduzir o desperdício?
Novas regras da UE para tornar os produtos sustentáveis a norma.
Tal como anunciado no Plano de Acção da UE para a Economia Circular, a Comissão propôs novas regras para tornar quase todos os bens físicos no mercado da UE mais ecológicos, circulares e energeticamente eficientes ao longo de todo o seu ciclo de vida, desde a fase de concepção até à utilização diária, reutilização e fim de vida. No âmbito do Plano de Ação de junho de 2023, a Comissão do Ambiente apresentou uma proposta para preparar os produtos da UE para estas condições, desenvolvendo uma estratégia para prolongar a vida útil dos equipamentos e proteger os consumidores. Uma parte fundamental desta proposta passa pelo estabelecimento de regras comuns que incentivem a reparação dos bens, avançando para o objetivo do consumo sustentável no âmbito do Pacto Ecológico Europeu (Figura 01).
Figura 01 - Enquadramento político do "Pacto Ecológico Europeu" no que respeita à Responsabilidade Social Empresarial (RSE) (verde) e a relação da RSE com a Directiva Ecodesign (azul). (Fonte: PRBX/Ecochain)
O desenvolvimento de uma abordagem orientada para a reparação reduzirá o lixo eletrónico e o impacto ambiental, resultando em poupanças significativas para os consumidores e para a sociedade como um todo. Neste sentido, e à semelhança da etiquetagem de eficiência energética utilizada no ecodesign, a França propôs um selo semelhante com um índice de reparabilidade para informar os consumidores sobre a possibilidade de reparação de um produto, além de proporcionar o acesso a orientações sobre o tema.
Tal como proposto no âmbito do projeto, a 4 de dezembro de 2023, o Parlamento Europeu e o Conselho chegaram a um acordo provisório sobre uma atualização das regras de "ecodesign", com o objetivo de melhorar vários aspetos dos produtos ao longo do seu ciclo de vida, tornando-os mais duráveis, fiáveis, fáceis de reutilizar, atualizar, reparar e reciclar, e de consumir menos recursos, energia e água.
A proposta abrange os bens de consumo e aborda quaisquer defeitos que possam apresentar, quer estejam ou não atualmente em garantia. Os fabricantes serão obrigados a reparar os produtos entre cinco e dez anos após a compra. Os bens atualmente sujeitos a requisitos de reparação incluem eletrodomésticos como máquinas de lavar roupa, máquinas de lavar e secar roupa, máquinas de lavar louça, frigoríficos, monitores eletrónicos, equipamento de soldadura, aspiradores e servidores e dispositivos de armazenamento de dados. Os telemóveis, os telefones sem fios e os tablets também estão incluídos na recente versão preliminar, e os carregadores para veículos elétricos foram considerados nas discussões recentes. Todos estes produtos utilizam fontes de energia, devendo os fabricantes estar cientes da legislação e regulamentação futuras e monitorizar a sua evolução.
Figura 03 - As fontes de alimentação necessárias às empresas ferroviárias para a renovação dos seus comboios são numerosas e vão desde módulos de baixa potência a conversores de alta potência até centenas de quilowatts. (Fonte: PRBX/Shutterstock/ECO LENS)
Porque é que as novas regras de ecodesign serão importantes para o setor energético?
Esta introdução pode dar a impressão de que será principalmente o segmento de consumo o alvo da futura legislação, mas, na verdade, inspiradas pelo grupo de trabalho de Ecodesign, muitas atividades estão a ser realizadas no setor para prolongar a vida útil dos equipamentos, e é aí que reside a importância da legislação para o setor de fornecimento de energia.
Relativamente às aplicações de fontes de alimentação para o consumidor, estas podem ser integradas no equipamento e fazer parte do sistema geral, ou externas, como os carregadores USB. Os legisladores estão a trabalhar num sistema de classificação por nível de reparação para tornar a reparação uma opção viável em vez da substituição, tanto do ponto de vista ambiental como económico. Isto faz parte do grupo de trabalho de 2024, que está a colaborar com a indústria para definir classificações razoáveis que beneficiem os utilizadores finais e o ambiente.
Devido aos elevados níveis de integração e às práticas de fabrico atuais, como a utilização de componentes plásticos selados, como adaptadores externos, estes componentes podem não ser classificados como reparáveis, mas os fabricantes podem ainda ser obrigados a garantir suporte e assistência técnica durante dez anos. Da mesma forma, para as fontes de alimentação integradas em equipamentos certificados, os fabricantes serão obrigados a garantir a disponibilidade de peças de substituição durante toda a sua vida útil.
Nos níveis de potência mais elevados, em termos das normas de Ecodesign sobre o consumo de energia, os servidores e o armazenamento de dados já estão incluídos na proposta, e os fabricantes de fontes de alimentação estão a trabalhar em estreita colaboração com os representantes europeus para desenvolver soluções de energia que satisfaçam as necessidades de reparação, mas que também garantam uma vida útil operacional mais longa.
