Gestão de energia : 2010/2011

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1 Gestão de energia : 2010/2011 Aula # P6 Análise de Ciclo de Vida Prof. Miguel Águas miguel.aguas@ist.utl.pt Prof. Paulo Ferrão paulo.ferrao@mitportugal.org

2 PROBLEMA : Com vista a fundamentar a opção, com base em critérios ambientais, por uma de duas embalagens alternativas, para distribuição de água mineral, e, em particular, com base na sua contribuição para o efeito de estufa, pretende-se realizar uma avaliação do ciclo de vida das embalagens, para os seguintes cenários alternativos: Cenário A : Garrafa de 1 litro de vidro reutilizável Cenário B : Garrafa de 1 litro de vidro de tara perdida QUESTÕES: a) Indique, justificando cuidadosamente, qual a unidade funcional que selecciona para referência da avaliação do ciclo de vida. b) Calcule, para a unidade funcional escolhida, a contribuição da utilização das garrafas de vidro com reutilização, para o efeito de estufa, expressa em kg CO2 equivalente. Justifique as simplificações que efectue. c) Calcule, para a unidade funcional escolhida, a contribuição da utilização das garrafas de vidro de tara perdida, para o efeito de estufa, expressa em kg CO2 equivalentes. Justifique as simplificações que efectue. d) Conclua sobre a opção mais correcta, sob o ponto de vista do seu impacte no efeito de estufa, discutindo as principais incertezas ou aproximações nos cálculos efectuados. Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 2 of 53

3 DADOS: FABRICO DA EMBALAGEM: A embalagem é fabricada no mesmo local em que se produz e prepara a matéria prima, o vidro. As garrafas produzidas são transportadas para o embalador de água. Cada garrafa reutilizável pesa 530 gr. Cada garrafa de tara perdida pesa 490 gr. Fábrica: Vidreira Grande Localização: Marinha Grande Distância entre produtor das garrafas e embalador: 100 kms. Gestão de Energia ENCHIMENTO, DISTRIBUIÇÃO E CONSUMO: O Enchimento das garrafas é realizado numa fábrica engarrafadora, situada no local de extracção\captação da água. Neste local são efectuadas as operações de lavagem, enchimento, rotulagem, encapsulamento e agrupamento do produto embalado em grades de plástico reutilizáveis. Fábrica: Água da Serra da Lousã Localização: Coimbra Distância entre embalador e o consumidor das garrafas : 200 kms. DESTINO FINAL (1) Reutilização: Durante o circuito de reutilização existem diversas perdas, o que significa que só voltam ao embalador de água 50% do total das garrafas que circulam no mercado. As garrafas que não retornam ao fabricante são utilizadas para outros fins e portanto, não se considera o seu impacte ambiental. (2) Não-reutilização (garrafas de tara perdida): Para as garrafas de tara perdida, considera-se que o destino final é um aterro que se localiza a 30 kms do utilizador final. O transporte é sempre efectuado por camião diesel com capacidade de transporte de 28 ton. Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 3 of 53

4 Factores de conversão para o efeito de estufa (kg C02) Gestão de Energia Air 1,1,1 -trichlorkg 100 Air CFC (hard) kg 7100 Air CFC (soft) kg 1600 Air CFC-1 1 kg 3400 Air CFC-1 13 kg 4500 Air CFC-1 14 kg 7000 Air CFC-1 15 kg 7000 Air CFC-1 16 kg 6200 Air CFC-12 kg 7100 Air CFC-13 kg Air CFC-14 kg 4500 Air C02 kg 1 Air dichloromethakg 15 Air HALON-121kg 4900 Air HALON-1 30kg 4900 Air HCFC-1 23 kg 90 Air HCFC-1 24 kg 440 Air HCFC-1 41 bkg 580 Air HCFC-1 42bkg 1800 Air HCFC-22 kg 1600 Air HFC-125 kg 3400 Air HFC-134a kg 1200 Air HFC-143a kg 3800 Air H FC-1 52a kg 150 Air methane kg 11 Air N20 kg 270 Air tetrachlorome kg 1300 Air trichloromethakg 25 Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 4 of 53

5 PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE: Resources 1 TJ bauxite kg bentonite kg lead (in ore) kg chromium (in okg iron (in ore) kg marl kg copper (in orekg nickel (in ore)kg rock salt kg 66.9 water kg methane (kg) kg wood ton lignite ETH kg coal ETH kg natural gas ETm crude oil ETHton uranium (in orkg PRODUÇÃO DE ELECTRICIDADE: Emissions to air Al kg xylene kg dioxin (TEQ) mg SO2 kg silicates kg propane kg pentane kg dust (coarse) kg PAH's kg NOx kg non methane Vkg Ni kg ammonia kg Na kg N2O kg methanol kg Mg kg HF kg HCl kg H2S kg HALON-130kg TJ formaldehyde kg Fe kg ,2-dichloroet kg ethylbenzene kg ethanol kg Cu kg acetic acid kg ethane kg CO2 kg CO kg cobalt kg cyanides kg methane kg CFC-14 kg Ca kg butene kg CFC-116 kg butane kg Br kg benzene kg CxHy aromati kg Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 5 of 53

6 PRODUÇÃO DE VIDRO: 1000 kg Emissions to air PRODUÇÃO DE VIDRO: 1000 kg Resources natural gas (vom coal ETH kg 49.1 crude oil ETHkg 183 uranium (in org 4.83 dolomite kg 80.5 feldspar kg 35.5 limestone kg 110 quartz sand kg 253 rock salt kg 108 dust g 1300 benzene g 1.94 PAH's g CxHy aromati g 3.83 HALON-130g CxHy halogen g methane g 781 non methane Vg 1640 CO2 g CO g 787 ammonia g 38.2 HF g 15.8 N2O g 2.04 HCl g 67.9 SOx (as SO2) g 2690 NOx (as NO2g 2310 Pb g 44.6 Cd g Mn g Ni g 0.41 Hg g Zn g metals g 4.23 Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 6 of 53

