As Mudanças Climáticas e a Questão Energética

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1 ARTIGO As Mudanças Climáticas e a Questão Energética Arnaldo Walter DE/FEM/Unicamp Universidade Estadual de Campinas Cidade Universitária Zeferino Vaz - Barão Geraldo Campinas - SP awalter@fem.unicamp.br Resumo As etapas da cadeia de suprimento energético i.e., a produção, a conversão, o transporte e o consumo dos vários insumos contribuem como parcela significativa das emissões de gases de efeito estufa 60% a 65%. Mesmo com os esforços voltados ao uso eficiente de energia e ao desenvolvimento das chamadas fontes renováveis de energia ainda modestos, mas contínuos, a tendência é que tal importância se mantenha. Reduções significativas das emissões de gases de efeito estufa associadas ao uso da energia, sem sacrifício da qualidade de vida da população mundial, irão requerer um grande esforço para a diversificação da matriz energética e a mudança de padrões de consumo. O desafio é fantástico, mas essa é tudo indica a única alternativa. Palavras Chaves: Qualidade de vida; Agência Internacional de Energia; Índice de Desenvolvimento Humano (IDH); Eficiência energética; Cenário Techplus. Introdução Estima-se que 60-65% das emissões de gases de efeito estufa GEE estejam associadas à produção, conversão e consumo de energia. Os cenários tendenciais de curto e médio prazo indicam que tal parcela deve continuar significativa, principalmente porque importante fração da população mundial ainda não tem acesso aos chamados serviços energéticos ou tem acesso a serviços energéticos de má qualidade. Em função do crescimento da população mundial e do desejado aumento da atividade econômica, com a correspondente distribuição de renda, as emissões de GEE associadas ao consumo de energia podem aumentar em ,5 vezes em relação ao verificado em Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

2 Portanto, para que as emissões de GEE sejam reduzidas e a concentração de GEE seja estabilizada em patamares razoáveis, é preciso que em anos o sistema energético mundial passe por um profundo processo de transformação, com diversificação da matriz energética e mudança de hábitos de consumo. Baseado em um estudo feito pela Agência Internacional de Energia, tendo como horizonte o ano 2050, alternativas de redução das emissões de GEE são analisadas neste artigo. Energia e as Emissões de GEE As emissões de gases de efeito estufa GEE em 2004 foram estimadas em 49 GtCO 2-eq (bilhões de toneladas de dióxido de carbono equivalente 1 ) (1). No mesmo ano, segundo a Agência Internacional de Energia AIE 2 (2), as emissões de dióxido de carbono associadas ao uso de fontes fósseis de energia (i.e., petróleo, carvão mineral, gás natural) representaram 26,6 GtCO 2, ou seja, pouco menos de 55% das emissões totais de GEE. Ainda em 2004, consideradas as emissões de todos os GEEs, estima-se que as emissões associadas ao uso da energia 3 tenham superado 30 GtCO 2-eq (1). Portanto, no presente o uso de energia representa pelo menos 60% das emissões totais de GEE. Enquanto no período as emissões totais de GEE cresceram 70% (de 28,7 para 49 GtCO 2-eq ), no mesmo período as emissões associadas ao suprimento de energia cresceram 145% individualmente, o maior crescimento, enquanto as emissões associadas aos transportes cresceram 120% - o segundo maior crescimento (1). Uma perspectiva da importância relativa do uso da energia do ponto de vista das emissões de GEE é dada pelo IPCC (1), que avalia que nos cenários não associados à mitigação de GEE as emissões de GEE poderiam crescer 25% a 90% entre 2000 e 2030, sendo que o crescimento das emissões associadas ao uso da energia poderia variar entre 40% e 110%. Portanto, do ponto de vista das emissões de GEE, é clara a importância do uso da energia, bem como é evidente que a mitigação das emissões associadas requer ações concretas, mas sem impor sacrifícios à qualidade de vida da população mundial, principalmente dos segmentos populacionais que ainda não têm acesso à energia. 1 Consideradas as emissões globais de CO 2, CH 4, N 2 O, HFCs, PFCs e SF 6 e os respectivos potenciais de aquecimento global enquanto fatores de ponderação. 2 Emissões calculadas pela AIE a partir de seus balanços energéticos e da metodologia divulgada pelo IPCC em IPCC é a sigla em inglês para Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas. 3 Fundamentalmente emissões de CO 2 e CH 4. Não estão computadas nessa categoria, por exemplo, as emissões associadas ao consumo de biomassa em associação ao desmatamento. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

