Centro para a Ecologia Industrial

Transcrição

1 Workshop Desenvolvimento de Biocombustíveis mais Sustentáveis Investigação desenvolvida pela FCTUC em matéria de Biocombustíveis Centro para a Ecologia Industrial ADAI-LAETA Energy for Sustainability Initiative DEM-FCTUC Universidade de Coimbra Prof. Fausto Freire fausto.freire@dem.uc.pt 9h30 28-junho-2016 Sala do Conselho Unidade Central da Faculdade de Ciências e Tecnologia Universidade de Coimbra

2 Centro para a Ecologia Industrial o Grupo de investigação na área multidisciplinar da Ecologia Industrial, que faz parte da ADAI-LAETA. o Equipa multidisciplinar de docentes, investigadores (vários visitantes internacionais), doutorandos, mestrandos. A investigação é realizada em colaboração com outras instituições portuguesas e parceiros internacionais. o Envolvimento na Iniciativa Energia para a Sustentabilidade da Universidade de Coimbra e no Programa MIT-Portugal (PhD in Sustainable Energy Systems). o Desenvolve e implementa ferramentas para promover a sustentabilidade de produtos e sistemas na perspetiva de ciclo de vida. o Adota uma abordagem holística para promover a sustentabilidade dos sistemas e a I&D&I com a indústria, entidades públicas e outras organizações. 2

3 Equipa 3

4 Experiência em projetos técnicos e de investigação Eco-design e Gestão do Ciclo de Vida Avaliação da Sustentabilidade de Ciclo de Vida Avaliação Ambiental, Económica e Social de Ciclo de Vida Pegada de carbono, pegada da água e pegada ambiental ACV com modelos dinâmicas, fleet-based, diferenciação espacial e aspetos locais ACV e otimização multiobjectivo, análise muti-critério, modelos económicos, I-O Metabolismo urbano e Análise de Fluxos de Materiais 4

5 Serviços técnico-científicos Estudos de ACV e revisões críticas (ISO 14040/44) Elaboração de Declarações Ambientais de Produto (DAP), incluindo DAPHabitat Avaliação da Pegada de Carbono do Produto (PAS 2050, GHG Protocol, ISO 14067) Avaliação de critérios (directiva RED) de sustentabilidade de biocombustíveis Avaliação da sustentabilidade Desenvolvimento de ferramentas de eco-design. Optimização económica e Ambiental Formação e organização de encontros científicos July 8,

6 Principais áreas de aplicação Energia Transportes Edifícios e Arquitetura Sustentável Agroindústria e Florestas Gestão de Resíduos Renováveis: bioenergia, biocombustíveis, solar e outras Combustíveis fósseis. Sistemas de conversão Veículos e componentes automóveis: veículos elétricos, transporte ferroviário, análise de frotas Desenvolvimento urbano sustentável Arquitetura préfabricada Componentes de edifícios Frutas, vegetais e óleos vegetais Produtos de origem animal Dietas sustentáveis Biomateriais. Produtos de madeira Óleos alimentares usados e gordura animal Desmilitarização Digestão anaeróbia Eletricidade Mobilidade sustentável Envolvente e Isolamento térmico Construção e remodelação sustentável Valorização de resíduos Alteração de uso dos solos Gestão de resíduos de construção e demolição Embalagens 6

7 Projetos em curso/a iniciar SABIOS: Sustainability assessment of bioenergy systems: a life cycle multicriteria decision-support approach, including land use change SUSTAINFOR: Sustainability assessment of forest sector management strategies in the context of a bioeconomy UrbanWins: Urban metabolism accounts for building waste management innovative network strategies BIO2URBAN: Biodiesel blends for road vehicles in urban areas 2018 Avaliação de Ciclo de Vida e Ecodesign de Embalagens de Medicamentos 7

8 SABIOS Sustainfor Bio2URBAN SABIOS: Sustainability assessment of bioenergy systems: a life cycle multi-criteria decision-support approach, including land use change o Coordenador: Luis Arroja (CESAM-UA) Coordenador@ADAI-LAETA: Fausto Freire INESCC: Luís Dias Funding Entity: FCT o Objetivo: Estabelecer uma ferramenta para a Avaliação da Sustentabilidade de sistemas de bioenergia, capaz de informar os stakeholders e apoiar a gestão destes sistemas. o A metodologia proposta pretende contribuir para a inovação e avanço do estado da arte em três linhas correlacionadas: - A ACV contabilizará os efeitos indiretos da Alteração do Uso do Solo (AUS). - A análise de sistemas bioenergéticos alternativos será baseada no uso complementar da Análise de Decisão Multi-Critério (ADMC) e da ACV. - A análise de incerteza estará presente em todos os modelos que serão desenvolvidos, constituindo um aspeto importante já que existe incerteza considerável no que respeita ao tipo, escala e tempo dos efeitos indiretos da AUS. SUSTAINFOR: Sustainability assessment of forest sector management strategies in the context of a bioeconomy o Coordenador: Ana Dias (CESAM-UA) Coordenador@ADAI-LAETA: Fausto Freire Funding Entity: FCT o Objetivo: Avaliar os efeitos da transição para a bioeconomia nos setores florestais do eucalipto e do pinheiro bravo, para suportar a tomada de decisão no que respeita à escolha de soluções mais sustentáveis (ambiental, económico e social). o O projeto vai fornecer resposta às seguintes questões: - Quais são os impactes ambientais, económicos e sociais associados aos setores do eucalipto e do pinheiro bravo no seu todo, na atualidade, em PT? - De que forma esses impactes poderão ser diminuídos? - Quais são as possíveis estratégias de gestão destes setores no futuro? - Quais são os impactes ambientais, económicos e sociais associados aos cenários futuros? - Quais são os cenários mais sustentáveis que deverão ser adotados no futuro? BIO2URBAN: Biodiesel blends for road vehicles in urban areas o Coordenador: Carla Silva (IDMEC) & Fausto Freire (ADAI-LAETA) Funding Entity: LAETA o Objetivo: Avaliar o impacte da introdução de biodiesel no sistema de transporte rodoviário de passageiros em Portugal. Serão analisadas várias misturas biodiesel-diesel, tipologias de veículos (automóvel e autocarro) e tecnologias (internal combustion engine and hybrid), considerando diferentes condições de condução e com especial enfoque nos impactes locais. 8

