A Ascensão das Baterias Usadas: Uma Solução Multibilionária para Veículos Elétricos

A adoção de veículos elétricos (EVs) está crescendo rapidamente, com as vendas globais aumentando 25% para alcançar 17,1 milhões em 2024, impulsionadas por incentivos governamentais e esforços de descarbonização. 

O mercado de EVs está projetado para experimentar uma taxa de crescimento anual constante de 6,95% nos próximos quatro anos, atingindo um volume superior a $1 trilhão. A receita do mercado, por sua vez, deve alcançar $828,6 bilhões em todo o mundo. 

Mais importante, espera‑se que os EVs desempenham um papel fundamental na conquista da ambiciosa meta de zero emissões até 2050. No entanto, para isso, os fabricantes de EV precisam reduzir o custo de seus veículos, pois, embora as vendas de EV estejam aumentando, o ritmo de crescimento desacelerou. Sem contar que os EVs também têm um impacto ambiental negativo. 

A produção de veículos elétricos é um processo intensivo em recursos, exigindo, em média, seis vezes mais insumos minerais críticos como lítio, cobalto, cobre, níquel, manganês e grafite do que os veículos com motor de combustão interna, o que eleva a pegada ambiental dos EVs em 50% em relação aos ICEVs durante a produção. 

Reciclar essas baterias pode realmente mudar o jogo. Ela pode ajudar a reduzir a pegada de carbono ao diminuir o custo da eletricidade, a necessidade de extrair matérias‑primas para fabricar novas baterias e o desperdício, prolongando a vida útil das baterias existentes e, consequentemente, tornando os EVs mais baratos.

Outra forma de melhorar a eficiência dessas baterias enquanto reduz seu impacto é reaproveitá‑las. Reaproveitar uma bateria de EV pode lhe dar uma segunda vida, com baterias de segunda vida maximizando o valor das baterias e aumentando sua expectativa de vida.

Pesquisadores e relatórios recentes constatam que reciclagem e reaproveitamento oferecem grandes vantagens e só tendem a crescer a partir de agora. 

Reciclagem de Baterias de EV

Nova pesquisa^1, que é a primeira análise de ciclo de vida conhecida da reciclagem de baterias de íon‑lítio (LIB) baseada em dados de uma instalação de reciclagem em escala industrial, constatou que a reciclagem oferece benefícios ambientais significativos.

Do uso de água e consumo de energia às emissões de gases de efeito estufa, tudo é reduzido de forma significativa quando as baterias são recicladas em vez de minerar metais virgens para produzir novas LIBs.

A produção de LIBs tem experimentado crescimento exponencial devido ao aumento da eletrificação de veículos e à geração intermitente de energia renovável. O uso de LIBs simplesmente ultrapassou os eletrônicos de consumo. Além disso, esses outros casos de uso estão crescendo em ritmo acelerado.

O setor de EV, em particular, deve dominar o crescimento de LIBs até 2030, representando até 82% da produção global total estimada de LIBs. 

No entanto, embora a demanda por baterias de íon‑lítio esteja crescendo rapidamente, os materiais críticos necessários para as principais químicas de baterias de lítio são de fornecimento limitado. Espera‑se que enfrentem um grande déficit no equilíbrio global de oferta e demanda antes do final desta década. Além disso, a extração desses materiais tem agravado preocupações econômicas, ambientais, de direitos humanos e de segurança nacional. 

Não apenas a mineração desses materiais críticos, mas também o descarte inadequado de LIBs ao final de sua vida está danificando ecossistemas naturais e humanos. 

É aqui que a reciclagem de materiais críticos em LIBs ao final da vida pode ser de enorme ajuda para diminuir as crescentes preocupações ambientais. Isso também é essencial para a sustentabilidade de longo prazo do transporte eletrificado, pois a reciclagem pode até ajudar a aliviar a insegurança de fornecimento a longo prazo desses minerais críticos de baterias em larga escala.

Agora, os recicladores de LIB obtêm materiais de baterias ‘mortas’, que são principalmente coletadas de locais de trabalho, ou de sucata defeituosa de fabricantes de baterias. No processo de reciclagem, metais como lítio, níquel, cobre, cobalto, manganês e alumínio são extraídos dessas duas fontes.

O estudo de análise de ciclo de vida da Universidade de Stanford quantificou a pegada ambiental desse processo e constatou que ele emite menos da metade dos gases de efeito estufa (GEE) da mineração e refino tradicionais desses metais. Também utiliza cerca de um quarto da água e energia da mineração de novos metais. 

Quando materiais de sucata defeituosa são utilizados para reciclagem, os benefícios ambientais são ainda maiores. As sucatas representaram cerca de 90% do suprimento reciclado estudado, e seus resultados foram 11% do uso de energia da mineração e processamento, 12% do uso de água e 19% das emissões de GEE. A redução do uso de energia também corresponde a menos poluentes atmosféricos como fuligem e enxofre, embora isso não tenha sido medido especificamente.

