UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Mecânica
FLÁVIO ROBERTO DE CARVALHO MATHIAS
Gestão da energia, água e emissões em
segmentos energo-intensivos da
indústria brasileira
CAMPINAS 2019
FLÁVIO ROBERTO DE CARVALHO MATHIAS
Gestão da energia, água e emissões em
segmentos energo-intensivos da
indústria brasileira
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Valdir Bajay
CAMPINAS 2019
Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Doutor em Planejamento de Sistemas Energéticos.
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO FLÁVIO ROBERTO DE CARVALHO MATHIAS, E ORIENTADA PELO PROF. DR SÉRGIO VALDIR BAJAY.
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
COMISSÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA
MECÂNICA
PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ENERGÉTICOS
TESE DE DOUTORADO
Gestão da energia, água e emissões em
segmentos energo-intensivos da
indústria brasileira
Autor: Flávio Roberto de Carvalho Mathias Orientador: Prof. Dr. Sérgio Valdir Bajay
A Banca Examinadora composta pelos membros abaixo aprovou esta Tese:
Prof. Dr. Sérgio Valdir Bajay, Presidente NIPE/UNICAMP
Profa. Dra. Carla Kazue Nakao Cavaliero PSE/FEM/UNICAMP
Profa. Dra. Elizabeth Ferreira Cartaxo FT/ UFAM
Prof. Dr. Carlos Alberto Mariottoni FEC/UNICAMP
Prof. Dr. Ivo Leandro Dorileo NIEPE / UFMT
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.
Dedicatória
À minha esposa Andrea, que acreditou em meus ideais e me apoiou neste desafio, agradeço a compreensão e o incentivo para que eu pudesse dar sequência aos meus estudos. É com gratidão que compartilho com ela esta conquista.
Aos meus pais Mathias e Neverita, por nos instruírem segundo a Palavra de Deus e pelo exemplo de vida, incansável apoio e dedicação, a valorização, o incentivo e o investimento na educação proporcionado a todos os filhos. Aos meus irmãos Carlos e Cláudia pela presença constante e o apoio incondicional em todos os períodos da minha vida.
São para essas pessoas especiais que dedico esta tese, pois transmitiram a fé e a coragem necessárias para sempre renovar em Deus a minha confiança, e a seguir em frente na expectativa do melhor que Ele prepara para as nossas vidas.
Por fim, qualquer sucesso associado a este trabalho deve ser atribuído a Deus, que guiou os meus passos desde muito antes do início deste período “sabático” dedicado à vida acadêmica, viabilizando a conclusão deste projeto e o desenvolvimento de novas competências profissionais.
Agradecimentos
A realização e conclusão deste trabalho não teria sido possível sem o auxílio de diversas pessoas às quais presto minha homenagem:
Agradeço especialmente ao prof. Dr. Sérgio Valdir Bajay por aceitar me orientar durante o curso e a confiança depositada em mim, a sua dedicação ao compartilhar conhecimentos acumulados em mais de quatro décadas como professor, pesquisador e consultor, incentivando o meu avanço acadêmico desde o curso de mestrado.
Aos professores que fizeram parte da banca examinadora nos exames de qualificação (Profa. Dra. Carla Kazue Nakao Cavaliero e o Prof. Dr. Mauro Donizete Berni) e de defesa pela avaliação objetiva e acurada, como foram às contribuições propostas para o aperfeiçoamento deste trabalho.
Outros profissionais e instituições:
- Aos coordenadores, pesquisadores e funcionários do Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE) nos projetos e nas rotinas de pesquisa desenvolvidas, e ao colega de curso Rafael Rodrigues da Silva pela parceria, cooperação e o incentivo em todas as fases do curso;
- Ao engenheiro Marcelo Cremer do Instituto de Energia e Meio Ambiente (IEMA) pela orientação sobre a metodologia para a obtenção dos indicadores das emissões disponibilizadas na plataforma do Sistema de Estimativas de Emissões e Remoções de Gases de Efeito Estufa (SEEG);
- A bibliotecária Andreza A. G. Milham do Departamento de Acervo e Informação Tecnológica – DAIT do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) pela intermediação na doação dos manuais de Conservação de Energia na Indústria para os segmentos industriais analisados neste trabalho;
- À Unicamp, em especial aos coordenadores, professores e funcionários da pós-graduação do curso de Planejamento de Sistemas Energéticos (PSE) da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) e da Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura (BAE);
- O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – Brasil (Nº do Proc.: 140795/2015-4).
“Ser grato pelas coisas boas que nos acontecem na vida é fácil, mas ser grato por tudo que temos na vida – o bom e o ruim, os momentos de alegria e os momentos de tristeza, os sucessos e os fracassos, as recompensas e as rejeições – exige um árduo trabalho espiritual. Somos pessoas gratas somente quando podemos dizer obrigado por tudo que nos trouxe ao momento presente. Enquanto ficamos dividindo nossa vida entre pessoas e fatos que gostaríamos de lembrar e pessoas e fatos que gostaríamos de esquecer, não podemos alegar que a plenitude do nosso ser é uma dádiva de Deus pela qual devemos ser gratos. Não tenhamos medo de olhar para todas as coisas que nos trouxeram até onde estamos hoje e confiar que em breve veremos nelas a mão de um Deus que ama e orienta”
Henri Nouwen
Resumo
A disponibilidade e o acesso às fontes de energia e água ocupam um papel vital na agenda de desenvolvimento e prosperidade de um país, principalmente para o setor industrial. O impacto do aquecimento global e as mudanças climáticas estão transformando o meio ambiente do planeta, e provocam o aumento na frequência e na intensidade de eventos climáticos extremos. O setor industrial é um dos maiores emissores de gases do efeito estufa (GEE) do mundo. O presente trabalho analisa o potencial de melhoria na eficiência energética, consumo de água e redução nas emissões de CO2 para este setor no Brasil.
Considera uma visão integrada da importância da gestão da energia e uma operação e manutenção (O & M) otimizadas para algumas das principais indústrias brasileiras energo-intensivas – ferro-gusa e aço, papel e celulose, petroquímica e cimento, visando obter melhorias na sua produtividade e confiabilidade e economias nos seus consumos de energia e água. Na tese também se avaliam políticas energéticas para reduzir as emissões de CO2 e o
consumo de energia na indústria. Com base nas melhores tecnologias disponíveis (BATs) e em séries históricas de consumo energético de 2009 a 2017, foram estimados os seguintes potenciais técnicos médios de conservação de energia: 19,6% na indústria de ferro-gusa e aço, 43,5% na indústria de papel e celulose, 20,1% a 46 % na produção de eteno e 11,8% na indústria cimenteira. Por último, mas não menos importantes, são discutidos o desempenho energético e o consumo de água e são apresentadas oportunidades para ganhos de eficiência energética nestes segmentos industriais, pelos seus usos finais da energia.
Palavras Chave: Indústrias energo-intensivas; Análise energética; Eficiência energética;
Abstract
Availability and access to energy and water sources play a vital role in a country's development and prosperity agenda, especially for the industrial sector. The impact of global warming and climate change are transforming the world environment, increasing the frequency and intensity of extreme weather events. The industrial sector is one of the biggest greenhouse gas (GHG) emitters in the world. The present work analyses the potential for improvement in the energy efficiency, water consumption and the CO2 emissions reduction
for this sector in Brazil. It considers an integrated vision of the importance of energy management and an optimized operation and maintenance (O&M) for some of the main Brazilian's energy-intensive industries - iron and steel, pulp and paper, petrochemical and cement, to obtain improvements in their productivity and reliability and savings in their energy and water consumption. The thesis also evaluates energy policies to reduce the emissions of CO2 and energy consumption in industry. Based on the best available
technologies (BATs) and on historical series of energy consumption from 2009 to 2017, the following average technical energy conservation potentials were estimated: 19.6% for the iron and steel industry, 43.5% for the pulp and paper industry, 20.1% to 46% for the production of ethylene and 11.8% for cement industry. Last but not least, the energy performance and water consumption are discussed and opportunities for energy efficiency gains in these industry sectors are presented for their energy end-uses.
