5. AVALIAÇÃO DO IMPACTO DO CICLO DE VIDA
5.1. Cenário atual
A Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV) analisa os potenciais efeitos humanos e ecológicos da utilização de energia, água, materiais e das liberações para o ambiente identificadas na análise de inventário. A partir do Inventário do Ciclo de Vida, foram obtidos os resultados da AICV para nove categorias de impacto da mobilização elétrica e convencional (flex fuel a etanol e a gasolina) para as condições atuais, conforme apresentado nas Tabelas 5.1, 5.2 e 5.3. A Figura 5.1 ilustra os resultados da comparação por categoría de impacto para cada uma das quatro opções analisadas nas condições atuais: etanol e gasolina e veículo elétrico no HMD e na média.
Tabela 5.1. Resultados das AICVs para o cenário atual (unidade funcional igual a 1 km) Categoria de impacto Unidade M.C. (Etanol) M.C. (Gasolina) M. E. (Média) M. E. (HMD*) Depleção
abiótica kg Sb eq. 2,26E-06 2,18E-06 5,64E-06 5,64E-06
Depl.A.
Recursos F. MJ 1,13E+00 3,19E+00 1,7E+00 1,62E+00
Aquec. global
(GWP100a) kg CO2 eq. 1,08E-01 2,29E-01 1,58E-01 1,55E-01
Depleção C.
Ozônio kg CFC-11 eq. 8,05E-09 1,85E-08 1,3E-08 1,2E-08
Toxicidade
humana kg 1,4-DB eq. 1,21E-01 1,19E-01 2,18E-01 2,17E-01
Ecotoxicidade
terrestre kg 1,4-DB eq. 2,42E-04 2,44E-04 4,28E-04 4,25E-04
Oxidação
fotoquímica kg C2H4 eq. 1,23E-04 7,50E-05 3,04E-04 3,02E-04
Acidificação kg SO2 eq. 1,22E-03 6,22E-04 9,70E-04 9,15E-04
Eutrofização kg PO4-3 eq. 3,94E-04 2,16E-04 4,05E-04 4,01E-04
Figura 5.1. Comparação por categoria de impacto para a mobilidade convencional e elétrica por km. Fonte:Elaboração Própria 0, 20, 40, 60, 80, 100, Depleção abiótica Depleção abiótica (Recursos fosseis) Aquecimento global (GWP100a) Depleção da camada de ozônio Toxicidade humana Ecotoxicidade terrestre Oxidação fotoquímica Acidificação Eutrofização
Cenário atual
Transporte elétrico HMD Transporte elétrico na media Transporte gasolina Transporte etanol hidratadoA fim de determinar quais fases do processo contribuem mais ao total do ciclo de vida por categoria de impacto, desagregou-se cada opção de mobilidade nas fases: do poço-ao-tanque (produção do combustivel/eletricidade); do tanque-à-roda (fase de uso); produção dos veículos (VE e VCI flex); e do processo de manutenção no ciclo de vida. A Tabela 5.2 apresenta os indicadores para as fases poço-ao-tanque e tanque-à-roda para o etanol hidratado, a gasolina e a eletricidade. Cada um desses valores apresenta o impacto por km rodado, ou seja o impacto de gerar a quantidade de combustivel ou eletricidade que o veículo precisa para um percurso de 1km, do mesmo jeito a fase de uso corresponde o impacto de percorrer aquele quilômetro. Considerou-se que a contribuição da fase Tanque-à-Roda do VE é desprezivel.
Tabela 5.2. Resultados da AICV por fase, para as etapas poço-ao-tanque e tanque-à-roda em 2014
Poço-ao- Tanque (Etanol) Tanque-à- Roda (Uso Etanol ) Poço-ao- Tanque (Gasolina) Tanque-à- Roda (Uso Gasolina C) Poço-ao- Tanque (Eletricidade na media) Poço-ao- Tanque (Eletricidade no HMD) Depleção
abiótica 1,006E-07 0,00E+00 2,32E-08 0,00E+00 1,46E-08 1,28E-08
Depl.A.
