Inventário de Emissões

. Betina Alcobia, nº 15822 Carlos Netto, nº 15441 Luís Mendes, nº 14386 Pedro Baptista, nº 15493 Poluição e Gestão do Ar (Prof. Dr. Francisco Ferreira) Inventário de Emissões.......... Contabilização de emissões horárias de CO 2, CO, NO x e PM de veículos ligeiros num troço da Av. Infante Santo Outubro de 2005

Resumo Com o intuito de contabilizar as emissões horárias dos poluentes dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de azoto (NOx) e partículas (PM) no troço Av. Infante pelos veículos ligeiros, realizou-se um inventário de emissões para cada poluente e trabalharam-se os dados obtidos. O trabalho incluiu uma parte de recolha de dados que se efectuou no dia 12 de Outubro de 2005, das 17.00 às 18.00 horas. A metodologia seguida para calcular as emissões horárias foi a metodologia enunciada no CORINAIR, no capítulo referente ao transporte rodoviário. Partiu-se do pressuposto que as emissões a frio são nulas, sendo que também não se procedeu ao cálculo de correcções nas emissões totais. Os resultados obtidos indicam que o dióxido de carbono é o poluente com maior quantidade emitida (160,9 kg), seguindo-se o monóxido de carbono e os óxidos de azoto com 3,58 kg e 387,8 g, respectivamente. O poluente que menos contribui para as emissões totais são as partículas com 42,81 g. Uma análise global dos resultados permite afirmar que são os veículos a gasolina de cilindrada inferior a 1400 cm 3 e os veículos das normas ECE 15 03, ECE 15 04, Euro II e Euro III que mais poluem. Contudo, este facto é reflexo da distribuição dos veículos, ou seja, as classes mais poluentes são-no pelo efeito aditivo do número de veículos que é relativamente superior às restantes. 2

Introdução Um inventário de emissões é um levantamento do tipo e quantidade de poluentes emitidos para a atmosfera por actividade. Geralmente são caracterizados pelos seguintes factores: identificação química e física dos poluentes; área geográfica estudada; impacte na população; periodo de tempo durante o qual se procedeu ao levantamento das emissões; tipo de fontes das emissões. Estes tipos de inventários são desenvolvidos por diversas razões. A primeira e mais importante justificação é devido a imperativos legais. A Convenção sobre Poluição Atmosférica Transfronteiras a Longa Distância obriga a que os países que nela têm parte produzam inventários nacionais anuais dos seguintes poluentes: SO 2, NO x, CO 2, CH 4, NMVOC, CO, NH 3, vários metais pesados e poluentes orgânicos persistentes (POPs). Por outro lado, o inventário de gases de efeito de estufa que inclui o dióxido de carbono - é um tema cada vez mais premente, sendo ainda mais necessário a quantificação das emissões deste poluente. Assim, o Convenção-Quadro para as Alterações Climáticas das Nações Unidas requer que se façam inventários nacionais anuais dos gases de efeito estufa e poluentes secundários relevantes (CO 2, N 2 O, NO x, NMVOC, CO, HFCs, PFCs e SF 6 ). O Mecanismo de Monitorização da União Europeia (Directiva 93/389/EC) inclui todos os poluentes anteriores excepto os HFCs, PFCs e SF 6. Os inventários de emissões naturais (biogénicas) e antropogénicas são utilizados como inputs de modelos de qualidade do ar. Os resultados destes modelos podem ser utilizados com diversos fins, nomeadamente, para a avaliação da qualidade do ar de uma determinada área, ajuda à tomada de decisão, bem como suporte de políticas de gestão da qualidade do ar. Por outro lado, o inventário de gases de efeito de estufa que inclui o dióxido de carbono - é um tema cada vez mais premente, sendo ainda mais necessário a quantificação das emissões deste poluente. Para que este seja um inventário bem elaborado incluiu-se documentação suficiente e outros dados relevantes, para permitir a compreensão, por parte dos leitores, das conclusões obtidas e para a replicação dos cálculos efectuados para cada estimativa. Objectivo Contabilizar as emissões horárias dos poluentes dióxido de carbono (CO 2 ), monóxido de carbono (CO), óxidos de azoto (NO x ) e partículas (PM) por veículos ligeiros num troço da Av. Infante Santo. 3

