MODELAGEM DAS EMISSÕES E CONCENTRAÇÕES ATMOSFÉRICAS DE PARTICULADO TOTAL, NOX E SO2 PARA NAVIOS NA BAÍA DE GUANABARA

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1 MODELAGEM DAS EMISSÕES E CONCENTRAÇÕES ATMOSFÉRICAS DE PARTICULADO TOTAL, NOX E SO2 PARA NAVIOS NA BAÍA DE GUANABARA Raquel L. M. de Paula. 1 2 (D), Heitor Evangelista 1,2, Rodrigo Fernandes 3 (M), Eduardo Sodre 2, Claudinei S. Guimarães 3 1 Programa de Pós Graduação em Geoquímica da UFF, Niterói. raquel_depaula@hotmail.com 2 - Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ, Rio de Janeiro. 3- Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, Rio de Janeiro. Resumo: Estudos recentes evidenciam que, aproximadamente 15% das emissões antropogênicas globais de Dióxido de Nitrogênio e 5 a 8% das emissões de Dióxido de Enxofre são oriundas do transporte marítimo, onde cerca de 70% dessas emissões ocorrem em até 400 km da costa (CORBETT et al., 2007). Neste contexto da importância das emissões atmosféricas dos navios, este trabalho teve como objetivo modelar as emissões e concentrações de NO x, SO 2 e Material particulado total para os navios fundeados na Baía de Guanabara considerando diversos cenários atmosféricos entre novembro de 2013 e dezembro de Valores limites de 288 µg m -3 para o NO x, 110 µg m -3 para o SO 2 foram encotrados para o inverno de 2014, e 271 µg m -3 para o PM 10 no verão de Palavras-chave: Emissão de navios, Poluição do ar, Baía de Guanabara. EMISSION MODELING AND ATMOSPHERIC CONCENTRATIONS OF TOTAL PARTICULATE, NOX AND SO2 FOR SHIPS IN GUANABARA BAY Abstract: This work was a model to calculate the emissions and concentrations of NOx, SO2 and PM10 for ships at Guanabara Bay considering different scenarios between November 2013 and December Values of 288 μg m -3 for NOx, 110 μg m -3 for SO2 were found for winter 2014, and 271 μg m-3 for PM10 in the summer of Keywords: Emission of ships, Air pollution, Guanabara Bay. Introdução Estudos recentes evidenciam que, aproximadamente 15% de todas as emissões antropogênicas globais de NOx, e de 5 a 8% das emissões de SO2 são oriundas do transporte marítimo, onde cerca de 70% dessas emissões ocorrem em até 400 km da costa (CORBETT et al., 2007). Este dado aponta para o significativo impacto dessas emissões principalmente nas zonas costeiras. Por esta razão, nos últimos anos a comunidade científica tem dado atenção especial ao transporte marítimo, onde se investiga os impactos das emissões de gases sobre a composição da atmosfera, qualidade do ar, manutenção dos ecossistemas e à saúde humana (EYRING et al., 2007). Os navios têm uma alta demanda de energia para realizar o uso contínuo dos motores de propulsão, dos motores auxiliares e das caldeiras para geração de eletricidade e calor (DER MEER, 2012), o que resulta na emissão de poluentes para a atmosfera enquadrando-se assim, entre os maiores poluidores do mundo por quantidade de combustível consumido (CORBETT E FISCHBECK, 1997). No contexto dos inventários de emissões de gases, ferramentas fundamentais para a gestão da qualidade do ar e como forçante de mudanças climáticas, as estimativas devem obrigatoriamente