9 Projetos concluídos Para empresas: Portuguese Association of Biofuel Producers APPB : LCA of GHG emissions for rapeseed-based biodiesel in Portugal : LCA of GHG emissions for soybean-based biodiesel in Portugal ROLLS-ROYCE Environment Advisory Board : Lifecycle GHG Analysis of Train Power Systems: Diesel, Hybrid and LNG CIE Plasfil Automotive Plastic components producer : EDIL - EcoDesign and Impact Labelling Com parceiros internacionais: : Capturing Uncertainty in Biofuels for Transportation, MIT, USA, : Economic and Env. Sustainability of Electric Vehicle Syst. MIT, USA : LC Environmental Sustainability Assessment of Bioenergy USP, Brazil : BIOACV Comparative LCA of Biodiesel from Soybean Oil and Animal Fat, Methylic and Ethylic Routes USP, Brazil : Environmentally Responsible Munitions, several EU countries 9

10 Projetos concluídos Projetos nacionais : BioHeavy - Extended well-to-wheels assessment of biodiesel for heavy transport vehicles : BioSustain - Sustainable mobility: Perspectives for the future of biofuel production-sustainable mobility: Perspectives for the future of biofuel production : Biofuel systems for transportation in Portugal: A "well-to-wheels" integrated multi-objective assessment : EMSURE - Energy and Mobility for Sustainable Regions : EcoDeep - Eco-efficiency and Eco-management in Agro-industry 10

11 Biocombustíveis: Avaliação da Sustentabilidade Biodiesel Óleos virgens colza, palma, soja, girassol Microalgas Óleos alimentares usados Gordura animal BioEtanol Trigo Beterraba sacarina Cana-de-açucar Métodos e abordagens o Well-to-Tank & Tank-to-Wheels o Alteração do uso dos solos (AUS) o Práticas agrícolas o Análise de incerteza (Monte Carlo) o Análise de decisão multicritério o Optimização multiobjetivo (económica, ambiental, técnicos) o Impactes sociais o Pegada da água o Multifunctionalidade e valorização resíduos 11

12 ACV de biocombustíveis: incerteza, variabilidade e aspetos críticos Parameter uncertainty Soil emissions (LU / LUC) Assessment of coproducts Reference system LCA approach (attributional/ consequential) Uncertainty/ variability in biofuel LCAs Functional unit Prior land use Capital goods System boundaries Temporal / geographical scale Malça, J., Freire, F. (2006). Renewability and life-cycle energy efficiency of bioethanol and bioetbe: assessing the implications of allocation. Energy 31 (15), Malça, J., Freire, F. (2010). Uncertainty Analysis in Biofuel Systems: An Application to the Life Cycle of Rapeseed Oil. Journal of Industrial Ecology 14 (2), Malça, J., Freire, F. (2011). "Life-cycle studies of biodiesel in Europe: A review addressing the variability of results and modeling issues". RSER 15 (1),

13 ACV das emissões de GEE da produção de Biodiesel (APPB) de colza cultivada em Portugal Redução das emissões de GEE do biodiesel de colza cultivada em Portugal (2014) sem AUS: valores médios para Portugal (alocação energética) Redução mínima de 50% a partir de 01/ % Redução mínima de 35% até 12/ % 38% Valor médio em Portugal (média das empresas da APPB) Valores típicos Valores por defeito Decreto-lei n.º 117/2010 de July 8, Castanheira, E., Freire, F. (2015). Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.

14 ACV das emissões de GEE da produção de Biodiesel (APPB) de colza cultivada em Portugal Emissões de GEE do biodiesel de colza em Portugal - Valores médios (g CO 2 eq/mj) Alocação energética Transporte Processamento (incluindo eletricidade excedentária) Cultivo Valor médio em Portugal (média das empresas da APPB) Valores típicos Valores por defeito Decreto-lei n.º 117/2010 de July 8, Castanheira, E., Freire, F. (2015). Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.

