UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DISCIPLINA: ENG E76 ECOLOGIA INDUSTRIAL PROFESSOR: PhD ASHER KIPERSTOK ECOLOGIA INDUSTRIAL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA DISCIPLINA: ENG E76 ECOLOGIA INDUSTRIAL PROFESSOR: PhD ASHER KIPERSTOK ECOLOGIA INDUSTRIAL APLICAÇÃO DO PROGRAMA SIMAPRO NA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DO GERADOR A DIESEL (Estudo de Caso) Ana Cláudia Silva Bruno Vianna Enock Andrade Salvador, 2014

2 2 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO OBJETIVOS JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA METODOLOGIA ESTUDO DE CASO...9 a) Definição dos objetivos e do escopo...9 b) Objetivo da Análise...9 c) Unidade funcional d) Fronteiras do Sistema e) Base de dados f) Inventário do Ciclo de Vida (ICV) RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 18

3 3 1. INTRODUÇÃO A capacidade de produção e refino do petróleo brasileiro cresceu de forma significativa ao longo das décadas passadas, a ponto de hoje quase garantir a autossuficiência do país. Citam-se tanto os grupos de geração de energia elétrica para serviço público quanto os de energia elétrica de emergência, instalados na indústria, hotéis e hospitais. A potência unitária dos geradores Diesel, se comparada a das grandes usinas termelétricas ou hidráulicas, tipicamente não é grande. Deve-se, entretanto ponderar que o número de unidades instaladas é expressivo e que, em conjunto, respondem por uma fração significativa da potência total das usinas térmicas instaladas no país. Apenas as usinas de diesel hoje autorizadas a fornecer energia elétrica à rede respondem por cerca de 25% da potência total do parque termelétrico brasileiro. Normalmente este potencial fica ocioso devido ao custo do óleo diesel - seu consumo na geração contínua de energia elétrica não compete economicamente com outros energéticos. Partindo do principio da Ecologia Industrial, que os sistemas industriais sejam reestruturados em direção à sustentabilidade ambiental, prevenindo a poluição e reduzindo o consumo de matérias-primas, água e energia. Este trabalho abrange o consumo de energia elétrica e possíveis comparações com outras fontes de energias mais limpas. Com a evolução das tecnologias, o meio ambiente sofre com as modificações que são feitas em decorrência dessas tecnologias, devido à extração dos recursos naturais, degradação do solo com a construção das usinas e emissão de gases poluentes ao ecossistema, entre outros. Segundo Udaeta et al., (2004), o óleo diesel vem sendo utilizado como principal combustível para a geração de eletricidade é o óleo diesel, subsidiado pelo governo, sendo aproximadamente 15% da quantidade consumida nacionalmente importada. O gás natural, petróleo e derivados representaram 80% do crescimento da oferta interna de energia em (BEN, 2014) Cada vez mais tem aumentando o consumo de energia elétrica no Brasil. Em 2013, de 3,6%, com destaque para os setores residencial e comercial, especialmente das usinas movidas a carvão mineral (+75,7%), gás natural (+47,6%), bagaço de cana (+19,2%), cujas participações na matriz elétrica, comparando com 2012, cresceram de 1,6 para 2,6%, de 7,9 para 11,3%, e de 4,2 para 4,9%, respectivamente. (BEN, 2014) Atualmente com a proteção do meio ambiente e o estudo dos possíveis impactos relacionados aos produtos existentes no mercado, aumentou o interesse pelo desenvolvimento de métodos destinados à melhor compreender e remediar estes impactos. Uma destas técnicas disponível e em desenvolvimento é a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Como complementação, pode-se dizer que a ACV quantifica os efeitos potenciais de um produto sobre o meio ambiente. Sua abordagem consiste simultaneamente na quantificação dos fluxos de materiais e energias ligadas às operações ou atividades

4 realizadas e na tradução destes dados em um número reduzido de indicadores, medindo seus impactos sobre o meio ambiente. 4

5 5 2. OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivo geral fazer uma analise preliminar e mostrar a importância do estudo da avaliação dos potenciais impactos ambientais do fornecimento de energia elétrica de uma Instituição de Ensino Superior IES, utilizando a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). E os objetivos específicos são: Avaliar os aspectos ambientais e potenciais impactos associados à geração de energia elétrica, para a operação da IES, aplicando a ACV. Comparar o desempenho ambiental da Energia Elétrica Gerada à Diesel com as seguintes alternativas: Matriz Energética Brasileira; Cogeração com Bagaço de Cana; Energia Fotovoltaica e Energia Nuclear.