3 O crescimento das emissões de dióxido de carbono associadas ao uso de energia pode ser analisado a partir de um procedimento de decomposição, conforme indicado pela equação (1). O crescimento das emissões pode ser explicado pelo crescimento populacional, pelo crescimento da renda per capita, pela evolução da intensidade energética (por exemplo, expressa em GJ/$ do PIB) e pela evolução da intensidade das emissões por unidade de energia (por exemplo, CO 2 /GJ). A intensidade energética será tanto menor quanto maior a eficiência de uso da energia e quanto menor a importância de setores energo-intensivos na atividade econômica. Por sua vez, a intensidade das emissões será tanto menor quanto menor a importância, nas matrizes energéticas, de insumos energéticos de alta intensidade de carbono 4 (ver Tabela 1) e maior o uso de fontes renováveis de energia. %(CO 2 /ano) = %(Pop/ano) x %(PIB/hab) x %(GJ/PIB) x %(CO 2 /GJ) (1) Entre 1973 e 2003 a taxa média de crescimento das emissões de dióxido de carbono foi estimada em 1,44% ao ano. O crescimento populacional (1,58% a.a.) e o crescimento da renda per capita (1,51% a.a.) induziram o crescimento das emissões, enquanto essa tendência foi parcialmente anulada pela redução da intensidade energética (-0,47% a.a.) 5 e pela redução da intensidade de carbono (-1,17% a.a.) 6. Como o crescimento da atividade econômica é desejável e o crescimento populacional, ao menos a médio prazo, é inevitável, reduções significativas das emissões de GEE associadas ao uso de energia irão requerer enorme esforço para que resultados muito mais significativos aos já obtidos sejam alcançados (i) no aumento da eficiência do uso de energia e (ii) na disseminação do uso de fontes renováveis. 4 Na equação 1 a intensidade de carbono é expressa, por exemplo, em tco 2 emitidas por GJ de energia consumida. Segundo (3), para cada combustível deve ser assumido um fator de oxidação do carbono (por exemplo, 0,99 para petróleo e derivados, e 0,995 para gás natural), o que permite a estimativa das emissões de CO 2 a partir do conhecimento dos fatores de emissão de carbono. Por sua vez, os fatores de emissão de carbono são função da composição do combustível (teores típicos de carbono na composição) e de seu poder calorífico (energia liberada no processo de combustão completa, quando reagentes e produtos estão no mesmo estado termodinâmico). 5 Quanto à intensidade energética, resultados significativos foram obtidos nos países desenvolvidos a partir das duas crises de preços do petróleo, em 1973 e entre 1979 e 1984, com aumento da eficiência no uso da energia e reorganização da atividade econômica. Em 2004 o consumo específico mundial foi de 13,4 GJ/1.000 US$ (2000), sendo à mesma época, por exemplo, apenas 4,6 GJ/1.000 US$ no Japão, 8,4 na UE-25 e 9,2 nos EUA, mas tão alto quanto 13,4 na América Latina, 36 na África e 39,4 GJ/1.000 US$ na China. No Brasil, em 2004, o indicador foi igual a 13 GJ/1.000 US$ (2). 6 Segundo a Agência Internacional de Energia (4), entre 1973 e 2003 houve significativo crescimento da participação do gás natural (16,2% para 21,2%) e da energia nuclear (0,9 para 6,5%) na matriz energética mundial e concomitante redução da participação do petróleo (45% para 34,4%). A participação do carvão mineral manteve-se praticamente inalterada (24,8% em 1973 e 24,4% em 2003). Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

4 Tabela 1. Fatores de emissão de carbono para algumas fontes fósseis e alguns combustíveis. Fontes fósseis Combustíveis Fatores (tc/tj) Carvão mineral (linhito) 27,6 Carvão mineral (antracito) 26,8 Petróleo cru 20,0 Gás natural (seco) 15,3 Biomassa¹ 29,9 Gasolina 18,9 Óleo diesel 20,2 GLP 17,2 Fonte: (3) Nota: ¹ caso a biomassa seja renovável, as emissões líquidas poderão ser nulas. Energia e Qualidade de Vida O suprimento mundial de energia em 2003 foi estimado em aproximadamente 440 EJ (4). Cerca de metade do consumo mundial de energia deve ser atribuído a apenas 1 bilhão de pessoas, que vivem nos países da OCDE 7. Por outro lado, um bilhão de pessoas mais pobre consome tão somente cerca de 4% da energia consumida no mundo. Por exemplo, estima-se que 2,4 bilhões de pessoas apenas consomem biomassa tradicional 8, utilizada na cocção e aquecimento. Por outro lado, estima-se que 1,6 bilhão de pessoas não tem acesso à eletricidade e que cerca de 2 bilhões de pessoas tenham acesso a serviços elétricos de péssima qualidade. Assim, em função do crescimento populacional e da desejada melhoria da qualidade de vida em países em desenvolvimento 9, a demanda de energia primária poderia dobrar até 2050, com evidentes impactos sobre as emissões de GEE. Energia é um importante indutor do desenvolvimento econômico e social. Embora o simples consumo de energia (por exemplo, eletricidade, derivados de petróleo) não implique em melhora das condições de vida das populações, há clara correlação entre o consumo de 7 Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico; fundamentalmente, os países-membro da OCDE são os países desenvolvidos. 8 Lenha e resíduos vegetais e animais, em sistemas de muito baixa eficiência. No caso da lenha, a produção está muitas vezes associada ao desmatamento. Por outro lado, o uso residencial de biomassa sólida em ambientes fechados (por exemplo, no caso da cocção) acarreta sérios problemas à saúde de mulheres e crianças, como problemas respiratórios e até cegueira (5). 9 Por exemplo, estima-se que até 2030 dois terços a três quartos do crescimento do consumo de energia ocorrerá em países em desenvolvimento (1). Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