Este estudo, segundo seu autor sênior William Tarpeh, professor assistente de engenharia química na School of Engineering, “nos diz que podemos projetar o futuro da reciclagem de baterias para otimizar os benefícios ambientais”.

Os impactos ambientais das baterias realmente dependem fortemente da localização da instalação de processamento, bem como da sua fonte de eletricidade.

Como uma das três principais investigadoras do estudo, Samantha Bunke, estudante de doutorado em Stanford, observou, se uma planta de reciclagem depende muito de eletricidade gerada pela queima de carvão, então ela teria uma vantagem climática reduzida. Contudo, em regiões com eletricidade mais limpa, a escassez de água doce é uma grande preocupação. 

Outro fator chave é o transporte devido à localização geológica do suprimento de material.

No que diz respeito ao cobalto, 80% de seu suprimento global é encontrado e minerado na República Democrática do Congo, sendo a grande maioria transportada por ferrovia, rodovia e mar para a China para refino de baterias. Da mesma forma, o suprimento global de lítio está principalmente concentrado no Chile e na Austrália, de onde segue para a China. O estudo estima que a distância total de transporte apenas para a mineração e refino dos metais ativos das baterias seja, em média, cerca de 35.000 milhas (57.000 quilômetros). 

Um processo semelhante ocorre na reciclagem de baterias, onde baterias usadas e sucata são primeiro coletadas e depois enviadas ao reciclador. Contudo, a distância total de transporte de baterias usadas de nossos telefones ou EVs para uma instalação hipotética de refino na Califórnia é de apenas cerca de 140 milhas (225 quilômetros), com base em locais ótimos presumidos para futuras instalações de refino em meio a abundantes baterias recicláveis nos EUA.

Uma Oportunidade Enorme

Os dados deste estudo vieram da Redwood Materials em Nevada, que é a maior instalação de reciclagem de baterias de íon‑lítio em escala industrial na América do Norte. A instalação se beneficia da matriz energética mais limpa do país, que inclui solar, hidrelétrica e geotérmica.

Fundada pelo co‑fundador e ex‑CTO da Tesla (TSLA ), Redwood tem duas instalações, uma em Nevada e outra na Carolina do Sul. Há alguns meses, a montadora alemã BMW assinou um acordo com a empresa para reciclar baterias de íon‑lítio de todos os seus EVs, abrangendo tanto os tipos de bateria quanto os híbridos.

Redwood já recicla baterias de EV da Tesla, Toyota (TM ), Ford (F ), Nissan, Lyft (LYFT ), General Motors (GM ), Amazon (AMZN ), e outras. Também recicla baterias estacionárias.

A empresa processa materiais de ânodo e cátodo e os transforma em materiais de bateria “alta qualidade”. Segundo a empresa, eles recuperam até 98% desses materiais e os devolvem à cadeia de suprimentos.

Agora, para o estudo, a Redwood Materials não apenas forneceu os dados, mas também aplicou suas lições às suas operações e à sua pegada ambiental.

“Os insights desta pesquisa desempenharam um papel fundamental no aprimoramento dos processos de reciclagem de baterias da Redwood.”

– Fundador e CEO JB Straubel

Ele acrescentou:

“Graças às observações dos pesquisadores. Reduzimos ainda mais nossa pegada ambiental enquanto avançamos tanto na eficiência de recursos quanto na escalabilidade dos processos.”

Notavelmente, o processo de reciclagem da Redwood envolve “calcinação redutiva”, que não utiliza combustíveis fósseis, requer temperaturas significativamente mais baixas e produz mais lítio do que os métodos típicos. 

Isso significa que os resultados ambientais da empresa não representam o desempenho ambiental geral da indústria na reciclagem de baterias usadas. No entanto, outros processos pirometalúrgicos estão surgindo em laboratórios que não são tão intensivos em energia como os métodos convencionais.

Com este estudo, os pesquisadores buscam informar a expansão das empresas de reciclagem de baterias sobre a importância de escolher boas localizações para novas instalações e se preparar para o iminente problema de suprimento de minerais.

Segundo Tarpeh, a oportunidade aqui é significativa, pois apenas 2% a 47% das baterias de íon‑lítio são recicladas globalmente, apesar de conterem materiais que têm cerca de 10 vezes mais valor econômico do que baterias de chumbo‑ácido, das quais 99% foram recicladas pelos EUA por décadas.

“Para um futuro com um fornecimento muito maior de baterias usadas, precisamos projetar e preparar hoje um sistema de reciclagem, desde a coleta até o processamento de volta em novas baterias, com impacto ambiental mínimo”, afirmou Tarpeh. “Esperamos que os fabricantes de baterias também considerem mais a reciclabilidade em seus projetos futuros.”