Metodologia Para calcular as emissões horárias usou-se a metodologia indicada no capítulo Road Transport (SNAP 07) do CORINAIR 1. Foi admitido um pressuposto importante no cálculo de emissões: assumiu-se que as emissões a frio são nulas, bem como os efeitos dos combustíveis e demais correcções (declive e carga). Este pressuposto permite simplificar os cálculos mantendo o propósito exemplificativo do trabalho. A primeira parte do trabalho consistiu na recolha de dados. A contagem dos veículos ligeiros de passageiros movidos a gasolina ou a gasóleo - universo em estudo - teve lugar a 12 de Outubro, entre as 17.00 e as 18.00 horas. O local de contagem foi na Avenida Infante Santo (troço a azul e verde), no extremo com o Largo da Estrela (troço a verde) (Figura 1). Foi feita a contagem de todos os veículos em estudo e a recolha de dados referentes ao combustível, cilindrada e ano do maior número de veículos possível, numa tabela ano vs cilindrada e combustível. Figura 1. Mapa com a Avenida Infante Santo (troço a azul e verde) e respectivo troço em estudo (a verde). Depois de terem sido calculadas as frequências esperadas de cada classe para o número total de veículos contados, procedeu-se ao cálculo das emissões totais. A fórmula proposta pelo CORINAIR indica que as emissões totais para um determinado poluente j e para uma determinada classe i dependem do número de veículos da classe i, da quilometragem e do factor de emissão (EF) relativo ao poluente j: 1 http://reports.eea.eu.int/emepcorinair4/en/group_07.pdf acedido a 15 de Outubro de 2005 4

em que, E = N M EF i; j j i [1] E i ; j : emissões totais para o poluente i dos veículos da classe j [g de poluente] N j : número de veículos da classe j M : quilometragem da avenida ou troço em questão [km] EF i : factor de emissão relativo ao poluente i [g/km] Devido a não se ter entrar em conta com as emissões a frio, o EF utilizado foi o obtido para as emissões a quente. Para cada classe e para cada poluente foi calculado o EF correspondente, indicado nas tabelas do CORINAIR por uma função dependente da velocidade. Para as classes até 1993-1997 (inclusive), o cálculo de EF é directo através das fórmulas propostas no documento. Para as classes restantes (Pós-Euro I), o EF é calculado como uma redução do EF da classe de 1993-1997 (Euro I), segundo a equação [2]: em que, EF = EF ; [2] i; j ( 100 RFi; j ) /100 * i; j EUROI EF ; i j RF ; i j : factor de emissão para o poluente i dos veículos da classe j pós-euro I [g/km] : factor de redução para o poluente i para os veículos da j pós-euro I [%] EF i ; j ; EUROI : factor de emissão para o poluente i dos veículos EURO I (1993-1997) da classe j [g/km] Apenas o cálculo dos EF para o CO 2 diferiu. Seguindo a metodologia do CORINAIR, primeiro calcularam-se os factores de consumo de combustível para cada classe ano/cilindrada. Depois aplicou-se a fórmula [3]: em que, CALC E CO, j [3] : factor de emissão do CO 2 2 [g/km], correspondente ao EF i CALC FC jm : factor de consumo de combustível [g/km] 5

r H:C,m : razão entre átomos de hidrogénio e carbono no combustível (~1.8 para a gasolina e ~2.0 para o diesel) Por fim, voltou-se a recorrer à equação [1] para se determinar a emissão de CO 2 em massa. A velocidade média, necessária para se calcular o EF, foi medida através do quociente entre o comprimento do troço e o tempo demorado a percorrêlo. A distância do troço foi medida com o auxílio do software Google Earth. Resultados Os resultados obtidos através da metodologia atrás descrita são aqui apresentados principalmente na forma de emissões totais em g/km. Ou seja, dividiram-se as emissões totais de poluentes pelo comprimento do troço. Procedeu-se desta forma para tornar os dados mais percepcionáveis, facilitando tanto a comparação de resultados com outros estudos semelhantes como a aplicação destes a qualquer que seja o troço da Av. Infante Santo (partindo do pressuposto que a população de ligeiros registada no troço em estudo é semelhante à de toda a avenida àquela hora). As Tabela 1 e 2 apresentam os dados que serviram de base para o cálculo das emissões dos diferentes poluentes. Notar que as frequências de cada classe não são homogéneas e que, por isso, determinadas classes têm um maior peso nas emissões totais. Tabela 1. Distribuição dos veículos ligeiros. Dados obtidos por aplicação da distribuição da amostra no total de carros contados (1975). Antiguidade Distribuição da população Gasolina Gasóleo 1400 cm 3 1400-2000 cm 3 >2000 cm 3 2000 cm 3 >2000 cm 3 Totais Pre-ECE <1972 - - - - - - ECE 15 00&01 1972-1977 - - - - 3 3 ECE 15 02 1978-1980 - - - 3 17 19 ECE 15 03 1981-1985 105 14-30 47 196 ECE 15 04 1986-1992 63 30 6 61 41 201 Euro I 1993-1996 39 17-22 25 102 Euro II 1997-2000 143 124 17 105 165 554 Euro III 2001-2004 187 154 55 201 174 771 Euro IV 2005 25 30 8 30 36 129 Totais 562 369 85 452 507 1975 6

