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Novos avanços em tecnologia flex-fuel
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Alfred Szwarc Consultor em Tecnologia da Unica
O histórico lançamento do Volkswagen Gol Total Flex, em março de 2003, foi o marco para a introdução da tecnologia Flex-Fuel no país. É inegável que esse fato representou um novo ciclo de desenvolvimento da engenharia automobilística nacional e, principalmente, um novo período de crescimento no uso do etanol. A tecnologia flexível veio para ficar. Atualmente, de cada 100 veículos leves comercializados no país, 88 utilizam a tecnologia. Os demais são versões a gasolina (6,9%) e a diesel (4,4%). Dentre o segmento de veículos a gasolina existem alguns modelos produzidos no país que acabarão por adotar o conceito flex em curto prazo, e temos os veículos importados, que ope- ram com motor a gasolina. São diversas as razões para a popularidade dos veículos flex: diferentemente dos veículos dedicados a um único combustível, oferecem um leque de opções e vantagens ao consumidor: escolha para o com- bustível mais barato, para o tipo de dirigibilidade e para o menor impacto ambiental. A sua popularidade facilita a re- venda no mercado de carros usados e, consequentemente, resulta na sua maior valorização.
Além do Brasil, existem veículos flex em outros países. Atualmente, circulam no mundo, aproximadamente, 17 milhões de veículos desse tipo, sendo cerca de 8 milhões nos EUA, 8 milhões no Brasil, 600 mil no Canadá, 300 mil na Suécia e mais alguns milhares espalhados em diversos países - França, Reino Unido, Alemanha, Tailândia, etc. Entretanto, somente no Brasil esses veículos operam com 100% de etanol (E100). Nos demais países, o limite de uso do combustível renovável é de 85% (E85), devido ao clima frio e inexistência de sistema auxiliar de partida a frio. Todavia essa limitação pode ter os seus dias contados com um novo sistema de partida a frio, lançado neste ano pela Volkswagen no Brasil com o Polo E-Flex. Trata-se de um sistema de partida a frio denominado Flex Start, que possibilita a partida do motor em temperaturas ambientes de até menos 5 ºC. Obviamente, esse sistema terá que ser adaptado para temperaturas ainda mais baixas nos países de clima mais frio, porém o avanço tecnológico atingido é importante para demonstrar a viabilidade da ideia. Além de dispensar o tanquinho com gasolina, que é injetada no motor para dar a partida quando a temperatura ambiente é menor que 18 ºC, o novo sistema permite reduzir as emissões de poluentes em até 40% e favorece uma melhor dirigibilidade.
O veículo flex vem sendo aprimorado desde o seu lançamento no país. Diversos modelos já apresentam o volume do tanque aumentado, ampliando a autonomia em cerca de 10% e reduzindo a periodicidade de reabastecimento. Também houve ganho na economia de consumo. Enquanto a primeira geração de veículos flex apresenta, em relação aos veículos a gasolina, uma diferença no consumo de 30% a 35%, a geração atual traz alguns ganhos, pois essa diferença caiu para 25% a 30%. Isso se deve, em parte, à mudança na visão de algumas montadoras que perceberam a preferência do consumidor pelo etanol e passaram a otimizar os propulsores dos veículos para esse combustível. Enquanto a primeira geração de veículos flex foi desenvolvida para ser um veículo a gasolina que também opera com etanol e misturas desses combustíveis, a geração atual apresenta um número cada vez maior de veículos desenvolvidos para uso preferencial com etanol e que também operam com gasolina. Evidentemente, otimizar um motor para dois combustíveis que apresentam diferenças físicas e químicas não é tarefa simples e envolve custos, de modo que alguns compromissos no projeto do motor acabam sendo adotados, limitando uma otimização maior para a operação com etanol.
No exterior, também se observam avanços com a tecnologia flex-fuel, que poderão vir a ser adotados no Brasil. A montadora sueca SAAB desenvolveu uma versão de motor flex equipado com um sistema de sobrealimentação de ar do motor variável e “inteligente”. Dependendo do teor de etanol em uso, há um aumento na pressão de operação do turbo e, dessa maneira, ocorre um aumento virtual na taxa de compressão do motor, possibilitando aumento expressivo na performance. Nos EUA, o motor flex vem sendo desenvolvido para operar em versões de veículos híbridos, que operam com motor de combustão interna e motor elétri- co. O protótipo do Ford Escape, recentemente apresentado para o Departamento de Energia dos EUA, consiste em um motor flex de 4 cilindros, que é assistido por um pacote de baterias de 10 kW à base de íons de lítio. Com as baterias
carregadas e uso exclusivo com eletricidade, o veículo tem uma autonomia de 48 quilômetros. Quando a carga das baterias atinge 30% de sua capacidade, o motor flex entra automaticamente em operação. O fabricante alega que o veículo apresenta um consumo de 37,4 km/l no uso urbano e 21,3 km/l no uso em estrada. Neste tipo de veículo é comum a quilometragem atingida em áreas urbanas ser maior do que nas estradas, pois no uso urbano o veículo opera principalmente movido a eletricidade. Quanto à emissão de poluentes, o fabricante alega que, se o combustível for a gasolina, ocorre uma redução de 60% em relação a um veículo convencional operando com esse combustível e, se o combustível for o E85, a redução chega a ser de 90%. Como o teste de consumo e emissões é realizado em laboratório, segundo um procedimento padrão, na prática, esses valores podem variar.