Reaproveitamento de Baterias de EV

Embora as baterias de íon‑lítio possam ser recicladas para recuperar matérias‑primas valiosas e críticas e, em seguida, reintroduzidas em novas baterias de EV, reaproveitá‑las para aplicações de segunda vida antes da reciclagem também oferece imensos benefícios. Esses benefícios, argumenta um novo relatório, são muito maiores do que simplesmente reaproveitar uma bateria de íon‑lítio.

O relatório da relatório fez uma análise aprofundada das baterias de veículos elétricos de segunda vida, que são aposentadas quando não atendem mais aos requisitos de desempenho para o EV. Isso ocorre ao final de sua primeira vida. 

Quando as baterias de EV são recicladas, elas são reaproveitadas para EVs de baixa potência ou armazenamento estacionário de baterias, que, segundo a IDTechEx, são casos de uso menos exigentes em comparação com os dos EVs.

Entretanto, o relatório observou que reaproveitar baterias de Li‑ion maximiza seu valor, estende sua vida útil e contribui para uma economia circular de baterias. Em alguns casos, até mesmo sua primeira vida pode ser estendida em uma aplicação de EV ao substituir alguns módulos ou células em um pacote de bateria.

A IDTechEx projeta que o mercado de baterias de EV de segunda vida valerá $4,2 bilhões até 2035, à medida que a disponibilidade de baterias de EV aposentadas crescer nos próximos dez anos.

Isso já está acontecendo em ritmo crescente em todo o mundo. Nos EUA e na Europa, os reaproveitadores continuam a aumentar de forma constante o volume de implantações de baterias de segunda vida. Principalmente, esses sistemas estacionários ou móveis estão sendo instalados para clientes comerciais e industriais (C&I) para otimizar o carregamento de EVs, reduzindo o consumo de eletricidade quando a demanda está no pico e o autoconsumo de energia renovável.

Tecnologia de armazenamento de bateria residencial também foi desenvolvida por alguns reaproveitadores, enquanto outros estão construindo sistemas maiores de armazenamento de energia em bateria (BESS) para aplicações em escala de rede.

A China lidera atualmente as implantações de baterias de segunda vida e tem ampliado suas atividades também. O país está utilizando baterias de segunda vida para aplicações de energia de backup em telecomunicações.

Fora da China, a Europa apresenta o maior nível de atividade, com a IDTechEx identificando 20 reaproveitadores desenvolvendo baterias de segunda vida na região.

Quanto ao custo dessas baterias de EV de segunda vida, o relatório observa que reduções substanciais de custos das tecnologias de BESS de Li‑ion de primeira vida dificultam que os reaproveitadores permaneçam competitivos nos preços de seus sistemas para os clientes. Para que sua adoção aumente, as baterias de EV de segunda vida precisam ser precificadas abaixo das BESS de Li‑ion de primeira vida.

Essas baterias já passaram por degradação em sua primeira vida, o que significa que seu desempenho é afetado na segunda vida. 

Quanto aos fatores que contribuem para o custo mais alto desses sistemas de armazenamento de energia de baterias de segunda vida, o relatório apontou os componentes da bateria e a logística de entrega das baterias de EV aposentadas. O próprio processo de reaproveitamento contribui para o custo, incluindo tempos de classificação da bateria, desmontagem e remontagem. Portanto, os reaproveitadores precisarão atuar em todas essas frentes para reduzir seus custos.

Já estão sendo desenvolvidas tecnologias avançadas de classificação de baterias, como testes de bateria de fim de vida a bordo para determinar o Estado de Saúde (SOH) da bateria, que levam minutos em vez de horas, conforme as técnicas típicas de ciclagem, reduzindo tanto o tempo de teste quanto o custo.

Além disso, inúmeros projetos estão utilizando tecnologias de desmontagem semiautomática de baterias. Se esses projetos emergentes forem bem‑sucedidos, isso pode reduzir a necessidade de intervenção humana em certas etapas, diminuindo os custos de mão‑de‑obra e, por sua vez, o custo da bateria reaproveitada.

O reaproveitamento de baterias aposentadas, segundo o relatório, pode ser feito em diferentes níveis de desmontagem. Isso pode ser no nível de pacote, módulo ou célula. 

Quanto mais profunda for a desmontagem, mais tempo leva e maiores são os custos de mão‑de‑obra. Contudo, isso permite a remontagem dos módulos ou células de melhor desempenho, criando um sistema mais eficiente. Segundo o relatório, os reaproveitadores estão principalmente adotando técnicas de reaproveitamento em nível de pacote ou módulo, e espera‑se que isso continue. 

