Para o caso dessa dissertação, a função dos sistemas principais é o transporte coletivo urbano de passageiros. Visando atender a essa função, a unidade funcional utilizada quantifica seu exercício, atendendo ao percurso urbano compulsório dos ônibus, a cada 100 km rodados, independente ao número de passageiros e da tecnologia empregada. Os fluxos de referência
dos dois sistemas de produto (mobilidade convencional e mobilidade elétrica) foram calculados com base teórica em referencial bibliográfico. Assim, a cada 100 km rodados foi considerada a autonomia de diesel/biodiesel e eletricidade demandada pelas motorizações convencional e elétrica, respectivamente.
Dentro da função de transporte coletivo urbano de passageiros, quatro sistemas de produtos principais foram desenvolvidos como objeto de estudo desta ACV: dois sistemas de produto do transporte urbano coletivo convencional (Figura 3.2) e dois sistemas de produto do transporte urbano coletivo elétrico (Figura 3.3).
No caso da Figura 3.2, o maior diferencial entre os sistemas envolve o uso do combustível, Diesel S-10 (B7) ou de Biodiesel (B100), ambos modelados nas fases well-to- tank e tank-to-wheel.
Figura 3.2 – Representação gráfica dos sistemas de produto relativos ao transporte coletivo urbano convencional de pessoas, dentro do escopo de pesquisa, exclusos os processos logísticos de transporte e distribuição das
unidades de processo
Fonte: Autoria própria.
Transporte coletivo urbano convencional Ônibus a combustão interna Manutenção Uso/ Combustão Diesel S-10 (B7) Biodiesel (B100) Esterificação Óleo de soja Esmagamento da soja Produção agrícola de soja Sebo bovino Petrodiesel S-10 Petrodiesel nacional Refino na REPLAN Exploração e produção de petróleo nacional Exploração e produçao de petróleo importado Petrodiesel importado ARLA 32 Ureia Água deionizada Uso/ Combustão Biodiesel (B100) Esterificação Óleo de soja Esmagamento da soja Produção agrícola de soja ARLA 32 Ureia Água deionizada
Já na Figura 3.3, que representa os principais sistemas de produto do transporte urbano coletivo elétrico, a principal diferença entre eles envolve o perfil de geração elétrica no momento da recarga, analisada na fase well-to-tank.
Um aspecto importante da ACV é a definição da abordagem realizada. Pode-se optar entre uma abordagem atribucional (também chamada de contábil, retrospectiva, descritiva, média ou não-marginal) ou uma consequencial (também chamada de mudança-orientada, efeito-orientada, baseada na decisão, baseada no mercado, marginal ou prospectiva). A primeira abordagem implica considerar as condições médias das produções de energéticos, assim como suas respectivas motorizações, para elencar os potenciais impactos ambientais atribuíveis ao ciclo de vida do transporte de passageiros em ônibus urbano, utilizando como base os fluxos conforme eles são no cenário atual (ou mesmo como se espera que ele seja no futuro). Já a segunda abordagem visa à identificação de consequências que uma decisão em um sistema foreground tem para outros processos e sistemas da economia, tanto no sistema background analisado como em outros sistemas.
Nesta dissertação, foi utilizada a abordagem atribucional, por se tratar de uma comparação ambiental stricto sensu das condições médias de uma tecnologia já disseminada (ônibus urbano convencional) a uma nova (ônibus urbano elétrico), ainda não difundida igualmente no escopo geográfico adotado.
A fronteira dos sistemas de produto modelados foi delimitada dentro da visão well-to- wheel para não incluir os fluxos referentes a bens de capital, ou seja, infraestrutura necessária para a operação das unidades produtivas (e.g. plantas industriais, maquinários, veículos de carga, estradas, rodovias, etc.). De acordo com Sugawara (2012), em estudos de ACV com a abordagem atribucional costuma-se excluir tais elementos, sem que tal decisão influencie de maneira significativa os resultados - os bens de capital possuem vida útil longa e a parcela da carga ambiental referente à unidade funcional se torna insignificante.
Figura 3.3 – Representação gráfica dos sistemas de produto relativos ao transporte coletivo urbano elétrico de pessoas, dentro do escopo de pesquisa, exclusos os processos logísticos de transporte e distribuição das unidades
de processo
Fonte: Autoria própria.
