IMPACTOS DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS PROVOCADAS POR GERADORES DIESEL EM ESTUDOS DE FONTES DE ENERGIA NO MEIO RURAL

Transcrição

1 IMPACTOS DAS EMISSÕES ATMOSFÉRICAS PROVOCADAS POR GERADORES DIESEL EM ESTUDOS DE FONTES DE ENERGIA NO MEIO RURAL Luiz Artur Pecorelli Peres Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ Rua S. Francisco Xavier, n o 524, Bloco A, sala 5029, Rio de Janeiro RJ, CEP: pecorelli@openlink.com.br Luiz Augusto Horta Nogueira Germano Lambert Torres Escola Federal de Engenharia de Itajubá - EFEI Av. BPS, 1303, Itajubá, MG, CEP: RESUMO Este trabalho focaliza a avaliação das emissões atmosféricas provenientes dos geradores Diesel, como um custo de penalidade a ser considerado, no processo decisório quanto a escolha de outras alternativas de atendimento energético em áreas rurais. ABSTRACT This work focuses the evaluation of air emissions from Diesel generation, as a penalty cost to be considered, in the decision process to choose other energetic supply alternative in rural remote areas PALAVRAS CHAVE Energia, meio ambiente, geração, área rural, planejamento INTRODUÇÃO Estima-se que cerca de 20 milhões de habitantes no Brasil, vivam em regiões isoladas, não atendidas pelo sistema interligado de energia. Nestas áreas, o suprimento de eletricidade das diversas comunidades rurais é realizado, muitas vezes, de forma convencional, através de geração Diesel. Paralelamente, vale mencionar que o Brasil ainda não conseguiu lograr a universalização do suprimento de energia aos seus habitantes, pois [1] constata-se que 4 milhões de propriedades e moradias não possuem ainda o acesso a eletricidade. Levando em consideração que somente 7% dos 850 milhões de hectares do país são utilizados para a agricultura, visualiza-se um amplo panorama de opções de fontes de energia renovável. apenas com base neste setor. Outras modalidades vêm sendo estudadas, antevendo-se condições propícias para uma verdadeira revitalização do meio rural brasileiro. Contrasta neste cenário uma população pequena, proporcionalmente, a extensão territorial do Brasil, que submetido a diversas circunstâncias adversas das últimas décadas, passou a concentrar 80% dos seus cidadãos em áreas urbanas. Visando um suprimento de energia de maior qualidade e de menor custo, a literatura técnica expõe uma extensa gama de fontes alternativas que permitem atender não só àquelas regiões, que ainda não dispõem de eletricidade, como também, substituir ou complementar as existentes [1, 2, 3]. Entre estas opções encontram-se as eólicas, as fotovoltaicas, as termosolares, as pequenas e micro hidroelétricas. Adicionalmente, devem ser mencionadas as fontes baseadas em biomassa, destacando-se as células combustíveis a etanol, cuja produção deste último, alicerçada na cultura da cana de açúcar, o Brasil possui uma vasta experiência [4, 5]. Levando em conta as análises técnico econômicas que procuram avaliar estes empreendimentos, constata-se em diversos casos que a geração Diesel é tomada como referência. Todavia, esta última, constitui uma fonte de emissões de poluentes para a atmosfera, cujos efeitos nem sempre são contabilizados [6] tendo em vista que tais parcelas são, em geral, entendidas como externalidades. Este trabalho tem como objetivo discutir as emissões causadas pelos geradores Diesel, indicando a sua quantificação. Apesar da complexidade envolvida quanto a questão dos custos correspondentes, é possível estabelecer estes valores com base em práticas internacionais [7] e à luz do recente Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), resultante da Conferência de Kioto. Alguns exemplos apresentados, mostram o emprego destes cálculos no balizamento do processo decisório quanto a escolha e adequação dos projetos

2 destinados ao atendimento energético no meio rural. ASPECTOS METODOLÓGICOS Neste trabalho as emissões provenientes dos motores do ciclo Diesel são classificadas em dois grandes grupos. O primeiro se refere às emissões próprias, isto é, inerentes a combustão interna que se opera durante o funcionamento do motor. O segundo grupo está associado às emissões que aqui decidiu-se denominar como indiretas [8], ou seja, aquelas relacionadas com o processo de produção do combustível. Enquanto que as emissões próprias ocorrem no momento em que o motor está funcionando, as emissões indiretas, já teriam acontecido, anteriormente, quando o combustível empregado, no caso em