AVALIAÇÃO DO IMPACTO NAS CONCENTRAÇÕES DE OZONIO TROPOSFÉRICO DE CENÁRIOS DE EMISSÃO DE GASOLINAS REFORMULADAS NA REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO Leila Droprinchinski Martins 1 Maria de Fátima Andrade 1 RESUMO: Simulações de concentrações de ozônio em superfície para o período de 06 a 10 de setembro de 2004 foram realizadas para a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) com o modelo fotoquímico CIT para a avaliação de quatro cenários de emissão, desenhados com base nas propostas de reformulação da gasolina para o Brasil e outros países. Um quinto cenário foi construído com base nos resultados da análise de sensibilidade do ozônio, previamente realizada. Os resultados indicaram que o cenário 3 (com redução de 86,6% de olefinas, de 22% de aromáticos e 30% de benzeno) foi o que apresentou maior redução nas concentrações de ozônio, tornando-se menores que o padrão de qualidade do ar nas estações de qualidade do ar analisadas. Além disso, a redução da emissão de espécies com maior sensibilidade de formação do ozônio mostraram serem mais efetivas no controle do ozônio na RMSP. ABSTRACT: Simulations from September 06 to September 10 of 2004 were performed for tropospheric ozone formation in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) with the photochemical model CIT. They were evaluated four emissions scenarios, which were drawn with base in the proposals of reformulating of gasoline for Brazil and others countries. The fifth scenario was built with base on results of the ozone sensitivity analysis, previously performed. The results indicated that scenario 3 (with 87% olefins reduction, 22% aromatics reduction and 30% benzene reduction) was that reduced more effectively the ozone concentrations, and also scenario 5 showed to reduce the ozone concentrations for below the air quality standard in the two groups of stations. Moreover, the emission reduction of species identified to have higher ozone sensitivity demonstrated to be more effective on ozone control in the MASP. Palavras-chave: ozônio, cenários de emissão, gasolina reformulada, controle de ozônio. INTRODUÇÃO No Brasil em 1989 foi implantado o Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores PROCONVE, que estabelece limites para as emissões de veículos novos. Conseqüentemente um decréscimo significativo dos níveis de alguns poluentes tem sido observado nas estações de monitoramento de qualidade do ar da CETESB. No entanto, o ozônio parece não responder da mesma forma ao controle realizado, pois não há indicativos claros de redução das concentrações e as variações observadas parecem estar associadas às oscilações das condições meteorológicas. Há um consenso mundial da necessidade de redução das emissões veiculares e uma alternativa que está sendo adotada é a de reformulação do combustível, com a finalidade de 1 Departamento de Ciências Atmosféricas IAG/USP Rua do Matão, 1226, Cidade Universitária São Paulo SP CEP 05508-090 Fone: (11) 3091-2861 e-mail: leiladro@model.iag.usp.br, mftandra@model.iag.usp.br
reduzir as emissões veiculares e seus impactos na química atmosférica. Nesta direção, neste trabalho, foram criados cenários de uso de diferentes gasolinas reformuladas que foram testados para a RMSP. O objetivo é avaliar o impacto dessas gasolinas reformuladas nos níveis de ozônio na RMSP, utilizando como ferramenta o modelo fotoquímico CIT (Caltech Institute of Technology). METODOLOGIA O estudo foi realizado para o período de 06 a 10 de setembro de 2004, o qual apresentou altas concentrações de ozônio. Durantes esses dias o pico de concentração de ozônio atingiu 132 ppbv na região central e 136 ppbv à sudeste de São Paulo e foi caracterizado como um episódio de ozônio. O modelo CIT foi aplicado para um domínio de 24.2 S a 22.9 S e de 48 W to 45 W. O domínio na superfície foi composto de um sistema de grade de 1800 células (60 x 30) com resolução de 5x5km. Na vertical a área foi dividida em 5 níveis espaçadas de tal forma que a resolução foi maior próxima à superfície. O topo da camada do modelo foi dimensionado para estar a 2300 m de altitude, a qual foi dividida em subcamadas de 80,5, 241,5, 322, 759 e 897 metros. Os campos meteorológicos foram obtidos da interpolação de observações e de simulações realizadas com a versão (5.02) brasileira do modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling System), sendo que as especificações podem ser encontradas no sítio