7 TRANSPORTE POR CAMIÃO ( DIESEL DE 28 TON) : 1 tkm Resources Diesel B kg MJ, 44 MJ/kg TRANSPORTE POR CAMIÃO ( DIESEL DE 28 TON) : 1 tkm Emissions to air CO2 kg CO g 0.82 SO2 g 0.11 NOx g 2.7 N2O mg 3.4 n meth VOC g 0.5 methane g 0.09 benzene µg 43 benzo(a)pyr. µg 0.2 Pb µg 10 Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 7 of 53

8 LAVAGEM E ENCHIMENTO DE GARRAFAS: 1000 GARRAFAS DE 1L Resources glue kg 0.1 water kg not traced back 935 l for cooling and 12.5 l for rinsing LAVAGEM E ENCHIMENTO DE GARRAFAS: 1000 GARRAFAS DE 1L Electricity/heat Electricity kwh 31 Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 8 of 53

9 Resolução Objectivo: Avaliação de Ciclo de Vida a duas garrafas de vidro (A = reciclável e B=tara perdida), relativamente a emissões de gases de efeito de estufa. QUESTÃO A: Unidade funcional: 1 L água fornecido ao consumidor. QUESTÕES B E C: Cadeia de produção: Reuse 50% (A) Transport 30 km (B) Glass production Water Filling/etc. Final use Transport 100 km Transport 200 km Landfill Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 9 of 53

10 Resolução Categoria de Impacto Ambiental: Emissão de gases de efeito de estufa. Não há coprodução, por isso não há questões de afectação. Assim, por unidade funcional: E_T = \sum_i E_i E_i = e_i M_i e_i = \sum_j f_j m_ij E_T = Emissões totais de GHG (gco2-eq) E_i = Emissões de GHG do processo unitário i (gco2-eq) e_i = Emissões de GHG por actividade unitária (gco2-eq/*) M_j = Consumo de actividade unitária i (*) f_j = Emissões de GHG por emissões de j (gco2-eq/g) m_ij = Emissões de j por actividade unitária i (g/*) Cenário A: Consumos de actividade unitária M_vidro = 0.5 (%reuso) x 530 gvidro = 265 gvidro M_agua = 1 L M_transporte = 0.5 x (100 km x 0.53 x 10^(-3) ton km x ^(-3) ton x 200 km x ^(-3) ton) = ( ) = tkm Cenário B: Consumos de actividade unitária M_vidro = 490 gvidro M_agua = 1 L M_transporte = (100 km x ^(-3) ton km x ^(-3) ton + 30 km x ^(-3) ton) = ( ) = tkm Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 10 of 53

11 Resolução Emissões por actividade unitária: Para todos os tipos de actividade unitária, por análise de ordens de grandeza, vê-se que o tipo de emissão mais importante é sempre CO2. O tipo de emissão seguinte mais importante é metano, com um valor de emissões de CO2_eq ~ 1% das emissões de CO2 (factor emissão 10, abundância relativa ~ 0.001). e_vidro = gco2/gvidro e_agua = 31 kwh x kg/tj /1000 L = = 31 J h/s x 3600 s/h x 10^(-12) TJ/J x kg/tj x 10^3 g/kg = = gco2-eq/l e_transporte = 133 gco2/tkm Consumos totais: Cenário A: E_vidro = x 265 = gco2-eq E_agua = gco2_eq E_transporte = x 133 = gco2-eq E_A = gco2-eq Cenário B: E_vidro = x 490 = gco2-eq E_agua = gco2_eq E_transporte = x 133 = 48 gco2-eq E_B = 431 gco2-eq QUESTÃO D: Opção mais correcta é A, emissões ~ 60 % das emissões de B. Incertezas: não contabilização todos os tipos de emissões; Valores de tabela (f_j, m_ij) podem diferir dos valores reais; Incertezas das actividades humanas (transporte/taxa reutilização) superior às tecnológicas (produção de vidro). Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 11 of 53

12 Resolução Factores de conversão para gco2-eq: Electricidade: 10^12 TJ equiv kgco gmetano* 11 gco2-eq/gmetano = tonco2-eq 10^6 J = 1 MJ eq = gco2-eq Vidro: 1000 g vidro equiv 748 gco gmetano * 11 gco2-eq/gmetano = 756 gco2-eq Água: 1 L equiv 31 Wh =31*3600 J = MJ equiv gco2-eq Transporte: 1 tkm equiv 133 gco2 Emissões de CO2-eq no cenário A: gco2-eq Vidro = 0.5 (%reuso) x 530 gvidro x gco2-eq/gvidro = gco2-eq Água = gco2-eq Transporte = (100 km x ^(-3) ton km x ^(-3) ton x 200 km x ^(-3) ton) x 133 gco2/tkm = ( ) x 133 = x 133 = gco2 Emissões de CO2-eq no cenário B: gco2-eq Vidro = 490 gvidro x gco2-eq/gvidro = gco2-eq Água = gco2-eq Transporte = (100 km x ^(-3) ton km x ^(-3) ton + 30 km x ^(-3) ton) x 133 gco2/tkm = ( ) x 133 = x 133 = gco2 O cenário A apresente 60% menos emissões que o cenário B. Aula # P6: Análise de Ciclo de Vida Slide 12 of 53