Densidade energética de baterias comparada com a da gasolina

30 de outubro, 2015 às 8:45 | Postado em Eletricidade, Termologia, termodinâmica

Como se compara a densidade energética (em termos de massa) da melhor bateria disponível no mercado hoje com a densidade energética útil da gasolina quando queimada em um motor Otto típico?

A densidade energética usualmente é definida como a quantidade de energia disponível no sistema, conseguida por intermédio de um particular processo – por exemplo uma reação química no caso dos combustíveis convencionais, um reação eletroquímica nos caso de baterias, … -, pelo VOLUME (não pela massa) que o sistema ocupa. Entretanto também é possível se definir uma densidade mássica de energia (energia por unidade de massa).

As baterias disponíveis no mercado, quando completamente energizadas (“carregadas”), tem cerca 2 megajoule por litro em densidade de energia. Ou seja, DOIS MILHÕES de joules disponíveis se imaginarmos uma bateria com 1 litro.

A densidade mássica de energia (isto é, energia por unidade de massa) para a bateria se situa em cerca 0,5 MILHÃO de joules por quilograma (vide abaixo uma referência às novas baterias de lítio-ar).

A densidade energética da gasolina, quando reage completamente com o oxigênio disponível no ambiente da queima (por exemplo, a câmara de combustão de um motor), é cerca de 35 MILHÕES de joules por litro ou cerca de 45 MILHÕES de joules por quilograma. A densidade energética do hidrogênio, usado em foguetes e comprimido a  700 atm,  é 145 MILHÕES de joules por litro, portanto cerca de 4 vezes mais energético do que a gasolina.

Desta forma, se compararmos o conteúdo energético em massas iguais concluímos que uma bateria tem disponível cerca de 100 vezes menos energia do que a gasolina.

Outra comparação elucidativa é a que segue: Um tanque de gasolina de 100 L equivale a uma bateria de com cerca de 2000 L ou 2 metros cúbicos!

Apenas cerca de 30% da energia liberada na combustão da gasolina é convertida em energia mecânica em um motor tipo Otto. Os motores elétricos, além de serem menos poluentes, são muito mais eficientes na conversão da energia estocada na bateria, atingindo facilmente 80% ou mais de eficiência. Desta forma se compararmos a densidade energética ÚTIL (isto é, a densidade de energia que pode ser efetivamente convertida em energia mecânica) em baterias atualmente disponíveis, a equivalência anteriormente proposta melhora, ou seja, um tanque de gasolina de 100 L equivale a uma bateria de com cerca de 1000 L ou 1 metro cúbico!

COMENTÁRIOS ADICIONAIS:

Não posso deixar de aproveitar a oportunidade para lembrar que os “maravilhosos” motores magnéticos, exclusivamente com ímãs de neodímio-ferro-boro, que vemos funcionando na internet (e apenas na internet!), segundo alguns crentes mitólogos dessas máquinas, retirariam a energia dos ímãs. A densidade energética em um desses superimãs é cerca MIL vezes menor do que em uma bateria ou cerca de 100 MIL vezes menor do que na gasolina conforme estimo em Como se calcula a energia magnética em um ímã?. É por isto que intitulei outra postagem no CREF como ALGUNS SONHOS SÃO APENAS DELÍRIOS PARA QUEM SABE UM POUCO DE FÍSICA! 

Outro absurdo energético tem sido reiterado pela mídia sensacionalista. Vide Carro movido a água: milagre ou empulhação?

ADICIONADO em 25/06/2018: Ainda sobre a empulhação do automóvel tupiniquim “movido a água”

ADICIONADO em 16/11/2021: Resposta ao Estadão Verifica: o carro movido a água

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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Comentário adicionado em 01/01/2016

Conforme indicado gentilmente por Augusto Feltes no FB, já existe uma bateria de lítio-ar com densidade energética comparável a da gasolina. Espera-se que em futuro próximo este tipo de bateria, na versão recarregável, venha a integrar a tecnologia dos carros elétricos.

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Comentários no Facebook em 03/01/2017

Prof. Hamilton Klimach (EE-UFRGS) –  A bateria é o principal entrave para que o carro elétrico substitua carros convencionais. Dois aspectos as tornam inconvenientes: 

1) a relação energia/massa, que ainda é muito menor, como explicado pelo Prof. Fernando Lang da Silveira, e

2) o tempo para se carregar uma bateria (algumas horas) quando comparado ao tempo para se encher um tanque (alguns minutos).

Há ainda uma questão logística: como distribuir energia aos “postos de combustível”, para que consigam abastecer os carros no mesmo ritmo que atualmente.

Prof. Sergio Severo – Sem autonomia a questão logística torna-se um pesadelo. Imaginem todos os viajantes Porto Alegre – Pelotas parados no Cristal “abastecendo”. Cada um deles consumiu 24 kWh do seu Nissan Leaf. Se dispostos a esperar uma hora (o Leaf recarrega em 4) para cada 100 estacionados seria preciso uma turbina eólica das grandes (2,5 MVA) na potência máxima! Ou tem alguém pensando em usar carvão de Candiota para carregar a bateria do carro?

Hamilton Klimach – Basta colocar um gerador a gasolina junto ao posto…. 🙂

Prof. Fábio Pra Souza –  A coisa vai mudar com as baterias de grafeno.  Esperam-se baterias que dêem autonomia de mil km aos veículos leves. Você recarrega em casa.

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