POTENCIAL E OPORTUNIDADES DO USO DE VEÍCULOS HÍBRIDOS NO BRASIL

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1 POTENCIAL E OPORTUNIDADES DO USO DE VEÍCULOS HÍBRIDOS NO BRASIL Aníbal Durães de Almeida Júnior 1 ; Paula Leopoldino de Barros 1 ; Guilherme Wilson da Conceição 1 ; Richele Cabral Gonçalves 1 ; 1 FETRANSPOR Federação das Empresas de Transporte de Passageiros do Estado do Rio de Janeiro. Rua da Assembléia, 10, 39 0 andar Rio de Janeiro/ RJ - Tel (21) RESENHA A elevação da participação do óleo diesel na matriz energética do transporte no Brasil, as pressões sociais e ambientais relacionadas ao potencial poluidor das tecnologias diesel atuais, bem como as restrições associadas à qualidade do combustível, além da elevação dos preços do energético nos últimos anos são fatores preponderantes na identificação de novas soluções de tecnologias alternativas para o setor de transporte pesado do país, em especial o transporte coletivo de passageiros. Muitas tecnologias estão sendo avaliadas em todo o mundo voltadas ao uso racional do óleo diesel e à redução da emissão de gases poluentes, em especial aqueles relacionados à intensificação do Efeito Estufa. Nos países industrializados, além do uso do gás natural, do etanol, do biodiesel e do hidrogênio, destaca-se cada vez mais o uso de tecnologias de motorização elétrica, em especial o ônibus híbrido. Resultados obtidos com a referida tecnologia, grandes economias de combustível e significativas reduções da emissão gases de efeito estufa vêm sendo demonstradas em diferentes países, inclusive no Brasil. Este presente trabalho pretende apresentar algumas características técnicas dos ônibus híbridos, citando algumas experiências internacionais, sob a ótica da viabilidade técnica, econômica e ambiental do seu uso, e ensaiando um cenário de redução da emissão de gases de efeito estufa para a frota do município do Rio de Janeiro. Palavras chaves: Ônibus Híbrido, Gases de Efeito Estufa, Tecnologias Alternativas INTRODUÇÃO As emissões locais de gases de efeito estufa e poluentes vêm sendo apontadas como fator crítico nas grandes cidades. Dentre os grandes contribuintes para estas emissões está o setor de transporte, mais especificamente o transporte rodoviário que engloba veículos leves e pesados. O transporte coletivo urbano já vem sofrendo modificações para reduzir os malefícios decorrentes das emissões, por exemplo, com a renovação da frota dos grandes centros em períodos de tempo menores. No Brasil, segundo o Inventário de Emissões brasileiras de gases de efeito estufa, de 1994, é possível verificar que cerca de 75,4% são provenientes de mudança no uso da terra e florestas, 23% energia (incluindo o setor de transportes) e 1,6% em processos industriais, figura 1 (MME, 2004). Figura 1 Inventário de emissão de Gases de Efeito Estufa (CO2) Brasil,

2 O consumo de óleo diesel, vem crescendo no Brasil a uma taxa anual de 5%, como pode ser visto na figura 2 abaixo. Mais de 90% deste total é consumido pelo setor de transporte rodoviário. Neste cenário o transporte urbano coletivo por ônibus responde por 8% do consumo total nacional de óleo diesel Óleo Diesel Rodoviário (1000 m3/ano) Ano ÓLEO DIESEL Figura 2 - Consumo de óleo diesel no Brasil: transporte rodoviário. Para calcular as emissões de dióxido de carbono relativas ao transporte rodoviário são necessários os consumos de combustíveis de cada ano. Os dados relativos às emissões líquidas de CO 2 provenientes do setor transporte rodoviário estão mostrados na Figura 3. Como pode ser visto, as emissões oriundas do consumo de óleo diesel são as mais significativas do setor de transportes Emissões (Gg CO2) GÁS NATURAL ÓLEO DIESEL GASOLINA Figura 3 - Emissões Líquidas de CO 2: transporte rodoviário no Brasil Neste contexto de tendência do crescimento do consumo de óleo diesel no país, em especial no setor de transportes, é que o uso de tecnologias alternativas pode em muito contribuir para a mitigação dos níveis de emissão de gases de efeito estufa. A tecnologia híbrida chega como uma alternativa cada vez mais eficiente em termos do uso racional da energia, tornando-se o seu uso em coletivos urbanos uma tendência cada vez mais comum nos países dito industrializados. 2

