EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA NO SETOR DE CARVÃO MINERAL

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1 EMISSÕES DE GASES DE EFEITO ESTUFA NO SETOR DE CARVÃO MINERAL Leandro Fagundes, Eng. Minas, P&D Gerente, Cleber José Baldoni Gomes, Eng. Minas, SIECESC Gerente Luciane Garavaglia, Geóloga, CTCL/SATC Colaboradora Mirlene Meis Amboni, Eng. Civil, CTCL/SATC Colaboradora RESUMO Este trabalho apresenta as estimativas das emissões de gases de efeito estufa (GEE) do setor de carvão mineral no Brasil para os períodos de 1990 a 2005 (I e II Inventário Nacional), com base nas diretrizes do painel intergovernamental sobre mudança do clima (IPCC). O estudo foi elaborado em parceria pelo programa das Nações Unidas para o desenvolvimento (PNUD), o fundo global para o meio ambiente (GEF), a Associação Brasileira de Carvão Mineral (ABCM) e os sindicatos Nacional e de Santa Catarina da Indústria de Extração de Carvão (SNIEC e SIECESC), no âmbito do Projeto BRA/95/G31, conforme solicitação da Coordenação Geral de Mudanças Globais do Ministério da Ciência e Tecnologia. As estimativas compreendem as emissões fugitivas de metano das minas a céu aberto e subterrâneas, bem como as emissões de CO 2 dos depósitos de carvão e pilhas de rejeitos. Palavras-chave: Mineração; carvão mineral; mudanças climáticas; gases de efeito estufa (GEE). ABSTRACT This report presents the estimates of greenhouse gas (GHG) emissions from the coal industry in Brazil for the period 1990 to 2005 (I and II National Inventory), based on the Guidelines of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The present report has been developed in partnership by the United Nations Development Program (UNDP), the Global Environment Facility (GEF), the Brazilian Coal Association (ABCM) and the Brazilian Coal Industry Extraction Union (SNIEC and SIECESC), under the Project BRA/95/G31 by request of the Ministry of Science and Technology through its General Coordination on Global Changes. The estimates include fugitive emissions of methane from open pit and underground mines as well as CO 2 emissions from coal deposits and waste piles. Keywords: Mining; coal; climate change; greenhouse gas (GHG).

2 INTRODUÇÃO A produção de carvão mineral no Brasil ocorre nos três estados do sul do país, Rio Grande do Sul, Santa Catarina e Paraná. Considerando as reservas lavráveis, temos o seguinte quadro de distribuição para o Brasil, conforme a tabela 1. Tabela 1 Reservas minerais de carvão mineral no Brasil por estado. RIO GRANDE DO SUL - RS SANTA CATARINA - SC PARANÁ - PR BRASIL 5.375,6 x 10 6 ton ,6 x 10 6 ton. 6,6 x 10 6 ton ,8 x 10 6 ton. 81,5 % 18,4 % 0,1 % 100 % Fonte: Anuário Mineral Brasileiro (2005). DNPM/MME. Em relação aos municípios com jazidas minerais identificadas temos o quadro de 63,6% no Rio Grande do Sul com um total de 28 municípios, 27,3% em Santa Catarina com um total de 12 municípios e 9,1% no Paraná com 4 municípios, totalizando 44 municípios com jazidas minerais de carvão em território nacional. A figura 1 mostra a localização das principais jazidas de carvão mineral do Brasil. PR 1 Jazidas do Paraná Parana Coalfields 1.1. Sapopema 1.2. Cambui SC 2 Jazidas de Santa Catarina Santa Catarina Coalfields 2.1. Criciúma, Forquilhinha, Içara, Lauro Müller, Morro da Fumaça, Nova Veneza, Siderópolis, Treviso, Urussangae Cocaldo Sul RS Jazidas do Rio Grande do Sul Rio Grande do Sul Coalfields 3.1. Santa Terezinha 3.2. Morungava e Chico Lomã 3.3. Gravataí 4.1. Charqueadas e Guaíba 4.2. Arroio dos Ratos, Água Boa e Faxinal 4.3. Leão, Sul do Leão e Cerro do Roque 5.1. Pantâno Grande, Iruí 5.2. Capanée São Sepé 6.1. Candiota e Seival Figura 1 Localização das principais jazidas de carvão mineral no Brasil. Fonte: SIG/P&D. Conforme os dados disponíveis no Departamento Nacional de Produção Mineral DNPM, no período do I Inventário, a produção total de carvão run-of-mine (ROM) no Brasil foi de 10,3 MTPA (milhões de toneladas por ano) em 1990 e de 9,7 MTPA, em No período do II Inventário, a produção total de carvão run-of-mine (ROM) no Brasil foi de 12,3 MTPA em 2000 e de 10,9 MTPA em 2005.