Key Word: Energy-intensive industries; Energy analysis, Energy efficiency; Energy and
Lista de Figuras
Figura 2. 1 - Estrutura das fases da pesquisa ... 35
Figura 2. 2 - Estrutura das fontes de dados analisados ... 35
Figura 3. 1 - Classificação global dos 20 maiores economias em 2017 ... 41
Figura 3. 2 - Evolução do PIB brasileiro no período de 1970 a 2017 ... 42
Figura 3. 3 - Evolução do VA da Indústria de transformação brasileira (1971 a 2017)... 42
Figura 3. 4 - Comércio internacional: 20 principais países exportadores em 2017... 43
Figura 3. 5 - Comércio internacional: 20 principais países importadores em 2017 ... 43
Figura 3. 6 - Distribuição percentual dos produtos industriais no comércio internacional em 2017 ... 44
Figura 3. 7 - Evolução da balança comercial do Brasil no período de 1999 a 2017 ... 44
Figura 3. 8 - Evolução da participação percentual da indústria no PIB brasileiro (1970 a 2017) ... 46
Figura 3. 9 - Participação percentual da estrutura dos custos e despesas nas indústrias de transformação do setor industrial brasileiro em 2016 ... 47
Figura 3. 10 - Evolução do preço do barril de petróleo, em US$ de 2017, no período de 1861 a 2018 ... 50
Figura 3. 11 - Evolução dos preços das fontes de energia no Brasil (1973 a 2017) ... 50
Figura 3. 12 - a) Distribuição do consumo final de energia em 2016 e b) Distribuição das emissões diretas de GEE em 2010 por setor da economia global ... 51
Figura 3. 13 - Distribuição percentual do uso final da energia por segmentos industriais na indústria mundial em 2014 ... 52
Figura 3. 14 - Níveis de consumo de energia e potenciais de conservação de energia ... 53
Figura 3. 15 - Distribuição dos recursos hídricos do planeta ... 56
Figura 4. 1 - Ilustração das variáveis que podem influenciar a elaboração de políticas públicas associadas com a gestão da energia, água e emissões ... 67
Figura 4. 2 - Reservação de água doce em percentual da capacidade dos reservatórios, de 2012 a 2016 ... 74
Figura 4. 4 - Projeções das emissões de CO2 associadas com energia nos cenários NPS e SDS
da Agência Internacional de Energia (2015 – 2040) ... 75
Figura 4. 5 - Evolução percentual dos investimentos públicos em energia associados com tecnologias de baixo carbono, de 1974 a 2017 ... 76
Figura 4. 6 - Perspectivas e visões sobre as políticas associadas com a gestão da energia, água e emissões na indústria ... 80
Figura 5. 1 - Ilustração de uma visão de desenvolvimento empresarial sustentável, através de um sistema integrado de gestão ... 82
Figura 5. 2 - Ilustração de uma visão de gestão integrada de uma empresa industrial... 84
Figura 5. 3 - Distribuição percentual das métricas adotadas pela ACEEE para avaliação do desempenho energético do setor industrial dos países selecionados em 2018 ... 87
Figura 5. 4 - Ranking de eficiência energética da indústria, elaborado pela ACEEE em 2018, em países selecionados ... 87
Figura 5. 5 - Evolução do consumo de energia na indústria brasileira e da utilização de sua capacidade instalada no período de 2003 a 2017 ... 89
Figura 5. 6 - Classificação dos 20 países com maior número de SGEn certificados pela norma ISO 50.001 no período de 2011 a 2017 ... 93
Figura 5. 7 - Número de certificações de SGEn industriais pela norma ISO 50.001 no mundo até 2017 ... 94
Figura 5. 8 - Distribuição das certificações de SGEn de indústrias brasileiras pela norma ISO 50.001 até 2015 ... 95
Figura 5. 9 - Normas complementares à ISO 50.001 ... 95
Figura 5. 10 - Ilustração dos ganhos na curva de aprendizado em projetos com integração energética ... 98
Figura 5. 11 - Ilustração de uma aplicação de integração energética (processo químico) ... 99
Figura 5. 12 - Ilustração de uma estrutura de gestão com o apoio da automação ... 100
Figura 5. 13 - Ilustração da evolução das revoluções industriais ... 102
Figura 5. 14 - Barreiras que dificultam a realização de projetos de EE na indústria ... 103
Figura 5. 15 - Objetivos dos investimentos planejados pela indústria no Brasil em 2015 ... 105
Figura 5. 16 - Exemplo de um processo de desenvolvimento de uma tecnologia ... 108
Figura 5. 17 - Exemplo de um sistema convencional de fornecimento e consumo de água, reuso de água e efluentes, e descarga de efluentes em instalações industriais ... 112
Figura 5. 18 - Representação de um processo industrial com variação na concentração da água
devido à absorção de um contaminante ... 113
Figura 5. 19 - Ilustração de uma aplicação de integração do consumo de água e efluentes com três sistemas operacionais ... 114
Figura 5. 20 - Evolução, de 1990 a 2015, da distribuição percentual das emissões de CO2 por setor da economia brasileira ... 119
Figura 5. 21 - Distribuição percentual das emissões de CO2 pela queima de combustíveis no Brasil em 2015 ... 120
Figura 5. 22 - Distribuição da participação percentual dos segmentos industriais nas emissões de CO2e da indústria brasileira nos anos de 1990 e 2016 ... 121
Figura 5. 23 - Evolução das emissões dos processos industriais no Brasil, de 1970 a 2017 .. 121
Figura 5. 24 - Evolução da proporção de material reciclado de produtos industriais selecionadas no período 1993-2011 ... 122
Figura 5. 25 - Distribuição percentual da coleta de resíduos em 2017 ... 123
Figura 5. 26 - Distribuição dos materiais recolhidos na coleta seletiva ... 123
Figura 5. 27 - Ilustração do desempenho de equipamentos e instalações industriais ao longo do tempo ... 127
Figura 5. 28 - Exemplo de uma estrutura organizacional industrial ... 128
Figura 5. 29 - Exemplo da estrutura de um sistema de utilidades industrial ... 129
Figura 5. 30 - Oportunidades de melhorias e redução de perdas ... 130
Figura 5. 31 - Árvore lógica – manutenção centrada em confiabilidade (análise para equipamentos) ... 135
Figura 6. 1 - Evolução da utilização da capacidade instalada dos segmentos industriais selecionados no Brasil no período de 2008 a 2017 ... 140
Figura 6. 2 - Evolução da evolução da rentabilidade do patrimônio de segmentos da indústria brasileira no período de 2008 a 2017... 140
Figura 6. 3 - Evolução do preço internacional das commodities de 2002 até 2019 ... 141
Figura 6. 4 - Evolução, de 2007 a 2016, da participação percentual das compras de energia, água e esgoto no custo total da indústria de transformação no Brasil ... 142
Figura 6. 5 - Evolução do consumo final de energia dos segmentos industriais selecionados no Brasil no período de 1970 a 2017 ... 142
Figura 6. 6 - Distribuição da participação no consumo final de energia na indústria brasileira em 2017 e identificação dos segmentos industriais energo-intensivos ... 143
Figura 6. 7 - Evolução da participação no consumo de energia elétrica no Brasil no período de 1995 a 2017 ... 143 Figura 6. 8 - Parcela percentual do consumo de energia elétrica de segmentos industriais atendida por autoprodução no Brasil em 2017 ... 144 Figura 6. 9 - Estimativa da distribuição percentual das utilidades existentes no setor industrial brasileiro ... 146 Figura 6. 10 - Estimativas de valores médios anuais, em m3/s, de retirada, consumo e retorno de água no Brasil em 2017, por tipo de atividade ... 149 Figura 6. 11 - Fluxo de materiais, energia, água, resíduos e emissões decorrentes de processos de produção... 150 Figura 6. 12 - Evolução do preço internacional e da produção mundial do minério de ferro de 1960 a 2018 ... 156 Figura 6. 13 - Evolução da produção brasileira de ferro gusa entre 2008 e 2018 ... 157 Figura 6. 14 - Ranking dos 10 maiores países produtores de aço bruto em 2017 ... 158 Figura 6. 15 - Evolução da produção dos maiores produtores de aço bruto, exceto a China, em 106t, de 2004 a 2017 ... 158 Figura 6. 16 - Comércio dos 10 maiores países exportadores e importadores mundiais de aço, mais o Brasil, em 2017 ... 159 Figura 6. 17 - Evolução da capacidade instalada, produção de aço bruto e UCI das usinas siderúrgicas brasileiras de 2004 a 2017 ... 160 Figura 6. 18 - Evolução da produção de aço bruto pelas principais empresas no Brasil, de 2004 a 2017 ... 161 Figura 6. 19 - Evolução dos investimentos da indústria siderúrgica no Brasil de 2000 a 2017 ... 162 Figura 6. 20 - Evolução, de 1970 a 2017, do consumo final de energia, em 103 tep, por