2 incorporar todas as fontes possíveis visando o desenvolvimento de estratégias de controle, estratégias de mitigação, e uma série de outras aplicações (EPA U.S, 1995). Assim, os inventários atmosféricos para mapear as fontes marítimas são determinantes para a análise da qualidade do ar (EPA,1972), Corbett e Fischbeck (1997); Cooper, 2002; Der Meer. Para a Baía de Guanabara é prevista uma intensificação do tráfego marítimo devido a exploração de petróleo na Bacia de Campos e na Bacia de Santos, como também aos investimentos recentes em melhorias no Porto do Rio de Janeiro. Desta forma, torna-se importante uma análise da contribuição das emissões dos navios para a qualidade do ar na região metropolitana do Rio de Janeiro no entorno da Baía de Guanabara. Material e Métodos Este trabalho é dividido em 2 partes: (1) aborda as emissões dos gases SO2 e NOx, considerando-se apenas navios do tipo Supply Vessels (PSV s); (2) aborda as emissões de Particulado Total para todas as modalidades de navio. Inventário de navios e cálculo das emissões O Inventário de Emissões foi elaborado com base na relação das embarcações, suas posições, altura e diâmetro da chaminé, temperatura das emissões e taxa de emissão. O inventário dos navios fundeados na Baia de Guanabara e a obtenção de suas coordenadas foram obtidos pela plataforma Marine Traffic, onde informações sobre a arqueação bruta (gross tonnage), o comprimento e o tipo dos navios são disponibilizados. O modelo utilizado para o cálculo da emissão de gases foi o proposto por Der Meer (2012) e Van der Gon e Hulskotte (2010). O modelo proposto por Der Meer (2012) é baseado no protocolo holandês EMS (DER GON E HULSKOTTE, 2010) que fornece metodologias e fatores de emissão para o cálculo de emissões e é baseado no fator "Gross tonnage" (GT), que é a medida de capacidade de um navio. Neste modelo, as emissões são calculadas pelo proposto por Der Meer (2012): Eh V. F. T. Onde: Eh = Emissão; V = Volume do navio em GT; F = Consumo de combustível; T = Tempo de hotelaria; e o fator de emissão do gás em gramas por kg de combustível consumido. Os fatores de emissão foram considerados com base em Cooper (2002) (52 Kg/T de combustível consumido para o NOx; e para o SO2 baseado em Corbett e Fischbeck (1997) e Der Meer (2012) mediante uma relação empírica do percentual de enxofre no combustível, onde a emissão de SO2 por tonelada de combustível é função dos teores de enxofre no combustível (20 (S%)). Para o caso do material particulado, o fator de emissão foi baseado em Van der Gon; Hulskotte, 2010 Modelo de concentração atmosférica O modelo de concentração atmosférica depende fundamentalmente de 3 parâmetros: as emissões dos navios (como calculado acima), as condições meteorológicas e a geomorfologia regional. Utilizou-se um modelo gaussiano que incorpora a geomorfologia. O programa utilizado foi o AERMOD da empresa Lakes. Para os dados meteorológicos acessou-se a base de dados do Instituto Nacional de Meteorologia INMET e do Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos CPTEC, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE. Os dados topográficos foram adquiridos no site da U.S. Geological Survey USGS, pelo banco de dados da Shuttle Radar Topography Mission SRTM.

3 A etapa de simulação do modelo consistiu em calcular, através do software AERMET, dados meteorológicos relativos à camada limite, necessários para a simulação no AERMOD, utilizando-se como input os dados obtidos no CPTEC e no INMET. A última etapa consistiu em lançar como entrada de dados para o AERMOD o resultado do inventário de emissões, a meteorologia gerada pelo ARMET e dados topográficos pré-processados pelo AERMAP. Após se realizar as simulações de dispersão de poluentes emitidos pelos navios fundeados na Baía de Guanabara, foi acessado o website do INEA ( e analisado os resultados de monitoramento da qualidade do ar da Região Metropolitana do Rio de Janeiro (RMRJ) para os dias estudados para identificar o percentual no Índice de Qualidade do Ar (IQA) que é advindo dos navios fundeados na Baía de Guanabara. Resultados e Discussão O banco de dados para os navios utilizando o Marine Traffic correspondeu ao período 02/11/2013 a 27/12/2014. Os resultados de emissão dos poluentes foram comparados com os padrões primários estabelecidos pela CONAMA 03/90, onde não foram observadas violações. Para o verão, os resultados obtidos em 31/12/2013 para os gases NOx e SO2 apresentaram as maiores concentrações horárias com valores de 136 µg m -3 e 52 µg m -3, respectivamente. Para o Material Particulado, o cálculo foi realizado para o dia 01/01/2014, onde se atingiu um valor de 271 µg m -3. As maiores concentrações horárias de NOx e de SO2 foram encontradas no inverno, em 21 de julho de 2014, apresentando valores de 288 µg m -3 (figura 1) e 110 µg m -3 (Figura 2) respectivamente, onde se identificou um maior impacto nos municípios de Niterói e São Gonçalo. Para o PM10, a máxima concentração horária simulada no inverno foi em 20/07/2014, com 246 µg m -3, figura 3. Figura 1 Cenário de Máxima concentração horária de NO x em 21/07/2014.