Ao considerar a economia circular, até 80% do impacto ambiental de um produto pode ser determinado na fase de conceção. Ao conceber uma fonte de alimentação para um centro de dados, a eficiência energética é sempre uma prioridade, e os designers de fontes de alimentação utilizam as tecnologias mais recentes, como os semicondutores de banda larga, para oferecer os mais elevados níveis de desempenho. Em relação à vida útil prolongada, estão a ser desenvolvidos esforços significativos para seleccionar componentes capazes de manter o seu desempenho original durante mais de dez anos em condições de funcionamento. No entanto, os projetistas devem também incorporar a reparabilidade no projeto mecânico, o que pode passar por um conceito modular que facilite a manutenção e, no final da sua vida útil, a reciclagem.
Para muitos projetistas, será uma nova forma de trabalhar, mas para aqueles que estão habituados a desenvolver soluções energéticas para a renovação e modernização de sistemas, não é nada de realmente novo, e muitas das melhores práticas implementadas neste setor já estão em conformidade com as futuras regulamentações de Ecodesign.
Mesmo antes das regulamentações de ecodesign, a reutilização, a reparação e o prolongamento da vida útil já eram a norma no setor ferroviário.
Para além dos objetivos do ecodesign nos segmentos de consumo, muitas aplicações industriais exigem que os fabricantes de fontes de alimentação forneçam soluções energéticas para a renovação e modernização de sistemas. Entre muitos outros, o sector dos transportes, e especialmente o ferroviário, são exemplos primordiais do que poderia ser aplicado a outros sectores quando se trata de reutilização, reparação e prolongamento da vida útil.
Um bom exemplo é a operadora ferroviária estatal francesa, Société Nationale des Chemins de Fer (SNCF), que em setembro de 2023 anunciou que, como parte do seu compromisso com a sustentabilidade, a SNCF Voyageurs e a sua Divisão de Material Circulante estão empenhadas em otimizar a utilização e a vida útil dos seus comboios em todas as fases do seu ciclo de vida: renovações de meio e fim de vida útil para prolongar a sua vida útil e combater a obsolescência, para além da reciclagem e reutilização de peças de substituição, etc. Para atingir este objetivo, a SNCF anunciou o início de um grande projeto de renovação para renovar e modernizar 104 comboios de alta velocidade, os "Trains à Grande Vitesse (TGV)", de forma a "combater a obsolescência" (Figura 02).
Figura 02 - A SNCF está a renovar 104 comboios TGV com o objetivo de prolongar a vida útil da frota atual. (Fonte: PRBX/SNCF)
Estes 104 comboios participantes foram avaliados durante o quarto trimestre de 2023 e o primeiro trimestre de 2024. Serão considerados diversos critérios para decidir o destino de cada comboio, incluindo o estado da estrutura, os seus componentes metálicos, a caldeira, os bogies e as instalações elétricas, incluindo as fontes de alimentação. Com base nestes critérios, os comboios serão classificados em três categorias:
1. Os que estiverem em perfeitas condições e permanecerão em serviço, mas serão alvo de remodelações para melhorar o conforto dos passageiros.
2.º Os que necessitarem de maior fiabilidade e reformas devido à sua idade avançada.
3.º Os que serão retirados de serviço devido à obsolescência de peças (componentes eletrónicos ou estado do chassis). Estes comboios desativados serão utilizados como bancos de peças de substituição, uma vez que contêm até 3.000 componentes potencialmente recuperáveis que podem ser reutilizados para reparar outros comboios.
O projeto de modernização da SNCF ilustra na perfeição os princípios do Ecodesign: Reutilização, Reparação e Prolongamento da Vida Útil em ambiente industrial. A reutilização de peças para reduzir o desperdício e otimizar os recursos já faz parte do processo de ciclo de vida da SNCF há muito tempo. Em vez de comprar peças novas, a renovação e reparação de 500.000 peças de substituição do TGV a cada ano representam uma poupança de 500 milhões de euros anuais.
Projecto de Fontes de Alimentação para Renovação – O Paradoxo das Novas Tecnologias.
A gama de fontes de alimentação necessárias às empresas ferroviárias na renovação dos seus comboios é muito vasta, abrangendo desde módulos de baixa potência a conversores de alta potência até centenas de quilowatts (Figura 03). Num comboio, muitas fontes de alimentação estão integradas em subconjuntos, como a iluminação LED com fontes de alimentação e controladores incorporados, mas diversos sistemas requerem soluções de alimentação independentes que cumpram os requisitos regulamentares mais recentes.
Em geral, as empresas de renovação utilizam referências aprovadas pelos fabricantes de comboios, e aproximadamente 80% dos requisitos estão disponíveis como produtos comerciais prontos a usar (COTS) de fabricantes de fontes de alimentação certificados que cumprem as normas ferroviárias. No entanto, ao renovar e modernizar comboios fabricados há décadas, 20% das fontes de alimentação requerem recursos adicionais, maior densidade de potência, menor consumo de energia e muitas outras especificações, necessitando frequentemente de se encaixar num invólucro existente concebido especificamente para a aplicação (Figura 04).
