A enorme quantidade de metais necessária para fabricar 10 mil milhões de robôs humanóides

É uma época emocionante para se estar vivo

Na última década, assistimos a uma transição outrora inimaginável para veículos elétricos e autónomos e, hoje, estamos no início de uma mudança geracional que levará a que milhares, milhões e, possivelmente, até milhares de milhões de robôs humanóides convivam connosco, seres humanos, aqui na Terra, já a partir de 2040.

Até 2040, o fundador da Tesla, Elon Musk, prevê que haverá 10 mil milhões de robôs humanóides em funcionamento na Terra. Brett Holz, fundador da Midjourney, concorda com Musk, mas prevê que esse número aumente para 100 mil milhões de robôs humanóides em funcionamento na década de 2060, a maioria dos quais a operar no espaço sideral.

Deixando de lado as previsões ousadas a longo prazo, estamos hoje, sem dúvida, no início da produção e implantação de robôs humanóides à escala comercial, tal como em 2010, quando tanto os grandes fabricantes de automóveis como as startups estavam prestes a iniciar a produção em massa de veículos elétricos.

Até 2040, haverá pelo menos 10 mil milhões de robôs humanóides com preços entre 20 000 e 25 000 dólares

– Elon Musk | 8.ª conferência da Future Investment Initiative

Montanhas de metais

Então, até que ponto estas previsões são realistas?

Dado que, atualmente, um robô humanóide pesa, em média, cerca de 60 quilos, é lógico que a produção de 10 mil milhões de robôs exigirá cerca de 600 milhões de toneladas de matérias-primas, principalmente na forma de metais para motores, baterias, cablagem e outros componentes.

Para contextualizar, a produção global de cobre, lítio, níquel, cobalto, grafite e terras raras — os principais materiais essenciais utilizados em robôs humanóides — ascendeu a menos de 30 milhões de toneladas no total no ano passado, o que demonstra a magnitude do desafio que temos pela frente.

Além disso, a enorme dimensão do crescimento da produção de robôs necessária para atingir uma população de 10 mil milhões até 2040 (equivalente ao stock global de lâmpadas) é inimaginável, se não mesmo uma loucura.

Partindo do princípio de uma taxa de produção global de 5 milhões por ano até 2030 (e de uma população estabelecida de robôs humanóides de 10 milhões de unidades), a produção teria de aumentar a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) impressionante de 99% até 2040 para atingir uma população acumulada de 10 mil milhões de unidades.

A esse ritmo de crescimento, a capacidade de produção global teria de atingir quase 5 mil milhões de unidades por ano até 2040, o que significa que cerca de metade das 600 milhões de toneladas de matérias-primas necessárias (na sua maioria metais) seria necessária apenas em 2040.

Escusado será dizer que esta perspetiva é improvável, inverosímil e quase certamente impossível, não é verdade?

Caros futuros robôs: por favor, resolvam a vossa iminente escassez de abastecimento

E se esses mesmos robôs, que impulsionam um crescimento da procura de tirar o fôlego, se tornassem também os impulsionadores de um crescimento da oferta de minério de proporções inimagináveis durante o mesmo período? Será que o problema poderia acabar por ser também a chave para a solução?

Em teoria, claro. O planeta contém todos os metais e minerais necessários para satisfazer praticamente qualquer cenário de procura (massa da Terra sem água = 6 x^10²⁴ kg), mas a nossa tecnologia de exploração mineira atual só nos permite explorar alguns micrómetros da «cebola» em que vivemos.

O maior recurso à robótica na indústria de extração de recursos pode, sem dúvida, ajudar-nos a explorar novas profundidades e fronteiras de abastecimento nos próximos anos, mas esses avanços e o crescimento da oferta que irão permitir serão insignificantes quando comparados com as montanhas de metais necessárias para uma população de 10 mil milhões de robôs humanóides.

186 vezes a produção global atual de NdFeB

Pode-se dizer que os ímanes de terras raras — nomeadamente os ímanes de NdFeB, amplamente utilizados em motores e atuadores de robótica — representam o maior obstáculo para a indústria da robótica.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 consumiria o equivalente a 186 vezes a atual produção global anual de ímanes de NdFeB e exigiria um aumento de 93 vezes na capacidade global de produção de ímanes até esse mesmo ano, apenas para os robôs.

A adoção de materiais magnéticos alternativos, como o FeN, ou de tipos alternativos de motores, como os motores de indução ou os motores síncronos de excitação elétrica, poderia ajudar a reduzir o desafio do abastecimento de terras raras, embora isso possa agravar a procura por outros materiais essenciais, como o cobre.

