COMPARAÇÃO DAS EMISSÕES DE GASES DO EFEITO ESTUFA ENTRE GÁS NATURAL E RESITÊNCIA ELÉTRICA PARA AQUECIMENTO RESIDENCIAL DE ÁGUA

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1 COMPARAÇÃO DAS EMISSÕES DE GASES DO EFEITO ESTUFA ENTRE GÁS NATURAL E RESITÊNCIA ELÉTRICA PARA AQUECIMENTO RESIDENCIAL DE ÁGUA Gabriel Cury Martins de Oliveira 1, Ricardo Abranches Felix Cardoso Junior 2 1 Engenheiro Ambiental, gabrielcury7@gmail.com, 2 Engenheiro Agrícola, M.Sc, ricofelixc@gmail.com Universidade Federal Fluminense Departamento de Engenharia Agrícola e do Meio Ambiente Rua Passo da Pátria, 146, bloco D sala 218, São Domingos Niterói/RJ (21) Resumo O uso de chuveiros elétricos se tornou um hábito para a maioria dos brasileiros, sendo responsável por uma grande parcela do consumo residencial de energia elétrica. Este artigo objetiva a avaliar as diferenças entre o uso de chuveiros elétricos e aquecedores a gás em termos de emissões de gases do efeito estufa, analisando ambos os cenários no Brasil: o de energia elétrica e o de gás natural. Portanto, será estimada a quantidade de energia necessária para aquecer a quantidade média de água utilizada por uma pessoa em um ano, para cada tipo de chuveiro, comparando-se os resultados e estimando-se as emissões para ambos os tipos de energia. Palavras Chave: Emissões de Gases de Efeito Estufa, Aquecimento de Água, Geração de Energia. Abstract CARBON EMISSION COMPARISON BETWEEN NATURAL GAS AND ELECTRIC RESISTENCE FOR WATER HEATING The use of electric showers has become a habit for most Brazilian people, being responsible for a great part in the house consumption of electric energy. This article aims to evaluate the difference between the use of electric showers or natural gas boilers in terms of energy use and greenhouse gases emissions, exposing both energy scenarios in Brazil: electric and natural gas. Therefore, it will be estimated the amount of energy necessary to heat the water average used by a person per year, for each type of shower, comparing the results and estimating the carbon emissions for both type of energies. Keywords: Green House Gases Emissions, Water Heating, Energy Generation. INTRODUÇÃO Geração de energia e emissões de gases do efeito estufa Mais da metade da matriz energética brasileira em 2011 (55,9%) era composta de fontes não-renováveis de energia, enquanto as fontes renováveis representaram 44,1%, sendo a hidráulica (14,7%), lenha e car vão vegetal (9,7%) e biomassa da cana (15,7%) as mais significativas. O petróleo e seus derivados corresponderam a 38,6% da produção primária de energia neste ano (EPE, 2012). Entretanto, em termos de energia elétrica (EE), pode-se dizer que o país tem uma matriz limpa, composta majoritariamente pela energia hidroelétrica, como mostrado na Figura 1.

