Viabilidade económica, ambiental e social da gaseificação de resíduos sólidos urbanos

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Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Viabilidade económica, ambiental e social da Gaseificação

de Resíduos Sólidos Urbanos

Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente

Rosa Virgínia Mendes Aragão

Orientador: Prof. Dr. Abel Rouboa

Coorientador: Prof. Dr. Carlos Afonso de Moura Teixeira

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Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Viabilidade económica, ambiental e social da Gaseificação

de Resíduos Sólidos Urbanos

Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente

Rosa Virgínia Mendes Aragão

Orientador: Prof. Dr. Abel Ilah Rouboa Coorientador: Prof. Dr. Carlos Afonso de Moura Teixeira

Composição do Júri:

Presidente Professora Doutora Edna Carla Janeiro Cabecinha da Câmara Sampaio Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Vogais Prof. Dr. Carlos Afonso de Moura Teixeira Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Prof. Dr. Eliseu Leandro de Magalhães Monteiro Instituto Politécnico de Portalegre

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Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente, apresentada à Escola de Ciências da Vida e do Ambiente, da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro. As doutrinas apresentadas são da exclusiva responsabilidade da autora.

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Aos meus avós maternos Virgínia Mendes e João Serrão, Aos meus avós paternos Maria dos Prazeres Aragão e António Aragão Aos meus pais Idalina Serrão e António Aragão e a António Marques

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Agradecimentos

A nível pessoal a todos os meus amigos e família que directa e indiretamente cuidaram de mim desde criança e permitiram que chegasse até aqui.

A nível académico a todos os colegas e amigos que me ajudaram neste percurso pela amizade, companheirismo e cedência de informação. Agradecer em particular á Mariana Correia, Joana Fernandes, Tânia Ribeiro, Tânia Silva, Ana Cerqueira, Vilma Martelo e Joana Mota pela amizade, paciência e ajuda prestadas ao longo deste tempo todo.

Ao orientador Prof. Dr. Abel Ilah Rouboa que me deu uma oportunidade, pela atenção, motivação e ajuda disponibilizadas, ao coorientador Prof. Dr. Carlos Afonso de Moura Teixeira pela sua ajuda e tempo disponibilizados e á Doutoranda Ana Ramos por todo o apoio e ajuda imprescindíveis. Á LIPOR pela cedência de informação e por toda a ajuda prestada. Ao Instituto Politécnico de Portalegre pelo fornecimento de dados.

Á cidade de Vila Real por me ter acolhido, ás suas gentes e á UTAD. Um agradecimento á SASUTAD pelo apoio económico e funcionários da cantina Além-Rio por todos os momentos durante 3 anos. Estes anos académicos foram gratificantes, contribuindo para a minha evolução enquanto ser humano e, por conseguinte, não me fazendo arrepender de nada.

Espero continuar esta viagem e conseguir agradecer e compensar a todos a oportunidade de estar aqui, fazer o que gosto e estar presente até ao fim.

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Resumo

Desde os primórdios que o Homem sempre estabeleceu uma relação simbiótica, de respeito e equilíbrio com a Natureza. No entanto tudo se alterou a partir do momento em que a sociedade deixou de ser independente e nómada para se tornar numa sociedade dependente e sedentária, o que se repercutiu no aparecimento das cidades em larga escala.

Com a evolução exponencial da população, das cidades, e a alteração dos padrões de consumo, ocorreu um aumento da quantidade, diversidade e complexidade dos resíduos sólidos urbanos (RSU) produzidos. Para resolver esta problemática moderna tornou-se necessário criar, desenvolver e adaptar os sistemas de gestão de resíduos existentes em cada país, por forma a que estes fossem capazes de dar resposta ao tratamento dos resíduos, tendo como objetivos principais a preservação da saúde pública, do ambiente e do bem-estar humano.

Neste contexto, foi desenvolvido este trabalho que pretendeu analisar e quantificar os impactes ambientais, referentes ao tratamento através da incineração e deposição final de 1 tonelada de RSU indiferenciados, na Central de Valorização Energética – LIPOR II, situada na Maia- Região Metropolitana do Porto. Para isso foram elaborados e comparados 2 cenários por forma a compreender qual dos dois era a melhor opção ambiental. O cenário 1 consistiu na incineração dos RSU indiferenciados, onde a central não tinha autoconsumo de energia, e o cenário 2 consistiu na incineração dos RSU indiferenciados, onde a central tinha autoconsumo de energia. Foi ainda criado o cenário 3 que englobou a gaseificação de RSU indiferenciados, com autoconsumo de energia numa central localizada no Reino Unido, onde foram analisados os impactes ambientais, sendo este posteriormente comparado com o melhor cenário da incineração.