segmento da metalurgia brasileira no período de 1970 a 2017 ... 163 Figura 6. 21 - Evolução, de 1970 a 2017, do consumo específico de energia e do consumo específico de energia elétrica, em GJ/t, da siderurgia brasileira no período de 1970 a 2017 . 163 Figura 6. 22 - Evolução percentual, da participação da energia elétrica e dos combustíveis no custo das operações industriais na siderurgia brasileira no período de 2007 a 2016 ... 164 Figura 6. 23 - Evolução do consumo e da autoprodução de energia elétrica na siderurgia brasileira, em 103 MWh, no período de 2008 a 2017 ... 164 Figura 6. 24 - Evolução do consumo das principais fontes de energia da indústria brasileira de ferro gusa e aço no período de 1970 a 2017 ... 165
Figura 6. 25 - Distribuição percentual das fontes de energia utilizadas na indústria brasileira de ferro gusa e aço em 2017 ... 166 Figura 6. 26 - Iniciativas e participação percentual na produção de unidades siderúrgicas no Brasil que realizaram ações para reduzir seu consumo de energia ... 167 Figura 6. 27 - Distribuição percentual do fornecimento, geração, consumo e perdas de energia entre as atividades da indústria siderúrgica dos EUA ... 167 Figura 6. 28 - Evolução, de 2000 a 2017, das emissões de CO2e da produção de ferro gusa e
aço no Brasil (2000 a 2017) ... 172 Figura 6. 29 - Evolução do consumo específico de energia e das emissões específicas de CO2
da indústria siderúrgica mundial no período de 2003-2017 ... 173 Figura 6. 30 - Evolução da produção de aço, em 103 t, e da geração específica de coprodutos e resíduos, em kg/t aço bruto, na indústria siderúrgica brasileira no período de 2014 a 2017 .. 173 Figura 6. 31 - Fluxograma simplificado do processo de produção em uma indústria
siderúrgica integrada a coque, com as participações dos consumos de energia e água, e das emissões, por etapa do processo ... 178 Figura 6. 32 - Distribuição dos segmentos de árvores plantadas no Brasil ... 180 Figura 6. 33 - Evolução da produção e UCI da indústria brasileiras de papel e celulose no período de 2003 a 2018 ... 182 Figura 6. 34 - Distribuição percentual dos tipos de papel produzidos no Brasil em 2018 ... 183 Figura 6. 35 - Evolução do consumo dos principais energéticos utilizados na indústria de papel e celulose no período de 1970 a 2017 ... 184 Figura 6. 36 - Distribuição do consumo final de energia, em %, entre os energéticos utilizados na indústria de papel e celulose brasileira em 2017 ... 184 Figura 6. 37 - Evolução do consumo energético específico e do consumo específico de
eletricidade na indústria de papel e celulose brasileira no período de 1988 a 2018 ... 185 Figura 6. 38 - Distribuição percentual do fornecimento, geração, consumo e perdas de energia entre as atividades da indústria de produtos florestais dos EUA ... 186 Figura 6. 39 - Evolução das emissões de CO2e oriundas da produção de papel e celulose no
Brasil, entre 2000 e 2017 ... 194 Figura 6. 40 - Fluxograma simplificado do processo de produção em uma indústria de papel e celulose integrada, com as participações dos consumos de energia e água, e das emissões, por etapa do processo ... 196 Figura 6. 41 - Evolução da UCI e dos investimentos em grande parte da indústria química brasileira, de 2003 a 2018 ... 198
Figura 6. 42 - Evolução da UCI em segmentos energo-intensivos da fabricação de produtos químicos de uso industrial no Brasil, de 2003 a 2017 ... 199 Figura 6. 43 - Evolução do faturamento líquido, exportação e importação da indústria química brasileira, de 1990 a 2018 ... 200 Figura 6. 44 - Evolução do consumo total de energia e do consumo de energia elétrica na indústria química brasileira no período de 1970 a 2017 ... 201 Figura 6. 45 - Evolução do consumo das principais das fontes de energia da indústria química brasileira no período de 1970 a 2017... 201 Figura 6. 46 - Distribuição percentual das diversas fontes no consumo final de energia da indústria química brasileira em 2017... 201 Figura 6. 47 - Evolução, de 2006 a 2017, do consumo específico e da geração interna
específica de energia elétrica das empresas associadas à Abiquim que participam do Programa Atuação Responsável ... 202 Figura 6. 48 - Distribuição percentual do fornecimento, geração, consumo e perdas de energia entre os processos da indústria química dos EUA ... 203 Figura 6. 49 - Evolução da captação de água, e dos efluentes lançados pela indústria química brasileira, de 2006 a 2017 ... 207 Figura 6. 50 - Evolução do consumo específico de água e do lançamento de efluentes pela Braskem em 2002 e no período de 2014 a 2018... 207 Figura 6. 51 - Evolução, de 2000 a 2017, das emissões de CO2e dos processos industriais e do
consumo de energia da indústria química no Brasil ... 208 Figura 6. 52 - Emissões específicas de GEE da Braskem em 2008 e no período de 2014 a 2018 ... 209 Figura 6. 53 - Ranking da participação dos processos e produtos químicos nas emissões de CO2e das indústrias químicas no mundo em 2017 ... 209
Figura 6. 54 - Evolução da geração de resíduos na indústria química brasileira, de 2006 a 2017 ... 210 Figura 6. 55 - Principais rotas de reciclagem de plásticos... 210 Figura 6. 56 - Evolução das produções de clinquer e de cimento no Brasil, entre 2003 e 2017 ... 215 Figura 6. 57 - Evolução, de 1970 a 2017, do consumo dos principais energéticos utilizados na indústria de cimento no Brasil ... 216 Figura 6. 58 - Distribuição percentual das diversas fontes no consumo final de energia da indústria de cimento no Brasil em 2017 ... 216
Figura 6. 59 - Evolução do consumo energético específico total e do consumo específico de energia elétrica da indústria de cimento brasileira no período de 1970 a 2017 ... 217 Figura 6. 60 - Distribuição percentual do fornecimento, geração, consumo e perdas de energia entre os processos da indústria de cimento dos EUA ... 217 Figura 6. 61 - Emissões de CO2e nos processos industriais e no consumo de energia na
produção de cimento no Brasil, de 2000 a 2017 ... 219 Figura 6. 62 - Fluxograma simplificado do processo de produção de cimento Portland, via seca, com as participações dos consumos de energia e das emissões, por etapa do processo 221
Lista de Tabelas
Tabela 2. 1 - Critérios adotados no levantamento de dados e sua análise na tese ... 36 Tabela 2. 2 - Objetivos e limitações dos indicadores técnicos e econômicos utilizados na tese ... 37
Tabela 3. 1 - Distribuição dos produtos na receita do comércio mundial em 2017 ... 43 Tabela 3. 2 - Distribuição dos tipos de produtos não agrícolas exportados pelo Brasil em 2017 ... 44 Tabela 3. 3 - Distribuição percentual dos grupos de mercadorias exportadas e importadas pelo Brasil em 2016 ... 45 Tabela 3. 4 - Influências internas e externas sobre a produtividade das empresas ... 45 Tabela 3. 5 - Valor adicionado, em 103 R$ e em participação percentual, dos segmentos industriais analisados neste trabalho no VA da indústria de transformação brasileira em 2016 ... 46 Tabela 3. 6 - Território, população, PIB e participação da indústria no PIB em alguns países industrializados e nos BRICS ... 48 Tabela 3. 7 - Participação de países selecionados (industrializados e BRICS) no comércio mundial em 2017 ... 48 Tabela 3. 8 - Consumo final de energia, participação da indústria e taxa média de crescimento do consumo energético industrial no período de 1971 a 2017 ... 54 Tabela 3. 9 - Projeções do crescimento do PIB, Brasil e BRICS, em % ... 55 Tabela 3. 10 - Previsão de crescimento anual médio, em %, da atividade econômica por região para os países selecionados e por segmento da indústria no período de 2012 a 2040 ... 55 Tabela 3. 11 - Distribuição percentual do consumo de água por setores no mundo em 1999, 2003 e 2010 ... 57 Tabela 3. 12 - Indicadores de consumo de energia de países selecionados (industrializados e BRICS) e participação na emissão global de CO2 em 2016 ... 59
