3.2 An´ alise geral do problema
3.2.2 Passo 2: An´ alise exerg´ etica e ambiental
Tanto a an´alise exerg´etica quanto a ambiental dependem da quan- tifica¸c˜ao dos fluxos (massa e energia) e da identifica¸c˜ao de sua inter- rela¸c˜ao com os processos analisados. Por isso, definiu-se que a estru- tura da proposta metodol´ogica, indicada na Figura 3.1, ´e iniciada pela an´alise ambiental, considerando que, durante a mesma, ´e realizado o invent´ario de ciclo de vida em fun¸c˜ao da unidade funcional2 identifi- cada. Uma vez elaborado o invent´ario de ciclo de vida, os dados do mesmo podem ser usados para a an´alise geral exerg´etica do problema.
1Especifica¸c˜ao, em termos de fluxos de material ou energia ou do n´ıvel de sig-
nificˆancia ambiental associados a processos elementares ou a sistemas de produto, dos limites que definem a exclus˜ao de dados de um estudo.
2Definido pela norma ABNT NBR ISO 14044 como o desempenho quantificado
3.2.2.1 An´alise ambiental geral
A proposta de an´alise ambiental aqui apresentada ´e uma s´ıntese das indica¸c˜oes das normas ABNT NBR ISO 14040 e 14044, relacio- nadas `a gest˜ao ambiental e `a avalia¸c˜ao do ciclo de vida. Para maior detalhamento, sugere-se consultar as normas ISO/FDIS-14040 (2006) e ISO/FDIS-14044 (2006). Conforme visto na Se¸c˜ao 2.3, a avalia¸c˜ao do ciclo de vida (ACV) ´e um m´etodo que tem como objetivo ajudar a identificar oportunidades para a melhora do desempenho ambiental de produtos, servi¸cos ou processos, durante seu ciclo de vida3. A ACV ´e composta por quatro fases: (i ) fase de defini¸c˜ao do objetivo e do escopo; (ii ) fase de an´alise de invent´ario do ciclo de vida (ICV); (iii ) fase de avalia¸c˜ao do impacto do ciclo de vida (AICV), e (iv ) fase de interpreta¸c˜ao dos resultados. A seguir, ´e dada uma descri¸c˜ao sucinta de cada fase.
(i ) Fase de defini¸c˜ao de objetivo e escopo: o objetivo e o escopo do estudo devem ser claramente definidos. O objetivo deve considerar a aplica¸c˜ao pretendida e as raz˜oes que motivaram a realiza¸c˜ao do estudo, enquanto o escopo deve definir de forma clara o sistema produtivo que ser´a avaliado. Com base no reconhecimento do problema e da fronteira previamente definida (passo 1), nesta fase, s˜ao identificadas a unidade funcional, a qual fornece uma referˆencia para a normaliza¸c˜ao dos dados de entrada e sa´ıda, e a categoria, ou categorias, de impacto, que ser´a inclu´ıda no estudo.
(ii ) Fase de an´alise de invent´ario de ciclo de vida (ICV): para realizar a an´alise, primeiramente deve ser elaborado o invent´ario de ciclo de vida a partir da coleta de dados e da informa¸c˜ao considerada relevante. A Figura 3.2 mostra que o procedimento para a obten¸c˜ao do invent´ario de ciclo de vida ´e iterativo; inicia-se com a coleta de informa¸c˜oes (fluxos de entrada e sa´ıda de energia, massa, produtos, co- produtos e res´ıduos, assim como libera¸c˜oes `a atmosfera, `a ´agua e ao solo) e segue com a correla¸c˜ao dos dados com os processos e a unidade funcional at´e que seja obtido o invent´ario calculado (ABNT14044, 2009).
´
E recomendado que a coleta de dados seja realizada durante um tempo prudencial e por medi¸c˜ao direta. Na ausˆencia desta possibilidade, os dados podem ser estimados a partir de informa¸c˜oes recebidas do pessoal vinculado a ditos processos, de modelos te´oricos que representem o
3Definido pela ABNT NBR 14040 como est´agios consecutivos e encadeados de
um sistema de produto, desde a aquisi¸c˜ao da mat´eria prima ou de sua gera¸c˜ao a partir de recursos naturais at´e a disposi¸c˜ao final.