Para tal recorreu-se á utilização de uma ferramenta de Análise de Ciclo de Vida (ACV) que serve para avaliar a sustentabilidade de produtos ou serviços tendo por base as Normas ISO 14040 e ISO 14044. O programa utilizado foi o Gabi, licença para estudantes, com base de dados versão 6.115 distribuído por PE Internacional, onde foram contabilizados os impactes ambientais através das entradas (de energia e materiais) e das saídas (de emissões e subprodutos), referentes á incineração e á gaseificação de 1 tonelada (unidade funcional escolhida para o estudo) de RSU indiferenciados.

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As categorias de impacte selecionadas para o estudo foram associadas á metodologia de avaliação de impactes a CML 2001, sendo posteriormente utilizadas para desenvolver o perfil ambiental do processo de incineração e de gaseificação.

Os nossos resultados demonstraram que da análise das categorias de impacte ambiental, podemos constatar que o cenário 1, teve valores totais positivos a todas as categorias o que significa que teve cargas ambientais, ou seja um maior impacte para o ambiente. No cenário 2 apenas tivemos valores totais positivos para as categorias de eutrofização e do potencial de criação de ozono fotoquímico, as restantes categorias tiveram valores totais negativos o que representa créditos ambientais. O cenário 3 teve valores totais positivos em todas as categorias, ou seja, teve cargas ambientais. Concluiu-se que o cenário 2 foi o mais sustentável a nível ambiental.

Palavras-chave: Incineração, Análise de Ciclo de Vida, Gestão de resíduos, Resíduos Sólidos Urbanos.

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Abstract

Since the beginning, man has established a symbiotic relationship of respect and balance with nature. However, everything changed from the moment that society ceased to be independent and nomadic to become a dependent and sedentary society, which led to the emergence of large-scale cities.

With the exponential evolution of the population, the cities, and the change of consumption patterns, there was an increase in the quantity, diversity and complexity of urban solid wastes (MSW) produced. In order to solve this modern problem, it was necessary to create, develop and adapt the existing waste management systems in each country, so that they could respond to the treatment of waste, with the main objectives being the preservation of public health, the environment and human well - being.

In this context, this work was developed to analyze and quantify the environmental impacts related to the treatment through incineration and final deposition of 1 ton of undifferentiated MSW at the Energy Recovery Center - LIPOR II, located in Maia - Metropolitan Region of Porto. For this, 2 scenarios were elaborated and compared in order to understand which of the two was the best environmental option. Scenario 1 consisted of incineration of undifferentiated MSW, where the plant had no self-consumption of energy, and scenario 2 consisted of the incineration of undifferentiated MSW, where the plant had self-consumption of energy. Scenario 3, which involved undifferentiated MSW gasification with self-consumption of energy in a plant located in the United Kingdom, where environmental impacts were analyzed, was later compared to the best incineration scenario.

To do this, a tool called Life Cycle Analysis (LCA) was used, which serves to evaluate the sustainability of products or services based on the ISO 14040 and ISO 14044. The program used was Gabi, license for students with data base version 6.115 distributed by PE International, where environmental impacts were recorded through the inputs (energy and materials) and outputs (emissions and by-products), from incineration and gasification of 1 ton of undifferentiated MSW (the functional unit chosen for the study).

The impact categories selected for the study were associated to the impact assessment methodology of CML 2001, and subsequently used to develop the environmental profile of

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Our results demonstrated that from the analysis of the environmental impact categories, we can verify that scenario 1, had positive total values for all categories, which means that it had environmental burdens, that is, a greater impact on the environment. In scenario 2 we only had positive total values for the categories of eutrophication and photochemical ozone creation potential, the remaining categories had negative total values representing environmental credits. Scenario 3 had positive total values in all categories, it had environmental burdens. It was concluded that scenario 2 was the most environmentally sustainable.

Keywords: Incineration, Life Cycle Assessment, Waste Management, Solid Waste.

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Índice

Resumo ... iii Abstract ... v Índice ... vii Índice de figuras ... ix Índice de tabelas ... xi Siglas ... xiii