Tabela 3. 13 - Barreiras encontradas na realização de programas de eficiência energética nos países em desenvolvimento ... 62 Tabela 3. 14 - Propostas para reduzir as emissões e melhorar a eficiência energética no setor industrial ... 63
Tabela 3. 15 - Benefícios da gestão da energia na indústria com base na eficiência energética ... 64
Tabela 4. 1 - Metas do Plansab para melhorias no abastecimento de água e tratamento do esgoto no Brasil ... 73
Tabela 5. 1 - Benefícios associados com o aumento da eficiência energética na indústria ... 83 Tabela 5. 2 - Exemplos de indicadores de desempenho empresarial e de desempenho
energético... 85 Tabela 5. 3 - Intensidade energética da indústria dos países selecionados (industrializados e BRICS) no período de 2012 a 2018... 88 Tabela 5. 4 - Indicadores de desempenho energético e de existência de políticas de fomento à eficiência energética na indústria nos países selecionados, em 2018 ... 89 Tabela 5. 5 - Exemplos de sistemas operacionais em uma unidade de utilidades na indústria 90 Tabela 5. 6 - Áreas de atuação das empresas associadas à ABESCO ... 97 Tabela 5. 7 - Estimativa da utilização e perdas de energia na indústria ... 98 Tabela 5. 8 - Exemplo de critérios adotados na avaliação de investimentos em eficiência energética na indústria ... 107 Tabela 5. 9 - Aplicações e usos da água na indústria ... 111 Tabela 5. 10 - Consumo de água nos segmentos industriais selecionados neste trabalho ... 115 Tabela 5. 11 - Distribuição percentual do consumo de água por atividade nos segmentos industriais selecionados neste trabalho ... 116 Tabela 5. 12 - Exemplos de indicadores de desempenho e de programas de melhorias na utilização da água em empresas e segmentos industriais no Brasil ... 117 Tabela 5. 13 - Exemplos de indicadores de desempenho e programas de gestão de resíduos nos segmentos industriais analisados neste trabalho ... 125 Tabela 5. 14 - Distribuição percentual dos homens-hora entre os serviços de manutenção executados no Brasil ... 131 Tabela 5. 15 - Indicadores de desempenho da manutenção para segmentos industriais
selecionados no Brasil em 2017 ... 132 Tabela 5. 16 - Distribuição percentual dos serviços de manutenção e participação do custo total de manutenção no faturamento bruto de segmentos industriais selecionados no Brasil em 2017 ... 132
Tabela 5. 17 - Indicadores de desempenho de manutenção industrial e benchmarks
correspondentes ... 133 Tabela 5. 18 - Potencial de melhorias na manutenção para os segmentos industriais
selecionados no Brasil ... 134 Tabela 5. 19 - Políticas de manutenção: vantagens e desvantagens ... 136
Tabela 6. 1 - Preços médios da geração de energia elétrica contratada nos leilões de novos empreendimentos (2014-2017) ... 145 Tabela 6. 2 - Distribuição percentual da energia elétrica utilizada em força motriz por tipo de equipamento/processo na indústria como um todo e em alguns de seus segmentos ... 145 Tabela 6. 3 - Estimativas das distribuições percentuais, por usos finais, dos consumos de energia elétrica nos segmentos industriais analisados neste trabalho... 146 Tabela 6. 4 - Projeções do consumo energético específico, em GJ/t, dos segmentos industriais analisados neste trabalho ... 147 Tabela 6. 5 - Exemplos de recomendações de melhorias propostas pelo IACs nos diagnósticos energéticos realizados em indústrias nos EUA com as correspondentes economias, custos e paybacks médios ... 152 Tabela 6. 6 - Evolução, de 2015 a 2017, da produção brasileira de minério de ferro bruto e comercializado, seu teor médio de ferro e valor unitário de comercialização ... 155 Tabela 6. 7 - Produção e exportação dos maiores produtores mundiais de minério de ferro em 2017 ... 157 Tabela 6. 8 - Participação, em %, dos tipos de fornos de refino na produção de aço bruto nos anos de 2016 e 2017 ... 161 Tabela 6. 9 - Distribuição percentual do consumo de energia e percentual de perdas de energia dos vários tipos de máquinas e equipamentos utilizados na indústria siderúrgica americana 168 Tabela 6. 10 - Consumos energéticos específicos, em GJ/t aço, por rota tecnológica e por etapa do processo produtivo da indústria siderúrgica, utilizando as melhores tecnologias disponíveis no mercado ... 169 Tabela 6. 11 - Composição química, PCS e PCI do gás de coqueria e do gás de alto-forno . 174 Tabela 6. 12 - Seleção de tecnologias de uso comercial na indústria siderúrgica com potencial de economia no consumo de energia e redução nas emissões ... 175 Tabela 6. 13 - Estimativas de reduções no consumo de energia e na emissão de CO2 por
tonelada correspondente de produto adotando algumas tecnologias inovadoras comerciais na indústria siderúrgica ... 177
Tabela 6. 14 - Tecnologias inovadoras aplicadas em algumas usinas siderúrgicas para
diminuir emissões e melhor aproveitar resíduos ... 179 Tabela 6. 15 - Distribuição percentual do consumo e percentual de perdas de energia dos vários tipos de máquinas e equipamentos utilizados na indústria de produtos florestais
americana ... 186 Tabela 6. 16 - Consumos energéticos específicos, em GJ/ADt , por tipo de matéria prima e por processo de fabricação, utilizando as melhores tecnologias disponíveis comercialmente para produtores de celulose de mercado ... 188 Tabela 6. 17 - Consumos energéticos específicos, em GJ/ADt, por tipo de produto, utilizando as melhores tecnologias disponíveis comercialmente para fabricantes de papel a partir de celulose de mercado... 188 Tabela 6. 18 - Consumos energéticos específicos, em GJ/ADt, por tipo de produto e processo, utilizando as melhores tecnologias disponíveis comercialmente para fábricas integradas de papel e celulose que utilizam madeira como matéria prima ... 189 Tabela 6. 19 - Consumos específicos de água e balanço hídrico na indústria de celulose ... 192 Tabela 6. 20 - Algumas medidas adotadas por empresas de papel e celulose no Brasil para melhorar sua gestão hídrica ... 193 Tabela 6. 21 - Seleção de tecnologias de uso comercial na indústria de papel e celulose com potencial de economia no consumo de energia e redução nas emissões ... 195 Tabela 6. 22 - Informações gerais sobre a indústria química brasileira ... 197 Tabela 6. 23 - Distribuição percentual do consumo e percentual de perdas de energia dos vários tipos de máquinas e equipamentos utilizados na indústria química americana ... 204 Tabela 6. 24 - Consumos energéticos específicos de BATs para a produção de eteno e de amônia a partir de diversas matérias primas ... 205 Tabela 6. 25 - Consumos energéticos específicos na produção de amônia e de produtos
químicos de alto valor agregado (HVCs) em países industrializados, em países em
desenvolvimento, de BATs e de BPTs ... 205 Tabela 6. 26 - Consumos energéticos específicos de BATs para a produção de amônia a partir de diversas matérias primas, em GJ/ t NH3 ... 205
Tabela 6. 27 - Estimativa do potencial técnico de conservação de energia de alguns produtos da indústria química brasileira ... 206 Tabela 6. 28 - Inovações tecnológicas nas novas plantas produtoras de eteno no mundo ... 211 Tabela 6. 29 - Inovações tecnológicas e potenciais técnicos de melhorias nas plantas de eteno, conforme as licenciadoras de tecnologia selecionadas ... 212
Tabela 6. 30 – Ações transversais que visam minimizar a geração de resíduos em processos químicos ... 213 Tabela 6. 31 - Estimativa da distribuição do consumo de energia nas máquinas e
equipamentos nos processos de produção na indústria de cimento ... 218