5 energia e os indicadores de qualidade de vida como, por exemplo, o Índice de Desenvolvimento Humano IDH. Tendo por base informações apresentadas no Relatório de Desenvolvimento Humano de 2004 (6), apresenta-se na Figura 1 a associação entre o IDH (de 2002) de 177 países e o respectivo consumo de eletricidade per capita (em 2001). Na figura, os cinco países de alto IDH (> 0,9) que também apresentam consumo de eletricidade per capita muito alto e que de alguma forma fogem do padrão observado na figura são, da direita para esquerda: Noruega, Islândia, Canadá, Suécia e Finlândia. Em comum, além das condições climáticas (por exemplo, invernos rigorosos), esses países têm indústrias energo-intensivas e, particularmente, eletro-intensivas, em função da significativa capacidade de geração hidroelétrica. No caso dos países com IDH entre 0,8 e 0,9, os quatro países com alto consumo per capita de eletricidade na figura são, da direita para a esquerda: Catar, Kuwait, Emirados Árabes Unidos e Barein. Além de grandes produtores de petróleo, esses países têm baixa população, parque industrial energo-intensivo (por exemplo, refinarias e petroquímicas) e clima desértico. Fonte: (6) Figura 1. IDH (2002) em função do consumo de eletricidade per capita (2001) para 177 países. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

6 Já a Figura 2 apresenta a relação entre o IDH e o consumo específico de eletricidade em base monetária, expresso em kwh consumidos por US$ de PIB produzidos (em US$ de 2000) - ambos indicadores correspondem a valores de A clara correlação observada na Figura 1 não é verificada na Figura 2. É evidente que países com alto IDH (> 0,8) têm, em geral, consumo específico relativamente baixo, o que indica maior eficiência no uso da energia no caso em questão, energia elétrica e estrutura econômica menos dependente de segmentos industriais energo-intensivos. O consumo específico dos países de alto IDH é inferior ao de vários países com médio IDH (0,6 > IDH > 0,8), e inclusive inferior ao de alguns países com baixo IDH (< 0,6). Na figura, o consumo específico muito alto de alguns países chama a atenção. Na Figura 2 são identificados os seguintes países: 1. Tadjiquistão, 2. Quirguistão, 3. Uzbequistão, 4. Ucrânia, 5. Moldávia e 6. Zâmbia. Os cinco primeiros países faziam parte da antiga União Soviética e tinham ou ainda têm parque industrial energo-intensivo, com baixa eficiência de uso da energia. O consumo específico de Zâmbia em 2002 foi maior do que o de qualquer país com alto IDH, embora seu indicador de qualidade de vida seja muito baixo. Fonte: (6) Figura 2. IDH (2002) em função do consumo específico de eletricidade, expresso em kwh por US$ de PIB (de 2002, expresso em US$ de 2000). Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

7 Dos dados apresentados pode-se concluir que energia é fundamental para a melhoria da qualidade de vida, mas do ponto de vista econômico, altos consumos específicos não estão associados a alto IDH. Os países do norte da Europa, por exemplo, todos eles com alto IDH e alto consumo de eletricidade per capita têm, também, baixo consumo específico em base monetária. Portanto, é evidente que em vários países seria possível aumentar a atividade econômica, e muito possivelmente melhorar a qualidade de vida de suas populações, mantendo-se o nível de consumo total de energia. Alternativas para Redução das Emissões de GEE A pedido dos governantes das principais potências econômicas mundiais (o chamado G8), um estudo foi feito pela Agência Internacional de Energia (4) com o objetivo de identificar, para diferentes cenários, quais as ações prioritárias para a redução das emissões de GEE associadas ao consumo de energia. A premissa básica do estudo é que as necessidades futuras das pessoas, no que diz respeito aos serviços energéticos básicos 10, devem ser atendidas. As condições adicionais são que os custos das ações de mitigação devem ser razoáveis para toda a sociedade, além de que outros impactos ambientais devem ser igualmente minimizados. As tecnologias foram escolhidas em função dos custos de mitigação associados, ou seja, as tecnologias de menor custo foram sempre consideradas prioritárias. Segundo a AIE (4), nenhuma das tecnologias consideradas no estudo resultaria em custos adicionais quando forem totalmente comerciais superiores a 25 US$/tCO 2 evitado, mesmo nos países em desenvolvimento. Tal custo resultaria em elevação dos custos de geração de eletricidade a partir de carvão mineral equivalente a 20 US$/MWh (60 a 100% dos custos atuais) e em elevação do custo da gasolina em cerca de 0,07 US$/litro. O estudo da AIE define um cenário de referência para os anos 2030 e 2050 (Baseline), segundo o qual o consumo mundial de energia poderia superar 900 EJ em 2050, ou seja, mais do que duas vezes o consumo em Em função do aumento da participação de carvão mineral na matriz energética e do crescimento da demanda no setor de transportes, o estudo indica que as emissões de CO 2 poderiam aumentar quase 2,5 vezes em relação a O aumento ocorreria, sobretudo, em função da geração de eletricidade a partir do carvão mineral e do crescimento da demanda no setor transportes. Esse cenário de referência já pressupõe 10 Serviços energéticos correspondem aos benefícios que o uso da energia pode prover aos consumidores. No setor residencial exemplos são a iluminação, a cocção e a refrigeração de alimentos, a calefação, etc. No setor industrial, exemplos são a transformação e a conformação de insumos, a movimentação de materiais, etc. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