Recursos F. 5,22E-01 0,00E+00 2,58E+00 0,00E+00 7,91E-01 7,05E-01
Aquec. global
(GWP100a) 5,88E-02 7,00E-04 3,76E-02 1,43E-01 8,38E-02 8,02E-02
Depleção C.
ozônio 3,14E-09 0,00E+00 1,36E-08 0,00E+00 6,12E-09 5,11E-09
Toxicidade
humana 9,41E-03 7,80E-05 7,59E-03 1,30E-04 1,76E-02 1,75E-02
Ecotoxicidade
terrestre 3,64E-05 0,00E+00 3,82E-05 0,00E+00 3,15E-05 2,85E-05
Oxidação
fotoquímica 7,10E-05 3,30E-05 3,07E-05 2,58E-05 1,99E-05 1,77E-05
Acidificação 8,81E-04 3,25E-05 2,63E-04 5,40E-05 3,80E-04 3,25E-04
Eutrofização 2,43E-04 8,45E-06 5,95E-05 1,40E-05 3,44E-05 3,03E-05
*HMD: Horário de Maior demanda
Os resultados da contribuição do VE, o VCI flex e os seus respectivos processos de manutenção aparecem na Tabela 5.3. Os indicadores para os veículos indicam a contribuição que corresponde à massa total de cada veículo diluida ao longo da vida útil do carro (150.000 ou 200.000 km), visando demostrar o impacto por quilômetro.
Tabela 5.3. Resultados da AICV por fase para os veículos e os seus processos de manutenção. Veículo flex Veículo Elétrico Manutenção elétrico Manutenção flex
Depleção abiótica 1,58E-06 5,55E-06 7,37E-08 5,76E-07
Depleção abiótica (Recursos fósseis) 4,24E-01 7,87E-01 1,24E-01 1,82E-01
Aquecimento global (GWP100a) 3,69E-02 6,83E-02 6,20E-03 1,16E-02
Depleção da camada de ozônio 3,71E-09 6,16E-09 7,16E-10 1,20E-09
Toxicidade humana 1,06E-01 1,97E-01 3,16E-03 5,24E-03
Ecotoxicidade terrestre 1,79E-04 3,85E-04 1,18E-05 2,66E-05
Oxidação fotoquímica 1,59E-05 3,35E-05 2,50E-04 2,68E-06
Acidificação 2,46E-04 5,55E-04 3,53E-05 5,81E-05
Eutrofização 1,24E-04 3,55E-04 1,54E-05 1,83E-05
Observando os resultados da análise de contribuição por fase apresentada na Figura 5.1, que corresponde aos resultados nas condições atuais e para o perfil de geração de energia elétrica na média, nota-se que no caso do transporte elétrico a maior parte dos impactos potenciais ao meio ambiente está associada à produção do veículo elétrico. Para oxidação fotoquímica, a manutenção do veículo contribui com mais de 80% para o impacto (devido às emissões de etileno), e somente para aquecimento global a contribuição relacionada à geração de energia elétrica responde por mais da metade dos impactos. Apesar do predomínio da fonte hídrica na matriz elétrica brasileira, relevantes emissões de metano e CO2 decorrentes da mudança do uso da terra são atribuídas aos reservatórios, afetando assim o perfil ambiental do transporte elétrico25. Quando da consideração do perfil de geração de eletricidade no horário de maior demanda, e.g., que corresponderia à recarga do veículo durante o horário de ponta, as mesmas conclusões são aplicáveis, uma vez que o perfil de geração na ponta e o perfil médio apresentam variação relativamente pequena 26.
25 Para uma participação de fonte hídrica de 65,3%, o fator médio de emissão da geração de eletricidade foi
avaliado em 358 kg CO2eq/MWh, não incluindo a contribuição dos elementos de infraestrutura. Para o caso
específico da geração hídrica, o fator de emissão adotado, conforme disponível na base de dados do Ecoinvent, foi de 147 kg CO2eq/MWh, o qual é essencialmente definido pelo CH4 e CO2 decorrentes da decomposição da cobertura
vegetal submersa com a construção do reservatório.