3 Produção de Carvão ROM no Brasil mil toneladas Rio Grande do Sul Santa Catarina Paraná Figura 2 Produção de carvão mineral run of mine (ROM) por estado. A produção de carvão mineral é realizada em 41 minas subterrâneas (52,6%) e 37 minas a céu aberto (47,4%) por 30 empresas. Sendo no período de , 5 minas estavam localizadas no Rio Grande do Sul, 23 minas em Santa Catarina e 2 minas no Paraná. A figura 3 mostra um perfil esquemático dos principais métodos de lavra aplicados para o carvão para as minas a céu aberto e minas subterrâneas. A B Figura 3 Perfil esquemático das operações de minas a céu-aberto e subterrâneas no Brasil. A) Corte e Prenchimento. B) Câmaras e pilares. Fonte: Empresas mineradoras, adaptado P&D. O quadro de distribuição dos produtos das minas e usinas nacionais, no ano-base de 2005 é apresentado na tabela 2, com a sua participação conforme os setores de aplicação. Tabela 2 Situação do mercado de carvão mineral no Brasil. MERCADO CONSUMIDOR MINAS CARVÃO BRUTO USINAS CARVÃO LAVADO Carvão Mineral Extração e Beneficiamento 100 % Termoeletricidade 94,8 % Setor Industrial 5,2 % Fonte: Anuário Mineral Brasileiro (2005). DNPM/MME.

4 Como o carvão metalúrgico possui 100% de seu consumo obtido por fontes importadas, temos que o Brasil possui dependência em relação ao produto proveniente do exterior. O Brasil se situa em posição de destaque como importador, com valores da ordem de US$ 1,6 bilhões, sendo que isto representa 30% da balança comercial de bens primários importados pelo país. O carvão mineral teve, em 2005, uma participação de 6,3% na matriz energética brasileira, um decréscimo de 0,4% em relação a 2004, principalmente em razão da queda na produção de ferro-gusa e aço. Dessa forma, o futuro do uso do carvão mineral está relacionado a geração térmica de eletricidade, em projetos atuais como a UTE Candiota, ou futuros como a UTE Seival (Figura 4). Figura 4 Exemplo de projetos térmicos com carvão mineral no Brasil. Fonte: Empresas CGTEE e STEAG, adaptado P&D. METODOLOGIA A atividade de extração e manuseio de carvão mineral integra a matriz de potenciais fontes para emissão de gases de efeito estufa, sendo o gás metano sua maior contribuição. A quantificação da emissão segue a metodologia do IPCC (1996), baseada nos documentos Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories e Good Practice Guidance and Uncertainty Management on National Greenhouse Gas Inventories. Os dados utilizados para o desenvolvimento deste trabalho e aplicação da metodologia do IPCC (1996) foram obtidos junto a fontes oficiais dos órgãos nacionais de governo, especificamente o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM). As emissões totais oriundas da extração de carvão são calculadas e baseadas em quatro categorias principais: mineração subterrânea, mineração a céu aberto, atividades de pósmineração e conversão térmica de gases coletados. No período compreendido entre 1990 e 2005, não foram registrados no Brasil casos envolvendo a recuperação de gases e conversão térmica em empresas de mineração de carvão, sendo desconsiderada esta categoria para a aplicação da metodologia IPCC 1996 ¹ e ². As informações disponíveis da atividade de extração de carvão mineral, dentro do referido período, permitem a quantificação das emissões de metano dentro do enquadramento na Tier 1 ou Tier 2, referidas na metodologia do IPCC (1996). Estas se baseiam na produção de carvão mineral e em fatores de emissão estimados, de forma apropriada às informações técnicas disponíveis sobre o carvão. Os critérios para a definição dos fatores de emissão empregados na estimativa foram definidos por especialistas, a partir de dados de caracterização dos carvões brutos e/ou ROM e dos

