ESTUDO COMPARATIVO DA EMISSÃO DE CO 2 EQUIVALENTE DAS FONTES DE ENERGIA DE VEÍCULOS ELÉTRICOS E MOVIDOS A ETANOL

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1 ESTUDO COMPARATIVO DA EMISSÃO DE CO 2 EQUIVALENTE DAS FONTES DE ENERGIA DE VEÍCULOS ELÉTRICOS E MOVIDOS A ETANOL Daniele Roewer Universidade de Brasília Programa de Pós-Graduação em Transportes Lílian dos Santos Fontes Pereira Bracarense Universidade de Brasília Programa de Pós-Graduação em Transportes Universidade Federal do Tocantins Curso de Engenharia Civil Adelívio Peixoto Augusto Brasil Universidade de Brasília Programa de Pós-Graduação em Transportes RESUMO O crescimento das emissões de poluentes no setor transportes, fruto do incremento da frota de veículos em circulação no país, motivou sobremaneira a elaboração deste trabalho, que se propôs a comparar a emissão de CO 2 equivalente de duas tecnologias alternativas ao uso de combustíveis não renováveis os veículos movidos a etanol e veículos elétricos. As emissões foram calculadas a partir do ciclo de vida do combustível etanol, considerando os estágios de produção, distribuição e consumo do combustível e, para o carro elétrico, foi considerada as emissões médias de CO 2eq. segundo a produção energética na matriz brasileira. Quanto aos resultados constatou-se que, em termos de emissão de CO 2eq. pela fonte energética, o carro elétrico tem um potencial poluidor 85% menor do que o veículo movido ao etanol. A partir dos resultados, discute-se a importância da priorização de fontes renováveis na matriz energética brasileira, com vista a uma maior utilização de combustíveis alternativos. ABSTRACT The growth in emissions of pollutants in the transport sector, due to the increase of the vehicle fleet in the country, greatly motivated the writing of this paper, dedicated to compare the emission of CO 2 equivalent of ethanol-powered vehicles and electric vehicles. Emissions were calculated from the life cycle of ethanol fuel, considering the stages of production, distribution and consumption of fuel and, for the electric car, was considered average emissions of CO 2 eq. according to energy production in the Brazilian matrix. The results showed that, in terms of CO 2 eq. emissions from the energy source, the electric car has a 85% lower pollution potential than the ethanol-powered vehicle. From the results, we discuss the importance of prioritizing renewable sources in the Brazilian energy matrix, with a view to greater use of alternative fuels. 1. INTRODUÇÃO O setor de transportes é o que mais contribuiu com o crescimento das emissões de poluentes nos últimos anos, sendo o setor de maior peso nas emissões de CO 2. Em 2005, de acordo com dados do MCT (2009), o setor de transportes foi responsável por 41% das emissões de CO 2 no Brasil. O transporte rodoviário de cargas é responsável pela movimentação de aproximadamente 60% do volume total transportado no Brasil, consumindo para tanto, cerca de 90% do combustível total demandado pelo setor de transporte (Bartholomeu, 2002). No ano de 2012, a frota circulante no Brasil já ultrapassava 76 milhões de veículos, conforme dados do Departamento Nacional de Trânsito (DENATRAN). Desse total, estima-se que 81% faziam uso da gasolina, 8% utilizavam óleo diesel e cerca de 11% faziam uso de etanol. 2445