3.2 An´alise geral do problema 29
processo (como, por exemplo, o modelo de combust˜ao), ou derivados de outras fontes bibliogr´aficas.
Coleta de dados
- entrada e saída de energia; - entrada e saída de massa; - produtos e co-produtos; - resíduos e emissões (ao ar, água e solo).
Correlação
- dados e processos; - dados - unidade funcional.
Inventário
calculado Inventário completo
Refinamento
Figura 3.2 – Procedimento para elabora¸c˜ao do invent´ario do ciclo de vida.
No caso de o processo avaliado apresentar mais de um produto final, os dados considerados como relevantes para o invent´ario devem ser alocados4a diferentes produtos, de acordo com os crit´erios definidos de forma clara. Os dados de um invent´ario de ciclo de vida devem ser continuamente refinados, seguindo a dinˆamica do processo.
(iii ) Fase de avalia¸c˜ao do impacto do ciclo de vida (AICV): a ava- lia¸c˜ao do impacto ´e realizada com base no invent´ario previamente ela- borado. Em primeiro lugar, ´e feita a sele¸c˜ao das categorias de impacto5, dos indicadores de categoria e dos modelos de caracteriza¸c˜ao.
Em segundo lugar, s˜ao correlacionados os resultados do ICV com as categorias de impacto selecionadas. Finalmente, ´e realizado o c´alculo dos indicadores de categoria, que consiste na convers˜ao dos resultados do ICV para unidades comuns dentro da mesma categoria de impacto. Esse resultado ´e um valor num´erico do indicador. A t´ıtulo de exem- plo, a Tabela 3.1 mostra os termos que devem ser considerados para a avalia¸c˜ao de um processo ou produto para a categoria de impacto denominada acidifica¸c˜ao (ISO/TR-14047, 2003).
(iv ) Fase de interpreta¸c˜ao dos resultados: os resultados das fases de ICV e AICV devem ser interpretados de acordo com o objetivo e escopo do estudo, e deve incluir uma avalia¸c˜ao e uma verifica¸c˜ao de
4Reparti¸c˜ao dos fluxos de entrada ou sa´ıda de um processo ou sistema de produto
entre o sistema de produto em estudo e outros sistemas de produto.
5Segundo a norma ABNT NBR ISO 14044, ´e a classe que representa as quest˜oes
ambientais relevantes e `as quais os resultados da an´alise do invent´ario do ciclo de vida podem ser associados. Exemplos de avalia¸c˜ao mediante categorias de impacto podem ser vistos em detalhe em ISO/TR-14047 (2003).
Tabela 3.1 – Termos definidos na avalia¸c˜ao do impacto do ciclo de vida.
Termo
Categoria de impacto Acidifica¸c˜ao.
Resultado do ICV Substˆancias ´acidas emitidas ao ar ou `a ´
agua.
Modelo de caracteriza¸c˜ao Eco-indicador 99 usando modelo nature plannera
Indicador de categoria Incremento em PDFb
vegetation de esp´ecies
de plantas em ´areas naturais.
Fator de caracteriza¸c˜ao Fra¸c˜ao do potencial de desaparecimento (PDF ) para cada emiss˜ao ´acida ao ar. SO2−eq ou PDF · m2· ano por kg de g´as
emitido.
Pontos finais da categoria Biodiversidade, vegeta¸c˜ao natural, ma- deira, peixes, monumentos.
Relevˆancia ambiental Evolu¸c˜ao e efeitos na vegeta¸c˜ao natural.
aTool of the Netherland Environmental Assessment Agency. bPotentially Disappeared Fraction.
sensibilidade em rela¸c˜ao `as quest˜oes significativas, isto ´e, aos dados do invent´ario (massa, energia, emiss˜oes, descargas, res´ıduos, etc), `as categoria de impacto analisadas, aos indicadores de categoria e aos modelos selecionados. Nesta fase, ´e importante tamb´em ter presente os m´etodos utilizados e os pressupostos adotados nas fases precedentes, tais como regras de aloca¸c˜ao e crit´erios de corte.