3 DIAGNÓSTICO, PROPOSIÇÕES E RESULTADOS O VEÍCULO HÍBRIDO Os veículos híbridos apresentam como característica principal o uso combinado de duas diferentes fontes de força motriz, tais como um motor de combustão interna e um motor elétrico, tendo como objetivo tirar vantagem dos benefícios proporcionados por essas duas fontes de potência, resultando num sistema com performance altamente eficiente (Melo et all, 2004). Os sistemas híbridos podem ser divididos em três tipos, conforme se pode observar nas Figuras 4, 5 e 6 (Melo et all, 2004). Os sistemas híbridos descritos a seguir são os principais tipos utilizados nos veículos atualmente comercializados, e diferenciam-se fundamentalmente pela configuração na qual se apresenta o motor a combustão interna (MCI) e o motor elétrico (ME). SISTEMA HÍBRIDO EM SÉRIE Um motor a combustão interna aciona um gerador elétrico que possibilita manter recarregado o banco de baterias existentes, ver Figura 4. Um inversor atua de forma a adequar a alimentação proveniente tanto do gerador quanto das baterias, sendo estas conectadas a um motor elétrico para acionar as rodas do veículo. O motor a combustão interna nunca fornece energia diretamente para as rodas. Ele é ligado ou desligado pelos sistemas de controle em função do nível de carga das baterias e da demanda energética do veículo a cada instante (Melo et all, 2004). Este tipo de sistema é denominado sistema híbrido em série, pois a energia é conduzida para as rodas em série, isto é, o motor a combustão interna e o motor elétrico estão em série. Essa tecnologia, além de eliminar a necessidade de recarga externa das baterias, tem a sua autonomia ampliada pelo fato de se otimizar a operação do motor a combustão de tal forma que funcione em rotação constante e normalmente em zonas de maior rendimento do motor, o que ocasiona uma acentuada redução das emissões de poluentes. Normalmente esses veículos são de grande porte, como por exemplo, um ônibus, e portanto possuem limitação de velocidade, sendo mais indicados para uso urbano. Figura 4 - Esquema do Sistema Híbrido em Série (Melo et all, 2004) SISTEMA HÍBRIDO EM PARALELO O motor a combustão interna e o motor elétrico atuam de forma independente no acionamento das rodas do veículo, e o regime de funcionamento destas duas fontes de potência varia segundo a solicitação de carga do motor. Neste sistema a propulsão do veículo é feita pela atuação exclusiva do motor a combustão interna ou pela ação simultânea dos dois motores. Esse sistema é denominado sistema híbrido em paralelo, pois a energia é conduzida para as rodas do veículo em paralelo. Neste sistema a bateria é carregada pela atuação do motor elétrico que, devido as suas propriedades de reversão, passa a atuar como gerador. Dessa forma, o motor elétrico enquanto estiver carregando as baterias, não pode ser utilizado simultaneamente para acionar as rodas do veículo, já que esse sistema conta apenas com um motor elétrico (Melo et all, 2004). 3

