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Mar 20, 2023

O que as melhorias na densidade de energia da bateria realmente significam para caminhões, navios e aviões?

O futuro de todos os transportes terrestres e uma enorme quantidade de aviação e marinha

O futuro de todos os transportes terrestres e uma enorme quantidade de aviação e transporte marítimo sendo elétricos, de baixo carbono, mais silenciosos e muito menos malcheirosos está ao nosso alcance. Seria rude não estender a mão e agarrá-lo com as duas mãos.

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No momento em que estou escrevendo isso, faltam cerca de 30 horas para sentar em um palco com pessoas cujo trabalho diário é energia para navios, diante de uma grande audiência de líderes técnicos globais de uma grande empresa privada europeia de navegação. Eles estão tendo sua cúpula técnica anual e me convidaram para debater com os outros palestrantes e seus especialistas sobre como o transporte marítimo realmente descarbonizará.

Claro, como vou dizer a eles, há razões muito boas para eles se perguntarem o que diabos estou fazendo lá. Ao contrário de praticamente todos os outros na sala, eu não faço, vendo ou compro combustível para navios. Não compro, vendo ou opero navios. Eu não desenho navios como muitas pessoas na platéia fazem. Não especifico os requisitos de energia para os navios, mais uma vez algo que os participantes fazem.

Transporte marítimo de megatoneladas de combustíveis fósseis antes do reabastecimento, gráfico do autor

Mas estou lá porque fiz pelo transporte marítimo o que fiz pela aviação, hidrogênio, aço, V2G e armazenamento em rede. Passei muito tempo olhando para o espaço do problema, comparando todas as supostas soluções, projetando curvas de demanda e oferta adiante em um cenário razoável por décadas e, em seguida, compartilhando o que penso com evidências de apoio. Como muito disso é sobre energia, isso significa que as coisas que aprendo em um domínio são aplicáveis ​​em outro. Posso polinizar insights com um pouco mais de facilidade do que as pessoas que passam todo o tempo trabalhando em um domínio.

Claro, isso significa que tenho que ter muito cuidado para não ser um exemplo importante da síndrome de Dunning-Kruger, e às vezes cometo erros que as pessoas me chamam, mas essas são preocupações administráveis ​​com apenas uma pequena ordem lateral de humilhação ocasional. .

O que isso tem a ver com a densidade de energia da bateria? Bem, uma das pessoas no palco amanhã é um representante da Echandia Marine AB. O trabalho diário deles é colocar baterias em navios, algo que considero uma grande cunha de descarbonização marítima. Na minha projeção de 2100, todos os transportes terrestres e dois terços dos transportes marítimos de curta distância funcionarão com baterias, e essas baterias serão cada vez mais carregadas com eletricidade de baixo a zero carbono. Os transportes mais longos ainda precisarão de combustíveis líquidos para este século, já que a substituição de 16.000 toneladas de combustível de bunker por baterias para atravessar o Pacífico provavelmente não acontecerá até 2100.

O material Echandia faz um ponto de alcance marinho muito específico. Seu sistema de bateria é bom para 40 milhas náuticas (NM), cerca de 74 quilômetros. Isso não parece muito, mas abrange muitas viagens de barcos e navios grandes.

O sistema usa baterias de óxido de titânio e lítio (LTO). É o que a empresa considera útil e vendável neste momento da jornada de descarbonização. Essa química não tem densidade de energia particularmente alta, mas tem boas taxas de ciclo e é boa para aplicações de grande consumo de energia. Bom para os requisitos de torque e potência marítimos atuais.

Breve digressão mais nerd: quando falamos de densidade de energia e baterias, estamos falando de watt-hora por quilograma (Wh/kg). O diesel roda a cerca de 9.007 Wh/kg. O combustível de aviação Jet-A gira em torno de 7.778 Wh/kg. Eles geralmente não são representados dessa forma, porque as pessoas que vendem ou usam combustíveis fósseis no transporte não usam unidades de eletricidade.

Grandes motores marítimos e grandes motores a jato são bestas absurdamente eficientes, tão boas quanto é possível obter. Décadas de inovação focada, clientes exigentes e engenheiros brilhantes tendem a ter esse resultado. Mas os ciclos de Carnot, Diesel e Brayton têm limites termodinâmicos rígidos com os quais eles se deparam. Grandes motores marítimos convertem cerca de 50% da energia em seus combustíveis em movimento para a frente. Motores a jato modernos transformam 55% do querosene que ingerem em energia útil, pelo menos quando estão a 30.000-38.000 pés correndo em velocidade de cruzeiro ideal.