As tendências das baterias de EV também devem impactar a viabilidade econômica do reaproveitamento a longo prazo. “A IDTechEx demonstra como os designs cell‑to‑pack (CTP) podem melhorar a densidade de energia de um pacote de bateria e, consequentemente, a autonomia de um EV. No entanto, esses designs normalmente exigem maior uso de soldagem por ponto ou adesivos. Removê‑los requer calor ou solventes, aumentando assim o custo da desmontagem. 

Outro elemento importante no crescimento das baterias de segunda vida são as regulamentações, que têm sido um grande fator contribuinte para o crescimento dos EVs. Políticas como incentivos fiscais para reduzir custos de EVs, mandatos e requisitos de emissões para incentivar as vendas de EVs, juntamente com infraestrutura de carregamento e proibições de ICEVs, beneficiaram enormemente o mercado de EVs.

Enquanto isso, incentivos financeiros, programas de recompra e o estabelecimento de metas de recuperação, coleta e reciclagem estão contribuindo para o crescimento da reciclagem de baterias. Mas, embora existam regulamentações disponíveis para a reciclagem de baterias em diferentes regiões, poucas políticas abordam especificamente as baterias de EV de segunda vida. 

Os EUA, a China e a UE, no entanto, começaram a trabalhar em seus marcos regulatórios para facilitar as baterias de segunda vida e o reaproveitamento. 

Políticas como o EU Battery Passport, que rastreia o ciclo de vida de uma bateria, a disponibilização de dados de baterias EOL para serem compartilhados entre as partes interessadas, e a responsabilidade estendida do produtor (EPR), que torna os fabricantes responsáveis pela coleta, reutilização e reciclagem das baterias, estão possibilitando o reaproveitamento das baterias.

Embora os países tenham começado a perceber o valor potencial das baterias de segunda vida, o relatório observou que atenção especial deve ser dada a incentivar os agentes a reaproveitar em vez de reciclar as baterias prematuramente. 

Empresas Relevantes 

Como compartilhamos acima, a Redwood Materials, empresa privada, é um grande nome na reciclagem de baterias. Quanto àqueles envolvidos no reaproveitamento de baterias, o relatório da IDTechEx destaca Higher Wire, Smartville, Terrepower, RePurpose Energy e B2U na América do Norte. Enquanto isso, na Europa, nomes como Zenobe, Allye Energy, Cidetec, Betteries, Covalion e Ecobat, entre outros, são proeminentes reaproveitadores e remanufaturadores de segunda vida.

Agora, vamos dar uma olhada em algumas empresas listadas publicamente neste setor:

1. Li-Cycle Holdings

Esta empresa está envolvida na recuperação de materiais críticos para um futuro de energia limpa. A empresa utiliza as tecnologias patenteadas Spoke & Hub para reciclar baterias de íon‑lítio.

Li-Cycle Holdings tem uma capitalização de mercado de $35,78 milhões, enquanto suas ações atualmente negociam a $1, queda de 43,5% no ano. Seu EPS (TTM) é -5,88, enquanto o índice P/E (TTM) é -0,17. No terceiro trimestre de 2024, a empresa anunciou receita de $8,4 milhões, refletindo um crescimento de 79% em relação ao ano anterior. Também fechou um empréstimo ampliado de $475 milhões do DOE.

2. American Battery Technology Company

Esta empresa foca na reciclagem de baterias e extração de recursos. Tem uma capitalização de mercado de $138 milhões, enquanto suas ações negociam a $1,52, queda de 34,15% no ano.

American Battery tem um EPS (TTM) de -0,96 e um P/E (TTM) de -1,68. Nos três meses encerrados em 30 de setembro de 2024, a ABTC reportou pouco mais de $200K em receita e recebeu uma concessão de $150 milhões do DOE para a construção de uma segunda instalação de reciclagem de baterias de íon‑lítio. No final desse período, a empresa possuía $5,8 milhões em caixa.

Conclusão

Os Veículos Elétricos estão destinados a desempenhar um papel fundamental na conquista das metas de zero emissões estabelecidas para 2050, mas, claro, ainda existem preocupações quanto ao custo e ao impacto ambiental. No entanto, os pesquisadores estão encontrando maneiras ainda melhores e mais recentes de torná‑los mais econômicos e ecologicamente corretos. Aqui, a reciclagem e o reaproveitamento de baterias de íon‑lítio, que são o tipo mais comum usado em EVs, estão surgindo como soluções promissoras para enfrentar as preocupações de sustentabilidade da revolução dos EVs.

A reciclagem de baterias, como vimos, tem o potencial não apenas de reduzir o custo dos EVs e impulsionar sua adoção, mas também de ser benéfica para o meio ambiente. As aplicações de baterias de segunda vida, por sua vez, podem expandir sua vida útil e valor. Essas soluções oferecem um caminho para alcançar EVs mais sustentáveis e econômicos e uma transição acelerada para um futuro mais verde.

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