Como um grande contribuidor para  as emissões globais de dióxido de carbono (CO 2 ) , o setor de transporte tem imenso potencial para promover a descarbonização. No entanto, uma cadeia de suprimentos global com zero emissões requer reimaginar a dependência de uma indústria de caminhões pesados que emite 810.000 toneladas de CO 2 , ou 6% das emissões de gases de efeito estufa dos Estados Unidos , e consome 29 bilhões de galões de diesel anualmente somente nos EUA.

Um novo estudo de pesquisadores do MIT, apresentado nas recentes American Society of Mechanical Engineers 2024 International Design Engineering Technical Conferences e Computers and Information in Engineering Conference, quantifica o impacto do alcance do projeto de um caminhão de emissão zero em seus requisitos de armazenamento de energia e receita operacional. O modelo multivariável descrito no artigo permite que proprietários e operadores de frotas entendam melhor as escolhas de projeto que impactam a viabilidade econômica de caminhões pesados elétricos a bateria e de célula de combustível de hidrogênio para aplicação comercial, equipando as partes interessadas para tomar decisões informadas sobre a transição da frota.

“Toda a questão [da descarbonização do transporte rodoviário] é como uma torta muito grande e bagunçada. Uma das coisas que podemos fazer, do ponto de vista acadêmico, é quantificar alguns desses pedaços da torta com modelagem, com base em informações e experiências que aprendemos com as partes interessadas da indústria”, diz  ZhiYi Liang , aluno de doutorado na equipe de hidrogênio renovável do  MIT K. Lisa Yang Global Engineering and Research Center (GEAR) e principal autor do estudo. Coautorado por Bryony Dupont , pesquisador visitante do GEAR, e Amos Winter , o professor Germeshausen no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, o artigo elucida fatores operacionais e socioeconômicos que precisam ser considerados nos esforços para descarbonizar veículos pesados (HDVs).

O modelo da equipe mostra que um desafio técnico está na quantidade de energia que precisa ser armazenada no caminhão para atender às necessidades de alcance e desempenho de reboque de aplicações de caminhões comerciais. Devido à alta densidade energética e ao baixo custo do diesel, os trens de força a diesel existentes permanecem mais competitivos do que os trens de força alternativos de veículos elétricos a bateria de lítio (Li-BEV) e veículos elétricos a célula de combustível de hidrogênio (H2 FCEV). Embora os trens de força Li-BEV tenham a maior eficiência energética de todos os três, eles são limitados a rotas de curto a médio alcance (abaixo de 500 milhas) com baixa capacidade de carga, devido ao peso e volume do armazenamento de energia a bordo necessário. Além disso, os autores observam que a infraestrutura de rede elétrica existente precisará de atualizações significativas para dar suporte à implantação em larga escala de HDVs Li-BEV.

Embora o trem de força movido a hidrogênio tenha uma vantagem de peso significativa que permite maior capacidade de carga e rotas com mais de 750 milhas, o estado atual das redes de combustível de hidrogênio limita a viabilidade econômica, especialmente quando o custo operacional e a receita projetada são levados em consideração. A implantação provavelmente exigirá intervenção governamental na forma de incentivos e subsídios para reduzir o preço do hidrogênio em mais da metade, bem como investimento contínuo por corporações para garantir um fornecimento estável. Além disso, como os H2-FCEVs ainda são uma tecnologia relativamente nova, o design contínuo de sistemas de armazenamento de hidrogênio a bordo conformes — um dos quais é o assunto do PhD de Liang — é crucial para a adoção bem-sucedida no mercado de HDV.

A eficiência atual dos sistemas a diesel é resultado de desenvolvimentos tecnológicos e processos de fabricação estabelecidos ao longo de muitas décadas, um precedente que sugere que avanços semelhantes podem ser feitos com sistemas de transmissão alternativos. No entanto, as interações com proprietários de frotas, fabricantes automotivos e provedores de rede de reabastecimento revelam outro grande obstáculo na maneira como cada "fatia do bolo" é inter-relacionada — os problemas devem ser abordados simultaneamente por causa de como eles afetam uns aos outros, desde a infraestrutura de combustível renovável até a prontidão tecnológica e o custo de capital de novas frotas, entre outras considerações. E os primeiros passos em um futuro incerto, onde nenhum setor está totalmente no controle dos resultados potenciais, são inerentemente arriscados. 

“Além das limitações de infraestrutura, temos apenas protótipos [de HDVs alternativos] para uso de operadores de frotas, então o custo de aquisição deles é alto, o que significa que não há demanda para que as montadoras construam linhas de fabricação em uma escala que as tornaria econômicas para produzir”, diz Liang, descrevendo apenas uma etapa de um ciclo vicioso que é difícil de interromper, especialmente para as partes interessadas da indústria que tentam ser competitivas em um mercado livre. 

“Pessoas na indústria sabem que algum tipo de transição energética precisa acontecer, mas elas podem não necessariamente saber com certeza qual é o caminho mais viável a seguir”, diz Liang. Embora não haja um caminho singular para emissões zero, o novo modelo fornece uma maneira de quantificar e avaliar ainda mais pelo menos uma fatia do bolo para auxiliar na tomada de decisões.

Outros esforços liderados pelo MIT visando ajudar as partes interessadas da indústria a navegar pela descarbonização incluem uma ferramenta de mapeamento interativa desenvolvida por Danika MacDonell, Impact Fellow no  MIT Climate and Sustainability Consortium (MCSC); juntamente com Florian Allroggen, diretor executivo da Zero Impact Aviation Alliance do MIT; e os pesquisadores de graduação Micah Borrero, Helena De Figueiredo Valente e Brooke Bao. A Geospatial Decision Support Tool do MCSC oferece suporte à tomada de decisões estratégicas para operadores de frotas, permitindo que eles visualizem densidades de fluxo de carga regional, custos, emissões, infraestrutura planejada e disponível e regulamentações e incentivos relevantes por região.

Embora as limitações atuais revelem a necessidade de resolução conjunta de problemas entre setores, os autores acreditam que as partes interessadas estão motivadas e prontas para enfrentar os problemas climáticos juntas. Negócios antes concorrentes já parecem estar adotando uma mudança de cultura em direção à colaboração, com o acordo recente entre a General Motors e a Hyundai para explorar “futura colaboração entre áreas estratégicas importantes”, incluindo energia limpa. 

Liang acredita que a transição do setor de transporte para zero emissões é apenas uma parte de uma “revolução energética” que exigirá que todos os setores trabalhem juntos, porque “tudo está conectado. Para que tudo faça sentido, precisamos nos considerar parte dessa torta, e todo o sistema precisa mudar”, diz Liang. “Você não pode fazer uma revolução ter sucesso sozinho.” 

Os autores reconhecem aAo MIT Climate and Sustainability Consortium por conectá-los com membros da indústria no ecossistema de HDV; e ao MIT K. Lisa Yang Global Engineering and Research Center e à  MIT Morningside Academy for Design pelo apoio financeiro.