Tabela 2. Características do troço em estudo relevantes para o inventário de emissões. Características do troço Comprimento 0.28 km Tempo de deslocamento 84 s Velocidade 12 km/h Alguns cálculos intermédios são apresentados no Anexo. Apresenta-se, de seguida, os resultados para: - Dióxido de Carbono (CO 2 ) - Monóxido de Carbono (CO) - Óxidos de Azoto (NO x ) - Partículas (PM) - Dióxido de Carbono (CO 2 ) Na Figura 2 podem-se observar os contributos para as emissões totais de CO 2 (em g/km) de cada classe de ano. Pode-se verificar que o maior contributo para as emissões totais é por parte dos veículos da norma Euro III (2001-2004), seguindo-se os da norma Euro II. Os veículos das normas ECE 15 03 e ECE 15 04 emitem, em conjunto, quase um quarto do total. Os veículos da norma Euro IV emitem uma quantidade razoável de CO 2, tendo em conta que corresponde apenas a veículos com idade máxima de cerca de 10 meses. Esse valor relativamente elevado (6,42%) deve-se a um número grande de veículos. 7

Euro IV 6.42% Euro III 38.08% Euro II Euro I ECE 15 04 ECE 15 03 ECE 15 02 ECE 15 00&01 Pre-ECE 0% 1.01% 0.14% 4.71% 11.15% 11.74% 26.74% 0 50000 100000 150000 200000 250000 Pre-ECE ECE 15 00&01 ECE 15 02 ECE 15 03 ECE 15 04 Euro I Euro II Euro III Euro IV Figura 2. Emissões totais de CO 2 (em g/km) por classe de antiguidade dos veículos. Na figura 3 está representado o contributo para as emissões totais de CO2 (em g/km) de cada classe de combustível e cilindradas (em cm3). Através da análise deste gráfico, verifica-se que a classe com maior peso em termos de emissões são os veículos a gasolina com menos de 1400 cm3 de cilindrada. De seguida, encontram-se, com uma pequena margem de diferença em termos de emissões totais, os veículos a gasolina (1400-2000 cm3 de cilindrada) e todos os veículos a gasóleo. Por último, os transportes que menos emitem são os a gasolina com mais de 2000 cm3 de cilindradas. Porém, neste último caso, tem que se ter em conta que o número de carros contados nesta categoria foi muito menor (85 veículos) comparativamente com os outros. A emissão total de CO 2 para o troço em estudo foi de 160,9 kg. 8

Gasolina Gasóleo >2000 cm3 2000 cm3 >2000 cm3 1400-2000 cm3 7% 20% 22% 23% 1400 cm3 28% 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 Gasolina 1400 cm3 Gasolina 1400-2000 cm3 Gasolina >2000 cm3 Gasóleo 2000 cm3 Gasóleo >2000 cm3 Figura 3. Emissões totais de CO2 (em g/km) por classe de cilindrada dos veículos. - Monóxido de Carbono (CO) A distribuição das emissões de monóxido de carbono (em g/km) por classe de ano é bastante irregular. Os veículos das normas ECE 15 03 emitem quase metade do total. De seguida, as classes que mais contribuem são as da norma Euro III e Euro II. O contributo dos veículos das normas anteriores à norma ECE 15 03 é desprezível (Figura 4). 9