2 Díaz et al. (2010) mostram que um litro de gasolina e óleo diesel emitem para a atmosfera 3,65 e 4,01 kg de CO 2, respectivamente (correspondentes aos gases de efeito estufa GEE emitidos pela indústria na extração, refino, processamento, transporte e combustão deste combustível). O etanol por sua vez, em todo o seu ciclo de vida, emite apenas 0,50 kg por litro de combustível. Algumas soluções já se apresentam visando à alteração do quadro de emissões atmosféricas decorrentes da queima de combustíveis, em benefício de uma melhor qualidade de vida e pela valorização do ambiente natural em que vivemos. A agregação de tecnologia aos veículos de transporte representa uma delas, que incluirá uma melhor combustão dos motores de propulsão, pela maior eficiência na queima de seu combustível, bem como o uso de combustíveis alternativos aos fósseis menor presença de chumbo e enxofre, por exemplo além de outros avanços na qualidade dos meios de transporte e de seus insumos em geral. Entretanto, a grande mudança se dará pela substituição do combustível fóssil como o principal propulsor dos motores à combustão dos veículos de transporte, por outra fonte de geração de energia motor. Nesse sentido, os biocombustíveis têm se destacado como uma boa alternativa. Como destaca Grisoli (2011) os países desenvolvidos vêm utilizando cada vez mais os biocombustíveis em sua matriz, guiados por uma combinação de diversos fatores, dentre eles: substituição do MTBE (Éter metil terc-butílico) como aditivo da gasolina (para aumento da octanagem do combustível e como aditivo oxigenado); adoção de estratégias para a redução/limitação das emissões dos gases precursores do efeito estufa; redução da dependência de derivados de petróleo na matriz energética; além de incentivos à agricultura e às indústrias locais. Com isso, essas fontes, em especial o etanol, tornaram-se uma alternativa para a substituição dos combustíveis não-renováveis e promessa para redução de impactos decorrente de fontes fósseis. Conforme dados da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis ANP, em 2012 foram comercializados mil m 3 de etanol hidratado pelas distribuidoras no Brasil. Com relação à emissão de gases de efeito estufa GEE (CO 2, N 2 O e CH 4 ), a produção, distribuição e a combustão de etanol para uso no transporte em 2012 foi responsável por uma emissão de quase 5 milhões de toneladas de CO 2 equivalente (CO 2 eq. ). Outra alternativa que tem ganhado destaque é o carro elétrico. O motor elétrico tem emissões nulas de poluentes durante seu funcionamento e sua vida útil é bem superior à de um motor de combustão interna. Os motores elétricos apresentam eficiência em torno de 90%, enquanto os de combustão interna apresentam aproximadamente 30% de eficiência, no entanto a autonomia desses veículos é bastante reduzida (ALMEIDA JÚNIOR, 2014). Em se tratando de emissões de poluentes as vantagens do uso do veículo elétrico são bastante evidentes. No entanto, em relação ao consumo energético e as emissões resultantes da produção dessa energia, maiores investigações são necessárias para que se possa fazer uma comparação adequada entre veículos elétricos e aqueles à base de etanol. Buscando-se ater a esse problema, o presente trabalho tem como objetivo comparar as emissões de gases de efeito estufa, dados em CO 2 equivalente, no uso de veículos movidos a etanol e veículos elétricos, considerando o processo de geração da energia utilizada em cada caso. 2446

3 Inicialmente é apresentada uma revisão sobre a aplicação da Análise de Ciclo de Vida para avaliação de impactos no setor energético. Em seguida é apresentado o método de pesquisa adotado e os resultados encontrados. Na última seção, discutem-se os resultados frente às limitações da pesquisa. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Um dos métodos comumente utilizados para avaliação de impactos ambientais é a Análise de Ciclo de Vida (ACV). Segundo Grisoli (2011), a utilização da análise de ciclo de vida tem se tornado frequente para diversos produtos e serviços, com diferentes objetivos, desde fornecimento de energia, produção de bens de consumo e, também, produção agrícola e posterior industrialização de alimentos e bebidas. A crise do petróleo, na década de 1970, motivou a busca por fontes alternativas de combustível, promovendo os estudos de ACV para o setor energético. Na época, as análises eram relacionadas apenas ao balanço energético, ou seja, o foco das comparações entre fontes alternativas e convencionais era o uso de energia no ciclo de vida de determinado combustível (DELUCCHI, 2006). No final da década 1980, as preocupações com o meio ambiente decorrentes da queima de combustíveis fósseis fizeram com que as estimativas de emissões de CO2 fossem incorporadas aos estudos. No início dos anos 90, outros gases de efeito estufa foram adicionados às análises, considerando seus potenciais de aquecimento global (Delucchi, 2006). De acordo com a ABNT (2009a, 2009b), a metodologia de ACV é realizada em quatro fases principais: (a) definição dos objetivos e do escopo do estudo: define abrangência e condições de realização do estudo; (b) análise do Inventário do Ciclo de Vida: é a quantificação de todas as entradas e saídas do sistema estudado. As entradas são representadas pela energia e matériaprima consumida, e as saídas pelos produtos, emissões atmosféricas, efluentes líquidos e resíduos sólidos; (c) avaliação dos impactos ambientais associados ao sistema: os resultados da análise do inventário são organizados e combinados em categorias de impacto; e (d) interpretação dos resultados: deve conter a identificação dos impactos ambientais significativos, uma avaliação da qualidade do trabalho, considerando sua sensibilidade e consistência dos dados, além das conclusões e recomendações do estudo. A análise do ciclo de vida é muito importante para análises ambientais. Wenzel et al. (1994) consideram a ACV a única ferramenta holística para se avaliar as consequências ao meio ambiente e aos recursos, a partir das escolhas feitas durante o desenvolvimento do produto. Porém, a ausência de uma metodologia universal consolidada, em particular no que se refere à definição de procedimentos, padronização da terminologia e do formato dos dados e o estabelecimento de restrições e cuidados quando da realização de estudos comparativos que 2447