http://www.cptec.inpe.br/brams/. As condições iniciais e de contorno foram baseadas nas concentrações dos gases poluentes monitorados (O 3, NO, NO 2, SO 2, CO e COVs) pela CETESB. As emissões para os hidrocarbonetos totais, NO x, CO e SO 2 foram compiladas do inventário oficial para o ano de 2004. Essas emissões foram espacialmente e temporalmente distribuídas na RMSP com base no perfil temporal observado de CO e NO x, proveniente de medidas em túnel, e da distribuição das emissões de CO obtida com o software de gerenciamento de trânsito EMME/2, a qual baseia-se na pesquisa origem/destino para a posterior geração da emissão (Landmann, 2004). A especiação dos hidrocarbonetos foi compilada dos trabalhos de Andrade et al. (2004), Harley et al. (2000) e Martins et al. (2006). Além das simulações denominadas aqui de caso base (CB), simulações para cinco diferentes cenários de emissão para a RMSP foram realizados. Quatro cenários foram desenhados com base nas propostas de reformulação da gasolina para o Brasil, Califórnia e União Européia. As características dessas gasolinas estão ilustradas na tabela 1. Um quinto cenário foi construído com base nos resultados da análise de sensibilidade do ozônio às emissões das espécies orgânicas, a qual foi realizada previamente. Tabela 1: Característica da futura gasolina brasileira proposta pela Agência Nacional do Petróleo e características da gasolina da Califórnia e União Européia. Características Especificação Proposta para Proposta para California União da gasolina atual 01/01/2007 01/01/2009 (ano corrente) Européia (ano corrente) Teor de enxofre 0,1 0,04 0,005 0,0015 0,005 (% em massa) Teor de aromáticos (% em volume) (2002) (2005) 45 40-35 (2003) 35 (2005)
Teor de olefinas 30 25-4 (2005) 18 (2005) (% em volume) Teor de benzeno (% em volume) 1,0 - - 0,7 (2005) 1,0 (2005) Fonte: Boletim técnico da Petrobrás, 2003. As especificações dos cenários são explicitadas abaixo: Cenário 1 (C1) Redução de 11,1% das frações de olefinas (OLE1, OLE2, BUTD e ETHE) aromáticos (ARO1, ARO2 e TOLU) e benzeno (C6H6) da gasolina (gasolina + etanol) em relação ao caso base de acordo com a proposta da ANP para 2007. Cenário 2 (C2) Redução de 20% das frações de olefinas, aromáticos e benzeno da gasolina (gasolina + etanol) em relação ao caso base. Para 2009 a proposta da ANP não específica o nível de redução para as olefinas, aromáticos e benzeno, portanto está sendo suposto uma redução de 20% em relação ao caso base. Cenário 3 (C3) Aplicações das reduções realizadas e/ou previstas no programa de reformulação da gasolina para o estado da Califórnia nos Estados Unidos. Neste cenário a suposição é de que a gasolina brasileira tem as mesmas especificações da gasolina da Califórnia (de acordo com a tabela 5.4) em termos da quantidade em volume de olefinas, aromáticos e benzeno, exceto pela quantidade de oxigenados presentes na gasolina. As reduções são: Olefinas de 30% em volume para 4% em volume redução de 86,6% Aromáticos de 45% em volume para 35% em volume redução de 22,2% Benzeno de 1% em volume para 0,7% em volume redução de 30% Cenário 4 (C4) Aplicações das reduções realizadas e/ou previstas no programa de reformulação da gasolina para a Europa. Neste cenário como no anterior, a suposição é de que a gasolina brasileira tem as mesmas especificações da gasolina Européia (de acordo com a tabela 5.4) em termos da quantidade em volume de olefinas, aromáticos e benzeno, exceto pela quantidade de oxigenados presentes na gasolina. As reduções são: Olefinas de 30% em volume para 18% em volume redução de 40% Aromáticos de 45% em volume para 35% em volume redução de 22,2% Benzeno sem redução Para os quatros cenários mencionados acima as espécies das quais suas emissões foram alteradas são as mesmas, ou seja: OLE1, OLE2, BUTD, ETHE (olefinas), ARO1, ARO2, TOLU (aromáticos) e C6H6 (benzeno). Cenário 5 (C5) Redução de 40% na emissão das cinco espécies com maior potencial de formar ozônio na RMSP identificadas através de testes de sensibilidade com o modelo CIT. Essas espécies são ARO2, OLE1, OLE2, ETHE e HCHO. RESULTADOS E DISCUSSÕES A comparação das concentrações do ozônio com as preditas pelo modelo para o Caso- Base é apresentada na figura 1 para dois grupos de estação de qualidade do ar. O agrupamento foi baseado em resultados de análise de cluster, ficando o grupo 1 composto pelas estações da CETESB: Moóca, Ibirapuera, São Caetano do Sul e Pinheiros (G1) e o grupo 2 pelas de Diadema e Santo Amaro (G2).