5 resultados encontrados experimentalmente, cuja finalidade específica era realizar medições de metano em minas de carvão no Brasil. De uma forma genérica, o cálculo das emissões segue a seguinte composição. Emissão de Metano = Produção de Carvão x Fator de Emissão x Fator de Conversão (Gg Metano) (10 6 ton Carvão) (m 3 Metano/ ton Carvão) (Gg Metano/ 10 6 m 3 Metano) Para a elaboração do II Inventário Nacional ( ) foram desenvolvidas atividades experimentais, de forma a reduzir as incertezas relacionadas diretamente aos fatores de emissão a serem aplicados, procurando-se atender especificamente a um critério de nacionalização. O desenvolvimento e validação da metodologia para a amostragem e coleta de metano, oriundo da extração de carvão em minas brasileiras, foram realizados em parceria com a Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC/RS), através do laboratório de química ambiental do instituto de química. Atualmente no Brasil estão sendo realizados estudos referentes ao teor de metano no carvão, principalmente visando à aplicação de tecnologias mais limpas para obtenção de energia a partir do carvão mineral. Segundo a abordagem Tier 1, são apresentados os seguintes valores como referencial para os fatores de emissão (Tabela 3). Tabela 3 Fatores de emissão para o setor, segundo Tier 1 do IPCC (1996). NATUREZA DA ATIVIDADE BAIXO NÍVEL DE EMISSÃO (m 3 CH 4 /ton Carvão) ALTO NÍVEL DE EMISSÃO (m 3 CH 4 /ton Carvão) Mineração Subterrânea Pós-Mineração Subterrânea 0,9 4,0 Mineração a Céu Aberto 0,3 2,0 Pós-Mineração a Céu aberto 0 0,2 Teoricamente, o teor de metano presente no carvão está relacionado com fatores como rank, porosidade, profundidade da camada, propriedades físico-químicas, entre outras (Day et al. 2008). Porém, existem fatores geológicos que apresentam extrema relevância, e que afetam o equilíbrio dinâmico do metano presente nas camadas de carvão, como os processos de carbonificação, uma vez que é o gás predominantemente gerado e/ou armazenado no carvão (Levine, 1993; Rice, 1993). As medições realizadas em minas com atividade de extração mineral indicaram que o carvão brasileiro pode apresentar fatores de emissão significativamente inferiores aos indicados pelo IPCC, para aplicação em situações de pós-mineração previstas pela Tier 1. A seguir é apresentada a representação gráfica dos dados verificados para os carvões nacionais. No eixo X são listados as medições realizadas nas minas nacionais e no eixo Y os fatores de emissão previstos pelo IPCC (em segundo plano) e os obtidos nos trabalhos realizados pelo Brasil (em primeiro plano).