4 serão disponibilizados ao público, também são considerados importantes limitações à técnica (SILVA, 2006). Quando se pretende analisar o impacto de veículos elétricos, a ACV é fundamental, visto que a maior parte das emissões não se concentra durante o uso do veículo. Nesse contexto, vários autores têm estudado os veículos elétricos com diferentes focos. Samaras e Meisterling (2008) elaboraram um inventário baseado principalmente no consumo de energia ao longo dos estágios do ciclo de vida. Burnham et al. (2006) fornecem uma representação estilizada da produção de veículos, com base no componente material para estimar critérios de aquecimento global, poluição do ar e uso de energia, fornecendo uma base de comparação de veículos elétricos. Van den Bossche et al. (2006) e Matheys et al. (2008) realizaram uma avaliação mais completa de baterias. Daimler AG (2009) apresenta resultados de um estudo comparativo da versão híbrida e convencional do mesmo carro, a partir de uma perspectiva da ACV completa. Este é provavelmente o inventário de ciclo de vida mais completo de um veículo elétrico, no entanto, é para um veículo híbrido, e não para um modelo elétrico completo com bateria. Zackrisson et al. (2010) fornecem um inventário bem documentado para a comparação de dois processos de produção potenciais para baterias LiFePO 4 de última geração. Hawkins et al. (2012) desenvolveram e forneceram um inventário de ciclo de vida de veículos convencionais e elétricos e aplicaram-no para avaliar os dois tipos de veículo em relação a uma série de categorias de impacto. Os resultados mostraram que os veículos elétricos, alimentados pelos sistemas de fornecimento de energia europeus reduzem de 10 a 24% o potencial de aquecimento global, em relação aos veículos convencionais movidos a diesel ou gasolina, assumindo um tempo de vida de km. No entanto, o estudo aponta que os veículos elétricos apresentam o potencial para aumentos significativos de toxicidade humana, eco-toxidade e eutrofização de água, em grande parte, resultante da cadeia de suprimentos do veículo. Em relação ao etanol, alguns autores se dedicaram a estudar o ciclo de vida no contexto brasileiro, tais como Macedo, Seabra e Silva (2008), Stella (Richmond, 2001), De Oliveira, Vaughan e Rykiel Junior (2005), Soares et al. (2009), Ometto, Hauschild e Roma (2009). Esses estudos serão utilizados como suporte para o desenvolvimento do trabalho. 3. METODOLOGIA O método proposto para comparar as emissões de CO 2eq. no uso dos veículos movidos a etanol e veículos elétricos, a partir de suas fontes energéticas, baseia-se no conceito de análise de ciclo de vida e eficiência energética. O método é composto das seguintes etapas: a) Delimitação dos limites de estudo: Consiste em definir quais estágios do ciclo de vida serão considerados na análise. b) Cálculo do consumo médio de etanol: A partir do perfil da frota no ano de análise, considerando os volumes, idade da frota e tipo de combustível é possível calcular o consumo médio de etanol por meio de dois métodos distintos: método bottom-up, considerando o consumo médio de combustível por ano de 2448