26 Muito embora o perfil de geração no horário de ponta seja essencialmente igual ao perfil médio (o qual é também
influenciado pela ponta), isso não significa que o perfil ambiental da eletricidade gerada seja necessariamente o mesmo. Considerando a lógica de operação do sistema elétrico nacional, espera-se que nos horários de maior demanda de energia ocorra um maior despacho de térmicas a diesel ou a gás de ciclo simples, as quais têm eficiências térmicas consideravelmente mais baixas do que as de ciclo combinado. Dessa forma, o perfil ambiental da eletricidade gerada no horário de ponta tenderia a ser levemente pior do que a eletricidade gerada fora da ponta, ou mesmo a eletricidade média.
Figura 5.2. Análise comparativa entre os resultados da AICV para 2014. Fonte: Elaboração Própria
Já no caso do transporte com etanol, a produção do combustível é preponderante para aquecimento global, oxidação fotoquímica, acidificação e eutrofização, enquanto que as emissões decorrentes da combustão do etanol nos veículos não representam contribuições relevantes para o ciclo de vida. Particularmente para o aquecimento global, muito embora haja uma emissão de CO2 na queima do combustível, estas emissões foram tratadas como neutras em virtude da captura de CO2 durante o crescimento da cana-de-açúcar.
Por outro lado, a produção de cana-de-açúcar é a responsável pela maior parte dos impactos no ciclo de vida do etanol devido ao uso de fertilizantes, óleo diesel e defensivos agrícolas. No caso dos fertilizantes, destaque especial deve ser dado aos nitrogenados, que conduzem a impactos relevantes tanto por conta da sua produção (alto consumo de energia, com elevada emissão de GEE), como pelas emissões de NH3, NOx e N2O decorrentes dos processos de volatilização, nitrificação e denitrificação no solo. Mas no caso da oxidação fotoquímica, predominam as contribuições das emissões da destilaria.
O aquecimento global nesse caso é dominado pelas emissões de CO2 de origem fóssil na operação do veículo, ao passo que a acidificação, eutrofização e ecotoxicidade terrestre são menos influenciadas pela produção do combustível já que o grande impacto do uso de fertilizantes se limita ao etanol utilizado na mistura E22.
Comparando o desempenho no ciclo de vida das diferentes opções de mobilidade, verifica-se que o transporte elétrico é a alternativa com o maior impacto em cinco das nove categorias consideradas (embora próxima ao etanol para eutrofização), muito por conta dos impactos associados à produção do veículo. O impacto comparativamente maior do veículo no caso da mobilidade elétrica se deve principalmente pela combinação de três fatores: a produção da bateria, o maior peso do veículo elétrico (23% superior ao convencional) e sua menor vida útil (a qual foi atrelada à vida da bateria, assumida como 150.000 km no cenário atual). O transporte com etanol se mostrou ambientalmente superior em quatro categorias, mas apresenta os maiores impactos para acidificação (pela influência das emissões de NOx e NH3 na fertilização nitrogenada da cana). Conforme o esperado, a gasolina apresentou os piores desempenhos quanto à depleção de combustíveis fósseis e aquecimento global, além da depleção da camada de ozônio.
No caso da toxicidade humana, os impactos associados somente à produção do veículo elétrico superam aqueles relacionados à produção e uso dos combustíveis. Nesse ponto, é importante mencionar uma característica do método de AICV escolhido e da própria ACV. Apesar do seu princípio de completeza e da perspectiva do ciclo de vida, a técnica de ACV apresenta limitações pela dificuldade da integração de dados ambientais nas dimensões espaço e tempo e pela incerteza inerente na modelagem dos impactos ambientais. Por exemplo, extrações de metais pesados do solo em
regióes asiaticas e africanas podem apresentar o mesmo valor de indicadorpara uma categoria específica, embora a cadeia de consequências ambientais seja diferente. Portanto, embora o valor do indicador de AICV seja o mesmo, provavelmente não consegue refletir toda a complexidade dos processos reais.