2 Figura 1. Oferta interna de energia elétrica brasileira por fonte. Figure 1. Brazilian internal offer of electric energy by source. ¹ Inclui gás de coqueira ² Inclui importação ³ Inclui lenha, bagaço de cana, lixívia e outras recuperações FONTE: (adaptado de EPE, 2012). Estima-se que a participação das fontes renováveis de energia na matriz energética brasileira seja três vezes maior do que a média mundial (CNI, 2007). Isto leva a menores valores de emissões de carbono por unidade de energia produzida em comparação com o resto do mundo, uma vez que a maior contribuição da indústria de energia é a queima de combustíveis fósseis em termelétricas, e neste caso elas representam menos de 12% da produção de energia elétrica. O sistema de energia no Brasil é chamado SIN Sistema Interligado Nacional, e funciona com todas as usinas de geração pública interconectadas. Como o país cobre distintas regiões geológicas e climáticas, o regime de precipitação e escoamento varia entre as bacias, o que pode resultar na necessidade de transferência da energia gerada de uma bacia para a outra em tempos de seca, ou até mesmo de avaliar se as termelétricas devem ser acionadas ou não, através de modelagens hidrológicas e atmosféricas. O sistema inclui mais de mil usinas hidrelétricas que são responsáveis por uma capacidade instalada de 83 GW (ANEEL, 2012). As dez maiores plantas são responsáveis por quase 40% de toda geração de energia hidrelétrica. Em 2000 o governo lançou o Programa Prioritário de Termeletricidade, que deveria fomentar a construção de quase 50 (MEDEIROS, 2007) novas termelétricas movidas a gás natural (GN), para suprir a demanda de energia projetada para o crescimento econômico. Entretanto, no plano não estavam previstas as obras de infraestrutura para aumentar o fornecimento do gás natural para as usinas, o que resultou em desconfiança por parte dos investidores e, consequentemente, o plano falhou. A maioria das usinas construídas nesta época hoje em dia funciona somente em tempos de seca, ou quando ocorre um pico pontual de demanda. Panorama do gás natural O uso de gás natural em países em desenvolvimento ainda é pequeno, com uma média de 20% de participação nas matrizes energéticas deles (MEDEIROS, 2007). No entanto, devido a determinados fatores, como o baixo impacto ambiental quando comparado a outros combustíveis fósseis, seu processamento simples e alta eficiência, os investimentos em exploração e infraestrutura de fornecimento de gás natural têm aumentado nas últimas décadas. Em 2005, o gás natural representou somente 9% da produção na matriz energética brasileira. Quase metade desta quantia foi consumida pelas indústrias (47%), enquanto 22% não foram aprovei tados ou foram reinjetados nos poços de petróleo, 18% foram consumidos na geração de energia elétrica e 8% como combustível nos automóveis (EPE, 2006). A produção e o consumo de gás natural aumentam ano a ano no Brasil, assim como sua matriz energética. Porém, sua significância dentro da matriz permanece estável, desde 2001, em torno de 9% (EPE, 2011), como mostra a Figura 2.

3 Figura 2. Produção e consumo de GN durante a década de 2000, em 10³ tep e % do total da matriz energética. Figure 2. Production and consumption of NG along the decade 2000, in 10³ toe and % of the total energy matrix. Analisando-se os dados do gráfico, pode-se inferir que, apesar do constante crescimento da oferta e do consumo de gás natural no Brasil, a indústria como um todo mostra sinais de estagnação no quadro nacional. Como quase metade do gás natural é utilizado pela indústria, o aumento de seu uso como combustível está limitado ao alcance dos gasodutos, tornando-se um obstáculo para novas indústrias começarem a utilizá-lo, ou até mesmo para a inserção de determinadas indústrias em regiões sem abastecimento. A importância da indústria pode ser exemplificada pela queda na produção e consumo de gás natural em 2009 quando, devido aos efeitos da crise mundial na economia brasileira, a demanda industrial por gás natural caiu mais de 15% em relação ao ano anterior (EPE, 2010). Além disso, os reservatórios das hidrelétricas estavam em sua maioria cheios neste ano, o que levou a uma grande queda na demanda das hidrelétricas, maior que 54% (EPE, 2010). Por outro lado, a recuperação vista no ano de 2010 pode ser explicada pelo acréscimo de km à rede de gasodutos, mais de 17% do alcance total atual, de km (EPE, 2011). Também, o grande crescimento observado em 2008 foi devido ao baixo nível dos reservatórios das hidrelétricas ao final de 2007, juntamente com o pleno funcionamento do gasoduto Brasil Bolívia, o que levou à ativação de todas as termelétricas a gás natural no país, aumentando em 81,5% o consumo de gás natural para este fim. Todos os dados sobre a produção e o consumo de gás natural, e sua relação com a matriz energética está mostrada na Tabela 1. Tabela 1. Panorama do gás natural na matriz energética nos anos Table 1. Natural gas panorama in the decade Ano Produção de GN (10 6 tep) 13,9 15,4 15,7 16,9 17,6 17,6 18,0 21,4 21,0 22,8 Produção de GN (%*) 8,9 8,8 8,5 8,9 8,8 8,3 8,1 9,0 8,7 9,0 Consumo de GN 8,3 10,1 10,9 12,2 13,4 14,4 15,5 16,7 15,3 17,3 (10 6 tep) Consumo de GN (%*) 4,8 5,6 6,0 6,4 6,8 7,1 7,2 7,4 6,9 7,2 *Com relação ao total da matriz energética. FONTE: (adaptado de EPE, 2011).