Euro IV 1.47% Euro III 14.77% Euro II 12.80% Euro I 3.32% ECE 15 04 22.13% ECE 15 03 45.28% ECE 15 02 0.20% ECE 15 00&01 0.03% Pre-ECE 0.00% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Pre-ECE ECE 15 00&01 ECE 15 02 ECE 15 03 ECE 15 04 Euro I Euro II Euro III Euro IV Figura 4. Emissões totais de CO (em g/km) por classe de antiguidade dos veículos. Para o monóxido de carbono, as emissões totais (em g/km) são, principalmente, devidas aos veículos de gasolina de cilindrada inferior a 1400 cm 3, com cerca de dois terços das emissões totais. De facto, pode-se até desprezar o contributo dos veículos a gasóleo, que somados emitem cerca de 7% do total das emissões (Figura 5). A emissão total de CO para o troço em estudo foi de 3,58 kg. Gasolina Gasóleo >2000 cm3 2000 cm3 >2000 cm3 1400-2000 cm3 3.9% 3.4% 4.5% 22.3% 1400 cm3 65.9% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Gasolina 1400 cm3 Gasolina 1400-2000 cm3 Gasolina >2000 cm3 Gasóleo 2000 cm3 Gasóleo >2000 cm3 Figura 5. Emissões totais de CO (em g/km) por classe de cilindrada dos veículos. 10

- Óxidos de Azoto (NO x ) Quanto à emissão de NO x (em g/km) por classe de ano, observa-se que os veículos das normas Euro II e Euro III contribuem com pouco mais de metade das emissões, sendo que as normas ECE 15 03 e ECE 15 04 contribuem ambas com cerca de 18%. Esta distribuição é bastante semelhante à do CO 2 (Figura 6). Euro IV Euro III Euro II Euro I ECE 15 04 ECE 15 03 ECE 15 02 ECE 15 00&01 Pre-ECE 3.2% 1.5% 0.2% 0.0% 5.7% 18.0% 18.7% 25.7% 27.1% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Pre-ECE ECE 15 00&01 ECE 15 02 ECE 15 03 ECE 15 04 Euro I Euro II Euro III Euro IV Figura 6. Emissões totais de NO x (em g/km) por classe de antiguidade dos veículos. No que se trata das emissões totais de NO x (em g/km), constata-se que os veículos a gasóleo emitem dois terços das emissões totais. Das restantes cilindradas apenas sobressai o contributo dos veículos de cilindrada inferior a 1400 cm 3 com cerca de 23% das emissões totais (Figura 7). A emissão total de NO x para o troço em estudo foi de 387,8 g. 11

>2000 cm3 37% Gasolina Gasóleo 2000 cm3 >2000 cm3 1400-2000 cm3 2% 8% 30% 1400 cm3 23% 0 100 200 300 400 500 600 Gasolina 1400 cm3 Gasolina 1400-2000 cm3 Gasolina >2000 cm3 Gasóleo 2000 cm3 Gasóleo >2000 cm3 Figura 7. Emissões totais de NOx (em g/km) por classe de cilindrada dos veículos. - PM Para as emissões de partículas, despreza-se a contribuição dos carros a gasolina, assim a análise tem que ser feita tendo apenas em conta os carros a gasóleo. Na Figura 8 as diferentes classes de anos têm peso semelhante excepto os de Euro IV, Euro I, ECE 15 00&01&02, Pre ECE, isto deve-se mais uma vez à redução da frequência de carros a gasóleo nestas classes. Também se registou um maior número de carros a gasóleo Euro III e Euro II mas por libertarem menos partículas não têm um peso tão grande como seria de esperar se poluíssem tanto como um carro ECE. 12

Euro IV Euro III Euro II 2.6% 23.3% 23.3% Euro I 4.0% ECE 15 04 23.7% ECE 15 03 17.9% ECE 15 02 ECE 15 00&01 Pre-ECE 0.6% 0.0% 4.5% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Pre-ECE ECE 15 00&01 ECE 15 02 ECE 15 03 ECE 15 04 Euro I Euro II Euro III Euro IV Figura 8. Emissões totais de PM (em g/km) por classe de antiguidade dos veículos a gasóleo. Os factores de emissão são iguais tanto para os carros a gasóleo de cilindrada superior e inferior a 2000cm 3. A diferença apresentada na Figura 9 deve-se, unicamente, ao facto de existirem mais carros com cilindrada superior 2000cm 3. A emissão total de PM para o troço em estudo foi de 42,81 g. >2000 cm3 54% Gasóleo 46% 2000 cm3 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 Gasóleo 2000 cm3 Gasóleo >2000 cm3 Figura 9. Emissões totais de PM (em g/km) por classe de antiguidade dos veículos a gasóleo. - Distribuição de poluentes 13