No presente caso, os fluxos associados à produção dos veículos foram amortizados ao longo de uma vida útil estipulada, de maneira que fosse possível somá-los aos fluxos das operações contínuas. Dessa forma, há uma combinação de efeitos que ocorrem não só em tempos diferentes (possivelmente décadas), mas também em pontos diferentes no espaço (até mesmo em continentes distintos). Isso dificulta sobremaneira a determinação precisa do impacto ambiental, especialmente para aquelas categorias de impacto local/regional (e.g., toxicidade). Além disso, uma vez que o método também não leva em conta a criticidade das emissões nos diferentes locais e momentos em que ocorrem, não é possível avaliar de forma diferenciada o possível efeito das emissões em regiões mais densamente povoadas, ou com população/ecossistemas mais frágeis.
Outra fonte de imprecisão é a correlação dos resultados do ICV aos mecanismos ambientais paralelos, como por exemplo, a distribuição das emissões de SO2 entre as categorias de toxicidade humana e acidificação. Como a estimativa sobre essa distribuição é incerta, com frequência o total das emissões é conservadoramente atribuído a todas as categorias ambientais pertinentes. Por conta desses fatores, a interpretação dos impactos potenciais indicados aqui deve ser feita com cautela, reconhecendo as limitações da técnica de ACV e a incerteza das modelagens ambientais.
Figura 5.3. Análise comparativa dos impactos potenciais associados à fase do Tanque-à-Roda para 2014.
Para evidenciar o efeito local das diferentes opções de transporte, a Figura 5.3 apresenta os impactos potenciais associados somente à fase do Tanque-à-Roda, a qual se espera que seja majoritariamente verificada nos centros urbanos, onde há maior concentração populacional. Nesse caso, fica evidente o benefício do transporte elétrico frente às opções à combustão, justamente por se evitar as emissões decorrentes da queima dos combustíveis. Entre etanol e gasolina, o biocombustível apresenta menores impactos, com exceção da oxidação fotoquímica devido à maior emissão de CO. Na realidade, essa diferença na oxidação fotoquímica só não é maior porque o método de AICV utilizado não apresenta um fator de caracterização para compostos orgânicos voláteis não metano (COVNM). Por outro lado, como as emissões de SOx no uso final de veículos não são reguladas, optou-se por não incluí-las na análise.
Apesar dessa comparação do Tanque-à-Roda ser válida e de interesse para efeitos locais, é preciso lembrar que um dos grandes objetivos da Filosofia do Ciclo de Vida27 é justamente evitar a transferência de cargas não só entre categorias de impactos distintas, mas também entre etapas distintas do ciclo de vida. Dessa forma, a princípio não se desejaria que a superioridade ambiental em uma das fases do ciclo de vida fosse alcançada em detrimento das outras.
No caso do veículo elétrico, a eliminação das emissões em ciclo urbano é possibilitada por uma grande transferência de carga ambiental principalmente para a etapa de produção do veículo/bateria, uma vez que a geração de eletricidade tem um peso secundário para boa parte das categorias consideradas aqui. Essa relevância do ciclo do veículo tem sido frequentemente reportada na literatura (HAWKINS et al., 2013; MA et al., 2012; RAJAGOPAL et al., 2012; RENAULT, 2011; SINGH et al., 2014), e sua contribuição relativa é significativa mesmo nos casos em que a geração de eletricidade é proveniente de fontes fósseis. Apenas para efeitos ilustrativos, a Figura 5.4 apresenta uma comparação das emissões de GEE associadas somente à produção do veículo/bateria, através da qual é possível notar que o valor encontrado neste estudo não se afasta significativamente de outras estimativas internacionais, embora se deva ter em mente as possíveis diferenças com relação às fronteiras consideradas em cada estudo. Os estudos consideraram uma vida de 150.000 km, inclusive o aqui reportado, com exceção de Ma et al. (2012) e Rajagopal et al. (2012), que assumiram vidas de 180.000 km e 290.000 km, respectivamente. Um detalhamento sobre os processos que influenciam o perfil ambiental do veículo elétrico, conforme estimado aqui, é ilustrado na Figura 5.5.