Em março de 2009, a tecnologia flex chegou também aos veículos de duas rodas. A Honda, maior fabricante mundial desse tipo de veículo, apresentou na sua fábrica de Manaus a primeira versão comercial do mundo de uma motocicleta flex. Trata-se da CG Titan Mix, equipada com motor de 150 cilindradas e diversas inovações em relação ao modelo anterior a gasolina, como injeção eletrônica e catalisador, o que resulta em consumo reduzido e emissão significativamente inferior aos limites de emissão que entraram em vigor em 2009 e que são os mesmos em vigor na União Europeia. Apesar do pouco tempo no mercado, a versão flex já é um sucesso, como atestado pela própria fabricante.
De acordo com o fabricante, a adoção da injeção eletrônica reduziu o consumo e melhorou o desempenho e a dirigibilidade. Com gasolina, a moto é capaz de rodar cerca de 600 km (37 km/l) com um tanque, enquanto com E100 esse valor atinge cerca de 450 km (28 km/l). Apesar de custar R$ 300,00 a mais que a moto a gasolina, a economia proporcionada pelo uso do etanol representa atualmente um retorno médio desse valor em 2 meses para motoboys. Diferentemente do que ocorreu na década de 1980, quando tanto a Honda como a Yamaha lançaram versões dedicadas de motos para etanol, a nova moto não vem equipada com um sistema de partida auxiliar a frio. Para o presente caso, o fabricante recomenda a mistura de 2 litros de gasolina no tanque do veículo em dias mais frios. Trata-se de um produto pioneiro que deve abrir o mercado para novos lançamentos similares. A tecnologia não é exclusiva da Honda. Tradicionais fabricantes de autocomponentes, como a Delphi, Magneti Marelli e Bosch, já desenvolveram a tecnologia e procuram montadoras interessadas no produto. As motos flex produzidas no Brasil poderão também ser exportadas para outros países, particularmente onde o transporte de duas rodas é popular, como na Ásia, África, América Latina e Caribe, representando uma forma complementar à mistura de etanol na gasolina, para o desenvolvimento de novos mercados de etanol ou expansão de mercados existentes. Como se pode notar, a tecnologia Flex-Fuel avançou significativamente em aplicações automotivas, e esse tema foi, inclusive, objeto de um painel no Ethanol Summit de 2009. Novas aplicações para essa tecnologia, como a aviação civil, vem sendo avaliadas, e talvez venhamos a discutir, em breve, o tema novamente.
Alfred Szwarc, Technology Consultant of the Brazilian Sugarcane Industry Association (UNICA)
The historical launch of the Volkswagen Gol Total Flex car in March of 2003 marked the introduction of Flex-Fuel technology in Brazil. There is no doubt that this fact represented a new development cycle for Brazilian automotive engineering and, more importantly, a new growth period in terms of ethanol use.
Flex-Fuel technology is here to stay. Currently, of every 100 light vehicles sold in the country, 88 use the technology. All other vehicles are gasoline (6.9%) and diesel (4.4%) versions. In the gasoline vehicle segment there are some models manufactured in the country that in the short term will end up adopting the flex concept, and we have imported vehicles equipped with gasoline engines.
There are different reasons for the popularity of flex vehicles: unlike vehicles that run on a single fuel, they offer the consumer a variety of options and advantages: a choice of the cheapest fuel, a fuel more appropriate to one’s driving characteristics and a reduction in environmental impact. Their popularity facilitates reselling in the used car market, with better resale values.
Apart from Brazil, flex vehicles exist in other countries. Currently, some 17 million vehicles of this kind are on roads around the world, of which 8 million in the United States, 8 million in Brazil, 600,000 in Canada, 300,000 in Sweden and a few thousand more spread over several countries (France, United Kingdom, Germany, Thailand, etc.). However, only in Brazil do these vehicles run on 100% ethanol (E100). In all other countries, the limit for use of renewable fuel is 85% (E85), due to cold climates and the absence of an auxiliary cold-start system. However, this limitation’s days may well be numbered, thanks to a new cold-start system launched this year by Volkswagen do Brasil in the Polo E-Flex car and known as Flex Start, which allows starts in outside temperatures of up to -5 ºC. Obviously, this system will have to be adapted to even lower temperatures in colder countries, but the technological progress achieved is important to illustrate the idea’s feasibility. Apart from not requiring the little auxiliary gasoline tank, from which gasoline is injected into the engine to start it when temperatures drop below 18 ºC, the new system also allows for a reduction of up to 40% in the emission of pollutants, while providing improved overall driveability.
