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Atualização de 2 de julho de 2020: Os dados de emissões do ciclo de vida foram revisados para refletir os dados mais recentes sobre a intensidade de carbono da eletricidade e a fabricação de baterias.
Os veículos elétricos (VEs) são uma parte importante para alcançar as metas globais de mudança climática. Eles têm um papel de destaque nas estratégias de mitigação para limitar o aquecimento a bem menos de 2°C ou 1,5°C, o que estaria em consonância com os objetivos do Acordo de Paris.
No entanto, embora os veículos elétricos não emitam gases de efeito estufa diretamente, eles funcionam com eletricidade, que ainda é gerada em grande parte a partir de combustíveis fósseis em muitas partes do mundo. A energia também é usada para fabricar veículos, especialmente baterias.
Neste artigo, a Carbon Brief detalha o impacto climático dos veículos elétricos em resposta à recente cobertura midiática enganosa sobre o assunto. Nesta análise, a Carbon Brief constatou:
Existe também uma considerável incerteza quanto às emissões associadas à produção de baterias para veículos elétricos, com diferentes estudos apresentando números bastante discrepantes. À medida que os preços das baterias caem e as montadoras começam a adotar baterias maiores com maior autonomia, as emissões da produção de baterias podem ter um impacto maior nos benefícios climáticos dos veículos elétricos.
Aproximadamente metade das emissões da produção de baterias provém da eletricidade utilizada na fabricação e montagem das mesmas. Produzir baterias em regiões com eletricidade de baixo carbono ou em fábricas alimentadas por energia renovável, como as utilizadas no Tesla Model 3, um dos carros mais vendidos da marca, pode reduzir drasticamente as emissões.
Um estudo recente publicado por um grupo de pesquisadores alemães do Instituto de Pesquisa Econômica (ifo), um centro de estudos, concluiu que “os veículos elétricos dificilmente contribuirão para a redução das emissões de CO2 na Alemanha nos próximos anos”. O estudo mostra que, na Alemanha, “na melhor das hipóteses, as emissões de CO2 dos veículos elétricos são ligeiramente superiores às dos motores a diesel”.
O estudo foi divulgado pela mídia internacional, e o Wall Street Journal publicou um editorial intitulado "Os carros verdes sujos da Alemanha". Também gerou resistência por parte de defensores de veículos elétricos, com artigos no Jalopnik e no Autoblog, além de relatos de pesquisadores, refutando a alegação.
Outros estudos recentes sobre veículos elétricos na Alemanha chegaram à conclusão oposta. Um estudo constatou que os veículos elétricos emitem 43% menos poluentes do que os veículos a diesel. Outro detalhou que “os veículos elétricos têm um impacto climático menor ao longo de sua vida útil do que os veículos com motor de combustão interna em todos os casos analisados”.
Essas diferenças decorrem das premissas utilizadas pelos pesquisadores. Como o Professor Jeremy Michalek, Diretor do Grupo de Eletrificação de Veículos da Universidade Carnegie Mellon, disse ao Carbon Brief: “Qual tecnologia se destaca depende de muitos fatores”. Esses fatores incluem quais veículos específicos comparar, combinações hipotéticas de redes elétricas, se as emissões de eletricidade são marginais ou médias, padrões hipotéticos de condução e até mesmo as condições climáticas.
O gráfico abaixo, adaptado de uma análise do Conselho Internacional de Transporte Limpo (ICCT), mostra as estimativas de emissões do ciclo de vida de um veículo convencional típico europeu (com motor de combustão interna), um veículo híbrido convencional com a melhor economia de combustível (Toyota Prius Eco 2019) e os veículos elétricos Nissan Leaf disponíveis em cada país, bem como a média da UE. [O Leaf foi o carro elétrico mais vendido na Europa em 2018.]
O gráfico inclui emissões do escapamento (cinza), emissões do ciclo de combustível (laranja) – incluindo produção de petróleo, transporte, refino e geração de energia – emissões da fabricação de componentes de veículos que não sejam baterias (azul escuro) e emissões estimadas de forma conservadora da fabricação de baterias (azul claro).