Tabela 7. 1 - Síntese dos valores dos indicadores utilizados para avaliar o desempenho dos segmentos industriais brasileiros analisados neste trabalho ... 225 Tabela 7. 2 - Estimativas qualitativas dos benefícios transversais que podem ser obtidos no setor industrial com a implantação de ações visando reduzir o consumo de energia, água e emissões ... 226
Tabela A. 1 - Balanço de água em uma usina siderúrgica integrada a coque ... 256 Tabela A. 2 - Volume específico de água consumida por rota de produção do segmento siderúrgico em 2012 ... 256 Tabela A. 3 - Volume específico de água captada pelo segmento siderúrgico de 2009 a 2011 ... 256 Tabela A. 4 - Volume específico de água doce captada por rota de produção do segmento siderúrgico de 2009 a 2011 ... 257 Tabela A. 5 - Volume específico de efluente água doce descartado pelo segmento siderúrgico de 2010 a 2013 ... 257 Tabela A. 6 - Volume específico de efluente água doce descartado pelo segmento siderúrgico de 2010 a 2013 ... 257
Lista de Abreviaturas e Siglas
ABESCO - Associação Brasileira das Empresas de Conservação de Energia
ABIQUIM - Associação Brasileira da Indústria Química
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABRAMAN - Associação Brasileira de Manutenção e Gestão de Ativos
ABCP - Associação Brasileira de Cimento Portland
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica
ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
BAE - Biblioteca de Engenharia da Unicamp
BATs - Best Available Technologies
BCB - Banco Central do Brasil
BEN - Balanço Energético Nacional
BRACELPA - Associação Brasileira de Celulose e Papel
BRICS - Grupo formado pelo Brasil, China, Rússia e África do Sul
BNDES - Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social
CE - Consumo específico
CICE - Comissão Interna de Conservação de Energia
CHP - Combined Heat and Power
CNAE - Classificação Nacional de Atividades Econômicas
CNI - Confederação Nacional das Indústrias
CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
EE - Eficiência Energética
EIA - U.S. Energy Information Administration
EnMS - Energy Management Systems
ENAIQ - Encontro Anual da Indústria Química
EPA - U.S. Environmental Protection Agency
EPE - Empresa de Pesquisa Energética
ESCO - Energy Service Companies
ETA - Estação de Tratamento de Água
ETE - Estação de Tratamento de Efluentes
FAO - Food and Agriculture Organization of the United Nations
FEM - Faculdade de Engenharia Mecânica
GAF - Gás de Alto Forno
GEE - Gases de Efeito Estufa
GHG - Greenhouse-gas
GWP - Global Warming Potential
HVAC - Heating, Ventilation and Air Conditioning
IAC - Industrial Assessment Centers
IAF - International Accreditation Forum
IAM - Integrated Assessment Models
IBA - Indústria Brasileira de Árvores
IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ICCA - International Council of Chemical Associations
IEA - International Energy Agency
INDC - Intended Nationally Determined Contribution
IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change
IPEA - Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada
ISO - International Organization for Standardization
KPI - Key Performance Indicators
MCTIC - Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicações
MMA - Ministério do Meio Ambiente
MME - Ministério de Minas e Energia
M&V - Medição e Verificação
NPS - New Policies Scenario
NR-10 - Norma regulamentadora Nº 10 - Segurança em instalações e serviços em eletricidade
NR-13 - Norma regulamentadora Nº 13 - Caldeiras, Vasos de Pressão, Tubulações e Tanques Metálicos de Armazenamento
SDS - Sustainable Development Scenario
NIPE - Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético
OCDE - Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico
OECD - Organization for Economic Co-operation and Development
OMC - Organização Mundial do Comércio
O&M - Operação e Manutenção
ONU - Organização das Nações Unidas
PAR - Plano de Aplicação de Recursos (PROCEL)
P&D - Pesquisa e Desenvolvimento
PDE - Plano Decenal de Energia
PIA - Pesquisa Industrial Anual
PIB - Produto Interno Bruto
PMEs - Pequenas e Médias Empresas
PNE - Plano Nacional de Energia
PNEf - Plano Nacional de Eficiência Energética
PNSB - Pesquisa Nacional Saneamento Básico
PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
RCM - Reliability-centred Maintenance
PNRS - Política Nacional de Resíduos Sólidos
ROI - Receita Operacional Líquida
RP - Rentabilidade do patrimônio
SDS - Sustainable Development Scenario
SEEG - Sistema de Estimativas de Emissões e Remoções de Gases de Efeito Estufa
SGEn - Sistemas de Gestão da Energia
SNIC - Sindicato Nacional das Indústrias de Cimento
SIRENE - Sistema de Registro Nacional de Emissões
TCAC - Taxa de Crescimento Anual Composta
tep - Tonelada equivalente de petróleo
toe - Tons of oil equivalent
TPM - Total Productive Maintenance
UCI - Utilização da Capacidade Instalada
UN - United Nations
UNFCCC - United Nations Framework Convention on Climate Change
UNESCO - United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization
UNIDO - United Nations Industrial Development Organization
VA - Valor Adicionado
VAs - Voluntary Agreements
WB - World Bank
WEF - World Economic Forum
Sumário
1 INTRODUÇÃO ... 29
1.1 Justificativa e objetivos ... 31
1.2 Escopo do trabalho ... 32
2 METODOLOGIA ... 34
3 COMPETITIVIDADE E DESEMPENHO DA INDÚSTRIA NACIONAL .. 38
4 POLÍTICAS E PROGRAMAS INTEGRADOS ... 66
4.1 Energia... 68
4.2 Água ... 71
4.3 Emissões de GEE e reciclagem ... 75
4.3 Operação e Manutenção (O&M) ... 78
4.4 Conclusões parciais ... 79
5 SISTEMAS DE GESTÃO NA INDÚSTRIA ... 81
5.1 Gestão da energia ... 83
5.1.1 Ranking de eficiência energética da indústria em países selecionados ... 86
5.1.2 Gestão da energia na área de utilidades de uma empresa industrial ... 90
5.1.3 Edificações industriais ... 91
5.1.4 A norma ISO 50.001 de sistemas de gestão da energia ... 92
5.1.5 As empresas de serviços energéticos ... 96
5.1.6 Integração Energética ... 97
5.1.7 Geração distribuída de energia elétrica ... 99
5.1.8 Instrumentação, automação e softwares para diagnósticos energéticos .. 100
5.1.9 Indústria 4.0 e a gestão da energia ... 101
5.1.10 Investimentos em ganhos de eficiência energética ... 103
5.1.11 Inovações tecnológicas ... 107
5.2 Gestão da Água na indústria ... 110
5.3 Gestão das emissões e da reciclagem na indústria ... 119
5.4 Gestão da operação e manutenção ... 126
5.5 Conclusões parciais ... 137
6 SEGMENTOS ENERGO-INTENSIVOS DA INDÚSTRIA BRASILEIRA 139
6.1 Competitividade ... 139
6.2 Energia... 142
6.3 Água ... 148
6.4 Emissões e resíduos ... 150
6.5 Cálculo do potencial técnico de conservação de energia e do payback de
projetos ... 151
6.6 Ferro gusa e aço ... 154
6.6.1 Energia... 162
6.6.2 Água ... 170
6.6.3 Emissões e resíduos ... 171
6.6.4 Inovações tecnológicas que propiciam economia de energia, redução de
emissões e aproveitamento de resíduos... 174
6.7 Papel e celulose ... 180
6.7.1 Energia... 183
6.7.2 Água ... 192
6.7.3 Emissões e resíduos ... 193
6.7.4 Inovações tecnológicas ... 195
6.8 Indústria química ... 197
6.8.1 Energia... 200
6.8.2 Água ... 207
6.8.3 Emissões e resíduos ... 208
6.8.4 Inovações tecnológicas ... 211
6.9 Cimento ... 214
6.9.1 Energia... 215
6.9.2 Água e emissões ... 218
6.9.3 Tecnologias que possibilitam economias de energia e redução de emissões
de gases que causam o efeito estufa ... 219
6.10 Conclusões parciais ... 221
7 RESULTADOS FINAIS ... 223
8 CONCLUSÕES ... 227
8.1 Sugestões para trabalhos futuros ... 230
REFERÊNCIAS ... 231
ANEXO A – Consumo específico de água no segmento siderúrgico brasileiro256
1 INTRODUÇÃO
As características do nível de industrialização e produtividade, a qualidade de vida e o padrão de consumo de energia são indicadores do desenvolvimento econômico e social de um país. Entre os setores da economia que mais consomem energia destaca-se a indústria.