Figura 04 - Carregador de baterias de níquel-cádmio PRBX 110VDC, 10kW para adaptação de baterias de chumbo-ácido em aplicações ferroviárias. (Fonte: PRBX)
Quando se trata de renovação ou modernização, a indústria ferroviária segue o mesmo padrão que outras e, face à crescente procura por maior densidade de potência e menor consumo, os designers de sistemas de energia estão agora a investigar a aplicação de semicondutores de comutação de banda larga (WBG), nitreto de gálio (GaN) e carboneto de silício (SiC).
Os díodos de SiC são utilizados em fontes de alimentação ferroviárias há décadas, mas os transístores de comutação de potência são relativamente novos em aplicações ferroviárias. Dado que a vida útil dos equipamentos ferroviários pode ultrapassar os 20 anos, a fiabilidade e a sustentabilidade da cadeia de abastecimento são fundamentais, e a implementação de uma nova tecnologia exige uma avaliação técnica completa e a garantia de que a cadeia de abastecimento pode assegurar o suporte ao produto durante mais de 20 anos.
No processo de validação de uma nova tecnologia para aplicações ferroviárias exigentes, o processo paralelo em curso de eletrificação de outras aplicações de transporte e máquinas está a ajudar a acelerar a adoção pelo mercado e a construir confiança no WBG e, especialmente, no SiC. A indústria automóvel realizou extensas pesquisas para validar a tecnologia WBG e a adoção de SiC e GaN em sistemas de propulsão e carregadores de baterias, estabelecendo assim as bases para que outros setores adotem a tecnologia.
Na conversão por comutação de alta potência, muitos projetos utilizam MOSFETs de SiC em vez de IGBTs, e o projeto de investigação MUSiCel, do Instituto Fraunhofer de Economia de Energia e Tecnologia de Sistemas de Energia, merece destaque. Utilizando semicondutores de SiC de banda larga inovadores, o projeto alcançou uma potência de saída de 250 kW a uma frequência de comutação de 50 kHz, com uma eficiência superior a 98% em toda a gama de potência (a 100 kW, foi medida uma eficiência de 98,8%) (Figura 5). Originalmente concebido para a eletrificação de máquinas agrícolas e de construção, o projeto de investigação MUSiCel pode ser igualmente aplicado a sistemas de conversão ferroviária de alta potência, e esta investigação irá certamente contribuir para a adoção do SiC em projetos futuros.
Figura 05 - Conversor CC-CC SiC de 250 kW desenvolvido no âmbito do projeto Fraunhofer IEE MUSiCel (Fonte: PRBX/Fraunhofer IEE)
Pesquisar a viabilidade, a fiabilidade e as vantagens em comparação com as tecnologias anteriores é muito importante, mas para os fabricantes ferroviários, é crucial garantir a sustentabilidade a longo prazo da cadeia de abastecimento durante todo o ciclo de vida do equipamento final. Tal como acontece com a tecnologia MOSFET, os fabricantes de semicondutores WBG investiram em instalações de produção em grande escala ou em parcerias, e também estamos a assistir a uma série de aquisições, como a da GaN Systems pela Infineon e a da Transphorm pela Renesas. A cadeia de abastecimento WBG para SiC e GaN está agora a entrar numa fase de maturidade, garantindo, assim, a tão necessária disponibilidade de componentes a longo prazo.
Em conclusão:
À questão "Ecodesign, reutilização, reparação, vida útil prolongada e novas tecnologias: será este o novo paradoxo?", a resposta não é "Sim" nem "Não". Tal como no caso do sector ferroviário que utilizámos como exemplo, a indústria no seu todo terá de considerar todos estes aspectos na concepção de novos produtos. O Ecodesign da UE está a estabelecer uma nova forma de trabalhar e, desde uma maior eficiência energética até ao prolongamento da vida útil dos equipamentos de utilização final, a electrónica de potência desempenhará um papel significativo. Uma coisa é certa: esta é uma oportunidade fantástica para os projetistas de sistemas de energia explorarem novas fronteiras.
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Referências:
Powerbox (PRBX):
https://www.prbx.com/
Cadeia ecológica
https://ecochain.com/
SNCF
https://www.sncf.com/en
Fraunhofer IEE
https://www.iee.fraunhofer.de/en.html
Sobre o autor:
Patrick Le Fèvre, Diretor de Marketing e Comunicação da Powerbox, é especialista em comunicação e engenheiro qualificado com 40 anos de experiência na indústria da eletrónica de potência. Foi pioneiro na comercialização de novas tecnologias, como a energia digital, e em iniciativas técnicas para reduzir o consumo de energia. Le Fèvre escreveu e apresentou numerosos artigos e documentos técnicos em importantes conferências internacionais de electrónica de potência. Estes trabalhos foram publicados mais de 450 vezes em órgãos de comunicação social de todo o mundo. Participa também em diversos fóruns ambientais, partilhando a sua experiência e conhecimento sobre energia limpa.