6 6 3. JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA O emprego de geradores a diesel se justifica apenas em situações especiais, como no caso das eventuais interrupções de fornecimento da rede, horários onde a demanda por potência é grande e em localidades distantes da rede elétrica; (PEREIRA et al., 2005), pois acarreta poluição ambiental, degrada o solo e debilita a saúde, nas emissões de gases à atmosfera tais como: CO2, CO, NOX, SOX. Esses gases provocam ao ser humano irritação e constricção das vias respiratórias, diminuem a resistência orgânica, tosse, sensação de falta de ar, respiração ofegante, rinofaringites, bronquite crônica e enfisema pulmonar. Os geradores emitem os mesmos poluentes dos motores de veículos a diesel, que são os causadores do maior impacto na qualidade do ar, como óxido de nitrogênio, óxido de enxofre, dióxido de carbono, monóxido de carbono e material particulado. Os totais das emissões próprias e indiretas de cada substância poluente são vistos como os impactos na qualidade do ar causados pela geração Diesel, cujas quantificações monetárias permitem que sejam incorporadas aos custos de capital, operação e manutenção do projeto ao longo da sua vida econômica. (ARTUR et al.2014 apud RIBEIRO, Suzana. Kahn. O Álcool e o Aquecimento Global. Rio de Janeiro: CNI, COINFRA: COPERSUCAR, 1997) A realidade brasileira de fonte de energia elétrica segundo o BEN2014: Tabela 1 - Geração elétrica (GWh). Fonte: BEN 2014 O consumo de óleo diesel como fonte de energia no Brasil ainda é muito forte, em 2013 o BEN2014 publicou em seu relatório que o consumo final de energia pelo óleo diesel é o maior com 18,8%, ultrapassando a eletricidade com 17,1% e o bagaço de cana com 11,3%.

7 7 Figura 1 - Consumo final de energia por fonte. Fonte: BEN 2014

8 8 4. METODOLOGIA A ACV é uma ferramenta que permite avaliar o potencial impacto ambiental associado a um produto ou atividade durante seu ciclo de vida. Com isto, é possível avaliar a implementação de melhorias ou alternativas para produtos, processos ou serviços. Visando facilitar sua aplicação, diversos softwares têm sido desenvolvidos. No âmbito desse projeto utilizou-se o programa SimaPro versão 7.0, foram quantificados o desempenho ambiental das fontes de energia apresentadas. O método escolhido foi o CML baseline 2000 versão CML: metodologia mais utilizada nas abordagens clássicas, as quais compilam os resultados em categorias de pontos médios (midpoint), que analisa os impactos.

9 9 5. ESTUDO DE CASO O empreendimento estudado é uma IES Instituição de Ensino Superior, localizada em Salvador, no bairro das Mercês, com cerca de discentes. E apresenta um quadro com 120 funcionários. A edificação é composta por dois blocos: Bloco I: é edificação principal da IES, possui a estrutura em concreto armado, tem dois pavimentos e 25 salas/pavimento. Bloco II: é o prédio anexo, é uma construção modular, dois pavimentos e 15 salas. A partir do Relatório de Produção Mais Limpa dessa IES, obtiveram-se os dados quantitativos do consumo de energia elétrica. Foi avaliado o consumo de diesel destinado à geração estacionaria de energia elétrica. No período de foi adquirido L de diesel. Considerando: a geração com fator de potencia igual a 0,85 e um motor de 500 kva. Dada à função das usinas de energia, que é a de gerar eletricidade, a unidade funcional comumente adotada nos estudos de ACV é a quantidade de energia elétrica gerada, expressa em kwh. Figura 2 - Geradores à diesel a) Definição dos objetivos e do escopo Nesta primeira fase de uma Avaliação de Ciclo de Vida, determinam-se principalmente os objetivos do estudo, a limitação das fronteiras do sistema estudado e a base de dados utilizada, conforme a norma (ISO 14040, 2006). Além disso, o objetivo e o escopo devem ser claramente definidos e compatíveis com a aplicação (ISO 14044, 2009). b) Objetivo da Análise Avaliar os aspectos ambientais e potenciais impactos associados à geração de energia elétrica por meio de gerador a diesel para a operação de uma IES.