8 certo esforço para a redução do consumo de energia, uma vez que as taxas anuais de crescimento seriam menores em relação às verificadas no período Mais da metade (54%) do suprimento de energia em 2050 estaria associado aos países ora emergentes e em desenvolvimento, contra os 38% verificados em Na Tabela 2 são apresentados os consumos de energia previstos para 2050, segundo diferentes setores. Na tabela são apresentados os consumos estimados no cenário de referência para 2050, bem como para o chamado cenário TechPlus do estudo da AIE (4). Esse cenário corresponde ao em que seriam verificadas as maiores reduções no consumo de energia e, conseqüentemente, reduções das emissões de GEE. No cenário de referência são previstas significativas taxas de crescimento para o consumo de energia na geração de eletricidade e no setor de transportes, setores que contribuíram em 2003 com 40,5% e 20,9%, respectivamente, das emissões de CO 2 associadas ao uso de energia (ver Tabela 3). O maior crescimento no setor de transformação deve-se à hipótese de que haverá, no futuro, produção em larga escala de combustíveis (sobretudo líquidos) a partir de carvão mineral e biomassa. Na Tabela 3 são apresentadas as emissões de CO 2 associadas ao uso de energia, por setor da sociedade, para 2003 e para 2050, segundo dois cenários (Referência e TechPlus ). No cenário de referência, em 2050 as emissões associadas à geração de eletricidade e ao setor de transportes continuariam sendo as mais significativas, representando, respectivamente, 45,6% e 20,4% das emissões totais relacionadas ao uso de energia. Em função da importância de ambos os setores, é neles que deveriam ser definidas as prioridade para a redução das emissões de CO 2. Comparando os cenários Referência e TechPlus (ver Tabela 3), observa-se significativa redução das emissões sobretudo na geração de eletricidade, que poderiam em 2050 ser inclusive inferiores às emissões em Também da comparação entre os cenários para 2050 verifica-se substancial redução das emissões no setor de Transformações. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

9 Tabela 2. Consumo de energia (EJ) e taxas de crescimento do consumo no período , cenário de Referência para 2050 e cenário TechPlus. Setores Taxas¹ 2050 Variação² Referência TechPlus Geração de eletricidade³ 91,3 216,8 1,86 164,5-24,1 Transformação 4 42,0 115,6 2,18 124,6 7,8 Indústrias 97,4 173,2 1,23 139,8-19,3 Transportes 79,3 187,2 1,84 144,9-22,6 Edifícios 5 114,4 215,3 1,35 143,5-33,3 Total 424,4 908,1 1,63 717,3-21,0 Fonte: (4) Notas: ¹ Taxas médias anuais de crescimento em relação a ² Variação percentual em relação ao cenário de referência para ³ Geração de eletricidade e calor para fins de calefação. 4 Inclui refinarias de petróleo e unidades de produção de combustíveis líquidos a partir de biomassa e de carvão mineral. 5 Consumo de energia que ocorre no interior de edifícios, fundamentalmente nos setores residencial, comercial e público. Tabela 3. Emissões de CO 2 (GtCO 2 ) associadas ao consumo de energia, em 2003 e Setores Taxas¹ 2050 Variação² Geração de eletricidade 9,9 26,3 2,09 5,1-80,5 Transformação 1,7 7,6 3,22 2,1-72,7 Indústrias 4,5 6,5 0,79 3,5-46,2 Transportes 5,1 11,7 1,78 5,9-49,3 Edifícios 3,3 5,5 1,11 3,6-35,1 Total 24,5 57,6 1,83 20,2-65,0 Fonte: (4) Notas: ¹ Taxas médias anuais de crescimento em relação a ² Variação percentual em relação ao cenário de referência para Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