15 ACV de GEE da produção de Biodiesel: Comparação da origem da colza e cenários de AUS Emissões de GEE (g CO 2 eq/mj) Cenários de importação de colza e AUS Alocação energética Emissões de GEE (não inclui as emissões decorrentes da AUS) AUS 2: Conversão de prados melhorados 160 AUS 1: Conversão de prados degradados EB - Limite máximo, garante 35% de redução até 2016 EB - Limite máximo, garante 50% de redução até APPB (média) (S&T)2, 2010 Esteban et al., 2011 ADEME, 2010 Borzecka-Walker et al., 2013 Jungbluth et al., 2007 Valores típicos Valores por defeito Colza nacional Portugal Canadá Espanha França Polónia Alemanha Colza importada Colza nacional Colza importada Decreto-lei nº 117/2010 de July 8, Castanheira, E., Freire, F. (2015). Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.

16 ACV de Biodiesel de óleos al. usados incorporando incerteza para diferentes sistemas de recolha 16 Caldeira, C., Queirós, J., Noshadravan, A., Freire, F. Incorporating uncertainty in the Life Cycle Assessment of biodiesel from Waste Cooking Oil addressing different collection systems. Resources, Conservation and Recycling (in press) Caldeira, C., Queirós, J., Freire, F. (2015). Biodiesel from Waste Cooking Oils in Portugal: alternative collection systems. Waste&Biomass Valoriz 6 (5),

17 Microalgas - review dos estudos de ACV Objetivo: Identificar as principais causas para a variabilidade das emissões de GEE de ciclo de vida IEA, State of Technology Review Algae Bioenergy. IEA Bioenergy Algal Bioenergy Assessment Project (in preparation). 17

18 Multi-objective optimization as decision support tool Cost Climate Change (CC) WSI Eutrophication (EU) kg P eq /kg oil (*10-4 ) Acidification (AC) kg SO 2 eq /kg oil (*10-2 ) Human Toxicity (HT) CTUh / kg oil (*10-11 ) Ecotoxicity (ET) Objective minimized Euros/ton kg CO 2 eq /kg oil m 3 eq/kg oil Cost * 1.48 ** ** CC * WSI * ** 1.98 ** ** ** EU * AC * HT ** * 1.74 ET * CTUhe / kg oil o More than 3 objectives is difficult to visualize Cost Carla Caldeira Phd Thesis 18

19 LCA of electricity in Portugal LC model of electricity in Portugal addressing temporal variation yearly and hourly System boundary Fuel production Coal Fuel oil Natural gas Biomass Others Construction and dismantling of power plants + electricity generation Coal PP Fuel oil PP Natural Gas CC PP Natural Gas CHP PP Biomass PP Biomass CHP PP Others 90% 80% 70% Yearly electricity 60% 50% 40% 30% generation data Hourly electricity generation 3000 data MWh Construction of T&D infrastructure + operation Transmission 0 100% 20% 10% 0% Distribution Net imports Photovoltaic Wind Hydro ( ) Other thermal Natural gas GWh : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 Coal Fuel Oil Natural Gas Hydro reservoir Small-hydro Other thermal Wind Photovoltaic Pumping Demand Exports Fuel oil Coal Electricity demand ( ) 1 kwh of electricity Hydro PP Wind farms Photovoltaic Spanish electricity mix Imports Garcia, R., Marques, P., Freire, F. (2014). Life-cycle assessment of electricity in Portugal. App. Energy 134,

20 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec GHG emissions (g CO 2 eq kwh -1 ) Electricity GHG emissions Hourly variability by month in Portugal ( ) g CO 2 eq kwh -1 maximum mean 95th percentile 75th percentile 50th percentile 25th percentile 300 5th percentile annual mean g CO 2 eq kwh o High variability in GHG emissions between hours, months and years o Higher in the first semester (due to variability in hydro generation) Rita Pinheiro Garcia (2016). Dynamic Fleet-Based Life-Cycle Assessment: Addressing Environmental Consequences of the Introduction of Electric Vehicles in Portugal. PhD Thesis in Sustainable Energy Systems, University of Coimbra, Portugal.

21 Evolution of Consumption: Annual, month and hour variability ( ) Electrical Energy Consuption (MWh) (total by month and hour of day-grid) 21

22 Evolution of Total GHG Emissions: Annual, month and hour variability ( ) Total GHG Emissions (Ton CO 2 eq) (total by month and hour of day-grid) 22

23 Evolution of GHG Emissions per kwh: Annual, month and hour variability ( ) GHG Emissions (gco 2 eq/kwh) (total by month and hour of day-grid) 23

24 BioEcon Workshop BIOECONOMY IN AGRICULTURE Institute of Soil Science and Plant Cultivation, Pulawy, June 2016 Obrigada! Fausto Freire Prof. Fausto Freire Centro para a Ecologia Industrial, ADAI-LAETA Departamento de Engenharia Mecânica - Polo II Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Rua Luís Reis Santos Coimbra Portugal t: /39/32