Quanto às fontes dos inventários, quando esses dados são coletados diretamente do processo que está sendo modelado, são chamados de dados primários, enquanto os dados fornecidos por outras fontes, como bases de dados comerciais ou literatura científica, são
Transporte coletivo urbano elétrico Ônibus elétrico à bateria Manutenção Uso Eletricidade gerada no horário de demanda média Perdas na transmissão e na conversão de tensão Geração de energia eólica Geração de energia nuclear Geração de energia hidrelétrica Geração de energia térmica
Biomassa Óleo combustível
Gás natural Carvão Diesel Eletricidade gerada no horário de maior demanda Perdas na transmissão e na conversão de tensão Geração de energia eólica Geração de energia nuclear Geração de de energia hidrelétrica Geração de energia térmica
Biomassa Óleo combustível
Gás natural Carvão
chamados de dados secundários. Nesta dissertação, os dados utilizados são de origem secundária, oriundos de referências bibliográficas e do inventário disponível na plataforma digital do Ecoinvent.
A base de dados Ecoinvent é a maior base de dados do mundo para apoio aos estudos de ACV (SUGAWARA, 2012), além de incluir inventários de ciclo de vida que abrangem todas as atividades econômicas, em diferentes níveis de processo, em diversas regiões do mundo, com a qualidade de dados mantida pelo sistema de validação e revisão do Centro Suíço de Inventários do Ciclo de Vida (SWISS CENTRE FOR LIFE CYCLE INVENTORIES, 2014).
É importante mencionar que para os processos nos quais as informações das condições regionais apresentaram consistência, confiabilidade e rastreabilidade, porém divergem daquelas encontradas no banco de dados do Ecoinvent, optou-se por adotá-las na análise. Para os casos em que se constatou incerteza ou escassez de acesso à informação, se optou por utilizar a base de dados do Ecoinvent.
Nas seções 3.2 a 3.4, durante a descrição da análise de inventário, são reportadas as origens de cada um dos dados que compõem os parâmetros para a modelagem e construção dos inventários do ciclo de vida e das avaliações de potenciais impactos do ciclo de vida, dentro do escopo: (i) temporal de 1990 a 2016, visando indicar as condições atuais da mobilidade coletiva urbana; (ii) geográfico nacional brasileiro para a fase well-to-tank, e estadual em São Paulo para a produção do ônibus e para a fase tank-to-wheel; e (iii) tecnológico com o ônibus a combustão interna utilizando o motor de ensaio em bancada dinamométrica da CETESB (2016) e o ônibus elétrico à bateria do modelo K9 da BYD, ambos com carroçarias de 12 metros.
Quanto aos procedimentos de alocação foi dada preferência ao uso de grandezas físicas, sendo especificamente descritos, assim como os pressupostos, premissas e escolha de valores nas seções 3.2 a 3.4, durante a descrição da análise de inventário.
A Avaliação dos Potenciais Impactos do Ciclo de Vida categoriza quantitativamente, em relação à unidade funcional, os aspectos ambientais gerados por um sistema de produto ou processo, que podem ser causados por transformações energéticas e materiais, independentemente de suas especificidades no espaço ou tempo que ocorrem.
Importante mencionar que foram abordados os impactos ambientais potenciais das modalidades de transporte coletivo urbano, não prevendo impactos absolutos ou precisos devido às incertezas inerentes à modelagem, como a ausência de correlação entre aspectos ambientais e a resiliência do escopo geográfico atingido pelo sistema de produto.
Como mencionado anteriormente, nessa dissertação adotou-se o SimaPro para realizar a ACV. O método selecionado para a avaliação de potenciais impactos do ciclo de vida foi o CML-IA (Center of Environmental Science). Desenvolvido pela Universidade de Leiden, Holanda, este método tem aplicação global e por isso tem sua abordagem voltada para o aspecto ambiental (nível midpoint) e não para o impacto ambiental (nível endpoint). O nível endpoint demandaria de fatores de caracterização regionais, de modo que para esse escopo geográfico ainda não há métodos que consigam de fato captar as diversidades e peculiaridades brasileiras.
As categorias de impacto ambiental consideradas neste estudo foram todas aquelas disponíveis pelo CML-IA: depleção de recursos abióticos, depleção de combustíveis fósseis, aquecimento global, acidificação, eutrofização, toxicidade humana, ecotoxicidade de água doce, marinha e terrestre, depleção da camada de ozônio e oxidação fotoquímica.
A depleção de recursos abióticos corresponde ao consumo de recursos naturais, classificados como não renováveis. A depleção de combustíveis fósseis possui o mesmo conceito que a depleção de recursos abióticos, aplicado exclusivamente ao consumo de combustíveis fósseis.