4 Figura 5 - Esquema do Sistema Híbrido em Paralelo (Melo et all, 2004) SISTEMA HÍBRIDO EM SÉRIE/PARALELO Esse tipo de configuração, também conhecido como sistema misto, combina aspectos do sistema híbrido em série com o sistema paralelo, com o objetivo de maximizar os benefícios de ambos. O sistema misto conta com dois motores (M.C.I. e M.E.), e dependendo das condições de carga, utiliza somente o motor elétrico como fonte de potência, ou, por meio de um acoplador mecânico especial, permite que os dois motores atuem de forma simultânea, de maneira que se consiga uma maior eficiência do sistema. Além disso, quando necessário, o sistema pode fornecer energia para as rodas do veículo e gerar eletricidade, usando um gerador, simultaneamente, diferentemente do que ocorre na configuração paralela simples. Figura 6 - Esquema do Sistema Híbrido Série/Parelelo (Melo et all, 2004) A tecnologia considerada neste trabalho será a tecnologia híbrido em série que é adequada a trechos urbanos. Esta tecnologia é aquela que vem sendo empregada na cidade de Nova York, com a substituição de mais de 800 ônibus nos últimos 4 anos, com previsão de uma frota total 1700 ônibus híbridos já em 2010 (ABVE, 2009). PERFIL DA FROTA DE ÔNIBUS BRASILEIRA A Tabela 1 apresenta dados sobre a idade da frota de ônibus coletivos brasileira em termos absolutos e percentuais. É possível perceber que o percentual de renovação da frota está entre 3,6 e 9,1%, sendo que existiam em 2000 cerca de 42,5% de veículos com mais de dez anos (GEIPOT, 2001). Apesar de estes dados serem úteis para estimar uma possível renovação da frota utilizaremos a taxa de renovação efetiva das frotas de coletivos urbanos da cidade do Rio de Janeiro. 4

5 Tabela 1 - Idade da frota nacional de veículos coletivos em ANO DE N VEÍCULOS VEÍCULOS FABRICAÇÃO COLETIVOS COLETIVOS [%] Até , , , , , , , , , , ,6 TOTAL ,0 Fonte: adaptação a partir do Anuário Estatístico dos Transportes 2001 (GEIPOT, 2001) No município do Rio de Janeiro, a frota de ônibus vem apresentando uma renovação anual da ordem de 10%, conforme pode ser observada na tabela 2 abaixo. Tabela 2 - Idade da frota de veículos coletivos no município do Rio de Janeiro, Ano de Fabricação Coletivos % ,13% ,47% ,63% ,88% ,89% ,00% ,96% ,80% ,64% ,60% Em termos de crescimento anual da frota, podemos verificar que a taxa anual de crescimento da frota tem sido da ordem de 1,7%, conforme identificamos na tabela 3 abaixo. Tabela 3 - Evolução da frota de veículos coletivos no município do Rio de Janeiro, Ano Frota Total

6 PREMISSAS O consumo dos veículos foi estimado com base na frota de veículos e os dados de eficiência (consumo) foram fornecidos pelo Programa Economizar da Fetranspor. Foi considerado que a eficiência dos veículos, a partir de 2009, melhora em média 0,5% ao ano alcançando em 2023 um consumo de 2,84 km/l, conforme Tabela 4 abaixo. Esta estimativa de melhoria da eficiência será considerada idêntica para todos os cenários considerados. A inclusão dos veículos híbridos na análise foi feita da seguinte forma: A partir de 2010 inicia sua inserção na frota da cidade do Rio de Janeiro através da renovação de 5% da frota (os outros 5% de renovação continuam sendo apenas com veículos diesel convencionais), conforme Tabela 4. Após os cinco primeiros anos (a partir de 2015) a taxa de substituição de frota passa a ser de 10% (renovação total da frota apenas com veículos híbridos); Foi considerado que a tecnologia híbrida permite aumento da ordem de 30% 1 na eficiência energética do veículo em km/l. Alguns fabricantes alegam valores próximos a 30%, contudo a redução de consumo depende do modo de conduzir, do trajeto percorrido, etc. Tabela 4 - Frotas e eficiências estimadas para a renovação de frota de ônibus do município do Rio. Ano Comum Km/Litro Híbrido Km/Litro Frota Híbrido Frota Comum Híbrido % Frota Total ,49-0, ,00% ,57-0, ,00% ,66-0, ,00% ,63-0, ,00% ,60-0, ,00% ,67-0, ,00% ,72-0, ,00% ,77-0, ,00% ,78-0, ,00% ,75-0, ,00% ,76-0, ,00% ,77-0, ,00% ,78-0, ,00% ,80 3, ,00% ,81 3, ,92% ,83 3, ,75% ,84 3, ,50% ,85 3, ,18% ,87 3, ,77% ,88 3, ,21% ,90 3, ,49% ,91 3, ,61% ,93 3, ,58% ,94 3, ,40% ,96 3, ,07% ,97 3, ,60% ,99 3, ,00% Se comparado com a referência de consumo médio do Ministério dos Transportes (2 km/l para velocidade de 20 km/h), o Padron Híbrido é 23% mais econômico (Kahn, 2003). Segundo o fabricante ELETRA, a redução do consumo de combustível fica entre 20 a 50% (ELETRA, 2004). Resultados na cidade de Nova York demonstraram ganhos de consumo da ordem de 40% (Barnitt, 2006). 6