Na Figura 10 pode-se ter uma visão global de quanto é libertado por km pela população de ligeiros que foi registada. Nota-se um grande peso do CO 2 (98%) e do CO (2%) enquanto que as quantidades libertadas de NO x e PM são muito inferiores por comparação ao CO 2. 12.8; 2% 575; 98% 1.39; 0% 0.15; 0% CO2 CO NOx PM Figura 10. Quantidade de cada um dos poluentes: CO 2, CO, NO x e PM (em kg/km e em %) Conclusão Com o intuito de contabilizar as emissões horárias dos poluentes dióxido de carbono (CO 2 ), monóxido de carbono (CO), óxidos de azoto (NO x ) e partículas (PM) no troço Av. Infante pelos veículos ligeiros, realizou-se um inventário de emissões para cada poluente e trabalharam-se os dados obtidos. Verificou-se que, de todos os poluentes, aquele que é mais emitido é o dióxido de carbono (CO 2 ) com 160,9kg. Relativamente a este poluente, os veículos que mais contribuem para a sua emissão são os da norma III, a gasolina e com cilindrada inferior a 1400 cm 3. Por outro lado, encontram-se os veículos da norma ECE 1502 e ECE 1500&01, a gasolina com mais de 2000 cm 3 de cilindrada que têm emissões praticamente desprezíveis. O segundo composto mais poluente é o monóxido de carbono (CO), cuja emissão total para o troço é 3,58 kg. Verificou-se que para este caso, os carros ECE 15 03 emitem quase metade do total e os que têm cilindrada inferior a 1400 cm 3 emitem dois terços do total. Também, neste caso, os veículos de norma ECE 1502 e ECE 1500&01 têm emissões desprezíveis, assim como os veículos a gasóleo (7% do total). Com 387,8 g de emissões totais tem-se os óxidos de azoto (NO x ). A distribuição a nível das diferentes classes de anos é semelhante à distribuição para o dióxido de carbono, sendo que os veículos Euro II e Euro III, em conjunto, emitem mais de metade do total deste composto, e, em termos de 14

combustível e cilindrada as classes que emitem mais são os carros a gasóleo que emitem mais de dois terços do total. Os veículos que poluem menos, em termos de NO x, são os que têm cilindrada superior a 2000 cm 3. Por fim, as partículas são o poluente menos emitido, comparativamente com os outros poluentes (42,81 g). Para este poluente desprezaram-se os carros a gasolina e constatou-se que todos os veículos, exceptuando os da norma Euro IV, III, I, ECE 15 00&01&02 e Pre-ECE, são grandes contributos para as emissões deste poluente, e, também se constatou que, em termos de cilindrada, a distribuição era igualitária, residindo a diferença apenas no número de carros contados. É possível verificar, através de uma análise global de todos os gráfico que, em termos das diferentes classes de anos, os veículos mais poluentes são os mais antigos, como seria de esperar, já que as tecnologias não eram tão eficazes como no presente. Também se constata que, para os veículos a gasolina, quanto menor a cilindrada maior a sua contribuição como fonte poluente. Contudo, estes factos, na maior parte dos casos, não se reflectem nas emissões totais porque, em última análise, o que determina esses valores é o número de veículos. É, ainda, preciso notar que estes dados não oferecem informação completamente subjacente à realidade do troço, visto que: 1. Só se contou com os veículos ligeiros; 2. Não se teve em conta as emissões a frio; 3. Não se teve em conta os efeitos do combustível e outras correcções. Bibliografia Road Transport Emission Inventory Guidebook [em linha]. Agência Europeia do Ambiente, 2002. Disponível em: http://reports.eea.eu.int/ /EMEPCORINAIR4/en/group_07.pdf Acedido a: 15 de Outubro de 2005 15