Existe muita coisa em comum entre os trens e os veículos elétricos. Ambos são meios de transporte seguros e práticos e, por permitirem ampliar as possibilidades da mobilidade elétrica, também contribuem para uma sociedade sustentável.
Em um mundo moderno, é possível combinar o uso de trens e veículos elétricos, como para visitar uma cidade nova. E qual seria a forma mais eficiente de associar os dois meios de transporte? Se a opção for uma viagem cênica, é preferível viajar de trem, mas se o objetivo for outro, pode ser melhor viajar de carro. De qualquer forma, só o fato de pensar na viagem e como chegar ao destino já é motivo de empolgação!
Na Nissan, estamos desenvolvendo uma maneira totalmente nova de associar as tecnologias utilizadas tanto no transporte ferroviário como nos veículos elétricos. A East Japan Railway Company (JR East), uma das principais empresas ferroviárias do Japão, está testando o uso de baterias usadas dos veículos elétricos Nissan LEAF nos equipamentos de passagem de nível de linhas férreas.
As passagens de nível são fundamentais para a operação das linhas férreas e a segurança no trânsito. As empresas ferroviárias instalam unidades de alimentação elétrica de emergência em cada cruzamento de nível para garantir seu correto funcionamento independentemente da situação, como durante trabalhos de manutenção preventiva ou falta temporária de energia. Atualmente, estas unidades de alimentação elétrica de emergência utilizam baterias de chumbo-ácido, mas em janeiro de 2021 foram iniciados os trabalhos de substituição desta fonte de energia por baterias reutilizadas do Nissan LEAF, na passagem de nível Atago da linha Jōban, que passa pela cidade de Minamisoma, na província de Fukushima.
Baterias de veículos elétricos ganham nova vida
A bateria de íons de lítio de um Nissan LEAF mantém 60% a 80% de sua capacidade de armazenar eletricidade no final de seu ciclo de vida como fonte de energia veicular. Mesmo assim, é possível reutilizar essas baterias de veículos elétricos redirecionando a capacidade remanescente para armazenar energia em outros usos, como baterias estacionárias ou de substituição para uso veicular. A 4R Energy Corporation, parceira da Nissan, é responsável por este trabalho. Ao reutilizar baterias veiculares, é possível reduzir as emissões de CO2 e o uso de metais raros, necessários para a produção de novas baterias. Além disso, essa reutilização das baterias gera valor e aumenta o valor residual dos veículos elétricos, favorecendo a adoção deste tipo de motorização.
Benefícios não se limitam à sustentabilidade
Para Kaito Tochihara, pesquisador-chefe adjunto no Centro de P&D da East Japan Railway, ao substituir as baterias de chumbo-ácido pelas de íons de lítio reutilizadas é possível não apenas promover a sustentabilidade, mas também melhorar a performance.
As baterias de íons de lítio requerem apenas um terço do tempo para serem recarregadas, em comparação com as de chumbo-ácido. Além disso, elas duram mais – aproximadamente 10 anos, em comparação com os 3 a 7 anos de uma bateria padrão. O pesquisador Tochihara tem grande interesse no aprimoramento da manutenção das baterias.
"Com as baterias de chumbo-ácido", comenta o pesquisador, "temos que nos deslocar periodicamente até as passagens de nível para verificar o status da carga da bateria e se há qualquer deterioração. Já as baterias de íons de lítio reutilizadas são associadas a um sistema de controle semelhante ao utilizado nos veículos elétricos, permitindo a verificação do status da carga remotamente e uma melhoria nas atividades de manutenção. Este sistema também permite fazer a manutenção preventiva, já que o sistema nos alerta sobre o status da bateria antes que a voltagem esteja baixa demais".
Proteção e segurança nas passagens de nível
Tochihara explicou que "as passagens de nível são pontos de contato entre trens e vias públicas e, portanto, precisam ser extremamente seguras e confiáveis. Nós da 4R Energy Corporation desenvolvemos o uso de baterias de íons de lítio reutilizadas originalmente projetadas para uso veicular que, assim como nas passagens de nível, exige um nível altíssimo de segurança e proteção. Por isso, seu nível de confiabilidade nos dá a confiança necessária para continuarmos nosso trabalho".