27 Ou Filosofia do Pensamento do Ciclo de Vida. A expressão é derivada de Life Cycle Thinking, que é uma abordagem
Figura 5.4. Emissões de GEE relativas à produção do veículo elétrico. Fonte: Elaboração própria.
Figura 5.5. Rede de processos que mais contribuem no perfil ambiental (aquecimento global) do VE. Fonte:Elaboração própria 1 unidade Veículo elétrico 1,02E4 kg CO2 eq 290 kg Batería de ión-Litio, recarregável 1,43E3 kg CO2 eq 1,12E3 kg
Veículo elétrico de passageiros sem bateria 8,59E3 kg CO2 eq 1,02E3 kg Carroceria veículo elétrico 6,54E3 kg CO2 eq 874 kg Aço reforçado 2,07E3 kg CO2 eq 588 kg Aço não ligado 1,25E3 kg CO2 eq 914 kg Ferro gusa 1,84E3 kgCO2 eq 1,03E3 tkm Transporte por trem 48,2 kg CO2eq 97,8 kg Trem de potência 1,85E3 kg CO2 eq
Particularmente para a bateria, a maior parte dos impactos potenciais ao meio ambiente estão associados à processos de extração e tratamento de metais pesados (Tabela 5.4).
A contribuição relacionada à geração de energia elétrica na produção da bateria é maior na categoria de aquecimento global. No caso da ecotoxicidade, oxidação fotoquímica, depleção abiótica e acidificação, a produção de metais, principalmente cobre, é o contribuinte principal, enquanto que o tratamento final de resíduos metálicos é preponderante para a eutrofização, depleção da camada de ozônio e toxicidade humana. A extração de carvão na China representa o contribuinte principal para a depleção de recursos fosseis.
Comparações envolvendo todo o ciclo de vida da opção elétrica e de seu benefício frente às convencionais já são mais difíceis de serem realizadas por conta da peculiaridade do caso brasileiro na geração de eletricidade e das opções de combustíveis veiculares (etanol e gasolina C). No estudo conduzido pela Renault para o contexto francês de geração de eletricidade, o Fluence elétrico apresentou desempenho superior às opções a óleo diesel e gasolina nas seis categorias de impacto analisadas (RENAULT, 2011). Já no contexto britânico, o veículo elétrico obteve os piores desempenhos para as categorias de acidificação e eutrofização.
Tabela 5.4. Perfil ambiental da bateria do veículo elétrico (por km)
Categoria de impacto Processoa Resultadob
Depleção de recursos abióticos
(kg Sb eq)
Total de todos os processos 6,40E-04
Processos restantes 2,56E-04
Ouro {Mundo Exceto Europa}| Produção 1,36E-04
Cobre concentrado {Mundo Exceto Europa}| operação mina
1,24E-04 Cobre {Mundo Exceto Europa}| operação e refino 9,16E-05 Depleção de
combustíveis fósseis (MJ)
Total de todos os processos 6,45E+01
Processos restantes 5,41E+01
Antracito {CHINA}| operação da mina 1,04E+01
Aquecimento global (kg CO2 eq)
Total de todos os processos 4,92E+00
Processos restantes 3,92E+00
eletricidade, alta voltagem{CHINA}| Produção por Antracito
6,70E-01
Antracito {CHINA}| operação da mina 3,33E-01
Depleção da camada de ozônio
(kg CFC-11 eq)
Total de todos os processos 8,44E-07
Processos restantes 4,90E-07
Cobre {GLOBAL}| tratamento do cabo usado 3,54E-07 Toxicidade humana
(kg 1,4-DB eq)
Total de todos os processos 2,62E+01
Processos restantes 1,10E+01
Ecotoxicidade terrestre (kg 1,4-DB eq)
Total de todos os processos 3,71E-02
Processos restantes 1,99E-02
Cobre {ASIA}| Produção 6,24E-03
Cobre {Mundo Exceto Europa}| Produção 5,72E-03
Cobre {LATIN AMERICA}| Produção 5,23E-03
Oxidação fotoquímica (kg C2H4 eq)
Total de todos os processos 3,55E-03
Processos restantes 3,10E-03
Cobre {ASIA}| Produção 4,47E-04
Acidificação (kg SO2 eq)
Total de todos os processos 7,69E-02
Processos restantes 4,96E-02
Cobre {ASIA}| Produção, primaria 1,12E-02
Cobre {Mundo Exceto Europa}| Produção 8,14E-03
Eletricidade{CHINA}| Geração por Antracito 7,97E-03 Eutrofização
(kg PO4-3 eq)
Total de todos os processos 5,39E-02
Processos restantes 1,20E-02
Enxofre de residuo, def-site {GLOBAL}| tratamento 4,19E-02 a Os processos se referrem a locais específicos, e.g. China, América Latina, Global, etc., conforme
elaborado pelo Ecoinvent. A identificação geográfica de um processo delimita o local de início de uma emissão, mesmo que os seus impactos sejam globais.