Segundo o Banco Mundial (World Bank, 2018), o Brasil ficou em 2017 na oitava posição no ranking global das duzentas economias avaliadas. Neste mesmo ano, o setor industrial brasileiro foi responsável por 17% do produto interno bruto (PIB) nacional e por aproximadamente 33,3% da energia primária consumida no país, conforme publicado no Balanço Energético Nacional (BEN) de 2018 pela Empresa de Pesquisa Energética do Ministério de Minas e Energia (EPE/MME, 2018a).
A participação do Brasil no comércio internacional em 2017 correspondeu a aproximadamente 1,2% das exportações e 0,9% das importações globais. Os produtos exportados, normalmente formados por commodities agrícolas e minerais que possuem os preços estabelecidos internacionalmente, corresponderam em 2016 a 59,2% da balança comercial do Brasil. Neste mesmo ano, as exportações e importações do grupo dos produtos manufaturados corresponderam a 37,9 % e 77,1%, respectivamente. No período de 2015 a 2017 o comércio exterior brasileiro contribuiu com aproximadamente 12% do PIB nacional (World Trade Organization, 2018a; ibid, 2018b).
O Brasil está posicionado na 80a posição no ranking de competitividade entre as 137 economias dos países avaliados pelo World Economic Forum (WEF) no período 2017-2018 (WEF, 2017).
O desempenho econômico da indústria de transformação brasileira nos últimos anos apresentou um quadro de adversidades em virtude da recessão que o país está enfrentando.
A disponibilidade e o uso final eficiente das fontes de energia e água nos segmentos industriais são fundamentais para a competitividade e contribuem para o aumento do valor agregado do setor industrial no PIB brasileiro. O crescimento da produtividade industrial demanda, entre outros aspectos, políticas públicas que influenciem o uso eficiente das matérias primas, energia e água nos processos de produção, bem como uma visão empresarial estratégica que contemple os investimentos na sustentabilidade e que promova a redução nas emissões de poluentes e de gases que produzem o efeito estufa.
Nos períodos de crise energética e hídrica as deficiências sistêmicas na infraestrutura dos sistemas de geração e transmissão de energia, juntamente com a redução do volume dos reservatórios e as perdas de água nas redes de distribuição são percebidas pela sociedade. Normalmente, as ações dos governos no curto prazo envolvem a formação de um comitê para gestão da crise, o racionamento, elevação das tarifas e aplicação de multas, e a promessa da realização de investimentos para corrigir as deficiências. Do outro lado, os empresários também formam um grupo de trabalho multidisciplinar para gerir e implantar medidas visando corrigir as perdas e eliminar os desperdícios de energia e água, como também solicitam a redução do preço das tarifas de energia e a manutenção das outorgas para a captação de água (rios, poços, ente outros), somados à criação de subsídios e linhas de crédito para investimentos em melhorias tecnológicas.
Portanto, os ganhos na produtividade industrial poderão ser decorrentes da capacidade de uma organização para implantar melhores práticas e inovações tecnológicas na produção de bens e serviços, visando produzir com menor custo, reduzir o consumo específico de materiais, energia e água, emissões e a geração de resíduos, e elevar os padrões de desempenho da produção com menor impacto e maior preservação ambiental.
Diante do exposto, esta tese recorre a conhecimentos e ferramentas utilizadas pelas áreas de engenharia, ciências naturais (ambientais) e economia empregada nas análises do planejamento energético.
Embora as metodologias desenvolvidas nesta tese tenham tido uma influência direta da formação multidisciplinar, capacitação e o desenvolvimento de novas competências adquiridas no curso de pós-graduação em planejamento de sistemas energéticos da FEM/Unicamp, também tiveram um peso significativo neste trabalho de pesquisa as experiências pessoais obtidas na participação no Projeto Eficind (Estudo de prospecção de potencial para a eficiência energética) 1 e os conhecimentos profissionais acumulados em uma
longa carreira do autor como engenheiro na indústria. A conjunção destes três fatores foi muito importante para que as conclusões e as recomendações apresentadas possam contribuir para o avanço do conhecimento nesta área, e também serem viáveis para aplicação na indústria. Este trabalho é uma ampla extensão da pesquisa realizada pelo autor em sua
1 Financiado pela FINEP e executado no período de 2012 a 2015. O projeto foi coordenado pelo Núcleo
Interdisciplinar de Planejamento Energético (NIPE) da Unicamp, em conjunto com outras cinco universidades (PUCRS, UNIFEI, UNB, UFPE e UFAM), representando cada região do país. No projeto se avaliou o desempenho energético de alguns segmentos industriais energo-intensivos e de alguns segmentos do setor de serviços no país.
dissertação de mestrado em planejamento de sistemas energéticos na FEM/Unicamp, na qual analisou o segmento industrial dos insumos básicos petroquímicos.
1.1 Justificativa e objetivos
A utilização final dos recursos energéticos e hídricos de forma eficiente na indústria, além de trazer benefícios econômicos e financeiros para o país, contribui também para reduzir as emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE) e a geração de resíduos pela indústria brasileira, bem como pode ajudar a melhorar a competitividade na exportação dos produtos manufaturados.
Neste contexto, a pesquisa desenvolvida analisou a gestão da energia, água e emissões do setor industrial brasileiro. O referencial escolhido para refletir o desempenho atual foi delimitado para quatro importantes segmentos industriais energo-intensivos.
Assim, o objetivo central desta tese é apresentar de forma integrada oportunidades para melhorar a competitividade da indústria brasileira através da gestão e uso final mais eficiente das fontes de energia e água. Para tanto, considera-se o potencial técnico; as melhores tecnologias disponíveis e boas práticas na operação e manutenção que viabilizem reduzir o consumo específico de energia e água; e as emissões de GEE nos quatro segmentos industriais energo-intensivos selecionados - siderúrgico, químico, papel & celulose e cimento. Além disso, busca-se identificar e propor soluções para o aproveitamento energético dos resíduos descartados por estes segmentos industriais.
As análises e os resultados do trabalho de pesquisa apresentados nesta tese permitem atualizar, ampliar e aprimorar o entendimento, e indicam oportunidades de melhorias nos processos de produção em cada segmento analisado da indústria brasileira. Para atingir o objetivo central desta tese os objetivos específicos são:
i. Quantificar potenciais técnicos de redução no consumo de energia, água e emissões de GEEs que podem ser obtidos através de boas práticas de gestão na operação e manutenção (O&M) e aplicações das melhores tecnologias disponíveis, designadas na literatura técnica como “Best Available Technologies” (BATs);
ii. Apresentar indicadores internacionais de desempenho nos processos de produção que foram obtidos através de programas de melhoria na eficiência energética (EE), uso e
consumo de energia, água e emissões para os segmentos energo-intensivos analisados, e comparar com os indicadores nacionais dos mesmos segmentos;
iii. Apresentar uma visão integrada da gestão no setor industrial com o sistema de gestão da energia (SGEn), tendo como referência a norma ISO 50.001, que possa contribuir para a redução no consumo de energia, água e emissões, incluindo o aproveitamento energético dos resíduos;
iv. Apresentar propostas de políticas públicas que podem ser adotadas no Brasil para os segmentos industriais energo-intensivos selecionados visando incentivar investimentos em eficiência energética, melhorias na gestão e consumo de água, e o aproveitamento energético dos resíduos industriais.
1.2 Escopo do trabalho
Para alcançar os objetivos propostos, este trabalho contém, além deste capítulo, mais seis capítulos cujo conteúdo é resumido a seguir.