6 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 Pós-Mineração Valores Mínimos de Referência 0,40 Fator Emissão IPCC - Mina Subterrânea 0,30 Fator de Emissão IPCC - Mina Céu Aberto 0,20 0,10 0, Fatores de Emissão Estimados através de Amostragem e Medição de Metano em Minas Brasileiras Figura 5 Fatores de emissão na pós-mineração, comparativo entre IPCC e medições realizadas. Fonte: P&D. Para o desenvolvimento e elaboração deste II Inventário Nacional ( ) fica estabelecida a utilização dos valores mínimos indicados para os fatores de emissão preconizados pela metodologia do IPCC (1996), de acordo com a Tier 1. Tal medida visa resguardar a confiabilidade dos valores a serem calculados, considerando-se que a parte experimental apontou divergências entre o comportamento previsto conceitualmente para as emissões de metano e os resultados efetivamente encontrados nas minas amostradas. Destacamos que na situação de pós-mineração a céu aberto, o valor mínimo de referência do IPCC é nulo. No experimento realizado em laboratório, ficou comprovado que existe emanação de metano oriunda da pós-mineração em amostras de carvão a céu aberto. O desenvolvimento do experimento permitiu comprovar que o carvão brasileiro apresenta baixo nível de emissão. Considera-se o erro, em generalizar e empregar o fator mínimo de emissão, de menor magnitude frente ao erro envolvido na atribuição de diferentes valores com base em aspectos teóricos (profundidade e grau de evolução). A justificativa reside no fato de que estes não foram devidamente comprovados para o caso do carvão brasileiro. Dessa forma, recomenda-se a continuidade dos estudos, com maior abrangência no número de amostras, através de experimentos com a devida representatividade e reprodutibilidade. Na tabela 4, são apresentados os valores para os fatores de emissão de metano utilizados para a estimativa das emissões na mineração de carvão. Tabela 4 Fatores de emissão para o setor, segundo II Inventário Nacional. Natureza da Atividade Baixo Nível de Emissão (m3 CH4/ton Carvão) Mineração Subterrânea Pós-Mineração Subterrânea Mineração a Céu Aberto Pós-Mineração a Céu aberto 10,0 * 0,90 * 0,30 * 0,05 **

7 Fonte: P&D; * Valor Mínimo IPCC (1996), **Valor arbitrado. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS EMISSÕES DE METANO NA MINERAÇÃO As estimativas da emissão de metano foram realizadas a partir dos dados de extração e os fatores de emissão apresentados. Seguindo a recomendação técnica apresentada anteriormente, foram utilizados para os fatores de emissão os valores mínimos de referência, como os que mostram a tabela 5. Tabela 5 Fatores de emissão para o setor, valores mínimos de referência. FONTE ATIVIDADE MINERAÇÃO ATIVIDADE PÓS-MINERAÇÃO Tier 1 IPCC 1996 FATOR DE EMISSÃO (m 3 CH 4 /ton Carvão) FATOR DE EMISSÃO (m 3 CH 4 /ton Carvão) Mina Subterrânea 10 0,9 Mineração Céu Aberto 0,3 0,05* * O fator de emissão mínimo sugerido é nulo, sendo arbitrado um valor de referência, com base nas características do carvão brasileiro e utilizados no I Inventário de Emissões Fugitivas da Mineração de Carvão Mineral. Na tabela 6 é apresentado o quadro-resumo das emissões de metano, estimadas segundo a metodologia do IPCC (1996) e de acordo com as premissas técnicas abordadas. Tabela 6 Emissão de metano no setor de mineração de carvão mineral no Brasil. FONTE: MINERAÇÃO SUBTERRÂNEA ,431 41,749 1,603 44, ,745 35,212 2,041 37, ,301 61,352 0,916 62, ,213 1,927 44,140 TOTAL 8, ,904 24, ,933 FONTE: MINERAÇÃO A CÉU ABERTO ,719 0,004-0, ,732 0,080-0, ,893 0,111-1, ,854 0,026-0,880 TOTAL 12,109 0,870-12,977 FONTE: TOTAL ACUMULADO DA MINERAÇÃO DE CARVÃO MINERAL ,150 41,753 1,603 45, ,477 35,292 2,041 38, ,194 61,463 0,916 63, ,854 42,239 1,927 45,020 TOTAL 20, ,774 24, ,912