10 10 c) Unidade funcional kwh d) Fronteiras do Sistema As fronteiras devem especificar sobre quais etapas do ciclo de vida será realizada a análise Dessa forma, a fronteira estabelecida para o sistema em estudo foi inicialmente considerando apenas a energia gerada utilizando da base de dados do software, sendo assim, delimitada a partir da extração de matérias-primas e passando pela fabricação sem levar em consideração a distribuição. O detalhamento das fronteiras poderá ser observado a seguir. Apesar do significativo período de tempo e dos impactos devidos, principalmente, à distribuição de energia. Dessa forma, optou-se mais uma vez pela simplificação da análise ao invés da adoção de hipóteses para a estimativa dos impactos sobre o meio ambiente nessa etapa. Focando apenas o valor de energia gerada. Figura 3 - Fronteiras do Sistema e) Base de dados Toda a base de dados do SimaPro. f) Inventário do Ciclo de Vida (ICV) A segunda fase de uma avaliação de ciclo de vida é a fase do inventário do ciclo de vida (ICV), na qual ocorre a identificação dos fluxos não elementares e a quantificação dos fluxos elementares. Etapa de levantamento de dados, promovendo um catálogo quantitativo das entradas (energia e matérias primas) e saídas (emissões no ambiente) para um

11 11 específico produto, processo ou atividade. Foi avaliado o consumo de diesel destinado à geração estacionaria de energia elétrica. É válido ressaltar que o volume médio de diesel consumido pela IES durante o período de 1 ano. O volume total foi inserido no sistema, pode ser verificado na tabela abaixo: Quantitativo: Energia diesel (Volume / consumo gerador) x potencia aparente x fator de potência = Energia (37 64 L / 91 L/h) x 500 kva x 0,8 = ,50 Wh (semestre) Energia Total Gerada (consumida): ,00 kwh (anual) Quantidade Diesel em kg: ,80 kg Tabela 2 - Quantitativo da geração estacionaria Fluxo de entrada Quant Und Fluxo de Saída Quant Und Diesel L Energia Elétrica ,967 KWh

12 12 6. RESULTADOS Foram modelados, com os fluxos de entradas e saídas dos processos representados graficamente. É importante ressaltar que as entradas e saídas foram baseadas nas bases de dados utilizadas neste trabalho, dessa forma, todos os componentes citados foram considerados nos cálculos dos resultados finais. As perdas genéricas sem quantificação estimada e menção nas bases de dados não foram levadas em conta. Figura 4 - Fluxo de entradas e saídas. Para conhecimento das modalidades de avaliação de impactos e consequente compreensão dos resultados obtidos, as mesmas serão brevemente definidas a seguir: a) Caracterização: Tradução do fluxo (entrada e saída) em impactos. b) Normalização: Divisão do valor de um fluxo ou de um impacto pelo valor deste mêsmo fator em escala territorial, como por exemplo, de um país, de um continente ou do mundo. A partir da simulação e entrada de dados no SimaPro, obtivemos a análise do gráfico abaixo, considerando a normalização. Pode-se observar, na Figura 5, o primeiro resultado analisado pelo método CML 2000 baseline o qual compila os resultados apenas em categorias de pontos médios, ou seja, descreve um problema ambiental. Como resultado, obteve-se como principais agentes dos impactos o ciclo de vida de geração de energia elétrica a diesel. Aparentemente é mais impactante para human toxicity, fresh water aquatic ecotoxicity., marine aquatic ecotoxicity, global warming e abiotic depletion.

13 Figura 5 - Impactos ambientais associados ao ciclo considerado, método CML (normalização) 13 Se considerarmos a mesma energia consumida pela IES no período de 12 meses, foram consumidos ,967 kwh / ano, e se simulássemos no SimaPro, teríamos: O nível de impacto para a geração a diesel foi muito maior para as categorias: Fresh water aquatic ecotixicity e Marine aquatic ecotoxicit, quando comparado as alternativas apresentadas, conforme Figura 6. Figura 6 - Impactos ambientais comparando as fontes de energia consideradas, método CML (caracterização)

14 14 Para melhor entendimento dos impactos nas demais categorias, a Figura 7, mostra as mesmas informações da Figura 6 excluindo os dois maiores itens. Onde se pode observar que a geração a diesel foi mais representativa em seis das oito categorias apresentadas. Figura 7 - Impactos ambientais comparando as fontes de energia consideradas, método CML 2000, excluindo as duas categorias com maiores valores. (caracterização) A Tabela 3 traz os valores algébricos apresentados das figuras 6 e 7, onde se observa que os valores para a geração a diesel, quando superior as alternativas, foi de no mínimo uma ordem de grandeza.

