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ENGENHARIA HOJE | Os desafios da engenharia na nova geração de baterias

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Crédito: CBMM/Divulgação

Duas engenharias estão presentes no desenvolvimento de uma nova geração de baterias elétricas: uma é a engenharia química; a outra é a engenharia elétrica. As duas engenharias manuseiam uma cesta de substâncias químicas e instrumentos tecnológicos cujo objetivo final é um só: chegar a uma bateria cujo peso seja menor que o das atuais baterias e possa ser recarregada em um tempo igualmente menor.

As engenharias travam uma verdadeira corrida contra o tempo. No setor automotivo, na Europa, dentro de nove anos, em 2030, nenhum veículo poderá mais sair de fábrica com motor a combustão. Apenas motores elétricos poderão equipá-los. Por aqui, país continental e megadiverso, o tema está na linha da opção por rotas tecnológicas múltiplas, de acordo com nossas vantagens competitivas, as especificidades regionais e nossa matriz de transporte, tais como a do bicombustível, célula combustível a etanol e diesel verde (HVO), entre outras. Porém, como a produção de automóveis é uma indústria altamente globalizada, a opção da eletrificação de veículos leves deve ser preponderante em todo o mundo.

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No Brasil, entre as empresas que estão investindo no desenvolvimento das baterias de nova geração está a CBMM, que tem duas parcerias importantes. Uma é com a japonesa Toshiba; a outra, com o Instituto Senai de Inovação em Eletroquímica, de Curitiba, no Paraná. Ambas são para a produção de baterias de óxidos de lítio.

Nos projetos da CBMM, entre os vários elementos químicos presentes – grafite, níquel, cobalto, titânio e manganês, entre outros -, destaca-se o lítio, que é o responsável pelo armazenamento da carga elétrica da bateria, e o nióbio, um elemento que potencializa o lítio. O nióbio é o elemento químico que permite a recarga de uma bateria em um tempo muito menor que o exigido atualmente.

As baterias com nióbio são adequadas, por exemplo, para veículos elétricos e híbridos, robôs, sistemas estacionários de estocagem de energia e baterias para equipamentos médicos, como marca-passo e estimuladores de neurônios. A incorporação do nióbio como material nas baterias de lítio pode permitir uma melhora em diversos aspectos da bateria, explica o especialista em desenvolvimento de mercado da CBMM, Robson Monteiro. “Segurança, recarga rápida e estabilidade são, nessa ordem de importância, as principais vantagens do nióbio. São baterias mais seguras, capazes de recarregar rapidamente, em menos de dez minutos, e estabilidade altíssima, com tempo de vida de 15 a 20 anos”, explica Robson Monteiro.

Toshiba – As conversas com a Toshiba começaram em 2016. Mas a assinatura do memorando de entendimento que deu início formal ao projeto ocorreu somente em 2018. A produção das primeiras 900 células se deu muito recentemente. São baterias que serão utilizadas para validação e homologação final do produto, inclusive perante a ONU, recebendo um selo que irá permitir a sua comercialização e transporte em qualquer parte do mundo. Parte desse primeiro lote – de 900 células – será distribuído, também, aos parceiros interessados em validá-las para uso em veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia.

O objetivo final é que a Toshiba possa iniciar sua comercialização em 2023 ou 2024. De acordo com Robson Monteiro, o prazo, aparentemente longo, se deve à indústria automotiva, que trabalha com um prazo estimado em dois a três anos para a homologação de um novo componente. “São prazos longos que temos que respeitar”, afirma Robson Monteiro.

Senai – O projeto com Senai do Paraná visa um objetivo distinto da parceria com a Toshiba. A intenção, segundo Robson Monteiro, é a implantação de um ecossistema de inovação que permita a criação de uma cadeia completa de suprimentos para a fabricação, no Brasil, de baterias de lítio com nióbio, incluindo a formação de mão de obra qualificada, que ainda não existe no Brasil.

A planta piloto, de onde estão saindo as primeiras células – que estão servindo para o comissionamento daquela unidade de produção – foi inaugurada recentemente. O objetivo, segundo Robson Monteiro, não é ter ali uma unidade que irá fazer a produção final para atender às demandas da indústria, mas sim o de qualificar os protótipos da industria para que possam serem levados à produção em alta escala.

Outros usos – Além da Toshiba e do Senai, a CBMM está em entendimentos com três startups – duas na Inglaterra e uma nos Estados Unidos, que estão desenvolvendo outros usos para o nióbio em baterias. Uma delas desenvolveu uma bateria em que o nióbio está associado ao grafeno e é muito utilizada em equipamentos que requerem bastante potência, como empilhadeiras e robôs de grandes armazéns, equipamentos que requerem baterias com recarga rápida.

O objetivo dos investimentos no desenvolvimento de tecnologias para o uso do nióbio em baterias é, segundo Robson Monteiro, aumentar sua presença no portfólio de segmentos nos quais a empresa atua como fornecedora de nióbio, um metal produzido a partir do pirocloro que é extraído de suas jazidas localizadas em Araxá, no Triângulo Mineiro.

Após a extração, o pirocloro é processado para chegar aos produtos finais que são utilizados na siderurgia (ferro-nióbio), metalurgia (níquel-nióbio e alumínio-nióbio) e, mais recentemente, na indústria de baterias, com o óxido de nióbio. A previsão é de que com estes novos investimentos, a presença do setor de baterias no faturamento da CBMM passe dos atuais 10% para algo em torno de 35% em 2030. (Conteúdo produzido pela SME)

VEÍCULOS ELÉTRICOS

Conheça o projeto da fábrica de veículos elétricos e packs de baterias que será implantada na Região Metropolitana de Belo Horizonte (RMBH). Com investimentos de R$ 25 bilhões, a Bravo Motor Company prevê início das obras no segundo semestre e as operações a partir de 2023.

O projeto prevê, ainda, aportes em outras fases e regiões de Minas Gerais, incluindo a produção de baterias de lítio. A previsão é que sejam gerados cerca de 14 mil empregos diretos e indiretos destacando-se posições para profissionais das engenharias.

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