8 Fonte: P&D. EMISSÕES DE METANO NA PÓS-MINERAÇÃO As estimativas para a emissão de metano na etapa de pós-mineração são apresentadas na tabela 7. Tabela 7 Emissão de metano na pós-mineração de carvão mineral no Brasil. FONTE: PÓS-MINERAÇÃO SUBTERRÂNEA ,129 3,757 0,144 4, ,067 3,169 0,184 3, ,027 5,522 0,082 5, ,000 3,799 0,173 3,973 TOTAL 0,727 54,710 2,245 57,682 FONTE: PÓS-MINERAÇÃO A CÉU ABERTO ,120 0,001-0, ,122 0,013-0, ,149 0,019-0, ,142 0,004-0,146 TOTAL 2,018 0,145-2,163 FONTES: TOTAL ACUMULADO NAS ATIVIDADES PÓS-MINERAÇÃO ,249 3,758 0,144 4, ,189 3,182 0,184 3, ,176 5,541 0,082 5, ,142 3,804 0,173 4,119 TOTAL 2,745 54,856 2,245 59,846 Fonte: P&D. TOTALIZAÇÃO DAS EMISSÕES DE METANO PELO SETOR Conforme a tipologia das atividades do setor de extração de carvão (mineração a céu aberto, subterrânea e na pós-mineração) é apresentada a seguir as estimativas das emissões acumuladas de metano (tabela 8 e figuras 6 e 7). Tabela 8 Totalização das emissões de metano no setor de carvão mineral do Brasil. TOTAL ACUMULADO PELA EXTRAÇÃO MINERAÇÃO E PÓS-MINERAÇÃO ,398 45,511 1,747 49, ,666 38,474 2,225 42, ,370 67,004 0,998 69, ,996 46,043 2,100 49,139 TOTAL 22, ,630 27, ,758

9 Estimativa/Elaboração: P&D. 60 Emissões fugitivas do carvão mineral Gg CH Minas subterrâneas Minas a céu aberto Pós-mineração Figura 6 Emissões de metano da mineração e beneficiamento de carvão mineral por fonte. 60 Emissões fugitivas do carvão mineral Gg CH Rio Grande do Sul Santa Catarina Paraná Figura 7 Emissões de metano da mineração e beneficiamento de carvão mineral por estado.

10 EMISSÕES DE CARBONO EM PILHAS Destacamos o desenvolvimento técnico e gerencial da indústria de extração de carvão mineral nos últimos anos. A sustentabilidade ambiental da extração deste bem mineral apresentou significativos avanços, contribuindo para a minimização dos impactos decorrentes da atividade. Os rejeitos gerados pelo processo de beneficiamento do carvão bruto apresentam uma deposição temporária considerada pequena, sendo encaminhados para destinação final. Tal procedimento visa minimizar as drenagens ácidas no processo de extração de carvão mineral e evitar a combustão espontânea em pilhas de rejeitos. A combustão espontânea de carvão em pilhas de estocagem também pode ser considerada praticamente nula, pois o tempo de estocagem é pequeno para ser iniciado o processo de combustão. A quantificação seguiu a metodologia do IPCC (1996), tal como no I Inventário Nacional ( ), considerando-se um fator de oxidação de 50% para os rejeitos. Estas premissas inferem em um erro de maior, porém permitem a quantificação para o período 1990 a Importante lembrar, que os valores estão relacionados com o potencial de liberação, não sendo a efetiva emissão de dióxido de carbono. Tal fato se justifica pelo teor médio de carbono se referir à massa seca de carvão, enquanto que os valores de produção são apresentados em base úmida, havendo a necessidade de se conhecer a umidade média de cada produto para a correção em massa. O beneficiamento de antigos depósitos de rejeitos foi incluído na estimativa da emissão, pois este é utilizado como matéria-prima para a obtenção de produtos beneficiados, apresentados na tabela 9. Tabela 9 Emissão de dióxido de carbono nos rejeitos da mineração de carvão do Brasil. MINERAÇÃO SUBTERRÂNEA E A CÉU ABERTO (Unidade: Gg CO 2 /ano) , ,7 11, , , ,4 19, , ,5 690,3 1, , ,00 891,5 65,5 957,0 TOTAL 1.856, ,8 333, ,3 (ton) Estimativa: SATC e P&D e Elaboração: MCT. EMISSÕES DE ÓXIDO NITROSO NO 2 Salientamos que uma estimativa específica para as emissões contabilizadas em termo de óxido nitroso (N 2 O), pela atividade não foi possível devido à falta de informações específicas sobre o teor de nitrogênio presente no carvão minerado e beneficiado.