A 4R Energy Corporation iniciou suas atividades em 2010 – o mesmo ano de lançamento do Nissan LEAF. Prevendo o uso em massa dos veículos elétricos, a empresa tem o objetivo de promover o uso das baterias de íons de lítio após seu ciclo de vida veicular. Todos os anos, a fábrica da empresa na cidade de Namie, província de Fukushima, recebe milhares de baterias usadas, para que sejam reutilizadas.
Takuya Kinoshita, do departamento de soluções técnicas da 4R Energy Corporation, explica que as baterias de íons de lítio reutilizadas da empresa contam com quatro níveis de segurança.
- Histórico de utilização do Nissan LEAF: as baterias reutilizadas foram inicialmente usadas no Nissan LEAF, que não registrou incidentes graves devido à qualidade das baterias em mais de 10 anos de uso, desde que foi lançado.
- Norma Internacional UL1974: para o processo de remanufatura e reciclagem de baterias, a 4R Energy Corporation obteve a certificação internacional UL1974, relacionada especificamente ao reuso de baterias para fins de armazenagem de energia.
- Conceito de controle do Nissan LEAF: a 4R Energy Corporation reutiliza baterias seguindo o mesmo conceito de controle utilizado na produção do Nissan LEAF.
- Projeto seguro: assim como no Nissan LEAF, as baterias reutilizadas são projetadas para prevenir explosões na possibilidade – mesmo que distante – de um acidente.
Comercializado em todo o mundo, o Nissan LEAF tem um projeto robusto capaz de suportar diferentes situações e condições climáticas. O mesmo pode-se dizer da bateria de íons de lítio do LEAF. Kinoshita diz que esse "é um ponto positivo que condiz com as passagens de nível instaladas em ambientes difíceis". Entretanto, algumas questões ainda precisam ser solucionadas antes que as baterias sejam reutilizadas em larga escala nos dispositivos de segurança em passagens de nível.
Sobretensão atmosférica
Se um raio atingir um veículo elétrico, a eletricidade é direcionada para a terra, por meio da carroceria, evitando um aumento súbito de tensão (sobretensão atmosférica) na bateria. Porém, em uma passagem de nível, a bateria é conectada por cabos a dispositivos como barreiras, alarmes e equipamentos de controle. Se houver queda de raios nas imediações, a voltagem pode ser direcionada para a bateria por meio desses cabos.
Para permitir que as baterias resistam a estes picos de tensão, foram feitas modificações na infraestrutura de controle da bateria desde a fase de desenvolvimento. Antes de realizar os testes finais em passagens de nível, as empresas JR East, 4R Energy Corporation e organismos de avaliação conduziram uma série de testes operacionais. Além de Atago, estão previstos testes das baterias em outras passagens de nível, nas linhas Jōban e Mito. Estes testes vão analisar os efeitos da sobretensão atmosférica e outros fatores ambientais nas baterias, em várias áreas de utilização.
Os testes foram iniciados em janeiro de 2021 e estão passando pelo primeiro outono, no Japão. O pesquisador Tochihara, do Centro de P&D da East Japan Railway, está empolgado. Ele disse que "no outono acontecem muitas tempestades de raios e tufões. Vamos continuar analisando a performance das baterias e desenvolvendo o projeto a partir dos resultados iniciais. Também vamos usar o feedback das equipes de manutenção das passagens de nível, para que elas sejam ainda mais seguras".
Tochihara também comentou sobre os resultados em potencial destes testes com baterias reutilizadas. "As ferrovias utilizam a eletricidade de várias formas. Se com estes testes pudermos confirmar que as baterias reutilizadas são seguras para uma aplicação em ferrovias, acho que será possível ampliar esta iniciativa, por exemplo, para os equipamentos de comunicação sem fio".
O movimento atual rumo à eletrificação está nos aproximando de nossa meta de neutralidade de carbono. Com a massificação do uso de veículos elétricos, haverá um aumento na disponibilidade de baterias reutilizáveis. Até pouco tempo atrás, seria impensável reutilizar baterias de veículos elétricos em equipamentos de passagem de nível. Mas o potencial de reuso das baterias de veículos elétricos não para por aqui. Existem inúmeras formas de reutilizar estas baterias para promover uma sociedade mais segura e sustentável.