O Capítulo 2 descreve os métodos que foram adotados para obter as informações que viabilizaram atingir os objetivos propostos e as limitações encontradas para formar uma base de dados que embasou as análises e possibilitou gerar as conclusões apresentadas neste trabalho.
No Capítulo 3 se discorre sobre a competitividade dos produtos manufaturados no mercado internacional, tendo como referência as crises econômicas, energéticas e/ou hídricas enfrentadas pelo país e o desempenho da indústria nacional. Destaca-se a necessidade do uso eficiente da energia e água para o aumento da produtividade, e a redução das emissões para uma produção mais limpa.
O Capítulo 4 relaciona políticas e programas integrados que visam melhorar a eficiência energética (EE) e o desempenho na gestão da água e emissões na indústria. São destacadas boas práticas que foram implantadas em alguns países industrializados que possibilitaram a melhoria na eficiência energética e a redução nas emissões de GEEs. Com base nessas experiências internacionais, o capítulo apresenta propostas de políticas públicas e empresariais que visam melhorias na gestão da energia e água, tratamento de resíduos e
controle de emissões no setor industrial brasileiro, sob a perspectiva de uma produção mais limpa, com baixa intensidade de carbono e menor impacto ambiental.
O Capítulo 5 discorre sobre os sistemas de gestão da energia, água e emissões na indústria e destaca a importância da O&M industrial para a obtenção de ganhos na eficiência energética e hídrica como sendo indissociável da melhoria na confiabilidade dos equipamentos e instalações industriais. Neste capítulo se tecem considerações a respeito: (i) dos investimentos, benefícios, barreiras e oportunidades de melhorias na eficiência energética que podem ser obtidas com a certificação das organizações pela norma ISO 50.001; (ii) dos softwares disponíveis para diagnósticos energéticos; (iii) dos benefícios para a gestão da produção que podem ser obtidos com as tecnologias associadas com a “Indústria 4.0”; (iv) das oportunidades de ganhos de eficiência energética via cogeração e geração distribuída de energia; e (v) do financiamento de projetos de EE.
No Capítulo 6 se analisam, a guisa de estudos de caso, os seguintes segmentos industriais energo-intensivos: siderúrgico, químico, papel & celulose e cimento. O capítulo discorre sobre os custos e consumos específicos de energia, água e as emissões destas indústrias, identifica oportunidades de melhoria que podem ser obtidas com a implantação das melhores tecnologias e práticas industriais (BATs) e apresenta cálculos de potenciais técnicos de conservação de energia para estes segmentos.
O Capítulo 7 sintetiza os principais resultados decorrentes deste trabalho, enquanto que o Capítulo 8 apresenta as suas conclusões e propõe sugestões para futuros trabalhos de pesquisa a serem desenvolvidos como desdobramentos das questões tratadas nessa tese.
2 METODOLOGIA
Durante o desenvolvimento da pesquisa foram consultadas várias fontes para obter as informações, formar uma base de dados e consolidar as conclusões apresentadas nesta tese. Inicialmente foi conduzida uma revisão na literatura para avaliar as publicações em livros e artigos recentes sobre a gestão da energia na indústria com foco na eficiência energética, água, emissões, geração e aproveitamento de resíduos nos segmentos energo-intensivos selecionados, com particular atenção para uma visão integrada do uso final desses recursos.
Este trabalho coletou dados sobre volumes de produção física, consumo final de energia, emissões, custos de insumos energéticos, desempenho e confiabilidade na O&M em artigos acadêmicos e publicações de domínio público tais como balanços energéticos, estatísticas setoriais e relatórios públicos de estudos nacionais e internacionais. O objetivo foi construir uma base de dados que tornasse possível avaliar e comparar o desempenho dos segmentos industriais selecionados, permitindo fazer uma análise crítica dos seus consumos de energia, água e emissões, conforme indicado na Figura 2.1 e Figura 2.2.
Em seguida foram consolidados indicadores de produção industrial associados com a utilização da capacidade instalada, consumo de energia, água e emissões e calculados os consumos específicos de energia, água e emissões para cada segmento industrial analisado. Em paralelo, foram identificadas inovações tecnológicas e as melhores práticas de gestão da energia e de O&M.
Constituiu, também, objeto do levantamento de informações da pesquisa as políticas públicas adotadas por países industrializados que priorizaram incentivos e investimentos em eficiência energética para reduzir o custo com energia, aumentar a produtividade/competitividade nos processos produtivos e mitigar os efeitos das mudanças climáticas.
No levantamento de dados e informações técnicas e sua análise na tese foram adotados os critérios indicados na Tabela 2.1. Os objetivos e as limitações dos indicadores técnicos selecionados para este trabalho são apresentados na Tabela 2.2.
Fonte: Elaboração própria
Figura 2. 1 - Estrutura das fases da pesquisa
Fonte: Elaboração própria
Tabela 2. 1 - Critérios adotados no levantamento de dados e sua análise na tese CRITÉRIOS INSTITUIÇÕES ENVOLVIDAS NO LEVANTAMENTO DE DADOS
Instituições públicas e privadas, nacionais, estrangeiras e internacionais, que atuam nas áreas de energia, meio ambiente, economia, indústria e tecnologia (MME/EPE, MME/DNPM, MMA/ANA, MDIC, MCTIC, CNI, ABDI, IBGE-PIA/SCN, BCB, BNDES, OMC, IEA, EIA, EU/UNECE, WBCSD, BM e FMI, US DOE, US EPA, ACEEE, ONU/UNIDO, ISO, entre outras) e associações dos segmentos industriais analisados (IAB, IBA, ABTCP, ABIQUIM, SNIC, WSA, EU/CEPI, EU/CEFIC, ICCA, CSI, entre outras).
PAISES ANALISADOS
Brasil e países selecionados (grupo da OCDE e BRICS) que se destacam na economia, produção industrial, comércio internacional de produtos manufaturados, gestão da energia (eficiência energética) e emissões (GEE).
TIPOS DE DOCUMENTOS CONSULTADOS
Livros, artigos publicados em periódicos classificados pela CAPES, preferencialmente A1 e A2 (Energy / Oxford, Journal of Cleaner Production, Energy Policy, Renewable & Sustainable Energy Reviews, entre outros), estudos e/ou relatórios técnicos / gerenciais, anuários com abordagens qualitativas e quantitativas, patentes e trabalhos apresentados em congressos.
ANO DE
PUBLICAÇÃO Documentos publicados nos últimos cinco anos, ou publicados em qualquer ano em função da relevância da abordagem para os objetivos da pesquisa.
ALCANCE Nacional ou global
OBJETIVOS DA ANÁLISE
Avaliação do desempenho energético e ambiental (emissões de GEEs e gestão dos resíduos produzidos) dos segmentos industriais energo-intensivos selecionados e proposição de melhorias.
ABORDAGEM UTILIZADA
Gestão da energia (eficiência energética), gestão da água, controle das emissões de GEEs, aproveitamento energético de resíduos industriais, gestão dos ativos (BAT na O&M), inovações tecnológicas, políticas públicas de fomento, e programas integrados de eficiência energética.
CÁLCULOS EFETUADOS
(i) Escolha de indicadores de desempenho compatíveis com os dados coletados; (ii) cálculo dos consumos específicos de energia, água e emissões; (iii) seleção das melhores tecnologias e rotinas operacionais (BATs) nos segmentos industriais analisados; e (iv) estimativas de potenciais técnicos passíveis de obtenção com a aplicação das BATs nestes segmentos industriais no Brasil.
Tabela 2. 2 - Objetivos e limitações dos indicadores técnicos e econômicos utilizados na tese
INDICADORES DESCRIÇÃO OBJETIVO NA TESE LIMITAÇÕES
CONSUMO ESPECÍFICO DE ENERGIA Energia consumida por produção física (GJ/t) Avaliar a evolução do consumo de energia nos segmentos selecionados e permitir o cálculo do seu potencial técnico de conservação de energia
Os dados disponíveis são normalmente disponibilizados em relatórios anuais das associações de produtores. Os relatórios de sustentabilidade das empresas apresentam dados agregados, sem identificar processos e/ou unidades de negócio. Os valores dependem das fronteiras dos volumes de controle adotados, ou seja, dos processos envolvidos. CONSUMO ESPECÍFICO DE ÁGUA Água consumida por Produção física (m³/t) Avaliar a evolução do consumo de
água Idem ao item anterior.