b Resultados por km rodado. O detalhamento dos resultados considera um critério de corte de 10%,
exceto para aquecimento global, cujo critério foi de 5%.
É possivel estabelecer um paralelo entre os resultados da etapa “Poço-ao-Tanque” nas condições atuais e os resultados apresentados por Cavalett et al (2013). Porém é muito importante notar que há algumas diferenças importantes dessa análise com respeito ao nosso caso: a base de dados utilizada é a Ecoinvent 2,0 e não a versão 3,1; os resultados para a fase poço-ao-tanque incluem também o uso do veículo, o qual é estimado baseado em valores médios nacionais (CETESB, 2011); o processo que modela a gasolina A foi adotado diretamente do Ecoinvent 2,0 e a porcentagem de mistura volumétrica não é igual, sendo 75% Gasolina A; os parâmetros da cultura da cana, embora semelhantes, não são os mesmos.
A fim de criar uma comparação mais justa entre os dois conjuntos de valores, rodou-se uma análise que inclui os parâmetros da fase de uso adotados por Cavalett et al. (2013), mas mantem os parâmetros da nossa produção da cana (discutidos na seção 4.1.1), portanto considera-se uma comparação pertinente.
Observando os resultados da Tabela 5.5, nota-se que no caso do aquecimento global os valores obtidos são semelhantes, mostrando variações percentuais de menos de 10%. Igualmente para a eutrofização, as diferenças não são drásticas. Não obstante, para algumas categorias, como a ecotoxicidade terrestre e a toxicidade humana, os valores são bastante diferentes. Para essas categorías de impacto, a contribuição de processos secundários ou de “background” é muito significativa, portanto, as diferenças poderiam ser atribuídas à diferença entre as versões do Ecoinvent
(os processos mudam de uma versão para a próxima baseado em evidência robusta de alterações nos efluentes ou nos fluxos de entrada) e também as diferenças nos parâmetros da cultura da cana.
Tabela 5.5. Comparação com os resultados obtidos por CAVALETT et al. (2013) com respeito à AICV para a gasolina C e etanol.
Categoria de impacto Unidade Etanol (Este estudo) Gasolina (Este estudo) Etanol Cavalett et al Gasolina Cavalett et al Porcent. Var. etanol Porcent. Var. gasolina Aquec. Global (100a)
kg CO2 eq 2,42E-02 6,87E-02 2,40E-02 7,29E-02 1% -6% Depleção cam.
ozônio
kg CFC-11 eq 1,24E-09 4,95E-09 1,59E-09 9,58E-09 -28% -93%
Toxicidade humana
kg 1,4-DB eq 3,74E-03 2,79E-03 6,59E-03 7,95E-03 -76% -185%
Ecotoxicidade terrestre
kg 1,4-DB eq 1,44E-05 1,40E-05 4,98E-05 5,57E-05 -245% -299%
Oxidação fotoquímica
kg C2H4 eq 2,82E-05 1,29E-05 4,09E-05 1,75E-05 -45% -35%
Acidificação kg SO2 eq 3,58E-04 1,03E-04 3,98E-04 1,90E-04 -11% -84% Eutrofização kg PO4 eq 9,93E-05 2,60E-05 9,73E-05 3,42E-05 2% -32%