pauta, para a geração de eletricidade, estava em fase de preparação nas refinarias de petróleo. Cabe notar, que as emissões indiretas, tal como definidas, acompanham a vida útil do tipo de gerador em pauta, pois a sua operação depende do suprimento de combustível. A metodologia aqui exposta procura avaliar quantitativamente estas duas parcelas. Quanto aos custos correspondentes, podem ser atribuídos, com base em práticas internacionais, propiciando, assim, subsídios no balizamento das comparações econômicas de alternativas de atendimento energético, especialmente, para as regiões rurais onde a geração a Diesel é tradicionalmente contemplada. Várias substâncias poluentes são emitidas para a atmosfera pelos motores que funcionam, segundo, o ciclo Diesel. O mesmo ocorre no processo de elaboração deste combustível nas refinarias. Uma descrição sucinta das características destas substâncias é feita, em seguida [9]: Monóxido de carbono (CO) resulta da oxidação parcial do carbono, que é regida pela quantidade de oxigênio disponível no momento da queima. A relação ar e combustível adotada pode aumentar, de maneira considerável, a quantidade de CO emitida. Esta substância é conhecida pelo seu efeito letal quando inalada, pois combina com a hemoglobina do sangue, diminuindo a capacidade de oxigenação do cérebro, do coração e de outros tecidos orgânicos. Pode provocar tonturas, dor de cabeça, sono e redução de reflexos, chegando em caso extremo, dependendo das condições de confinamento, resultar em morte. Sua ação maior é de efeito local, abrangendo áreas próximas das fontes emissoras. Óxidos de nitrogênio (NO x) resultam da combinação do oxigênio e nitrogênio presentes no ar admitido pelo motor, em condições de altas temperaturas e pressões. Os NO x podem provocar irritação e constricção das vias respiratórias, diminuem a resistência orgânica, participam do desenvolvimento do enfisema pulmonar e à semelhança dos hidrocarbonetos, se envolvem, de forma ativa, nas reações fotoquímicas que dão origem ao smog. O dióxido de nitrogênio em contato com o vapor d água transforma-se em ácido nítrico podendo estar presente na chuva ácida. Óxidos de enxofre (SO x) resultam da oxidação do enxofre existente no combustível. Os óxidos de enxofre se absorvidos pelo trato respiratório superior podem provocar tosse, sensação de falta de ar, respiração ofegante, rinofaringites, diminuição da resistência orgânica às infecções, bronquite crônica e enfisema pulmonar. A ação dos óxidos de enxofre ocorre a nível local, regional e continental. O dióxido de enxofre ao reagir na atmosfera propicia a formação de partículas de ácido sulfúrico e de sais de sulfato, podendo, também, participar na composição da chuva ácida. Material particulado (MP) é constituído de partículas diminutas, que se formam da queima incompleta dos combustíveis e de seus aditivos. Os motores Diesel apresentam emissões de partículas de carbono, as quais servem de transporte para outras substâncias, como os hidrocarbonetos. Os particulados finos apresentam uma grave ameaça à saúde ao se instalarem nos tecidos pulmonares e podem atuar a nível local, regional e continental. Dióxido de carbono (CO 2) na acepção da palavra não tem sido considerado como um poluente devido a sua baixa toxidade. Entretanto, devido a sua intensa participação nos desequilíbrios que afetam o efeito estufa e das implicações a nível global [10], há uma atenção particular quanto a emissão desta substância que é objeto de acompanhamento e supervisão permanente por diversos organismos nacionais e internacionais. Tendo em vista ilustrar o processo de emissões descrito, a Figura 1, em seguida, apresenta a estrutura com a qual será efetuada as avaliações propostas. E m i s s õ e s I n d i r e t a s R e f i n a r i a s S u p r i m e n t o d e C o m b u s t í v e l E m i s s õ e s G e r a ç ã o E n e r g i a P r ó p r i a s D i e s e l E l é t r i c a Figura 1 - Estrutura de Avaliação das Emissões Desta forma, a estimativa das emissões próprias, indicadas na Figura 1, tem como ponto de