14 vezes a produção global atual de lítio

As baterias de iões de lítio estão presentes em todos os robôs humanóides sem fios produzidos até à data e prevemos que assim continue pelo menos nos próximos cinco anos, se não mesmo num futuro previsível.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 (todos equipados com baterias de iões de lítio) consumiria o equivalente a 14 vezes o atual abastecimento global anual de lítio e exigiria um aumento de sete vezes na capacidade global de produção de lítio até 2040, apenas para os robôs.

A adoção de tipos alternativos de baterias, como as baterias de estado sólido, poderá amplificar ainda mais este crescimento da procura se, por exemplo, os ânodos de lítio metálico se tornarem a norma.

13 vezes a produção global atual de grafite

Os materiais de ânodo de grafite são utilizados na grande maioria das baterias de iões de lítio produzidas a nível mundial para praticamente todas as aplicações – desde veículos elétricos (EV) a sistemas de armazenamento de energia (ESS), passando por produtos eletrónicos de consumo e muito mais.

Prevemos que os materiais de ânodo à base de grafite continuarão a ser a norma para os robôs humanóides sem fios nos próximos cinco anos, se não mesmo num futuro previsível.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 (todos com baterias de iões de lítio e ânodos à base de grafite) consumiria o equivalente a 13 vezes a atual produção global anual de grafite e exigiria um aumento de sete vezes na capacidade global de produção anual de grafite até 2040, apenas para os robôs.

No entanto, a adoção de tipos alternativos de baterias, como as já mencionadas baterias de estado sólido com ânodos de lítio metálico, poderá reduzir drasticamente as perspetivas de crescimento da procura de grafite nos próximos anos, ao mesmo tempo que acelera o crescimento da procura de lítio. Da mesma forma, uma maior utilização de sílica nos ânodos de grafite para robôs humanóides poderá travar o crescimento da procura de grafite, ao mesmo tempo que impulsiona o crescimento da procura de sílica.

8 vezes a produção global atual de cobalto

O cobalto é um componente comum dos materiais ativos do cátodo de níquel-cobalto-manganês (NCM), amplamente utilizados em veículos elétricos e outras aplicações. As baterias de iões de lítio com cátodos NCM apresentam, normalmente, uma maior densidade energética do que as baterias tradicionais com cátodos de fosfato de lítio-ferro (LFP), permitindo aos fabricantes de robôs maximizar a potência da bateria integrada, minimizando simultaneamente o peso e o volume da bateria.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 (todos com baterias de iões de lítio, utilizando NCM 811 como referência) consumiria o equivalente a 8 vezes a atual produção global anual de cobalto e exigiria um aumento de 4 vezes na capacidade global de produção de cobalto até 2040, apenas para os robôs.

A adoção de composições químicas alternativas para os cátodos, como o LMFP sem cobalto, por exemplo, poderia diminuir significativamente o crescimento da procura de cobalto (ao mesmo tempo que aumentaria a procura de manganês e fosfato), enquanto a adoção generalizada do NCM 622, rico em cobalto, por exemplo, poderia amplificar o crescimento da procura de cobalto (ao mesmo tempo que moderaria a procura de níquel).

4 vezes a produção global atual de níquel

O níquel é utilizado em quantidade relativamente abundante, juntamente com o cobalto e o manganês, nos materiais ativos dos cátodos NCM para veículos elétricos e outras aplicações. Os cátodos NCM com uma elevada proporção de níquel em relação ao cobalto e ao manganês apresentam, normalmente, uma maior densidade energética do que as variedades com baixo teor de níquel, permitindo aos fabricantes de robôs maximizar ainda mais a potência da bateria integrada, minimizando simultaneamente o peso e o volume da bateria.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 (todos equipados com baterias de iões de lítio NCM 811) consumiria o equivalente a quatro vezes a atual produção global anual de níquel e exigiria um aumento de duas vezes na capacidade global de produção de níquel até 2040, apenas para os robôs.

A adoção de composições químicas alternativas para os cátodos, como o LMFP ou o NCM 9.5.5, poderia, no primeiro caso, travar o crescimento da procura de níquel (ao mesmo tempo que aumentaria a procura de manganês e fosfato), ou, no segundo caso, amplificar o crescimento da procura de níquel (ao mesmo tempo que enfraqueceria as perspetivas de procura de cobalto e manganês).