10 No cenário TechPlus, embora o consumo de energia seja quase 70% maior do que o verificado em 2003 (ver Tabela 2), as emissões de CO 2 associadas ao uso de energia seriam praticamente 18% menores (ver Tabela 3). As tecnologias e as alterações na matriz energética que permitiriam tal redução nas emissões de GEE, quando da comparação dos cenários Referência e TechPlus, são apresentadas na Tabela 4. Na seqüência do texto as principais contribuições são analisadas. Tabela 4. Reduções das emissões (GtCO 2 ) cenário TechPlus versus cenário Referência. Tecnologias/Ações Reduções das emissões Alteração no mix de combustíveis na geração de eletricidade 1,97 Aumento da eficiência na geração de eletricidade 0,26 Energia nuclear na geração de eletricidade 2,68 Hidroeletricidade na geração elétrica 0,46 Biomassa na geração de eletricidade 0,58 Outras renováveis na geração de eletricidade 2,68 Captura e armazenamento de carbono na geração elétrica 4,37 Captura e armazenamento de carbono na indústria 1,46 Captura e armazenamento de carbono na transformação 1,73 Alteração no mix de combustíveis na indústria e edifícios 2,75 Aumento do uso de biocombustíveis em transportes 2,31 Uso de hidrogênio e células a combustível em transportes 1,52 Aumento da eficiência no uso final de energia 14,66 Reduções totais 37,42 Fonte: (4) Em 2050 a redução de 37,42 GtCO 2 (10,2 GtC) nas emissões só seria possível com alterações significativas na matriz energética e com a introdução de novas tecnologias de conversão e uso de energia. Individualmente, a maior contribuição viria do aumento da eficiência no uso final da energia 11-39,2% -, e que ocorreria em todos os setores da economia. A contribuição do aumento da eficiência de geração elétrica seria relativamente 11 Corresponde ao consumo de energia no consumidor final, ou seja, nos setores residencial, industrial, transportes, etc. A fração do sistema energético que é a de uso final é justamente aquela na qual ocorre a transformação dos insumos energéticos em serviços energéticos. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

11 pequena 0,7%, uma vez que as centrais de potência modernas já apresentam altos níveis de eficiência de geração de eletricidade. No total, como mostrado na Figura 3, 39,9% das reduções de emissões de GEE, quando da comparação dos dois cenários para 2050, viriam de ações relacionadas ao aumento da eficiência de conversão e uso da energia. Tal contribuição é explicada pelo fato de que há significativas perdas na cadeia energética e, conseqüentemente, grande margem para melhorias. Com efeito, estima-se que a eficiência de conversão de energia primária em energia útil é de apenas 37%, ou seja, aproximadamente dois terços dos recursos energéticos utilizados são simplesmente perdidos (5). Figura 3. Contribuições das diferentes tecnologias para a redução das emissões de CO 2 em 2050 percentuais avaliados em relação à redução total de 37,42 GtCO 2. No sumário do relatório sobre opções de mitigação das emissões de GEE, divulgado pelo IPCC em Maio de 2007 (1), são destacadas ações de eficiência energética no suprimento de energia (por exemplo, aumento da eficiência no sistema de transmissão e de distribuição), nos transportes (por exemplo, aumento da eficiência dos veículos rodoviários e de aviões), em edificações (por exemplo, sistemas de iluminação mais eficientes, maior eficiência de eletrodomésticos, melhoria do isolamento térmico), nas indústrias (por exemplo, maior eficiência dos motores elétricos, recuperação de calor, geração combinada de calor e potência, reciclagem de materiais) e na agricultura. Em que pese tratar-se de um documento síntese, no qual detalhes não são apresentadas, essencialmente todas as ações citadas não representam Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

12 novidades tecnológicas. Portanto, é de se supor que não existam barreiras técnicas para que se busque maior eficiência no uso de energia desde já. Já o relatório da AIE (4) destaca que as indústrias de transformação (por exemplo, siderúrgicas e fábricas de cimento) nos países emergentes e em desenvolvimento têm, em geral, baixa eficiência, o que em parte se deve aos ainda baixos preços dos insumos energéticos. Também são destacadas as ações que resultam menor consumo de energia por substituição ou reaproveitamento de materiais (por exemplo, reciclagem), bem como o aumento da vida útil dos produtos. Ainda no relatório da AIE (4), no caso do setor de transportes, pouco mais de 60% da redução de emissões de GEE no cenário TechPlus viria do aumento da eficiência dos veículos e dos sistemas de transporte. No conjunto de tecnologias mencionadas são destacadas melhorias nos motores, nos sistemas de transmissão e de tração, redução do peso dos veículos, melhorias aerodinâmicas e redução do atrito de rolamento. Chama a atenção que a AIE parte do princípio de que o transporte individual, baseado em veículos automotivos, continuará a ser dominante por dezenas de anos, embora destaque no texto a necessidade de melhoria dos sistemas de transporte coletivos não baseados em veículos rodoviários. A segunda maior contribuição para a redução das emissões de GEE 20,2% das reduções totais (ver Figura 4) viria da captura e do armazenamento de dióxido de carbono. De acordo com o estudo da AIE (4) a maior parcela das reduções viria da adoção dessa tecnologia na geração de eletricidade, atividade na qual se supõe que o uso de carvão mineral continuará a ser importante por décadas 12. Essa opção tecnológica é genericamente descrita como captura e armazenamento de carbono 13, embora o que se proponha seja a captura e o armazenamento de dióxido de carbono. As alternativas seriam a separação do dióxido de carbono antes da combustão (por exemplo, separando-se o dióxido de carbono produzido na gaseificação de carvão mineral ou de biomassa), ou a separação após a combustão, com remoção do dióxido de carbono da mistura de gases de combustão. Economicamente, a alternativa só pode ser viabilizada em unidades estacionárias, em instalações de capacidade significativa. Por tal razão, o potencial apresentado na Tabela 4 diz respeito à adoção da tecnologia em termoelétricas, indústrias e 12 Em 2004 quase 40% da geração de energia elétrica ocorreu em termelétricas a carvão mineral ou seja, a maior contribuição entre todas as fontes de energia (2). As reservas mundiais de carvão mineral são maiores do que as de petróleo e de gás natural e melhor distribuídas geograficamente. 13 Da expressão Carbon (ou Carbon Dioxide) Capture and Storage CCS, em inglês. Para informações adicionais consultar, por exemplo, IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (7). Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