Ozônio simulado (ppbv) 120 100 80 60 40 20 0 G1 y = 1.0244x - 1.1174 R2 = 0.8648 G2 y = 0.9194x - 6.8027 R2 = 0.7714 0 20 40 60 80 100 120 Ozônio observado (ppbv) G1 G2 Figura 1: Comparação do ozônio observado no G1 e G2 com o ozônio simulado de 06 a 10 de setembro de 2004. A comparação dos valores observados com os preditos pelo modelo mostrou uma boa concordância para o ozônio tanto dos máximos como do perfil. No entanto, as concentrações durante o período noturno não foram bem representadas. A série temporal simulada das concentrações de ozônio para os cinco cenários (todas as outras variáveis foram mantidas constantes, exceto as emissões) e o CB no grupo 1 de estações de qualidade do ar está ilustrada na figura 2. Ozônio (ppbv) 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 C1 C2 C3 C4 C5 CB 0 6/9/04 6/9/04 7/9/04 7/9/04 8/9/04 8/9/04 9/9/04 9/9/04 10/9/04 10/9/04 11/9/04 Evolução temporal (h) Figura 2: Evolução temporal da concentração de ozônio simulada, no grupo 1 de estações de qualidade do ar, para os cinco cenários de emissão e CB. Analisando a evolução temporal das concentrações do ozônio para ambos os cenários observa-se que o efeito do controle das emissões resulta em decréscimo das concentrações de ozônio quando comparados com o CB desde o primeiro dia, porém esse decréscimo apresentou o máximo após dois dias do início do controle, com as máximas reduções ocorrendo nos dias 8 e 9.
A tabela 2 apresenta os resultados em termos de percentagem das reduções das concentrações de ozônio nos grupos 1 e 2 em relação ao CB para os cincos cenários. Tabela 2: Valores percentuais de redução das concentrações média e no pico de ozônio para os cinco cenários em relação ao CB. Data Reduções em C1 C2 C3 C4 C5 relação CB (%) G1 G2 G1 G2 G1 G2 G1 G2 G1 G2 06/09 Média 6,5 7,0 11,5 12,3 31,4 31,4 17,7 18,8 21,9 23,1 Pico O 3 6,8 7,0 11,3 11,5 29,9 27,4 17,5 17,2 22,0 20,4 07/09 Média 5,3 4,9 8,9 9,2 24,5 24,4 14,1 14,2 16,7 17,2 Pico O 3 6,3 5,3 10,2 9,6 25,1 25,0 15,1 14,9 18,3 18,1 08/09 Média 10,2 11,0 17,4 18,1 46,6 46,3 27,0 27,9 33,4 34,0 Pico O 3 9,6 9,5 15,7 16,6 47,3 41,2 25,3 24,6 32,2 30,2 09/09 Média 11,1 8,5 20,3 14,5 51,5 37,4 30,6 22,2 37,0 27,5 Pico O 3 12,6 9,5 23,6 15,5 54,4 33,8 34,9 23,0 40,2 26,4 10/09 Média 7,0 3,2 12,6 6,2 33,5 16,3 19,9 9,2 24,3 11,8 Pico O 3 4,2 0,0 12,2 2,8 40,4 12,8 21,6 6,4 26,8 8,3 O cenário C3 foi o que reduziu de forma mais efetiva as concentrações de ozônio, com uma redução de 43% no número de horas com concentração acima do padrão de qualidade do ar de 1 hora de ozônio (82 ppbv) em todo o domínio. Ambos os cenários 3 e 5 mostraram uma redução nos níveis de ozônio para abaixo do padrão de qualidade do ar no período e em ambos os dois grupos de estações, porém não em todo o domínio computacional. No cenário C5 com a redução de 40% das cinco espécies ARO2 (aromáticos 2), OLE1 (olefinas 1), OLE2 (olefinas 2), ETHE (eteno) e HCHO (formaldeído) pode-se obter a mesma redução de ozônio que com as reduções das emissões das 8 espécies utilizadas nos 4 outros cenários, ou seja, com a redução em um número menor de espécies pode-se obter resultados similares. Isso decorrente do alto potencial de formação de ozônio desses compostos. CONCLUSÕES Os cenários 1 e 2, representativos das condições de uso da gasolina propostas para 2007 e 2009 no Brasil, apresentaram reduções das concentrações de ozônio na média e no pico, porém ainda não suficientes para a redução dos níveis de ozônio para abaixo do padrão de qualidade do ar no evento estudado. O C3 foi o que restringiu mais as concentrações de ozônio, sendo que ambos os C3 e C5 reduziram reduzir as concentrações para abaixo do padrão de qualidade do ar nos dois grupos de estações. Além disso, a redução das espécies identificadas como as mais sensíveis à formação do ozônio levaram a um controle mais efetivo desse poluente na RMSP. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem à Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo FAPESP e a Universidade de São Paulo pelo apoio financeiro e a CETESB pelos dados de qualidade do ar.
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