5 fabricação no ano de estudo e o método top-down, utilizando os dados de venda de etanol no ano de estudo fornecidos pela ANP. c) Cálculo do consumo energético do veículo movido a etanol: Conhecendo-se o consumo de combustível necessário para percorrer uma dada distância, é possível conhecer o consumo energético, a partir do seu poder calorífico. d) Cálculo do consumo energético do veículo elétrico: Conhecido o consumo energético do veículo movido a etanol, pode-se aplicar o conceito de eficiência energética, para calcular o consumo energético do veículo elétrico. Eficiência consiste na relação entre a quantidade de energia de entrada e de saída em um determinado sistema, considerando as perdas envolvidas. Sendo assim, considera-se que a energia de saída deve ser a mesma nos dois veículos, de modo a permitir que a mesma distância seja percorrida por ambos. Porém, a energia de entrada necessária em cada veículo é função da eficiência energética do seu motor (Figura2). e) Cálculo das emissões: Figura 1: Relação de consumo energético. O cálculo das emissões é feito considerando os estágios de ciclo de vida previamente definidos, considerando a fonte de energia utilizada em cada veículo. 4. APLICAÇÃO E RESULTADOS O método proposto foi aplicado para as fontes de energia utilizadas nos dois tipos de veiculo movido a etanol e elétrico considerando o contexto brasileiro e a matriz energética do ano de 2012 do Brasil. Na análise do ciclo de vida do etanol foram consideradas as emissões nos estágios de produção, distribuição e consumo do combustível e, para os carros elétricos, foi considerado o fator médio anual de emissão de CO 2eq. segundo a matriz energética brasileira. Inicialmente foram consultados os dados da frota por idade dos veículos no ano de

6 (fonte DENATRAN), a proporção de carros por tipo de combustível, a Intensidade de uso de referência, em km/ano, de acordo com a idade do veículo, e o consumo médio por idade da frota e tipo de combustível (Ministério do Meio Ambiente, 2011). Fazendo uso do método bottom-up, com a compilação dessas informações foi possível calcular um valor médio de 7,64km/l para o consumo do etanol hidratado para o ano de 2012, a partir da média ponderada do rendimento por idade da frota e por tipo (flex ou convencional) e a intensidade de uso anual também por ano de fabricação. A partir do método top-down, utilizando os dados de venda de etanol no ano de estudo fornecidos pela ANP, teve-se um resultado do consumo médio de 9,42km/l de etanol. Neste estudo optou-se pela metodologia bottom-up por ter indicado um valor médio de consumo mais próximo dos indicados no citado relatório do Ministério do Meio Ambiente (2011). A seguir, procurou-se quantificar as emissões de CO 2eq. que um veículo utilizando etanol emite para percorrer 100km, considerando o rendimento médio calculado de 7,64 km/l de etanol. Sabendo que 1 m 3 de etanol produz na combustão MJ de energia e emite, em sua produção, distribuição e combustão, 501,45kg de CO 2eq. (Díaz et al, 2010), chegou-se ao seguinte resultado: emissão de um total de 656,33kg de CO 2eq. e um gasto energético na combustão de MJ, para percorrer os 100km estipulados. De acordo com Hill e D Agosto (2011), a eficiência do veículo com motor a combustão interna durante o uso é de 15%, e do veículo elétrico é de 80%. Considerando que a energia de saída deva ser a mesma nos dois veículos para percorrer os mesmos 100km, é possível calcular a energia de entrada, ou seja, a consumida pelo veículo elétrico, que corresponde a 5.264,06MJ ou 1.473,94 kwh. A partir do gasto energético calculado para o carro elétrico percorrer 100km, e consultando o fator médio de emissão de CO 2eq. associado à geração de energia elétrica no Brasil em 2012 (Tabela 1), foi possível calcular as emissões do carro elétrico no percurso selecionado, sendo responsável por um total de 96,25 kg CO 2eq. Tabela 1: Fator médio anual de emissão de CO 2eq. do Sistema Interligado Nacional do Brasil, segundo o MCT (2014). Ano Fator médio anual (kg CO2/kWh) 0,0512 0,0292 0,0653 0,096 Os resultados são apresentados na Figura 2. Constatou-se que o carro elétrico tem um potencial poluidor bastante inferior ao veículo à etanol, emitindo 85% menos CO 2eq. 2450

7 Figura 2: Cálculo do total de emissões em um percurso de 100km. Observa-se que o cálculo de emissão do veículo elétrico considerou os valores médios de emissões de CO 2 da matriz energética brasileira, onde predomina a geração de hidroeletricidade. Na tabela abaixo, percebe-se que as emissões de CO 2eq. variam consideravelmente de acordo com a tecnologia de geração utilizada, podendo chegar a emitir 13 vezes mais CO 2eq. do que a hidroeletricidade, como mostra a Tabela 2. Tabela 2: Fatores de emissão de CO 2eq. das tecnologias de geração de eletricidade segundo a meta-análise e a geração de eletricidade de cada tecnologia no ano de Tecnologia de Geração Fator de Emissão (gco 2eq. /kwh) Geração de Eletricidade (GWh/ano) Emissão Anual (tco 2eq. /ano) Participação nas Emissões (%) Hidroeletricidade Eólica ,04 Nuclear ,4 Termo CM Termo GN Termo OC Termo OD TOTAL Fonte: Miranda (2012) 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A metodologia adotada, baseada na análise do consumo energético, permitiu comparar as emissões de CO 2eq. devidas à fonte energética empregada nos dois tipos de veículo. Os resultados mostraram que, para a matriz energética brasileira, o veículo elétrico emite consideravelmente menos CO 2eq. (redução de 85%), mesmo quando comparado ao veículo movido a etanol, considerado uma boa alternativa aos combustíveis não renováveis. 2451