Na maioria dos países, a maior parte das emissões de veículos elétricos e convencionais ao longo de todo o seu ciclo de vida provém da operação do veículo — o escapamento e o ciclo do combustível — e não da sua fabricação. A exceção ocorre em alguns países — como a Noruega ou a França — onde quase toda a eletricidade provém de fontes com emissão de carbono próxima de zero, como a energia hidrelétrica ou nuclear.
No entanto, embora a eletricidade não reduza as emissões de carbono da queima de um galão de gasolina ou diesel, ela também não o faz. Em países como a França (onde a maior parte da eletricidade provém de energia nuclear) ou a Noruega (de energia renovável), os veículos elétricos têm emissões muito menores ao longo do seu ciclo de vida.
O gráfico acima calcula as emissões de veículos elétricos com base na matriz energética atual de cada país. No entanto, se as metas climáticas estabelecidas no Acordo de Paris forem atingidas, a geração de eletricidade será significativamente menos intensiva em carbono, aumentando ainda mais as vantagens dos veículos elétricos sobre os veículos convencionais.
No Reino Unido, por exemplo, as emissões da geração de eletricidade caíram 38% apenas nos últimos três anos e espera-se que diminuam em mais de 70% até meados ou finais da década de 2020, o que está exatamente dentro do ciclo de vida de um veículo elétrico comprado hoje.
As emissões associadas à produção de baterias são provenientes das estimativas mais recentes (2019) do Instituto Sueco para o Meio Ambiente (IVL). O Nissan Leaf analisado aqui possui uma bateria de 40 quilowatts-hora (kWh), enquanto o Tesla Model 3 está disponível em opções de 50 kWh ou 75 kWh (uma opção de 62 kWh estava disponível anteriormente, mas foi descontinuada).
O gráfico abaixo mostra as emissões estimadas ao longo da vida útil de um Model 3, caso a bateria fosse produzida na Ásia – onde a maior parte da eletricidade provém do carvão –, como a bateria do Nissan Leaf. O modelo de longo alcance de 75 kWh foi utilizado nesta análise para simular a abordagem do estudo do ifo; o modelo de alcance intermediário de 50 kWh reduzirá as emissões da fabricação da bateria em cerca de um terço.
Considerando essas premissas, as emissões de gases de efeito estufa do Tesla Model 3 ao longo de sua vida útil seriam maiores do que as do carro convencional com a melhor classificação na Alemanha, mas ainda assim mais ecológicas do que a média dos carros convencionais. Em outros países, mesmo o Tesla Model 3 de longo alcance emite menos gases de efeito estufa do que qualquer carro a gasolina.
No entanto, o fato de as baterias da Tesla serem fabricadas em Nevada tem um impacto importante nesse cálculo. Como discutido mais adiante neste artigo, as baterias produzidas nos EUA tendem a ter estimativas de emissões ao longo do ciclo de vida significativamente menores do que as baterias produzidas na Ásia.
Cerca de 50% das emissões do ciclo de vida da bateria provêm da eletricidade utilizada na fabricação e montagem das baterias, portanto, produzir baterias em fábricas alimentadas por energia renovável (como foi o caso da fábrica da Tesla) reduz significativamente as emissões do ciclo de vida. O gráfico abaixo mostra a estimativa da Carbon Brief das emissões ao longo da vida útil de um Tesla Model 3 utilizando baterias produzidas na "Gigafábrica" da Tesla.
Um Model 3 com bateria de 75 kWh produzido na Gigafábrica de Nevada apresenta emissões significativamente reduzidas e um impacto climático ao longo do ciclo de vida semelhante ao estimado para o Nissan Leaf, considerando as condições de fabricação.
As emissões da geração de eletricidade também variam de país para país, com algumas regiões apresentando uma matriz energética mais limpa do que outras (e, consequentemente, a vantagem climática dos veículos elétricos é maior).
Os números apresentados acima ajustam as emissões de veículos convencionais e elétricos para refletir as condições reais de condução, e não o número de ciclos de teste. Isso é importante porque as estimativas oficiais de consumo de combustível podem diferir significativamente do desempenho no mundo real, com grandes impactos nas comparações entre veículos convencionais e elétricos.