7 CENÁRIOS Na Figura 7 estão os consumos anuais de diesel estimados para a frota do município do Rio de Janeiro. Os cenários referem-se a: Cenário A: cenário base, considerando o crescimento da frota de 1,7% ao ano, e considerando o aumento da eficiência energética dos veículos diesel convencionais de 0,5% ao ano. A distância percorrida permanece constante e igual a km/ano (conforme tabela 4 acima). Cenário B: cenário alternativo com a substituição progressiva dos veículos diesel por veículos híbridos, conforme tabela 4 acima; Cenário B+: mesmas considerações do cenário B, mas com inserção da tecnologia híbrida de maior eficiência (eficiência de 40%, em relação aos veículos diesel convencionais) e redução da km anual rodada por veículos de km para km (devido à racionalização do sistema); Consumo de Óleo Diesel por Ano - Cenários Diesel (litros) Ano Cenário A Cenário B Cenário B+ Figura 7 - Histórico e projeção de consumo de diesel: Frota de ônibus - Rio de Janeiro A emissão de CO2 em decorrência do consumo de óleo diesel pode ser vista na figura 8 abaixo. Como podemos verificar, a utilização de veículos híbrido em um programa de renovação de frotas no Brasil pode apresentar resultados bastante significativos em termos de redução dos Cenário níveis de Emissão emissão de CO2 de pela Gases Frota de Ônibus de Efeito - Município Estufa do Rio de (CO2). Janeiro CO2 Emitido (Gg/ano) Ano Cenário A Cenário B Cenário B+ 7

8 Figura 8 - Histórico e projeção de emissão de CO2: Frota de ônibus - Rio de Janeiro Segue abaixo a planilha com os dados relativos aos dados apresentados nos gráficos acima: Ano Cenário A (litros/ano) Cenário B (litros/ano) Cenário B+ (litros/ano) Emissões de CO2 - Cenário A (Gg/ano) Emissões de CO2 - Cenário B (Gg/ano) Emissões de CO2 - Cenário B+ (Gg/ano) Tabela 5 - Histórico e projeção de consumo de diesel e emissão de CO2. CUSTOS DA TECNOLOGIA No Brasil Custo de investimento em ônibus diesel convencional no Brasil (12 metros - Chassi 1722 da Mercedes Benz com Carroceria Marcopolo): R$ ,00 2 ; Custo de investimento em ônibus híbrido - diesel no Brasil (12 metros Chassi low entry da Mercedes Benz com Carroceria Marcopolo): R$ ,00 (110% a mais) 3 ; Nos EUA Custo de investimento em ônibus diesel limpo nos EUA: US$ ,00 4 ; Custo de investimento em ônibus híbrido nos EUA: US$ ,00 (43% a mais) 5 ; CONCLUSÕES A partir deste estudo podemos extrair as seguintes conclusões: 2 Preço praticado no mercado de veículos do Rio de Janeiro (Fetranspor, 2009). 3 Preço fornecido pela Eletra para implementação de teste experiental na cidade do Rio de Janeiro (Fetranspor, 2009). 4 Preço revelado pela autoridade de transporte de Nova York (Barnitt, 2006). 5 Preço revelado pela autoridade de transporte de Nova York (Barnitt, 2006). 8