EMISSÃO ESPECÍFICA DE CO2e Emissão de CO2e por produção física (t CO2/t) Avaliar a evolução das emissões de GEEs
Idem ao item anterior. Para alguns dados não há a indicação da metodologia de cálculo adotada.
BEST AVAILABLE TECHNOLOGIES (BATs) Melhores tecnologias disponíveis comercialmente e boas práticas adotadas nas indústrias Avaliar o potencial técnico de conservação de energia para os segmentos selecionados A comparação de desempenhos é possível para os segmentos industriais para os quais se dispõe de dados de consumo energético específico. No entanto, a tecnologia específica utilizada, a idade das instalações e dos equipamentos, o modelo de gestão, a confiabilidade e a taxa de utilização da capacidade instalada, por exemplo, são diferentes em cada instalação de um segmento industrial. PAYBACK DOS PROJETOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Retorno dos investimentos em projetos de eficiência energética (anos) Estimar os prazos de retorno de investimentos visando ganhos de eficiência energética
Os dados disponíveis em geral envolvem equipamentos da área de Utilidades das empresas.
UTILIZAÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA (UCI) Porcentagem da capacidade instalada sendo utilizada em um dado momento por um segmento industrial Avaliar a evolução da UCI
Estatísticas disponibilizadas pela CNI por grupos de produtos para os segmentos industriais selecionados
3 COMPETITIVIDADE E DESEMPENHO DA INDÚSTRIA
NACIONAL
3.1 Competitividade
A pesquisa desenvolvida por Porter (1993) para entender a vantagem competitiva das nações constatou que a produtividade com que o trabalho e o capital atuam é o principal determinante no longo prazo para a prosperidade de um país. O comércio internacional e o investimento estrangeiro podem contribuir para aumentar o nível da produtividade nacional ao evitar a necessidade de produzir todos os bens e serviços dentro de um país, direcionando os recursos para desenvolver os segmentos mais competitivos. No entanto, também pode ameaçar a sobrevivência de outros segmentos industriais que não possam concorrer com os produtos importados. Assim, a capacidade de exportar produtos manufaturados com maior produtividade, e importar matérias primas e produtos com menor tecnologia, estimula o comércio, a rentabilidade e a produtividade de um país industrializado.
A competitividade de um país depende da capacidade de sua indústria de inovar e melhorar, tendo por base o desenvolvimento de novas tecnologias nos processos de produção e melhores formas de fazer os produtos. A busca de uma maior competitividade frequentemente demanda investimentos em habilidades e conhecimentos, assim como em ativos físicos. Os ganhos de competitividade normalmente são incrementais, ou seja, dependem mais da acumulação e do aperfeiçoamento de pequenas melhorias ao longo do tempo do que de um grande avanço tecnológico revolucionário (PORTER, 1999).
Há políticas industriais que provêm incentivos ao desenvolvimento tecnológico pelo lado da demanda, e políticas de ciência e tecnologia que visam desenvolver a capacitação tecnológica pelo lado da oferta. Na ausência de um mercado competitivo, os investimentos em inovação pelas empresas são menores, pois geralmente envolvem incertezas e riscos. As políticas governamentais de fomento ao desenvolvimento tecnológico devem considerar o fluxo tecnológico, ou seja, a transferência de tecnologia (investimentos em instalações, equipamentos, licenciamento de patentes e serviços técnicos especializados), incentivos à difusão da tecnologia importada em um ou mais segmentos industriais para maximizar a sua
aplicação, e as atividades de P&D nacionais que permitam assimilar e melhorar uma tecnologia e/ou gerar uma tecnologia nacional (KIM, 2005).
Segundo Vazques (1999), o comércio exterior proporciona a abertura do país para o comércio global e a elevação da produtividade. As exportações também permitem obter divisas que viabilizam o pagamento das importações necessárias à vida econômica de um país. O incentivo à exportação de produtos de maior valor agregado é uma das políticas que viabilizam a melhoria na posição de um país no ranking dos países exportadores. Vazques destaca as seguintes razões para se exportar:
Formar reservas via superávit na balança comercial e ampliar a integração comercial com outros mercados consumidores é um imperativo da política econômica de um governo;
Exportar reduz os riscos do negócio porque minimiza as sazonalidades nas vendas internas;
Trata-se de uma estratégia de defesa contra alterações imprevistas no mercado interno; Permite ganhar prestígio junto aos consumidores, pela capacidade de oferecer
produtos com qualidade e competitividade.
A globalização é uma realidade. A força motriz em um sistema capitalista no longo prazo é o crescimento econômico e, como resultado, há um aumento na movimentação de capital, bens e serviços através das fronteiras entre os países. Uma sociedade econômica e tecnologicamente superior influencia os negócios internacionais. No entanto, com o aumento da competição e das diferenças nas margens de lucro entre os países industrializados e os em desenvolvimento, há a formação de alianças ou blocos comerciais visando equilibrar as negociações entre os governos e minimizar, entre outros aspectos, os conflitos associados com as regulamentações que envolvem as restrições aos fluxos cambiais, e os valores das tarifas de importação e exportação (DIXON, 2004).
De acordo com o WEF (2012), a globalização, com a expansão da produção industrial e dos mercados consumidores, aumentou a importância das pesquisas e do desenvolvimento de inovações tecnológicas. Assim, entre outras tendências, há necessidade de: investimentos em automação e tecnologias digitais para aperfeiçoar os sistemas de gestão e controle da produção; desenvolvimento de novos produtos e processos de produção mais limpos; estabelecimento de políticas visando reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono, para uma produção com menos impacto ambiental; e capacitação de recursos humanos para
atender as novas habilidades e competências técnicas e gerenciais requeridas nos processos de produção.
Segundo Fleury e Fleury et al.(2004) uma das formas de avaliar a eficiência de uma política industrial é a sua capacidade de induzir ações que promovam o dinamismo setorial sem a aplicação de dispendiosos recursos. Assim, promover a internacionalização de forma focalizada pode ser menos oneroso e poderá trazer mais benefícios para o país.
Aumentar a competitividade dos produtos manufaturados brasileiros no mercado internacional é um desafio e os avanços têm sido menores do que o potencial do país, em virtude do tamanho do mercado interno, do sucesso conquistado com a exportação de commodities e das políticas públicas (tributária, trabalhista e previdenciária) vigentes. Assim, nas últimas décadas a indústria de transformação nacional perdeu importância no PIB e tem sido afetada pela pressão competitiva dos produtos importados (VELLOSO et al. , 2013).
Para Bacha e Bolle (2013a), após a década de 1970 os impactos decorrentes dos períodos de recessão na economia nacional (1981-1983 e 1987-1992) e da crise na economia mundial como a que ocorreu a partir de 2008 afetaram o desempenho da indústria nacional. No entanto, também há no mundo uma tendência de redução do peso do setor industrial como resultado de mudanças nos padrões de consumo, e da elevação da participação do setor de serviços como decorrência do crescimento econômico. Portanto, a questão relevante para o país não é a perda de participação do setor industrial no PIB, mas a criação de uma nova política industrial que permita a integração do país à economia mundial.
Nos períodos das crises globais, como consequência da redução na demanda, há uma maior oferta de produtos manufaturados no mercado internacional, o que impacta a indústria nacional. Assim, quando os recursos são limitados é preciso avaliar o que preservar e estimular na estrutura industrial existente e, devido às incertezas do cenário econômico, priorizar a execução de políticas que possam dinamizar os segmentos onde o custo para mantê-los é menor do que os benefícios gerados para a economia como um todo. Além disso, o Estado brasileiro deve ter capacidade para acompanhar e cobrar o desempenho das empresas beneficiadas por políticas públicas (BACHA e BOLLE, 2013b).
Em períodos de crise e cenários de crescimento desfavoráveis, a implantação de melhorias no uso da energia e da água, e de ações para reduzir as emissões e resíduos, torna-se um diferencial que torna-se soma a outras medidas para reduzir os custos na produção e podem contribuir para ganhos na competitividade.