A análise no gráfico acima é baseada em uma quilometragem total de 150.000 quilômetros, comparando veículos elétricos e veículos convencionais ao longo de todo o seu ciclo de vida.
No entanto, também é possível comparar veículos ao longo do tempo para verificar quanto tempo levará para quitar a "dívida de carbono" inicial contraída pela produção de baterias com alta emissão de carbono para veículos elétricos.
Por exemplo, como mencionado acima, um Nissan Leaf EV novo comprado no Reino Unido em 2019 terá emissões ao longo de sua vida útil cerca de três vezes menores do que a média de um carro convencional novo.
Com o tempo, como mostra o gráfico abaixo, esse excesso de dívida de carbono será pago em menos de dois anos de uso, embora as baterias resultem em emissões mais altas durante o processo de fabricação de um carro no "ano zero".
Emissões cumulativas de GEE (Gases de Efeito Estufa) de um veículo convencional novo médio e de um Nissan Leaf novo. Esses valores estão em toneladas equivalentes de CO2 ao longo do ciclo de vida, considerando 150.000 km em um período de 12 anos. As emissões do ciclo de combustível de veículos elétricos são baseadas na intensidade de carbono da eletricidade no Reino Unido no primeiro ano, em 2019, e são progressivamente aumentadas até a meta de 100 gCO2/kWh para 2030 e além. Gráfico da Carbon Brief criado com Highcharts.
O gráfico acima mostra que as emissões na fase de utilização variam bastante, com os veículos elétricos a pouparem cerca de 2 a 3 toneladas de CO2e por ano no Reino Unido. (Este número tem vindo a diminuir ao longo do tempo à medida que a matriz energética se torna mais limpa).
Isso significa que, mesmo que um novo carro elétrico substitua um carro convencional existente, ele ainda começará a reduzir as emissões após menos de quatro anos de uso, em comparação com a continuidade do uso do carro antigo, conforme mostrado no gráfico abaixo.
A equação fica muito mais clara sem a suposição generosa de que os carros convencionais existentes emitem a mesma quantidade de poluentes que um carro novo médio.
Note que o gráfico de emissões cumulativas ao longo da vida útil acima é baseado em 150.000 quilômetros em 12 anos, ou cerca de 7.800 milhas por ano, para ser consistente com o restante deste artigo.
Esse número é ligeiramente superior à quilometragem média anual do Reino Unido, que caiu para quase 7.100 milhas em 2017. No entanto, mesmo com essa quilometragem menor, a substituição dos carros convencionais existentes por veículos elétricos começará a reduzir as emissões em apenas quatro anos.
O estudo do ifo fornece um exemplo das potenciais armadilhas de usar valores de economia de combustível em ciclos de teste em vez do desempenho real. O estudo comparou as emissões ao longo da vida útil de um Mercedes C 220 com as do novo Tesla Model 3, levando em consideração as emissões associadas à produção do veículo. O estudo constatou que as emissões do Tesla ao longo da vida útil do veículo são de 90 a 125% menores que as do Mercedes.
Em outras palavras, apesar das manchetes que gera, até mesmo o ifo conclui que os veículos elétricos variam de ligeiramente melhores a ligeiramente piores do que os veículos a diesel.
O estudo partiu do pressuposto de que a Mercedes teria um consumo de combustível de 52 milhas por galão (mpg), significativamente superior à média dos carros nos EUA (25 mpg para gasolina), mas semelhante à média do Reino Unido (52 mpg para gasolina e 61 mpg para diesel). No entanto, diferentes procedimentos de teste de consumo de combustível podem produzir resultados muito diferentes.
Embora os dados de consumo de combustível da EPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA) tendam a refletir as condições reais de condução, os valores do Novo Ciclo de Condução Europeu (NEDC), usados na UE, superestimam o consumo real de combustível dos veículos em até 50%, possivelmente ainda mais para veículos Mercedes.
Em comparação, o consumo de energia do Tesla Model 3 considerado no estudo (241 watts-hora por milha) foi apenas 8% menor do que o consumo real estimado pela EPA (260 watts-hora/milha). O uso de estimativas de consumo de combustível mais realistas para veículos convencionais terá um grande impacto nos resultados da análise do ifo, tornando as opções de veículos elétricos preferíveis aos veículos convencionais.
