A história de baterias mais baratas, de smartphones a Teslas

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Aurich Lawson / Getty

Em 2010, uma bateria de íons de lítio com 1 kWh de capacidade – suficiente para abastecer um carro elétrico por cinco ou cinco quilômetros – custou mais de US $ 1.000. Em 2019, o número havia caído para US $ 156, de acordo com dados compilado pela BloombergNEF. É uma queda maciça, e os especialistas esperam um progresso contínuo – embora talvez não tão rápido – na próxima década. Vários analistas projetam que o custo médio de uma capacidade de bateria de íons de lítio de um quilowatt-hora caia para menos de US $ 100 em meados da década de 2020.

Esse é o resultado de um círculo virtuoso em que baterias melhores e mais baratas expandem o mercado, o que, por sua vez, gera investimentos que produzem melhorias adicionais em custo e desempenho. A tendência é extremamente significativa, porque as baterias baratas serão essenciais para afastar a economia mundial de fontes de energia intensivas em carbono, como carvão e gasolina.

Baterias e motores elétricos surgiram como a tecnologia mais promissora para substituir carros movidos por motores de combustão interna. O alto custo das baterias historicamente tornou os carros elétricos muito mais caros do que os carros convencionais. Porém, assim que as baterias ficarem baratas o suficiente – novamente, os especialistas estimam em torno de US $ 100 por kWh para veículos não luxuosos – os carros elétricos devem realmente ficar mais baratos que os carros movidos a gás equivalentes. A vantagem de custo será ainda maior quando você considerar o baixo custo de carga de um carro elétrico, para que possamos esperar uma queda nos custos de bateria para acelerar a adoção de veículos elétricos.

As baterias também são uma tecnologia essencial para descocarbonizar a energia elétrica. Vimos um crescimento robusto de fontes de energia solar e eólica na última década. Mas essas fontes de energia livres de carbono têm uma grande desvantagem: elas geram energia apenas algumas vezes. Os clientes, é claro, esperam poder o tempo todo.

As baterias fornecem uma solução óbvia. Mas aqui novamente, os altos custos têm sido um obstáculo. Os preços atuais ainda tornam proibitivo o uso de baterias para distribuir a energia solar durante o dia uniformemente por 24 horas. Atualmente, a maioria das instalações de baterias em escala de utilidade hoje são usadas para atenuar as flutuações de curto prazo na oferta e na demanda. A falta de armazenamento limita a quantidade de energia solar e eólica que pode ser utilmente integrada à rede elétrica.

Portanto, as contínuas quedas nos preços das baterias na próxima década serão uma grande ajuda, pois o mundo também tenta descarbonizar.

As baterias já ficaram seis vezes mais baratas na última década, e essa tendência parece continuar em menor grau avançando – mas como chegamos aqui? Vários fatores, desde o aumento da demanda até as soluções de rede inteligente, têm sido um fator. E talvez mais notavelmente, Tesla desempenhou um papel importante ao longo deste processo. A Tesla obviamente ajudou a popularizar o conceito de um carro elétrico a bateria de longo alcance, mas a Tesla tem sido tanto uma empresa de baterias quanto uma empresa de automóveis. A Tesla reconheceu a escala potencial do mercado de baterias antes da maioria das outras empresas e se tornou uma empresa líder no mercado de armazenamento em rede – um mercado que está prestes a se tornar muito maior na próxima década.

Baterias baratas e poderosas tornaram possível o uso de carros elétricos

Eric Bangeman, Ars Technica

Obter dados sobre o verdadeiro custo das baterias é difícil, porque grande parte do mercado envolve grandes empresas negociando acordos privados – geralmente com descontos substanciais por volume. A BloombergNEF é uma organização de pesquisa e consultoria que mantém relações com uma grande variedade de participantes no setor de baterias.

"Aproveitamos nossos contatos em todos os setores da cadeia de valor", disse James Frith, principal autor das pesquisas de bateria da BloombergNEF. "Conversamos com usuários finais, fabricantes e outras pessoas que trabalham no setor. Conversamos com a maioria das grandes montadoras que atuam no setor de veículos elétricos e com a maioria dos fabricantes de baterias de nível 1 na China, Europa, EUA e Coréia do Sul ".

Seus dados mostram que os custos com baterias caem mais de seis vezes desde 2010. As baterias mais baratas expandiram o mercado, o que ajudou a reduzir ainda mais os custos.

Esse processo já estava ocorrendo antes de 2010. Pense em 2003, o ano em que a Tesla foi fundada. Na época, um mercado em expansão para laptops e telefones celulares estava expandindo rapidamente o mercado de baterias de íons de lítio. As empresas estavam investindo milhões de dólares em pesquisa e desenvolvimento para tornar as baterias mais baratas e mais poderosas.

JD Straubel, um engenheiro elétrico que se tornou o CTO da Tesla, percebeu que essas baterias tinham ficado boas o suficiente – e logo seriam baratas o suficiente – para que você pudesse usar alguns milhares delas para abastecer um carro elétrico. Ele trouxe a ideia para Elon Musk, que forneceu financiamento antecipado à Tesla com base no conceito. Uma década depois, Tesla e Panasonic construíram uma enorme fábrica de baterias em Nevada chamada Gigafactory, projetada para produzir anualmente 50 GWh de baterias. O investimento fez da Tesla um dos maiores produtores e usuários de baterias de íons de lítio do mundo.