3.2.2.2 An´alise exerg´etica geral
A an´alise exerg´etica geral visa identificar e quantificar os fluxos de exergia associados `as etapas consideradas na fronteira do problema, e com isso, o potencial de melhora em ditas etapas. A exergia associada aos fluxos de massa e energia identificados como relevantes ´e calculada a partir do invent´ario de ciclo de vida previamente elaborado e seguindo as pautas dadas a seguir.
(i ) Identifica¸c˜ao do in´ıcio do processo de convers˜ao: do ponto de vista exerg´etico, ´e importante identificar qual ´e o ponto inicial do pro- cesso, ou seja, o ponto de partida para o c´alculo da eficiˆencia global e da exergia consumida nos processos associados `as diferentes etapas que
3.2 An´alise geral do problema 31
fazem parte da fronteira do sistema.
Para o caso do processo de gera¸c˜ao termoel´etrica, o ponto sugerido como inicial ou de “fonte exerg´etica” ( ˙Ef onte), ´e localizado na entrada dos queimadores do gerador de vapor e corresponde `a exergia qu´ımica do combust´ıvel utilizado. O c´alculo desta quantidade ´e feito mediante a Equa¸c˜ao 3.1.
˙
Ef onte = echcombm˙comb (3.1) A exergia qu´ımica espec´ıfica ech
comb ´e calculada a partir da cor- rela¸c˜ao sugerida por Szargut, Morris e Steward (1988), conforme indi- cado na Equa¸c˜ao 3.2.
echcomb= (P CIcomb+ hf g,H2Omf,H2O)βcomb+
(echS − P CIS)mf,S+ (echH2O)mf,H2O (3.2)
Tanto para o carv˜ao quanto para a biomassa, o fator βcomb ´e cal- culado com as seguintes correla¸c˜oes:
βcarv˜ao = 1, 0437 + 0, 014 mf,H mf,C + 0, 0968mf,O mf,C + 0, 0467mf,N mf,C (3.3) βbiomassa= 1, 044 + 0, 016mf,H mf,C − 0, 3493 mf,O mf,C [1 + 0, 0531mf,H mf,C] + 0, 0493 mf,N mf,C 1 − 0, 4124mf,O mf,C (3.4) onde ech
S e echH2O correspondem `a exergia qu´ımica espec´ıfica do enxofre
e da ´agua, e mf,C, mf,H, mf,O e mf,N correspondem `as fra¸c˜oes de massa do carbono, do hidrogˆenio, do oxigˆenio e do nitrogˆenio, respec- tivamente.
(ii ) Eletricidade consumida: assumindo que a energia el´etrica usada nas etapas consideradas pela fronteira foi previamente gerada na usina termoel´etrica, tal como se ilustra na Figura 3.3, ´e poss´ıvel quantificar a exergia consumida devido ao uso desta fonte energ´etica em cada uma das etapas a montante do ciclo t´ermico.
Energia elétrica Ciclo
Térmico Segunda etapa Terceira etapa Quarta etapa
Transporte Máquina térmica fictícia Equivalente exergético Início do processo Fonte energética (diesel) Procesamento (pré-combustão) Máquina térmica fictícia Equivalente exergético Fonte energética (diesel) Máquina térmica fictícia Equivalente exergético Fonte energética (diesel) Fonte energética (carvão) Obtenção combustíveis -mina. -lavoura. Primeira etapa
Figura 3.3 – Fronteira considerando as etapas do sistema.
(iii ) Outras fontes energ´eticas: outras fontes energ´eticas (diesel, carv˜ao, g´as natural, etc.) utilizadas em processos das etapas a mon- tante do ciclo t´ermico sugerem ser “levadas” `a mesma base da energia el´etrica gerada na usina. Para isso, ´e proposto um valor equivalente que ´e calculado assumindo que essa fonte energ´etica seja utilizada por uma m´aquina t´ermica “fict´ıcia”, com eficiˆencia t´ermica equivalente `a eficiˆencia do ciclo termodinˆamico da usina ηeq (ver Figura 3.3). Assim, o equivalente exerg´etico ( ˙Eeq−j) associado `a j th fonte energ´etica pode ser estimado mediante a Equa¸c˜ao 3.5.
˙
Eeq−j= P CIjm˙jηeq (3.5) Uma vez quantificados os fluxos de exergia e o impacto ambiental associado a cada etapa do sistema, ´e poss´ıvel continuar com o terceiro passo da proposta metodol´ogica.