Baterias nucleares, carros elétricos e reservas de lítio no Brasil – ABEQ

Energia nuclear e lítio merecem muita atenção

Baterias Nucleares – Neste texto, quero retomar o assunto do armazenamento de energia (“O desafio do armazenamento de energia renovável”, coluna ABEQ da edição QD-618).

Naquele artigo, o foco eram as fontes de energia renovável e, sobre energia nuclear, eu escrevi:  “Combustíveis nucleares ainda geram resíduos cujo gerenciamento é complexo, pois há um risco à saúde humana que perdura por muitos anos”.

Isto, sem dúvidas, é verdade, mas há muitos pesquisadores que consideram a energia nuclear uma alternativa melhor para um mundo em que as mudanças climáticas antropogênicas (causadas pelo homem) seriam o maior risco para a nossa sobrevivência.

O principal argumento a favor da energia nuclear é que a quantidade de resíduo gerada em relação à quantidade de energia produzida é muito pequena e, diferentemente dos combustíveis fósseis, os resíduos da energia nuclear são facilmente contidos e, se estocados adequadamente, não ofereceriam riscos ao meio-ambiente.

Um fato sobre o qual temos certeza a respeito da tecnologia é que se algo é possível de ser feito alguém o fará. O ‘algo’ aqui são as baterias nucleares.

Baterias nucleares ou micro reatores nucleares já existem e estão em uso há décadas.

De 1968 a 1976, um reator nuclear embarcado em um navio cargueiro (da classe dos liberty ships) da marinha norte-americana, o USS Sturgis, forneceu energia à zona do Canal do Panamá.

Baterias nucleares fornecem energia para a base norte-americana na Antártida desde 1964.

A primeira funcionou de 1964 a 1972.

Atualmente, a Westinghouse produz o eVinci, um micro reator nuclear do tamanho de um contêiner que produz até 5 MW de eletricidade e calor por um período ininterrupto estimado entre 5 e 10 anos.

A instalação do eVinci no local é feita em até 30 dias.

Se antes as baterias nucleares tinham uso restrito, fornecer energia a locais pouco acessíveis, atualmente um consórcio formado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) quer ampliar o conceito.

O consórcio criado por eles, chamado ANPEG, ou Grupo de Especialistas em Produção e Energia Nuclear Avançados numa tradução livre, visa desenvolver uma Bateria Nuclear para se integrar a um mercado moderno – produção de fábrica, entrega de pacote modular, preparação local mínima e interoperabilidade padronizada com processos que podem utilizar o calor e/ou eletricidade para produzir bens e serviços in loco diretamente para consumo e comércio local, sem a necessidade de dutos de combustível e grandes redes de transmissão de energia.

Imagine um conjunto de grandes prédios comerciais em volta de uma praça na qual há um contêiner de onde sai toda energia consumida por aqueles prédios.

Essa é a ideia. Substituir, ainda que parcialmente, o fornecimento de eletricidade pelas grandes e intrincadas malhas atuais pelo fornecimento local com redes de distribuição mais simples e independentes.

O produto-alvo seria um contêiner padrão ISO de 6 metros, capaz de produzir até 10 MW ininterruptamente por um tempo entre 5 e 10 anos.

10 MW é energia suficiente para abastecer 8 mil casas ou um conjunto de arranha-céus, um data center de tamanho médio ou uma estação de dessalinização de água do mar.

Para produzir 10 MW, são necessárias turbinas eólicas gigantescas ou vários hectares de painéis solares, ambos sujeitos às variações climáticas, como já discutimos neste espaço.

A Figura 1 compara as dimensões entre as alternativas.

Comparação entre Bateria Nuclear, Energia Nuclear, Turbinas Eólicas, Painéis Solares ou Baterias nucleares (Conca - 2021)

Estima-se que sejam necessários 3000 kWh por ano para tirar uma pessoa da pobreza absoluta.

Se quisermos eliminar a pobreza absoluta do mundo, sem combustíveis fósseis, serão necessários cerca de 35 trilhões de kWh por ano em 2040, quando se estima que haverá 10 bilhões de pessoas no mundo.

Hoje, a produção mundial de energia, incluindo combustíveis fósseis, é de 24 trilhões de kWh por ano.

Haveria espaço, então, para milhares de micro reatores nucleares no mundo, a estimativa é 100 mil, além das usinas nucleares tradicionais.

Obviamente, as baterias nucleares trazem novos problemas, segurança ambiental e aumento de risco de ações terroristas são as mais óbvias.

Mas eu retomo as palavras iniciais – em tecnologia, se algo pode ser feito será feito.

As baterias nucleares já estão por aí.

Baterias de lítio e carros elétricos

O texto de Mario Sérgio Venditi, no Estado de São Paulo de 03 de fevereiro último, traz informações interessantes sobre o mercado de carros elétricos no Brasil.