9 As emissões do setor transporte no Brasil foram da ordem de ,30 Gg CO 2 em 2004, sendo que mais de 90% advém do transporte rodoviário com ,4 Gg CO 2; Dentro do transporte rodoviário o óleo diesel é o maior contribuinte com emissões da ordem de ,3 Gg CO 2, seguido pela gasolina com ,7 Gg CO 2 (2004); As emissões provenientes de ônibus urbano representam um percentual pequeno das emissões globais de CO 2, mesmo dentro do setor de transporte como um todo, sendo que na cidade do Rio de Janeiro foi, em 2004, da ordem de 690 Gg CO 2; As emissões de CO 2 no município do Rio, função de ônibus urbanos, será da ordem de 941 Gg CO 2 em 2023, considerando um cenário de utilização da tecnologia diesel convencional, ou 560 Gg CO 2 em 2023 considerando um cenário de inserção de ônibus híbridos mais eficientes. Isto significa uma redução da ordem 40,5% das emissões totais de Gases de Efeito Estufa (CO2) em 2023, com o uso da tecnologia híbrida em substituição aos veículos diesel convencionais. REFERÊNCIAS (GEIPOT, 2001) GEIPOT EMPRESA BRASILEIRA DE PLANEJAMENTO DE TRANSPORTES. Anuário Estatístico dos Transportes (IEA, 2001) OECD/IEA ORGANIZATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION DEVELOPMENT, INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Saving Oil and Reducing CO 2 Emissions on Transport: Options and Strategies, Paris, França, (IEA, 2002) IEA INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Bus Systems for the Future: Achieving Sustainable Transport Worldwide. França, 2002; (Kahn, 2003) RIBEIRO, S. K. Emissões e Consumo do Veículo Convencional e Veículo Elétrico Híbrido: Resultados Medidos. 1 Workshop sobre Veículo Elétrico Híbrido no Brasil, São Paulo, (Melo et all, 2004) MELO, T.C.C., KRONEMBERGER, S., SIQUEIRA, D. A. Comparação de resultados de emissões e consumo entre veículos híbridos e veículos nacionais utilizando gasolina com adição de etanol. Society of Automotive Engineers, Inc, 2004; (MME, 2004) MME Ministério de Minas e Energia. Comunicação Nacional Inicial do Brasil à Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima, Brasília, Novembro/2004; (NTU, 2005) NTU ASSOCIAÇÃO NACIONAL DAS EMPRESAS DE TRANSPORTES URBANOS. Anuário 2004/2005. Disponível no endereço (ANFAVEA, 2006) ASSOCIAÇÃO NACIONAL DOS FABRICANTES DE VEÍCULOS AUTOMOTORES. Tabelas Estatísticas 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005 e Maio/2006. (ANP, 2006) AGÊNCIA NACIONAL DE PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS, Relatório Mensal de Acompanhamento de Mercado: Óleo Diesel, Dezembro/2005. (IBGE, 2006) INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA IBGE. Estimativas Populacionais para os municípios brasileiros em 01/07/2005, Disponível no endereço eletrônico: (MME, 2006) MME MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Balanço Energético 2005 (Ano Base 2004). Capítulo 4 Dados por Fonte: tabelas 2.1 até 2.32 & Capítulo 9 Anexo E, pp. 132, Tabela E.7 Coeficientes de Equivalência Médios para os Combustíveis Líquidos; (ABVE, 2009) 9

10 (Barnitt, 2006) R. Barnitt,. Hybrid (125 Order) and CNG Transit Buses, National Renewable Energy Laboratory, New York City Transit (NYCT),