O aquecimento global, associado às mudanças climáticas, indicam a propensão ao aumento da radiação térmica junto à superfície do globo, elevando sua temperatura e trazendo desequilíbrios ecológicos.
A acidificação gera um aumento da acidez do solo ou da água devido à liberação de óxidos de nitrogênio e enxofre, podendo causar efeitos nocivos em plantas, seres humanos, animais e também em edificações.
A eutrofização é caracterizada pelo aumento de nutrientes, principalmente em meios aquáticos, provocando o crescimento populacional de microrganismos e, por consequência, a diminuição da taxa de oxigênio necessário aos peixes e outros organismos vivos.
As toxicidades envolvem a contaminação humana ou ecossistêmica por exposição a substâncias tóxicas liberadas em atividades antrópicas. No caso da toxicidade humana, o valor potencial de toxicidade humana (PHT) para uma dada substância é medido como a massa do corpo humano que estaria exposta ao limite toxicológico aceitável de 1kg de substância. Já a ecotoxicidade são danos causados à fauna e à flora por substâncias tóxicas, em meio aquático ou terrestre.
A depleção da camada de ozônio envolve o uso de aerossóis à base de haletos orgânicos, como o clorofluorcarbono e seus derivados. A diminuição dessa camada eleva a
quantidade de raios ultravioletas que atingem a superfície da Terra, podendo provocar danos diversos.
E por fim, a oxidação fotoquímica ocorre por meio de óxidos de nitrogênio que reagem com substâncias voláteis pela ação de raios ultravioletas, gerando oxidantes fotoquímicos. Esses criam nevoeiros, reduzindo a taxa de luminescência solar e dificultando a fotossíntese.
Visando ainda diminuir as incertezas dos resultados qualitativos, a modelagem também foi feita por meio dos métodos ReCiPe midpoint (H)16 e IMPACT 2002+17 a fim de comparação com outros estudos-referência disponíveis na área.
No Tabela 3.1 dispõem-se os principais dados relacionados ao objetivo e ao escopo dos sistemas de produto avaliados.
Tabela 3.1 – Compilação dos principais dados formadores do objetivo e escopo da ACV
Objetivo
Realizar uma análise comparativa da avaliação dos potenciais impactos ambientais do transporte coletivo urbano de passageiros atual, no estado de São Paulo, por meio de (i) de ônibus convencionais à combustão interna; e (ii) ônibus elétricos à bateria, com recarga
plug-in; considerando tanto o ciclo de vida de suas fontes de energia (etapa well-to-tank, ou
do poço-ao-tanque), quanto de seus usos (etapa tank-to-wheel, ou do tanque-à-roda) e dos processos produtivos de seus ônibus.
Função dos
sistemas Transporte coletivo urbano de passageiros.
Unidade funcional dos sistemas 100 km rodados. Sistemas considerados
Transporte coletivo urbano de passageiros, mediante ônibus a combustão interna, com SCR+ARLA32, utilizando diesel S-10 (B7) e biodiesel (B100);
Transporte coletivo urbano de passageiros, mediante ônibus elétrico à bateria íon-lítio, com recarga plug-in em horários de demanda média e de maior demanda por eletricidade.
16 Trata-se de uma continuação dos métodos Eco-indicator e CML 2000, em dois níveis: midpoint; e endpoint Os
fatores de caracterização para aquecimento global foram adequados para comparar os impactos dos GEE com outros tipos de influência, tais como substâncias que causam acidificação e impactos respiratórios. Tem escopo de aplicação global para as categorias de mudanças climáticas, depleção da camada e ozônio e consumo de recursos. As demais têm aplicação válida para a Europa (MENDES et al, 2013).
17 O Impact Assessment of Chemical Toxics é um método suíço em nível midpoint (e.g. toxicidade humana,
efeitos respiratórios, radiação ionizante, depleção da camada de ozônio, formação de ozônio fotoquímico, ecotoxicidade aquática, eutrofização aquática, acidificação e eutrofização terrestre, aquecimento global, uso de energia renovável e extração mineral) combinado com endpoint (saúde humana, qualidade do ecossistema, mudança climática e recursos) (MENDES et al, 2013).
Unidades do processo principal
Petrodiesel S-10 com de biodiesel de soja e de sebo bovino, formando o diesel S-10 (B7); biodiesel (B100) de soja; ônibus urbano a combustão interna com SCR + ARLA32; eletricidade no horário de demanda média; eletricidade no horário de demanda maior; ônibus urbano elétrico à bateria.