4 vezes a produção global atual de cobre

Num robô humanóide, o cobre é amplamente utilizado nos enrolamentos dos motores elétricos, nos coletores de corrente e nas barras condutoras das baterias, bem como nos sistemas de cablagem.

A produção de 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040 consumiria o equivalente a quatro vezes a atual produção global anual de cobre e exigiria um aumento de duas vezes na capacidade global de produção de cobre até esse mesmo ano, apenas para os robôs.

Se juntarmos esta perspetiva à dinâmica já conturbada do lado da oferta do cobre, fica bem clara a magnitude da procura de cobre que os robôs estão prestes a gerar.

Outros fatores a ter em conta

Potencial para várias baterias por robô: Maximizar o retorno do investimento comercial em robôs humanóides implica mantê-los em funcionamento 24 horas por dia. No entanto, com um robô como o Optimus da Tesla a consumir cerca de 500 watts de energia durante atividades intensivas, é provável que a bateria integrada de 2,3 kWh apenas seja suficiente para cerca de 8 horas de trabalho de intensidade mista. Assim sendo, é lógico que, a menos que se verifique um aumento gradual na densidade energética das baterias, os operadores de robôs comerciais irão querer ter várias baterias no local por cada robô, o que se traduzirá numa procura muito superior de materiais para baterias, como lítio, níquel, cobalto, manganês, grafite e cobre.

Os robôs com fios podem ser uma opção sensata para algumas aplicações: se um robô estiver a realizar tarefas repetitivas e previsíveis num espaço com obstruções mínimas, pode fazer sentido alimentá-lo através de um cabo de alimentação, em vez de uma bateria integrada. Isto não só minimizaria os custos iniciais do robô e da bateria, como também ajudaria a moderar o crescimento, de outra forma explosivo, da procura de materiais para baterias.

Preferências em termos de composição química das baterias: Os avanços nas baterias de estado sólido, nas baterias de iões de sódio ou a generalização da utilização de LFP, LMFP ou outras composições químicas para cátodos e ânodos poderiam reduzir significativamente o potencial de crescimento previsto para o lítio, o níquel, o cobalto, o manganês e a grafite. Além disso, os aumentos consequentes na densidade energética das baterias, que permitem prolongar o tempo de funcionamento dos robôs, poderiam ajudar a reduzir o número de baterias adicionais necessárias por robô, bem como a quantidade de materiais contidos nessas baterias adicionais.

Aumento do número de motores por robô: A investigação da Adamas revela que o robô humanóide médio desenvolvido até à data apresenta cerca de 36 graus de liberdade (possibilitados por cerca de 36 motores e atuadores). No futuro, prevemos que esse número aumente para se aproximar do número de articulações humanas (ou seja, 78), permitindo maior liberdade de movimento, maior complexidade de movimentos e a capacidade de lidar com uma gama mais ampla de aplicações potenciais. Consequentemente, esperamos que a quantidade de NdFeB utilizada por robô médio aumente em paralelo, o que impulsionaria ainda mais a procura de ímanes em relação ao futuro de status quo aqui extrapolado.

Não leve tudo ao pé da letra: a previsão aqui apresentada não é uma extrapolação de expectativas realistas quanto ao crescimento da procura de materiais. Em vez disso, esta análise pretende mostrar o quão desafiante, se não impossível, seria desenvolver 10 mil milhões de robôs humanóides até 2040. Conforme detalhado no nosso recente relatório «Rare Earth Magnet Market Outlook to 2040», prevemos que a produção global de robôs humanóides cresça para menos de 1% do que foi considerado aqui, mas a robótica continua a caminho de se tornar o maior impulsionador da procura de NdFeB até 2040.

10 mil milhões de robôs humanóides até 2040? Não parece provável

A magnitude do crescimento da produção de robôs humanóides necessária nos próximos anos para atingir uma população de 10 mil milhões até 2040 é sem precedentes.

Além disso, a enorme quantidade de materiais essenciais necessários e o ritmo a que a produção mineira desses materiais precisa de aumentar são igualmente extraordinários.

Como tal, não vemos qualquer cenário realista em que este resultado possa concretizar-se até 2040 no que diz respeito aos robôs humanóides, mas continuamos muito otimistas quanto às perspetivas para os robôs de serviços profissionais em geral.

Mais informações?

Consulte o nosso mais recente relatório anual «Perspetivas do Mercado dos Ímanes de Terras Raras até 2040» – a referência incontornável do setor para informações sobre o mercado dos ímanes.