3 partida o conhecimento prévio as expectativas das gerações de energia em um determinado período, normalmente, expressas em termos anuais. Cálculos desta natureza podem ser efetuadas levando em conta os fatores de emissão do ciclo Diesel, neste caso indicados em g/kwh. Quanto as emissões indiretas, provenientes da atividade de produção das refinarias, devem corresponder ao suprimento de combustível necessário ao fornecimento de energia elétrica em estudo. Parte da aproximação baseia-se em [11] que pressupõe como disponíveis os fatores de emissão dos poluentes gasosos destas fontes estacionárias. O cálculo das emissões das refinarias pode ser iniciado pela avaliação das emissões anuais totais, conforme equação (1). [ erefto ( i)] = ( volpetro).[ emisref ( i)].( mespet) (1) Onde: [ erefto ( i)] - vetor das emissões de poluentes = 1,2,..., anuais das refinarias, em kg, sendo i 5, que corresponde, respectivamente, a: HC, CO, NO x, SO x,e MP. volpetro - volume total de petróleo refinado em m 3 /ano nas refinarias consideradas [ emisref ( i)] - vetor dos fatores de emissão dos poluentes nas refinarias de petróleo considerados expressos, em kg / t mespet - massa específica do petróleo em t / m 3 ( valor típico igual a 0,868 t / m 3 ) Dispondo-se da quantidade de óleo Diesel destinada ao suprimento de energia anual considerado-a como fração do volume de derivados do petróleo, no qual se inclui a parcela deste combustível produzido, obtém-se, as emissões indiretas procuradas. Os totais das emissões próprias e indiretas de cada substância poluente são vistos como os impactos na qualidade do ar causados pela geração Diesel, cujas. quantificações monetárias permitem que sejam incorporadas aos custos de capital, operação e manutenção do projeto ao longo da sua vida econômica. Estes últimos são avaliados, em geral, pelo método das demandas requeridas [12], de tal forma a exprimir um valor final de comparação em US$/MWh. Entretanto, a avaliação dos encargos de poluição merece alguns comentários, a seguir apresentados. Conforme [7], o termo empregado pela economia neoclássica, visando designar o impacto sócio ambiental é externalidade, significando com isto algo alheio às transações comerciais. Estes custos externos são impostos a sociedade e ao meio ambiente utilizando-se para sua atribuição duas concepções: o custo do dano e o custo do controle. O primeiro procura exprimir, monetariamente, o malefício ambiental para a sociedade, enquanto que o segundo, a proteção ambiental necessária. Ambos procedimentos estão sujeitos a controvérsias. Uma delas refere-se a possível elevação das tarifas, como conseqüência de se adotar uma alternativa energética mais limpa. A este argumento pode-se ponderar que o eventual acréscimo tarifário estaria, justamente, sinalizando o preço que a sociedade se dispõe a pagar por uma vida mais saudável e pelo desenvolvimento sustentável. Comparações entre custos unitários de poluição provenientes de entidades de serviços públicos dos Estados Unidos da América apresentam diferenças significativas entre si, indicando a complexidade quanto ao estabelecimento de critérios e valores, tanto no que se refere ao dano, como ao controle. A Tabela 1 a seguir, mostra um exemplo de custos unitários de poluição, estimados pelas empresas concessionárias localizadas na região da cidade de Los Angeles, naquele país [7]. Tabela 1 Custos Unitários de Poluição (US$x10 3 / t) Poluentes HC NO x SO x MP Custo (Controle) 17,5 24,5 18,3 5,3 Custo (Dano) 6,9 14,7 8,5 4,6 No tocante ao CO 2, como já foi mencionado, há uma estreita relação deste gás com o efeito estufa. Este assunto foi objeto de discussão na Conferência de Kioto, realizada em Segundo [13], os países industrializados comprometeram-se a estabilizar as emissões nos níveis de 1990, porém, adiaram o problema para 2010 a Visando cumprir o acordo, foram introduzidos mecanismos, como o estabelecimento de cotas de emissões, que poderão ser negociados em um mercado comum, através do qual estas nações industrializadas, cujas emissões são maiores que as suas cotas, poderiam adquirir títulos uns dos outros para cobrir tais excessos. Nesta mesma Conferência, também, foi criado um instrumento denominado de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo ( MDL ), pelo qual estes mesmos países poderão, ainda, investir em projetos de nações em desenvolvimento que promovam, por exemplo, o seqüestro do carbono na atmosfera, contabilizando tal fato como uma redução líquida de suas emissões. Isto incluí uma extensa gama de projetos, na qual está contemplada a substituição de fontes de energia a Diesel por outras de menor emissão. Nestes termos, estas operações caracterizam a introdução de uma commodity no mercado, chamada de Certificado de Redução de Emissões de Carbono, que terá um valor monetário