4 Chuveiros elétricos e o consumo de energia no Brasil O chuveiro elétrico é uma invenção brasileira da década de A partir dos primeiros modelos, que usavam materiais menos eficientes e mais prejudiciais à saúde e ao meio ambiente, ele evoluiu para uma escolha segura e econômica para as residências sem aquecimento a gás, uma situação muito comum no país. Foi amplamente adotado a partir da década de 1960, com a popularização do plástico, que tornou a sua produção mais rápida e econômica, resultando em um produto acessível a todas as classes sociais. Além dos hábitos de higiene, o aquecimento de água também é usado para outros fins residenciais, comerciais e até industriais. Como nos chuveiros, a água pode ser aquecida diretamente pela queima de um combustível ou através de uma resistência elétrica. De acordo com Eletrobrás (2007), no ano de 2005, o chuveiro elétrico era usado em 73,5% das residências do país, enquanto somente 5,9% utilizavam gás, e 18,2% não tinham aquecimento de água. Isto tornou o chuveiro elétrico responsável por 99,6% do aquecimento doméstico de água no país. Além disso, a proporção média de chuveiros elétricos por unidade residencial foi de 0,89, alcançando valores maiores que 1,0 em três das cinco regiões do país. Como resultado, 24% do consumo residencial de energia elétrica em 2005 foi devido aos chuveiros elétricos. O consumo de energia elétrica do setor residencial em 2005 foi de 22,2% do total consumido naquele ano (EPE, 2006). Isto significa que o chuveiro elétrico sozinho foi responsável por mais de 5% de toda a energia elétrica consumida no Brasil naquele ano, ou aproximadamente 20 GWh. OBJETIVOS Este artigo tem como objetivo a avaliação do total de energia gasto por uma pessoa ao ano, para aquecimento de água com chuveiros elétricos, e as emissões de gases de efeito estufa resultantes, para comparação com as emissões da queima do gás natural para atingir o mesmo aquecimento. MÉTODOS Uso de energia O chuveiro elétrico não varia sua potência conforme a vontade do usuário, isto é, não se pode controlar a temperatura da água a uma vazão constante. Com maiores vazões obtém-se menores temperaturas, e viceversa. Portanto, para poder estimar a quantidade de energia, foram estabelecidos diferentes cenários. Primeiramente, a energia gasta pelo chuveiro elétrico foi calculada para um ano inteiro, com dois banhos de 10 minutos ao dia, multiplicando-se as potências pelo tempo total de uso. As potências escolhidas foram 3, 5, 7, 9, 11, 13 e 15 KW. Em seguida, foram estimados, para quatro diferentes modelos de aquecedores, o volume de gás natural necessário para fornecer esta mesma quantidade de energia, para cada potência discriminada acima, em termos de variação na temperatura da água. Os dados dos aquecedores estão exibidos na Tabela 2. Tabela 2. Dados dos equipamentos para uso do GN. Table 2. Equipment data for NG usage. Vazão (l/min) Potência (kcal/h) Consumo de GN (kg/h) 0,76 1,02 1,25 1,94 Densidade do GN (kg/m³) 0,66 0,66 0,66 0,66 Emissões de gases do efeito estufa As emissões para a geração de energia elétrica foram calculadas utilizando-se o fator dado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT, 2012) para a conversão da energia produzida em emissões de carbono, para o ano de 2011: 0,0292 tco 2 /MWh. As emissões relacionadas à queima do gás natural foram estimadas através da planilha fornecida pelo Programa Brasileiro GHG Protocol, que é baseada na metodologia do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), com adaptações para especificidades locais, para o ano de 2011.