13 unidades de transformação, ou seja, nesse caso, em unidade de produção de combustíveis líquidos a partir de insumos energéticos fósseis. Tanto na geração de energia elétrica quanto na produção de combustíveis líquidos por via sintética, a tecnologia de referência é a gaseificação de combustíveis fósseis ou líquidos de alta viscosidade. Para a geração de energia elétrica, a tecnologia IGCC (Integrated Gasification to Combined Cycles) já é comercial, embora não economicamente viável 14. O gás proveniente da gaseificação de carvão mineral, por exemplo, é utilizado como combustível em turbinas a gás. A partir daí, tem-se um ciclo combinado convencional em que parte da geração de potência ocorre na turbina a gás e parte no ciclo a vapor, que opera a partir da recuperação da energia dos gases de exaustão da turbina a gás. Mesmo os sistemas IGCC atuais podem ter eficiência de geração elétrica tão alta quanto as centrais convencionais mais eficientes (rendimentos da ordem de 40-45%), com a vantagem de que as emissões de GEE poderiam ser minimizadas. O objetivo é separar o CO 2 produzido na gaseificação, que não tem finalidade útil na geração de potência, e destiná-lo ao armazenamento. Assim, as emissões de GEE do ciclo de combustível estariam próximas de zero (8) e eventualmente poderiam ser até negativas, no caso de gaseificação de biomassa. Outra vertente é a produção de combustíveis líquidos a partir do gás de síntese, gerado na gaseificação de carvão mineral (ou biomassa). Para tanto, o gás de síntese precisa ter uma relação adequada entre as concentrações de monóxido de carbono e de hidrogênio, e o dióxido de carbono não tem utilidade. Pode, portanto, ser separado e estocado. Obtido o gás de síntese, a produção de combustíveis líquidos pode ocorrer em um processo conhecido como Fischer-Tropsch (FT), que é uma reação química catalisada através da qual monóxido de carbono e hidrogênio são convertidos em hidrocarbonetos líquidos. Pelo processo FT é possível produzir lubrificantes e combustíveis sintéticos. O óleo diesel produzido, por exemplo, é de alta qualidade. O processo FT é comercial, sendo utilizado na produção de hidrocarbonetos de alto valor a partir de gás natural. A produção de combustíveis líquidos a partir de carvão mineral foi desenvolvida pela Alemanha, durante a Segunda Guerra Mundial, e aperfeiçoada pela África do Sul nos anos de embargo econômico. Embora comercial, a economicidade da produção de líquidos FT só será alcançada a médio-longo prazo, desde que vários desenvolvimentos ocorram simultaneamente. A economicidade da produção de combustíveis líquidos a partir da biomassa, a partir de sua 14 No mundo existem cerca de 20 unidades de potência baseadas na gaseificação de carvão mineral ou de resíduos de petróleo de alta viscosidade. Todas as unidades operam comercialmente, embora os custos da eletricidade gerada sejam mais altos do que os das instalações convencionais. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