Nos primeiros dias de Tesla, as baterias ainda eram tão caras que só era viável vender o Roadster, um carro esportivo elétrico com preço de seis dígitos. Porém, à medida que as baterias continuavam melhorando em custo e desempenho, a Tesla conseguiu construir o Modelo S de menor custo e, em seguida, o Modelo 3, muito mais barato, que os consumidores agora podem comprar por menos de US $ 40.000.

Entre no Roadster

"O Modelo S foi projetado e introduzido cerca de cinco anos após o Roadster, e vimos melhorias de cerca de 40% na tecnologia da bateria, na química fundamental, na embalagem da própria bateria" Disse Straubel em 2014. "Isso se traduziu diretamente em como podemos chegar a quase 300 milhas de alcance em um modelo S, quase 85 kWh de armazenamento de energia em um pacote que é realmente menor que o pacote Roadster".

Hoje, é claro, as pessoas ainda compram muito mais telefones celulares e laptops do que carros elétricos. Mas um carro elétrico com bateria precisa de tanta capacidade – 40 a 100 kWh, milhares de vezes mais que um smartphone – que aumentou significativamente a demanda global por baterias de íons de lítio. Isso ajudou a impulsionar a queda de preços adicionais, que começaram a tornar rentável o uso de baterias para melhorar a rede elétrica.

Como as baterias estão melhorando a rede elétrica

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Prolongar / Baterias Tesla Powerpack durante um evento de lançamento no Parque Eólico de Hornsdale em 29 de setembro de 2017 em Adelaide, Austrália.

Em 2017 Tesla instalação concluída de um enorme sistema de bateria no parque eólico de Hornsdale, no sul da Austrália. A capacidade de armazenamento do parque eólico era de 129 MWh – cerca de 2.000 modelos 3s ou 10 milhões de smartphones. O proprietário do sistema, a empresa francesa de fontes renováveis ​​Neoen, considera esse sucesso que planeja expandir sua capacidade em 50%.

A bateria foi projetada para fornecer energia a uma taxa de 100 MW. Com 129 MWh de capacidade de armazenamento, isso significa que pode acabar em pouco mais de uma hora. Mas uma hora de capacidade não utilizada pode ser extremamente valioso. Para garantir um serviço ininterrupto, as concessionárias de energia elétrica contam com "usinas de pico" – muitas vezes geradores a gás – que podem ser energizadas a qualquer momento durante períodos de estresse. Como essas plantas podem funcionar apenas algumas horas por ano, o custo por hora pode ser muito alto. Às vezes, as concessionárias australianas são forçadas a comprar energia no mercado à vista de fornecedores que conseguem cobrar até 50 vezes a taxa normal.

A bateria de Hornsdale permitiu que a concessionária de energia elétrica da região optasse amplamente por esse mercado spot. Neoen reivindica que a bateria já salvou os clientes na região dezenas de milhões de dólares, ao mesmo tempo em que tornou a rede da região menos suscetível a apagões.

Economizar dinheiro dos utilitários durante cargas de pico é bom para os utilitários, mas os benefícios ambientais podem não ser muito significativos. Os grandes benefícios ambientais virão na próxima fase, quando a rede elétrica tiver baterias suficientes para armazenar uma fração significativa da demanda de energia do dia. Isso permitirá que a rede armazene várias horas de energia solar durante o dia e a descarregue à noite – permitindo que a energia renovável forneça a maior parte ou, eventualmente, toda a eletricidade. Com capacidade suficiente, poderíamos até armazenar energia durante as estações, mantendo um excesso de energia solar no verão para manter os elétrons fluindo durante o inverno.

Curto e longo prazo

Os tipos de baterias pequenas de resposta rápida que ajudam a equilibrar as flutuações de curto prazo podem não ser a melhor opção para essas necessidades de armazenamento de longo prazo. Existem várias outras tecnologias de bateria em desenvolvimento – principalmente baterias de fluxo—Que pode ser mais adequado para esse tipo de armazenamento. E qualquer tecnologia de bateria usada terá que competir com métodos alternativos de armazenamento de energia. Alguns deles, como hidrelétricas bombeadas, ar comprimido e armazenamento de calor, já estão em uso em casos limitados. Outros, como o uso de eletricidade para a produção de combustíveis, ainda estão em desenvolvimento.

A bateria de Hornsdale pode ter sido a maior do mundo na época, mas sua capacidade ainda é pequena se comparada à demanda de eletricidade nos EUA. Os EUA consomem cerca de 10 terawatt-hora por dia – mais de 70.000 vezes a capacidade da fábrica de Hornsdale. Com os custos de bateria continuando a cair e as fontes de energia renováveis ​​proliferando, a demanda por instalações de baterias em escala de utilidade aumentará apenas nos próximos anos. Na sua relatório de ganhos trimestrais No mês passado, a Tesla disse que tinha vários pedidos para construir sistemas de bateria ainda maiores que a bateria de Hornsdale em locais ao redor do mundo.

Fonte: Ars Technica