Em 2020, foram vendidos no Brasil 19.745 unidades de veículos eletrificados (100% elétricos e híbridos), contra 11.858 em 2019, um aumento de 66,5%, ainda mais impressionante quando comparado à queda de 26,2% das vendas de automóveis de passeio e veículos comerciais leves com motor a combustão.

Levando em consideração o preço ainda proibitivo dos veículos de propulsão elétrica, esses números sugerem uma forte tendência de mudança no mercado de automóveis do Brasil.

Se discutimos carros eletrificados, temos de discutir também as baterias desses carros. Seu custo representa algo entre 30% e 35% do preço do veículo.

Apesar do desenvolvimento tecnológico, elas ainda são caras, pesadas, não têm tanta autonomia e são fabricadas por poucas empresas.

O tempo médio de vida útil de uma dessas baterias é de 8 anos, então ainda não sabemos como se comportará o mercado quando as baterias atuais tiverem de ser substituídas.

As baterias elétricas atuais têm como principal componente o lítio.

O lítio é o metal ideal como ânodo (eletrodo negativo de uma bateria) devido às suas características como a boa relação entre peso e capacidade de densidade de energia.

Na América do Sul, as maiores reservas conhecidas são salares na Bolívia, no Chile e na Argentina.

Recentemente, foram descobertas grandes quantidades do metal em Minas Gerais, Goiás e Ceará.

Até 2017, quando as novas reservas de lítio foram descobertas, o Brasil tinha 0,6% das reservas mundiais de lítio conhecidas.

Com a descoberta, o país passou a ter 8% das reservas. O lítio no Brasil está na forma de um mineral, o espodumênio ou espodumena.

Uma curiosidade: este minério foi descoberto no início do século XIX por José Bonifácio de Andrada e Silva, o Patrono da Independência.

O espodumênio deve ser processado para produzir carbonato e hidróxido de lítio. Nos salares dos outros países da América do Sul, o lítio é encontrado na forma de cloreto de lítio.

A produção de lítio no mundo estava concentrada na mão de quatro empresas – a australiana Talison, a SQM, chilena, a alemã Chemetall, e a FMC norte-americana – responsáveis por mais de 80% do lítio produzido no mundo.

No Brasil, até 2018, a única produtora de lítio era a CBL – Companhia Brasileira de Lítio, empresa de capital fechado.

Com a descoberta das novas reservas, essa situação está mudando. Em abril de 2018, o governo estadual de Minas Gerais comprou 33% da CBL por meio da Codemig Participações (Codepar).

Esta tem participação em outra fase da cadeia do lítio, a produção de células de baterias de lítio-enxofre (Li-S), pois a estatal tem 10% do capital da companhia britânica Oxis Energy, cuja subsidiária Oxis Brasil deve instalar uma fábrica na Região Metropolitana de Belo Horizonte.

A triangulação foca no mercado de armazenamento de energia para projetos de geração sustentável.

Há também a canadense Emerita Resources Corp desenvolvendo o Projeto Lítio, com investimentos em mapeamento, amostragem e perfuração.

A AMG Mineração, subsidiária da holandesa Advanced Metallurgical Group investiu R$ 650 milhões em duas fases de seu projeto de produção de lítio, ativou em maio de 2018 uma planta de produção de concentrado de espodumênio, com capacidade nominal para 90 mil toneladas, e pretendia aumentar a produção para 180 mil toneladas em 2020.

Em uma terceira etapa, a empresa pretende construir uma planta de processamento químico, com a transformação do concentrado de espodumênio em carbonato ou hidróxido de lítio.

Há projetos similares de outras empresas, como Sigma Lithium Resources Corporation e Brazil Minerals para produção de concentrado de espodumênio.

Quando se considera a produção nacional de baterias de íons de lítio, o caminho é mais tortuoso. Há um projeto do Ipen em parceria com a Electrocell, financiado pelo Finep desde 2012 (terminaria em 2020), para “desenvolvimento integrado de célula a combustível/bateria íon-lítio para aplicação veicular”.

O investimento total é de pouco mais de um milhão de reais. Uma gota no oceano. Como diria o cantor e apresentador Ronnie Von: “Significa”.

Resta a torcida para que o Dr. Marcelo Linardi, coordenador do projeto, e os demais pesquisadores, consigam recursos para continuidade dos estudos essenciais.

Em outra iniciativa para a eventual produção de baterias de lítio no Brasil, a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), a Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation e a Sojitz Corporation firmaram parceria há alguns anos para desenvolver baterias de lítio com anodos de óxidos mistos de nióbio e titânio (ONT).

O contrato assinado entre CBMM e Toshiba prevê investimento de U$ 7,2 milhões para a construção de uma linha de produção piloto para uma nova geração de baterias, que se caracterizam pela alta densidade energética e recarga ultrarrápida, duas demandas atuais da indústria automotiva diante da procura crescente por veículos elétricos que usam baterias recarregáveis.

O objetivo era iniciar a comercialização dessa nova geração de baterias no começo do ano de 2020.