4 podendo ser negociada com os países industrializados. Em decorrência destas questões, há uma expectativa de que as emissões evitadas de CO 2 venham situar-se numa faixa de 10 a 100 US$/t. ESTIMATIVAS E ANÁLISES Tendo em vista verificar as influência das emissões próprias e indiretas nos custos da geração Diesel, foram elaboradas algumas estimativas tomando-se como referência o módulo típico de 500 kw, com um fator de capacidade igual a 0,5, consumo de 0,27 litros/kwh. e dados contábeis típicos. Levando em conta, portanto, as diretrizes metodológicas expostas no item anterior, determinou-se o acréscimo de custo que incidiria no preço a pagar pela geração Diesel, em conseqüência, apenas, como exemplo, das emissões de HC. A Tabela 2, a seguir indica os dados complementares atribuídos. Tabela 2 Dados Complementares fegerdi (HC) (1) 1,2 g/kwh erefto (HC) (2) 2,0 g/t volpetro (3) m 3 /ano volderi (4) m 3 /ano voldi (5) m 3 /ano Observações: (1) valor divulgado pelo CENPES (Centro de Pesquisa da PETROBRÁS) (2) valor de acordo com dados típicos do Banco Mundial citado em [14] (3) valor de acordo com [15], para 1997 (4) idem anterior, porém refere-se ao volume anual de derivados do petróleo produzido (5) idem anterior, porém refer-se ao volume de óleo Diesel Calculando-se as emissões próprias e indiretas, provocadas pela geração Diesel examinada e os dados mencionados, empregando-se o custo do dano do HC, de acordo com Tabela 1, resultam os valores anuais exibidos na Tabela 3, que se segue. Tabela 3 Emissões de HC e Custos Correspondentes Descrição Emissões ( t) Custos (US$x10 3 ) Próprias 2,63 18,15 Indiretas 1,07 7,38 Totais 3,70 25,53 O valor a ser agregado ao custo da geração Diesel corresponderia, em decorrência das emissões de HC a cerca de US$ 11,7/MWh. Caso se considerasse somente as emissões próprias de CO 2, tomando-se fatores de emissão típicos (IPCC Guidelines) e os mesmos procedimentos indicados, o valor de acréscimo se situaria numa faixa estimada entre 2,65 a 26,5 US$/MWh. Procedendo-se a análise dos resultados encontrados, verifica-se que a inclusão das emissões nos custos da geração Diesel poderá sofrer majorações ponderáveis quando ela é comparada com outras alternativas de suprimento energético. De fato, o preço de um módulo de geração Diesel, típico ao meio rural no Brasil, como o que foi considerado neste trabalho, sem a adição destas parcelas, encontra-se entre 128 a 173 US$/MWh [3,5]. Nota-se, assim, que a influência das emissões abordadas possuem impactos nos custos e atingem somas superiores a 10%, dos preços tradicionais de geração Diesel. Representa, desta forma, um importante elemento para balizar as alternativas. Além disto, no caso específico do HC, constatou-se que o nível das emissões indiretas provocadas pelo consumo de óleo Diesel para geração de energia, atingiu a 30% do total, mostrando o grau de relevância deste aspecto. CONCLUSÕES Este trabalho procurou investigar os impactos das emissões atmosféricas decorrentes do emprego de geração Diesel no meio rural. Neste sentido foram, inicialmente, descritas as emissões consideradas, inclusive, as indiretas provenientes da produção, nas refinarias, do combustível necessário para o suprimento de energia. Foi tomado um módulo típico de 500 kw, como referência. Exemplos da quantificação das emissões próprias e indiretas foram realizados, indicando-se, ainda, a influência das mesmas no preço final da geração a Diesel. Especificamente para o caso do HC, examinado neste estudo, as suas emissões indiretas alcançam valores significativos, isto é, cerca de 29% do total, com base em práticas internacionais quanto a inclusão do custo do dano. Tomando-se as expectativas de custo das emissões de CO 2 e levando em conta apenas às de caráter próprio, verifica-se que acréscimos superiores a 10% no preço tradicional da geração Diesel podem ocorrer servindo, portanto, como valor a ser balizado na escolha da alternativa de suprimento de eletricidade mais a adequada. Em conseqüência da Conferência de Kioto, é valido admitir, como prognóstico, que investimentos substanciais estarão a disposição, provenientes do abatimento das emissões que os países.industrializados terão que realizar nos países em desenvolvimento. Desta forma, é promissor constatar que os resultados encontrados revelam um potencial de oportunidades efetivo, para que alternativas de maior qualidade ambiental possam competir de modo mais atrativo, em sintonia com o desenvolvimento sustentável.