11 EMISSÕES DE DIÓXIDO DE CARBONO (CO 2 ) POR EFEITO SO 2 SCRUBBING As emissões contabilizadas em termo de dióxido de carbono (CO 2 ), pela atividade de remoção do enxofre presente nos gases de combustão (SO 2 scrubbing), não apresentou participação significativa para o período inventariado. Atualmente, esta é uma técnica de controle ambiental que está iniciando e encontra-se em crescimento no Brasil, havendo a necessidade de um mapeamento destas unidades para avaliação e possível inclusão em estimativas futuras. CONCLUSÕES O desenvolvimento da pesquisa aplicada sobre as emissões de gases de efeito estufa na mineração do carvão mineral brasileiro, feita para o II Inventário ( ), permitiu comprovar que o carvão nacional apresenta baixo nível de emissão de GEE. As estimativas apresentadas tiveram como base as diretrizes revisadas de 1996 do IPCC, ou simplesmente Guidelines Os fatores de emissão sugeridos pelo IPCC foram confrontados com medições realizadas em algumas camadas de carvão tanto do Rio Grande do Sul quanto em Santa Catarina. Foi feita uma correlação entre as características geológicas das minas/camadas amostradas, com as suas características referentes à quantidade e qualidade do carvão ROM e também do carvão energético produzidos no país. Com isso, foram adotados os fatores de emissão que mais se aproximavam à realidade nacional. Generalizar e empregar o fator mínimo de emissão dos Guidelines 1996, conforme foi feito no II Inventário ( ), foi considerado a abordagem mais precisa, do que a atribuição de diferentes valores com base em aspectos teóricos (profundidade e grau de evolução), conforme adotado no I Inventário ( ). A justificativa reside no fato de que esses aspectos não foram devidamente comprovados para o caso do carvão brasileiro. AGRADECIMENTOS Nosso agradecimento a ABCM na pessoa do Fernando Zancan, e ao MCT na pessoa do José Miguez pelo suporte ao desenvolvimento do trabalho. Também o nosso muito obrigado as equipes técnicas do MCT, SATC, PUC-RS, DNPM e P&D, além das empresas do setor. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MCT Ministério da Ciência e Tecnologia (2006). BRASIL. Primeiro Inventário Brasileiro de Emissões Antrópicas de Gases de Efeito Estufa Relatórios de Referência: Emissões Fugitivas da Mineração e do Tratamento de Carvão Mineral Ano-Base: 1990 a Disponível em: < Acesso em: 28 abr

12 MCT Ministério da Ciência e Tecnologia (2010). BRASIL. Segundo Inventário Brasileiro de Emissões Antrópicas de Gases de Efeito Estufa Relatórios de Referência. Emissões de Gases de Efeito Estufa no Setor Energético: Emissões Fugitivas da Mineração e Beneficiamento do Carvão Mineral Ano-Base: 1990 a Disponível em: < >. Acesso em: 28 abr