Tanto o estudo do ifo quanto a análise do ICCT se baseiam nas mesmas estimativas de emissões da fabricação de baterias: um estudo de 2017 do Instituto Sueco para o Meio Ambiente (IVL). O IVL examinou estudos publicados entre 2010 e 2016 e concluiu que as emissões da fabricação de baterias poderiam estar entre 150 e 200 quilogramas de dióxido de carbono equivalente por quilowatt-hora de capacidade da bateria.
A maioria dos estudos analisados pelo IVL focou na produção de baterias na Ásia, e não nos EUA ou na Europa. O estudo do IVL também observou que a tecnologia de baterias está se desenvolvendo rapidamente e tem grande potencial para reduzir as emissões da fabricação.
O estudo do IVL recebeu críticas consideráveis e foi significativamente revisado no final de 2019. Os pesquisadores do IVL agora estimam que as emissões da fabricação de baterias estejam, na verdade, entre 61 e 106 quilogramas de dióxido de carbono equivalente por quilowatt-hora, com um limite máximo de 146 quilogramas. A estimativa mais baixa, de 61 kg, refere-se ao caso em que a energia utilizada na fabricação de baterias provém de fontes com zero emissão de carbono. O IVL afirmou que a revisão foi motivada por novos dados sobre a produção de baterias, incluindo medições mais realistas do consumo de energia em fábricas de baterias em escala comercial, que expandiram significativamente em tamanho e produção nos últimos anos.
A Carbon Brief realizou sua própria avaliação da literatura para encontrar estimativas publicadas recentemente sobre as emissões do ciclo de vida da fabricação de baterias. O gráfico abaixo mostra dados de 17 estudos diferentes, sete dos quais foram publicados após a estimativa IVL de 2017. Ele divide os estudos de acordo com a região onde a bateria é produzida: Ásia (vermelho), Europa (azul claro), Estados Unidos (azul escuro) e analisando revisões de múltiplas regiões (cinza).
A maioria dos estudos publicados nos últimos anos mostra que as emissões do ciclo de vida são menores do que as do estudo original do IVL, com uma média de cerca de 100 kg de CO2 por kWh para estudos publicados após 2017. Essas novas estimativas estão em consonância com os dados revisados da pesquisa do IVL de 2019. As estimativas de emissões de fabricação na Ásia são tipicamente maiores do que na Europa ou nos EUA, refletindo o uso generalizado de carvão para geração de energia na região. Estudos que compararam diretamente baterias fabricadas na Ásia com as fabricadas nos EUA ou na Europa constataram que, fora da Ásia, as emissões do ciclo de vida foram reduzidas em cerca de 20%.
Muitos estudos dividem as emissões em mineração, refino e outras produções de materiais que ocorrem fora das instalações da empresa, e o próprio processo de fabricação e montagem das baterias. Esses estudos geralmente constatam que cerca de metade das emissões do ciclo de vida resulta da produção de materiais fora das instalações da empresa, e a outra metade resulta da eletricidade utilizada no processo de fabricação. A tabela abaixo ilustra esses dados, extraídos do relatório IVL de 2017, que detalha as emissões do ciclo de vida por componente e etapa de fabricação.
“O setor manufatureiro representa uma grande parte do impacto na produção… o que significa que a localização da produção e/ou a matriz energética têm um grande potencial para afetar o resultado.”
Esse é um fator importante a ser considerado ao estimar as emissões de baterias da Gigafábrica da Tesla em Nevada, que produz todas as baterias atualmente usadas nos veículos Model 3.
A intensidade média de carbono da eletricidade em Nevada, onde está localizada a Gigafábrica da Tesla, é cerca de 30% menor que a média dos EUA. Como mostra o gráfico abaixo, Nevada eliminou quase toda a geração de energia a carvão nas últimas duas décadas.
A Tesla iniciou recentemente a construção do maior telhado solar do mundo sobre sua Gigafábrica, que, combinado com o armazenamento de baterias, deverá fornecer quase toda a eletricidade consumida pela fábrica.
Data da publicação: 13/06/2022