Fronteiras dos
sistemas Well-to-wheel (do poço-à-roda), não incluindo bens de capital e emissões de longo prazo.
Escopo geográfico
Produção de combustíveis e eletricidade considerando o perfil nacional brasileiro (salvo o refino do petróleo que é passível de regionalização, por meio do perfil de operação REPLAN); produção e uso dos ônibus no Estado de São Paulo.
Escopo tecnológico
Ônibus à combustão interna, com SCR + ARLA32 (5% do volume de combustível): 12 metros de comprimento; massa total de 11.800 kg (sem passageiros); autonomia de 46 litros de diesel S-10 (B7) e de 49,05 litros de biodiesel (B100) a cada 100 km rodados; vida útil de 1.180.000 km, baseada na intensidade de uso dos ônibus urbanos segundo a CETESB (2016).
Ônibus elétrico: 12m de comprimento (K9 - BYD); massa total de 13.800 kg (sem passageiros); autonomia de 126,5 kWh a cada 100 km rodados; vida útil de 1.060.000 km, baseada na intensidade de uso dos ônibus urbanos segundo a CETESB (2016), limitada à vida útil de 30 anos da bateria (ANTP, 2016).
Escopo
temporal 1990-2016.
Procedimentos de alocação
Produção e exploração do petróleo e gás natural nacionais: base energética; refino de petróleo e geração de seus derivados: base volumétrica; exploração e produção de
glicerídeos da soja: base mássica; transesterificação do óleo de soja e do sebo bovino: base mássica.
Modelagem
do inventário Midpoint
Método de
AICV CML-IA baseline, versão 3.02; ReCiPe midpoint (H); IMPACT 2002+
Software de
modelagem SimaPro PhD, versão 8.0.5.13
Categorias de impacto ambiental
CML-IA baseline: Depleção Abiótica; Depleção Abiótica (combustíveis fósseis);
Aquecimento Global (GWP 100a); Depleção da Camada de Ozônio; Toxicidade Humana; Ecotoxicidade de Água Doce; Ecotoxicidade de Água Marinha; Ecotoxicidade Terrestre; Oxidação Fotoquímica; Acidificação; e Eutrofização.
ReCiPe midpoint (H): Mudanças Climáticas; Depleção da Camada de Ozônio; Acidificação Terrestre; Eutrofização de Água Doce; Eutrofização Marinha; Toxicidade Humana; Formação de Foto-Oxidantes; Formação de Material Particulado; Ecotoxicidade Terrestre; Ecotoxicidade de Água Doce; Ecotoxicidade Marinha; Radiação Ionizante; Depleção de Metais; e Depleção Fóssil.
IMPACT 2002+: Carcinógenos; Não-Carcinógenos; Inorgânicos Inaláveis; Radiação Ionizante; Depleção da Camada de Ozônio; Orgânicos Inaláveis; Ecotoxicidade Aquática; Ecotoxicidade Terrestre; Acidificação/Nutrição Terrestre; Acidificação Aquática;
Fontes diretas de dados
Petrodiesel: ANP (2016); Walter et al. (2016); Vargas (2016); Chagas (2011); Theodora (2013); Da Silva (2013); Chan (2007) e Ecoinvent v3.01.
Biodiesel de soja: Cavalett e Ortega (2010) e Ecoinvent v3.01;
Biodiesel de sebo bovino: APROBIO (2016); Cavalett e Ortega (2010) e Ecoinvent v3.01; ARLA32: PETROBRAS (2016) e Ecoinvent v3.01.
Eletricidade: Walter et al. (2016); Vargas (2016); EPE (2015); ONS (2014) e Ecoinvent v3.01.
Ônibus urbano à combustão interna: Sanchéz et al. (2012); CETESB (2016) e Ecoinvent v3.01;
Manutenção do ônibus urbano à combustão interna: Ecoinvent v3.01.
Uso do ônibus à combustão interna: SPTRANS; ANP (2016); CETESB (2016); Shehaan et al. (1998); IPCC (2006) e Ecoinvent v3.01;
Ônibus urbano elétrico: Zhou et al. (2016); CETESB (2016); Sanchéz et al. (2013) e Ecoinvent v3.01;
Manutenção do ônibus urbano elétrico: Ecoinvent v3.01.; Walter et al. (2016); Vargas (2016);
Uso do ônibus elétrico: Zhou et al. (2016).
Fonte: Autoria própria.