15 15 Tabela 3 - Impactos ambientais associados ao ciclo considerado, método CML Diesel Matriz Brazil Cogeração Bagaço Cana Nuclear US Fotovoltaica US Abiotic depletion 1,43E-08 1,07E-15 1,50E-10 1,82E-10 6,94E-10 Acidificaton 2,91E-09 1,92E-16 2,31E-10 9,14E-11 2,31E-10 Eutrophication 6,75E-10 1,53E-16 1,97E-10 6,46E-11 3,60E-10 Global warming 8,50E-09 1,42E-15 1,27E-10 9,57E-11 3,52E-10 Ozone layer depletion 1,09E-14 2,06E-18 6,54E-13 1,79E-11 2,56E-12 Human toxicity 5,70E-09 2,30E-16 1,00E-09 7,83E-10 5,96E-10 Fresh water aquatic ecotoxicity 5,11E-08 1,78E-15 2,44E-09 4,38E-09 5,44E-09 Marine aquatic ecotoxicity 5,15E-07 1,07E-14 2,16E-09 2,22E-08 3,27E-08 Terrestrial ecotoxicity 8,50E-10 1,69E-15 8,01E-09 6,16E-10 4,27E-10 Photochemical oxidation 7,03E-10 1,33E-16 1,72E-09 1,23E-11 4,50E-11 Os valores encontrados, na Figura 9, estão representados de forma relativa no total de impactos. Onde observa-se que a geração a diesel responsável por mais de 70% dos danos ambientais em seis das dez categorias apresentadas, e inferior a 30 % em três categorias e pouco significante em uma, Ozone layer depletion, quando comparada a fontes nucleares americanas. Figura 8 - Impactos ambientais associados ao ciclo considerado, método CML (caracterização)

16 16 Com base na avaliação preliminar analisada pelo Simapro, dá para se ter uma ideia inicial dos impactos associados a cada uma das fontes de energia elétrica. A geração elétrica a diesel apresentou características nocivas 20x superior a media das fontes compradas; sendo superior em 8 das 10 categorias de impacto; chegando a ser 60x maior para Global warming. Ao contrario do senso comum no critério Ozone layer depletion a geração a diesel apresentou resultados potencias muito melhores que a medias as alternativas; assim como para Terrestrial ecotoxicity. A Matriz Elétrica Brasileira aparentemente apresenta o melhor desempenho ambiental como fonte de energia comparada às outras fontes mencionadas.

17 17 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com intenção de avaliar os potenciais impactos ambientais da energia elétrica gerada pelo motogerador a diesel e promover o conceito de sustentabilidade através do pensamento do ciclo de vida, este estudo contemplou uma análise simplificada da geração de energia através da metodologia de ACV. Este estudo limitado pelo nível de evidencia fornecido pelo software aplicado, servindo como um estudo inicial e merece maior aprofundamento e estudo sobre o assunto para conferir os resultados encontrados. O dano ambiental da produção de energia elétrica através de geradores movidos a diesel são superiores as alternativas apresentadas, corroborando com as afirmações de (PEREIRA et al., 2005), que afirma que essa fonte deve ser empregada em situações especificas. Substituir a fonte de energia dessa IES por qualquer uma das alternativas apresentadas, melhoraria o desempenho ambiental desse empreendimento. A substituição do gerador a diesel pela ligação na rede elétrica brasileira é a melhor alternativa como fonte de energia para o caso estudado, devido às características ambientais, facilidades de ligação e pré-existência das linhas de transmissão e distribuição de energia.

18 18 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR ISO Gestão Ambiental: Avaliação do ciclo de vida - princípios e estrutura Rio de Janeiro, Brasil. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR ISO Gestão Ambiental: Avaliação do ciclo de vida - princípios e estrutura Rio de Janeiro, Brasil. ARTUR, L.; PERES, P.; AUGUSTO, L.; et al. Impactos das emissões atmosféricas provocadas por geradores diesel em estudos de fontes de energia no meio rural., p. 1 6, BEN. Relatório Síntese Balanço Energético Nacional 2014., p. 54, PEREIRA, R. H.; BRAGA, S. L.; FREIRE, C. V. M. B. L. G. D. M. GERAÇÃO DISTRIBUIDA DE ENERGIA ELÉTRICA APLICAÇÃO DE MOTORES BICOMBUSTÍVEL DIESEL / GÁS NATURAL., n. 3, UDAETA, M. E. M.; BAITELO, R. L.; BURANI, G. F.; GRIMONI, J. A. B. COMPARAÇÃO DA PRODUÇÃO DE ENERGIA COM DIESEL E BIODIESEL ANALISANDO TODOS OS CUSTOS ENVOLVIDOS. In: ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 5., 2004, Campinas. Proceedings online... Available from: < &lng=en&nrm=abn>. Acess on: 30 July , 2004.