5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio da CAPES para a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS [1] VIEIRA FILHO, Xisto; SOBRINHO, Eurico Salgado e NASCIMENTO, Marcus Vinicius G. Strategies for New Renewable Energy Application in Brazil A Research Center View. VII Symposium of Specialists in Electric Operational and Expansion Planning, Curitiba, PR, Brazil; May, [2] MARQUES, J.C. S; SZKLO, A. S.; SCHAEFFER, R Cenários de Expansâo da Oferta de Energia Elétrica e Emissões de CO 2 no Brasil de1995 a VII Congrsso Brasileiro de Energia, Vol. I, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Novembro de [3] NASCIMENTO, Marcus Vinicius G.; SANTOS, M. P. et al. Mapeamento Regional para Avaliação de Alternativas Energéticas para Sistemas Isolados na Amazônia: - O Estado do Amapá VII Congrsso Brasileiro de Energia, Vol. III, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Novembro de [4] COSTA, Sergio Feitosa; SERRA, Eduardo Torres, NASCIMENTO, Marcus Vinicius G. Células Combustíveis com Etanol Minimamente Desidratado e Cogeração. Oportunidade Única no Brasil? XIV Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, Belém, PA, Brasil, [5] SERRA, Eduardo T. Células Cmbustíveis a Etanol para Geração Distribuída: Uma Análise Técnico-Econômica..4 o Encontro Luso Afro-Brasileiro de Planejamento e Exploração de Redes de Energia, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Junho de [6] PIRES, Silvia Helena M.; FARAH, Pedro M.K.; NUTTI, M. Regini et all. Incorporação da Dimensão Ambiental no Planejamento da Expansão de Sistemas de Energia Elétrica.. VII Symposium of Specialists in Electric Operational and Expansion Planning, Curitiba, PR, Brazil; May, [7] FEREIRA, André Luís; BAJAY, Sergio Valdir. A Internalização dos Custos Ambientais e Sociais da Geração de Energia Elétrica: Experiência Internacional e Perspectivas para o Brasil III Congresso Latino- Americano Geração- Transmissão de Energia Elétrica, Campos do Jordão, SP, Brasil, [8] PECORELLI PERES, L. A.; TORES, Germano, L.; NOGUEIRA; L A. Horta, Discussão e Estimativa das Emissões Indiretas Provocadas pelos Veículos a Gasolina na Bacia Aérea III da Região Metropolitana do Rio de Janeiro trabalho submetido a Comissão Técnica do XI Congresso Brasileiro de Meteorologia, previsto para ser realizado no Rio de Janeiro, RJ, Brasil em Outubro de [9] MURGEL. Eduardo M. Veículos Automotores O Proálcool e a Qualidade do Ar Rio de Janeiro: CNI, COASE, [10] RIBEIRO, Suzana. Kahn. O Álcool e o Aquecimento Global. Rio de Janeiro: CNI, COINFRA: COPERSUCAR, [11] DeLUCHI, Mark, WANG, Quanlu, SPERLING, Daniel. Electric Vehicles: Performance, Life Cycle Costs, Emissions and Recharging Requirements. Transpn. Res., Vol 23a, [12] IAEA. Expansion Planning for Electrical Generating Systemas A Guidebook Technical Reports Series No. 241, Venna, [13] PESSOA, Simão; ALNIS, Rosângela. Seqüestro de Carbono transcrito da Revista Amazônia Vinte Um e publicado na Revista CREA RJ, N o 29, Abril/Maio de 2000 [14] LORA, Electo Silva. Prevenção e Controle da Poluição na Indústria. Itajubá: Editado pela EFEI, [15] ANP. Anuário Estatístico da Indústria Brasileira do Petróleo 1990/1997, 1998.