14 gaseificação, requer a continuidade dos preços do petróleo em patamares elevados, a atribuição de benefícios econômicos associados à redução das emissões de GEE e o desenvolvimento das tecnologias ditas avançadas em todos os aspectos possíveis (por exemplo, aumento da eficiência, redução do investimento inicial, redução dos custos da biomassa, etc.). As alternativas de armazenamento do dióxido de carbono mais aceitas correspondem à opção geológica, com injeção do mesmo em minas desativadas, poços de petróleo (inclusive para aumentar a produção de petróleo) ou lençóis salinos. Outra alternativa é a injeção em oceanos, a grandes profundidades. Em ambos os casos seria preciso comprimir o CO 2 e transportá-lo para os locais de armazenamento. Não se conhecem os efeitos a longo prazo, ou seja, não se sabe por quanto tempo seria possível armazenar o CO 2 e se haveria, por exemplo, fragilização das rochas. Uma terceira alternativa, em estágio de desenvolvimento menos avançado, é o armazenamento químico, através, por exemplo, da produção de carbonatos de magnésio. Em função do consumo de energia na captura, transporte e armazenamento de CO 2, no presente, no caso da geração de eletricidade a partir de carvão mineral, o rendimento térmico das centrais cairia substancialmente (por exemplo, de 40% para 30%). Individualmente, todos os equipamentos do sistema já foram demonstrados, mas ainda é preciso a demonstração de uma unidade completa, em escala industrial. O custo das tecnologias CCS no presente é alto (pelo menos US$/tCO 2 ), mas poderia ser inferior a 25 US$/tCO 2 em A terceira melhor alternativa de redução das emissões de GEE é a alteração do mix de combustíveis, ou seja, a substituição dos combustíveis mais intensivos em carbono por outros com menor intensidade. Por exemplo, a substituição de carvão mineral por gás natural, sem levar-se em conta os possíveis ganhos de eficiência, possibilitaria a redução das emissões de CO 2 em aproximadamente 40-50%. Nos casos em que é possível maior eficiência de conversão, os ganhos seriam bem mais significativos. Na Figura 4, como ilustração, apresenta-se o padrão das emissões de CO 2 em função da capacidade de centrais termoelétricas a carvão mineral e a gás natural. Em função da menor intensidade de carbono do gás natural e da maior eficiência de geração elétrica a partir desse combustível as emissões de CO 2 seriam duas a três vezes menores por unidade de energia elétrica gerada. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

15 Fonte: (9) Figura 4. Emissões de CO 2 por MWh gerado termoelétricas a carvão mineral e a gás natural. O estudo da AIE indica que a contribuição das fontes renováveis de energia na geração de energia elétrica seria modesta para a redução das emissões de GEE 8,4%, inclusive considerada a contribuição de grandes hidroelétricas. Ocorre que, mesmo em um horizonte de anos, acredita-se que os custos não devam cair de forma significativa o que faria com que o potencial econômico da alternativa fosse relativamente pequeno em relação a outras alternativas, além de que o potencial de fontes renováveis para geração de eletricidade (eólica, solar e geotérmica) é relativamente pequeno e concentrado em algumas regiões do mundo. O mesmo resultado é observado no que diz respeito ao uso da biomassa, para a produção de combustíveis líquidos e de eletricidade. A produção de eletricidade em larga escala tem viabilidade econômica quando da utilização de resíduos de processos agrícolas ou de processos industriais (por exemplo, com o uso de bagaço de cana e licor negro), mas dificilmente é viável quando a biomassa é especificamente plantada para tal finalidade. Poucos países, como o Brasil, teriam condições de produzir biomassa a baixo custo (por exemplo, 1-1,5 US$/GJ), em função da disponibilidade de terra, das condições climáticas favoráveis e do domínio de tecnologias. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

16 A mesma análise cabe para os combustíveis líquidos produzidos a partir da biomassa. A produção de etanol a partir da cana-de-açúcar é economicamente viável nas condições em que a produção ocorre no Brasil, mas o mesmo não é verdade para a produção de etanol a partir de milho, nos EUA, e muito menos para a produção a partir de cereais na Europa. A expectativa a médio a longo prazo é que as tecnologias de produção de etanol (baseadas na hidrólise) e de diesel (baseadas na gaseificação) a partir de celulose alcancem o estágio comercial. De qualquer forma, a disponibilidade de terras e a pressão sobre a produção e os preços de alimentos devem limitar a contribuição dos biocombustíveis. No caso do etanol, avalia-se que a médio prazo os seus custos de produção a partir da cana-de-açúcar, da maneira como ocorre a produção no Brasil, continuarão a ser os mais baixos em todo o mundo, como é mostrado na Figura 5. Fonte: (10) Figura 5. Custos estimados de produção de etanol a partir de diferentes matérias-primas e tecnologias cenário Um último comentário deve ser feito a respeito da contribuição potencial da energia nuclear que, exclusivamente do ponto de vista das emissões de GEE, é uma alternativa limpa. No estudo da AIE (4), a parcela da geração nuclear no cenário Referência, em 2050, seria 6,7%, mas superaria 22% no cenário TechPlus. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