4 Figura 2 - Máxima concentração horária de SO 2 em 21/07/2014; Figura 3 - Máxima concentração horária de Particulado Total em 20/07/2014 Uma comparação entre a média das concentrações monitoradas pelo INEA e os valores encontrados nesse estudo, observou-se que, de maneira geral, a média de NOx oriundos dos navios do tipo PSV contribuiu entre 0,41% em 17 de janeiro de 2014 e 16,20% em 28 de maio de 2014 para o IQA da RMRJ. A contribuição para o SO2 variou entre 1,09% em 17 de janeiro de 2014 e 61,05% em 28 de maio de 2014, enquanto para o Material Particulado, a contribuição das emissões marítimas para concentração total de PM10 chega a atingir 8,7% do total no dia 21/01/2014 e 3,8% no dia 30/06/2014. Conclusões As simulações apresentadas neste trabalho mostram que os poluentes NOx, SO2 e PM 10 emitidos pelos navios fundeados na Baía de Guanabara têm contribuição que merece atenção quanto ao seu impacto na deterioração da qualidade do ar do Rio de Janeiro. Como exemplo se pode citar os eventos encontrados durante a estação do inverno, em julho de 2014, quando as concentrações atmosféricas foram estimadas para um valor máximo de 288 µg m -3 para o de NOx, 110 µg m -3 para o SO2 e 246 µg m -3 para o PM10. De maneira geral, pode ser concluído que o transporte marítimo influencia na concentração de poluentes na RMRJ e inventários mais detalhados a respeito dessas emissões se fazem necessárias

5 Referências Bibliográficas CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente. Dispões sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Resolução n. 003, de 28 de junho de DOU: Diário Oficial da União, 22 de agosto de 1990 COOPER, D. Quantification of emissions from ships associated with ship movements between port in the European Community CORBETT,J.; FISCHBECK, P. Global Inventory of Emissions. Science 31 de outubro de DER GON, V.; HULSKOTTE, J. Methodologies for estimating shipping emissions in the Netherlands. A documentation of currently used emission factors and related activity data. Report no Bilthoven: Netherlands Environmental Assessment Agency, 2010 DER MEER, R. Marine air: shipping emissions in ports and their impact on local air quality: A case study on the ports of Delfzijl and Eemshaven. Holanda: Faculdade de Matemática e Ciência Naturais, Universidade de Groningen, Disponível em: < Acesso em: Jan Environmental Protection Agency - EPA. Emissions Factors & AP 42, Compilation of Air Pollutant Emission Factors. Disponível em: < Acesso em: 18 de abril de ª EYRING, V. CORBETT, J.; LEE, D. WINEBRAKE, J. Brief summary of the impact oh ship emissions on atmospheric composition, climate and human health. Document submitted to the Health and Envirnment sub-group of the International Maritime Organization, ICCT - INTERNATIONAL COUNCIL ON CLIMATE CHANGE. Air Pollution and Greenhouse Gas Emissions from Ocean-going Ships: Impacts, Mitigation Options and Opportunities for Managing Growth