8 Cabe ressaltar os limites nos quais a análise se insere, visto que as emissões do ciclo de vida de produção e uso dos veículos propriamente ditos não foram consideradas. Além disso, outras categorias de impacto ambiental, além da emissão de CO 2eq., relacionadas a produção, uso e descarte dos veículos e seus componentes não constituem foco desse estudo. Os resultados, que apontam taxas de emissão de CO 2eq. muito mais baixas para a fonte energética dos veículos elétricos, são diretamente relacionados ao perfil da matriz energética brasileira no ano de 2012, com predomínio de hidroeletricidade. A variação dessa matriz produziria resultados diferentes, podendo mesmo atingir valores de emissão superiores aos gerados pela produção, distribuição e combustão do etanol. Os resultados positivos dos veículos elétricos na dimensão ambiental sustentam a necessidade de políticas de incentivo ao uso dessa tecnologia no sentido de contribuir para uma redução dos impactos ambientais, relacionados a emissões de gases de efeito estufa, no setor de transportes. No contexto atual, em que se buscam políticas de priorização do transporte público, amparadas pela Lei da Mobilidade (Lei /2012), os ônibus elétricos, menos poluentes e com menor custo de manutenção, podem ser uma alternativa de transporte eficiente para cidades mais limpas. Ônibus elétricos já estão presentes em cidades da China e capitais como Londres, Bruxelas e Bogotá, onde já rodaram mais de 200 mil quilômetros. Nesse aspecto, o custo ainda constitui um entrave a maior utilização dessa tecnologia o motor representa 50% do custo total do ônibus elétrico e de duas a três vezes o custo do motor convencional e as condições de financiamento via BNDES precisam ser alteradas para viabilizar seu emprego de forma mais ampla na matriz de transportes no Brasil. No entanto, a análise de políticas que visem a efetiva inserção do veículo elétrico na matriz de transportes, seja no transporte individual ou coletivo, deve considerar outras dimensões além da ambiental, tais como impactos sociais e econômicos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT (2009a) NBR ISO 14040: Avaliação do Ciclo de Vida: Princípios e Estrutura. Rio de Janeiro: ABNT, 2009a. ABNT (2009b) NBR ISO 14044: Avaliação do Ciclo de Vida: Requisitos e Orientações. Rio de Janeiro: ABNT, 2009b. Almeida Júnior, H. A. (2014) Análise comparativa de veículos elétricos e veículos com motor de combustão interna. Dissertação de mestrado. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Belo Horizonte, Burnham, A., M. Wang, And Y. Wu. (2006) Development and applications of GREET 2.7 The transportation vehicle-cycle model. ANL/ESD/06. Argonne, IL, USA: Argonne National Laboratory, University of Chicago, U.S. Department of Energy. Daimler, A. G. (2009) Life cycle: Environmental certificate for the S-400 hybrid. Mercedes-Benz. Stuttgart, Germany: Daimler AG, De Oliveira, M. E., Vaughan, B. E.; Rykiel Junior, E.J. (2005) Ethanol as Fuel: Energy, Carbon Dioxide Balances, and Ecological Footprint. BioScience, v. 55, n.7. Delucchi, M. A. (2006) Lifecycle Analyses of Biofuels. Califórnia: Institute of Transportation Studies (Relatório Técnico UCD-ITS-RR-06-08). Díaz, M. A. D. et al. (2010) Análise do ciclo de vida e balanço energético do etanol da cana-de-açúcar brasileira. VI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, Campina Grande, Paraíba, Brasil, Grisoli, R. P. S. (2011) Comparação das emissões de gases de efeito estufa no ciclo do etanol de cana-de-açúcar no Brasil e os critérios da Diretiva Européia para Energias Renováveis. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Energia da Universidade de São Paulo. São Paulo, Hawkins, T. R., Singh, B. Majeau-Bettez, G. And Strømman, A. H. (2012) Comparative Environmental Life 2452

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