17 No relatório é feito o esclarecimento de que no presente a tecnologia nuclear de geração elétrica está em um estágio que é chamado Geração III, que foi desenvolvida nos anos 1990, e que inclui o conceito de segurança intrínseca. A tecnologia associada à Geração IV ainda está em desenvolvimento e é essa a tecnologia considerada pela AIE. No presente, as restrições à energia nuclear incluem (i) alto custo, (ii) resistência da sociedade, face à percepção de riscos devido a potenciais acidentes nucleares e à disposição de resíduos radioativos e (iii) potencial proliferação de armas nucleares. Acredita-se que a tecnologia de Geração IV possa reduzir ou até mesmo eliminar esses riscos. Considerações Finais O relatório da AIE, cujos resultados parciais foram apresentados ao longo deste texto, evidencia que a redução das emissões de GEE associadas ao uso de energia será um desafio fantástico. Apenas com um amplo conjunto de ações, que incluem a diversificação de fontes de energia, o desenvolvimento tecnológico e, sobretudo, um enorme esforço para o aumento da eficiência no uso da energia, seria possível estabilizar, ou mesmo reduzir, as emissões de GEE em relação ao verificado no início deste século. Embora com várias ressalvas, o estudo da AIE indica que a energia nuclear pode contribuir de forma significativa para a redução das emissões de GEE. Tal conclusão pode gerar certo desalento, em função das restrições que são feitas por muitos à energia nuclear. Por outro lado, a contribuição das fontes renováveis de energia tende a ser limitada em relação ao que acreditam alguns setores da sociedade, conclusão que também deve ser mal recebida por muitos. Nesse caso, a restrição fundamental é o alto custo, mesmo no futuro, e o baixo potencial em vários países. Entretanto, a contribuição potencial das fontes renováveis de energia é significativa, além do que o atual estágio tecnológico associado permite a proposição de ações concretas imediatamente. Do ponto de vista do desenvolvimento tecnológico, a alternativa mais distante é a geração elétrica nuclear, considerada a necessidade de consolidação de uma nova geração de reatores nucleares e de sistemas de controle e de segurança. Por outro lado, embora haja certo otimismo a respeito das tecnologias de captura e de armazenamento de carbono, nenhuma das alternativas aventadas está próxima de um estágio comercial. O desconhecimento das implicações a longo prazo é outra restrição importante. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

18 Em que pese o descrédito relativo ao futuro da geração elétrica nuclear e da captura e armazenamento de carbono, cabe refletir que sem essas duas alternativas será muito mais caro atingir a meta de estabilização das emissões de GEE. Ainda do ponto de vista tecnológico, mais próxima de ser realidade parece estar a opção de aumento da eficiência do uso final da energia. Nenhuma das tecnologias que são especificamente mencionadas nos vários estudos prospectivos é grande novidade, o que indica certa proximidade dessas do estágio comercial necessário. Entretanto, resultados positivos no aumento da eficiência do uso de energia dependem muito mais de mudanças comportamentais do que de desenvolvimentos tecnológicos específicos, e esse deve ser o real desafio. No caso do Brasil, que já tem mais de 40% de participação de fontes renováveis em sua matriz energética, sua efetiva contribuição para a redução das emissões de GEE está na redução e no futuro, na total eliminação do desmatamento. Por outro lado, o país tem grande potencial para, ao menos, manter a participação das fontes renováveis em sua matriz energética e tem condições, também, de produzir biocombustíveis (por exemplo, etanol, biomassa sólida por exemplo, a partir de resíduos e no futuro, eventualmente, biodiesel) para exportação. O Brasil não deve assumir papel de supridor internacional de biomassa, em larga escala, mas pode ter papel fundamental na consolidação dos mercados e do comércio internacional. A questão fundamental é, evidentemente, que a produção de biomassa precisa ser sustentável a longo prazo, consideradas as dimensões econômica, ambiental (em sentido amplo) e social. Esse é, claramente, o desafio a ser enfrentado e vencido. Por último, e ainda no caso do Brasil, é fundamental que a cultura do uso eficiente de energia seja disseminada no país. Esse é um processo lento, que só é concretizado quando há conscientização de toda a sociedade. Mesmo nos países que mais avançaram nesse sentido os resultados ainda são modestos e, sem dúvida, ainda há muito a ser feito no Brasil. Portanto, quanto antes começarmos, melhor. Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio

19 Referências (1) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change. Working Group III Contribution to the Intergovernmental Panel on Climate Change. Fourth Assessment Report Climate Change 2007: Mitigation of Climate Change. Summary for Policymakers. Bangkok, (2) IEA International Energy Agency. IEA Energy Statistics. Disponível em Acesso em Julho de (3) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change. Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories: Workbook. Vol. 2 (Workbook) e 3 (Reference Manual), IPCC-OCDE (4) IEA International Energy Agency. Energy Technology and Perspectives 2006 Scenarios & Strategies to Paris; Available at (5) WEA World Energy Assessment. Energy and the Challenge of Sustainability. United Nations Development Programme. New York, (6) PNUD Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento. Relatório do Desenvolvimento Humano 2004 Liberdade Cultural num Mundo Diversificado. Lisboa, (7) IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change. Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (8) Williams, RH. Cost-Competitive, Low GHG Emitting Synthetic Fuels via Coordinated Energy Production from Coal and Biomass with CO 2 Capture and Storage (CCS). UOP, Chicago, USA, (9) IEA International Energy Agency. Projected Costs of Generating Electricity Update. Paris, (10) Fulton, L. Recent biofuels assessments and two new scenarios. Paper presented at the IEA Seminar Assessing the Biofuels Option. Paris, Data de Recebimento: 08/01/2007 Data de Aprovação: 05/03/2007 Revista Multiciência Campinas Edição no. 8 Mudanças Climáticas Maio