Flex vehicles have received improvements ever since they were introduced in the country. Several models already have larger fuel tanks, increasing autonomy by about 10% and reducing the number of refueling stops. There have also been noticeable gains in efficiency. While the first generation of flex vehicles consumed 30% to 35% more ethanol than gasoline to cover the same distance, the current generation shows a drop in that difference, to the 25% to 30% range.
This is happening partly because of a change in outlook by some automakers that have realized there is a clear consumer preference for ethanol and have begun to optimize their engines for the renewable fuel. Whereas the first flex vehicle generation was developed from gasoline powertrains that could also run on ethanol or mixtures of the two fuels, the current generation has increasingly more vehicles developed for preferential use with ethanol, although still capable of operating with gasoline or a mixture of fuels. Evidently, optimizing an engine for two fuels with physical and chemical differences is no simple task and involves costs, so that some compromises in engine design end up being adopted. This limits greater optimization for ethanol.
In other countries, there have also been advances in Flex-Fuel technology that may be adopted in Brazil. Swedish auto manufacturer SAAB developed a flex engine version equipped with a variable and “intelligent” turbo engine air intake system. Depending on the ethanol content, there is an increase in the operation pressure of the turbocharger, which virtually increases the engine’s compression ratio and allows for considerably improved performance.
In the US, the flex engine is being developed to operate in hybrid vehicle versions that operate with an internal combustion engine and an electric engine. The Ford Escape prototype, recently presented to the U.S. Department of Energy, consists of a 4-cylinder flex engine assisted by a pack of 10 kW ion-lithium batteries. When fully charged and running exclusively on electricity, the vehicle’s autonomy reaches 48 kilometers.
When the battery load reaches 30% of its capacity, the flex engine automatically starts functioning. The manufacturer states that the vehicle runs 37.4 km/l in urban use and 21.3 km/l in highway operation. In this type of vehicle, it is common for city mileage figures to be better than highway results, because the vehicle operates mainly on battery power when used in urban areas. As for emissions, the manufacturer says that if the fuel used is gasoline, there is a 60% reduction in relation to a conventional vehicle running on this fuel, and if the fuel is E85, the reduction reaches 90%. Given that consumption tests are performed in a lab, following a standard procedure, actual consumption figures may vary.
In March of 2009, flex-fuel technology was also incorporated into two-wheeled vehicles. Honda, the world’s largest manufacturer of this kind of vehicle, introduced the world’s first commercial version of a flex motorcycle at its industrial plant in Manaus. The CG Titan Mix is equipped with a 150 cc engine plus several innovations compared to the previous, gasoline-powered model. These include electronic fuel injection and a catalytic converter, which result in reduced consumption and significantly lower emissions compared with emission levels adopted in 2009 in the European Union. Albeit on the market for only a short period, the flex version is already a success, as confirmed by the manufacturer itself.
At its launch, production plans for the CG Titan Mix called for a 50-50 split between gasoline and flex models. Three months later, the company revised its plan and the output became 65% flex and 35% gasoline. The manufacturer says the adoption of electronic fuel injection reduced consumption and improved performance and ride. With gasoline, the motorcycle can cover 600 km (37 km/l) with a full tank, while a fill-up with E100 covers approximately 450 km (28 km/l).
Although it costs R$ 300.00 more than the gasoline version, the savings from using ethanol are such that, on average, buyers are recovering the extra amount in approximately two months. Unlike what happened in the 1980s, when both Honda and Yamaha launched ethanol powered motorcycle versions, the new flex motorcycle is not equipped with an auxiliary cold-start system. In the current situation, the manufacturer recommends mixing 2 liters of gasoline with the ethanol on colder days. It is a pioneer product that is expected to open the market for new, similar launches. The technology is not exclusive to Honda.
Traditional auto parts manufacturers, such as Delphi, Magneti Marelli and Bosch, have already developed the technology and are searching for other manufacturers interested in the product. Flex-fuel motorcycles manufactured in Brazil may also be exported to other countries, particularly where transportation on two wheels is popular, like Asia, Africa, Latin America and the Caribbean, representing a complementary manner to add ethanol to gasoline, develop new markets or expand currently existing markets for ethanol.
As one can see, Flex-Fuel technology has advanced considerably in automotive applications. This theme was actually the object of a panel at the 2009 Ethanol Summit, staged by UNICA in June of this year. New applications for this technology, such as civil aviation, are being assessed, and we may well end up having to debate the matter once again in the near future.