Recentemente, pesquisadores da CBMM publicaram artigo científico demonstrando a capacidade de as baterias de lítio-nióbio-titânio serem recarregadas rapidamente, seis minutos contra até oito horas das baterias tradicionais.

O óxido de nióbio titânio ainda estabiliza o lítio, prevenindo a perda de capacidade da bateria com o tempo.

O artigo é de 2021 e tem como um dos autores o ganhador do Prêmio Nobel de Química 2019, Prof. John Goodenough. Uma informação muito importante do artigo: ele é resultado de 30 anos de pesquisa.

As reservas de lítio dos salares da América do Sul têm processos mais simples de obtenção, mas consomem muita água – são necessários quase 2 mil metros cúbicos de água para produzir uma tonelada de lítio – em uma das regiões mais áridas do planeta.

No salar de Atacama do Chile, as atividades mineradoras consomem 65% da água da região.

Na Austrália, atual maior produtor mundial de lítio, um estudo na mostrou que apenas 2% das baterias de íons de lítio estão sendo recicladas atualmente, o que significa que as baterias podem parar em aterros.

Até poucos anos, apenas 50% dos componentes das baterias de lítio podiam ser reciclados. Hoje esse número chega a 80%. Há nas baterias, além do lítio, minerais como manganês e cobalto.

Em 2017, com o pico dos preços do lítio no mercado mundial, o governo chileno tentou incentivar a instalação de fábricas de baterias no país, com uma lei que obrigava as mineradoras locais a vender o lítio com desconto para fábricas instaladas por lá.

A iniciativa atraiu empresas como Samsung SDI e Posco, mas os anos se passaram, os preços no mercado caíram 30% e aqueles projetos foram deixados de lado.

Não há ainda fábricas de baterias de lítio na América do Sul. O metal sai em direção a China e volta embarcado em dispositivos eletrônicos, carros e ônibus elétricos, que trazem como bagagem déficits comerciais crescentes.

Será que não há espaço para iniciativas mais simples, como fábricas que recuperem e reciclem as baterias de lítio?

No México, a Ganfeng Lithium, da China, anunciou que irá desenvolver uma fábrica de reciclagem para processar baterias Tesla que não funcionam mais, vindas dos Estados Unidos, bem como as baterias de ônibus elétricos que chegaram ao fim dos seus ciclos de vida.

Fábricas de recuperação e reciclagem de baterias fariam sentido numa Retomada (Verde)(coluna ABEQ, edição QD-616).

Referências

O AUTOR: André Bernardo

André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP - Baterias nucleares, carros elétricos e reservas de lítio no Brasil RevistaQuímica e Derivados -
André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP

André Bernardo é Engenheiro Químico formado na Escola Politécnica da USP, com mestrado em Desenvolvimento de Processos Biotecnológicos pela Faculdade de Engenharia Química da Unicamp e Doutorado em Engenharia Química pela UFSCar.

Trabalhou no Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT) e em diferentes indústrias químicas.

Atualmente é professor do departamento de Engenharia Química da UFSCar. contato: abernardo@ufscar.br

 

 

ABEQ – Associação Brasileira de Engenharia Química (ABEQ)

A Associação Brasileira de Engenharia Química (ABEQ) é uma entidade sem fins lucrativos que congrega profissionais e empresas interessadas no desenvolvimento da Engenharia Química no Brasil.

É filiada à Confederação Interamericana de Engenharia Química. S

eu Conselho Superior, Diretoria e Diretoria das Seções Regionais são eleitos pelos associados a cada dois anos.

Mais informações: https://www.abeq.org.br/   

Química e Derivados -

 

Nota – Portal Química

Na revista Química e Derivados – Na abertura deste texto, o autor faz a seguinte colocação descrita abaixo:

“Olá, leitoras e leitores. Enquanto escrevo este texto, 3.158 pessoas morreram em decorrência da Covid-19 nas últimas 24 horas e 298.843 desde o início da pandemia no Brasil. Dói-me pensar que quando vocês lerem este texto, os números serão ainda mais escandalosos e desesperadores. 

Um pequeno alento pessoal veio hoje, com o anúncio de que os professores do ensino básico passarão a ser vacinados no Estado de São Paulo a partir do dia 12 de abril, e me permito imaginar que, em breve, pelo menos minha esposa estará vacinada.”

Com muito respeito ao autor, tomamos a liberdade de alterar o posicionamento desta colocação. Existe muito sofrimento na sociedade e como o próprio texto descreve os números de perdas e dores são muito maiores. O texto ainda faz referencia a uma data, e os fatos tem mudado diariamente. Esperamos a compreensão de todos, e desejamos muito que sua esposa, Mestre André Bernardo já tenha sido vacinada; assim como toda a sociedade seja muito em breve.

Leia 12 Artigos sobre Energia, Fontes de Energia e Outras Curiosidades da Química:

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  2. Meio Ambiente – Crescem os cuidados com gestão de energia
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  4. Baterias íon-lítio e a Indústria Química – Insumos Químicos
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