5 RESULTADOS A Figura 3 contém um gráfico representando as emissões de carbono para cada diferente vazão em todas as potências escolhidas, a partir do aumento da temperatura. Pode-se observar que, para as mesmas potências, as emissões calculadas foram similares, sendo ligeiramente menores para as menores vazões, com diferenças relativas menores que 1%. Desta forma, elas serão representadas por suas médias. Figura 3. Emissões de CO 2 pelo gás natural. Figure 3. Carbon emissions of natural gas. A Tabela 3 contém as potências escolhidas, a energia consumida em cada uma delas, o volume de gás natural calculado e ambas as emissões, bem como a razão entre elas. Tabela 3. Emissões resultantes em kg de CO 2 equivalente. Table 3. Carbon emission results in tons of CO 2 equivalent. Potência (kw) Energia (10³ kcal) Emissões EE (kg CO 2 eq) 10,7 17,8 24,9 32,0 39,1 46,2 53,3 Emissões médias GN (kg CO 2 eq) 83,7 139,4 195,2 251,0 306,7 362,5 418,3 Volume médio de GN (m³) 40,4 67,4 94,3 121,3 148,3 175,2 202,2 Razão EE/GN 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 Os valores calculados para as emissões devido ao gás natural foram maiores que os da energia elétrica, fato explicado pela forte presença da hidroeletricidade na matriz energética brasileira, cujas emissões são menores considerando-se a média mundial do setor. CONCLUSÕES Como exibido na Tabela 3, a razão entre as emissões da energia elétrica e do gás natural são praticamente constantes, e relativamente pouco significativas. Além disso, ambas as energias estão entre as mais limpas, e devem ser vistas como boas opções para o futuro, quando os poços de petróleo não forem suficientes para atender à demanda mundial. A energia hidrelétrica deve ser mais explorada, porém devidamente. A construção de barragens muito grandes mostrou-se muito impactante ao meio ambiente, especialmente no Brasil, onde a maioria delas se situa na bacia Amazônica. Outrossim, há perdas de energia ao longo da geração, transformação e distribuição da energia, pois o sistema é integrado e a energia flui por mais de 100 mil quilômetros de linhas de transmissão (ELETROBRÁS, 2011). O alcance dos sistemas de gás hoje em dia no Brasil é limitado por sua infraestrutura, cuja extensão não inclui regiões onde já existe demanda: há menos de 10 mil quilômetros de gasodutos ao longo do país (ANP, 2011).

6 REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). BIG Banco de Informações de Geração. URL: < acessado em 19 de janeiro de BRASIL, AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS (ANP). Boletim do gás, n. 27, p. 23, março de URL: < acessado em 13 de novembro de BRASIL, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2006: Ano Base Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro BRASIL, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2010: Ano Base Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro BRASIL, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2011: Ano Base Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro BRASIL, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Balanço Energético Nacional 2012: Ano Base 2011 (Relatório Preliminar). Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro BRASIL, MINISTÉRIO DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA. Arquivos dos Fatores de Emissão. URL: < acessado em 13 de agosto de CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA (CNI). Matriz energética: cenários, oportunidades e desafios CNI. Brasília ELETROBRÁS. Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso Ano Base 2005 Classe residencial, pp Rio de Janeiro ELETROBRÁS. Transmissão. URL: < acessado em 13 de novembro de MEDEIROS, H. S. Inserção do gás natural na economia brasileira e seus efeitos nas emissões de CO f. Dissertação (Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos) Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. PROGRAMA BRASILEIRO GHG PROTOCOL. Ferramenta de cálculo v URL: < acessado em 13 de agosto de 2012.