Símbolos e fórmulas ... xiv

Unidades ... xv

1. CAPÍTULO – Introdução ... 1

1.1 Enquadramento ... 2

1.2 Objetivos ... 4

1.3 Organização da Dissertação ... 4

2. CAPÍTULO – Gestão de Resíduos... 7

2.1 Introdução ... 8

2.2 Legislação sobre gestão de resíduos em Portugal ... 12

2.3 Legislação sobre gestão de resíduos na União Europeia ... 13

2.4 Análise de Ciclo de Vida ... 16

2.5 Gaseificação ... 20

3. CAPÍTULO – LIPOR ... 27

3.1 LIPOR... 28

3.1.1 Central de Valorização Energética - LIPOR II ... 30

4. CAPÍTULO – Análise de Sustentabilidade da Incineração na CVE - LIPOR II ... 33

4.1 Metodologia ... 34

4.2 Definição de Objetivo e Âmbito, Unidade Funcional e Fronteira do Sistema ... 34

4.3 Inventário de Ciclo de Vida ... 36

4.4 Cenário 1 – Incineração sem autoconsumo ... 39

4.4.1 Avaliação Ambiental do Cenário 1 ... 40

4.4.2 Interpretação do Cenário 1 ... 43

4.5 Cenário 2 – Incineração com autoconsumo ... 45

4.6 Análise Comparativa dos cenários 1 e 2 ... 49

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5.2 Cenário 4 - Central de Gaseificação no Reino Unido ... 57

6 CAPÍTULO – Análise de Sustentabilidade da Gaseificação numa Central no Reino Unido ... 61

6.1 Metodologia ... 62

6.2 Definição de Objetivo e Âmbito, Unidade Funcional e Fronteira do Sistema ... 62

6.3 Inventário de Ciclo de Vida ... 64

6.4 Cenário 3 – Gaseificação com autoconsumo ... 67

6.5 Análise Comparativa do cenário 3 com os cenários 4 e 5 ... 73

6.6 Análise Comparativa do cenário 3 com o cenário 2 ... 75

7 CAPÍTULO – Conclusões e Sugestões de Trabalhos Futuros ... 77

7.1 Conclusões ... 78

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Índice de figuras

Figura 2.1 - Caracterização física média europeia da fração dos RU indiferenciados produzidos na

UE, em 2009...9

Figura 2.2 - Reencaminhamento de RU na União Europeia, em 2014...10 Figura 2.3 - Diagrama conceitual da ACV (ISO 14040:2006 e ISO 14044:2006)...17 Figura 3.1 - Caracterização física média dos RU produzidos na área de influência da LIPOR, em

2015...29

Figura 3.2 - Reencaminhamento de RU rececionados no Sistema LIPOR, em 2015...29 Figura 3.3 - Esquema geral da Central de Valorização Energética - LIPOR II...30 Figura 4.1 - Fluxograma genérico das etapas de ciclo de vida do tratamento de 1 tonelada de RSU

indiferenciados...35

Figura 4.2 - Fluxograma mais detalhado das etapas de ciclo de vida do tratamento de 1 tonelada de

RSU indiferenciados...36

Figura 4.3 - Diagrama de fluxos criado com o programa GaBi para o cenário 1 referente à incineração

sem autoconsumo de energia...40

Figura 4.4 - Perfil ambiental para o cenário 1 referente à incineração sem autoconsumo de energia

(valores totais)...41

(valores unitátios por processos)...42

Figura 4.6 - Diagrama de fluxos criado com o programa GaBi para o cenário 2 referente à incineração

com autoconsumo de energia...45

Figura 4.9 - Perfil ambiental para os cenários 1 e 2 referentes à incineração sem e com autoconsumo

de energia, respetivamente (valores totais)...49

Figura 4.10 - Perfil ambiental para os cenários 1 e 2 referentes à incineração sem e com autoconsumo

de energia, respetivamente (valores por processos)...51

Figura 5.1 - Fronteira do sistema para os diferentes tipos de tecnologias de tratamento de resíduos

referente ao cenário 5...54

Figura 5.2 - Diagrama dos processos da gaseificação por pirólise...55 Figura 5.3 - Fronteira do sistema referente ao cenário 4 ...57 Figura 5.4 - Diagrama do processo de gaseificação de duas fases, onde se destacam a cinzento as 4

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Figura 6.1 - Fluxograma genérico das etapas de ciclo de vida do tratamento de 1 tonelada de RSU

indiferenciados...63

Figura 6.2 - Fluxograma mais detalhado das etapas de ciclo de vida do tratamento de 1 tonelada de

RSU indiferenciados...64

Figura 6.3 - Caracterização física média da fração indiferenciada dos RU produzidos no Reino Unido,

em 2013...67

Figura 6.4 - Diagrama de fluxos criado com o programa GaBi para o cenário 3 referente à

gaseificação com autoconsumo de energia...68

Figura 6.5 - Perfil ambiental para o cenário 3 referente à gaseificação com autoconsumo de energia

Figura 6.6 - Perfil ambiental para o cenário 3 referente à gaseificação com autoconsumo de energia

Figura 6.7 - Perfil ambiental para os cenário 3, 4 e 5 referentes à gaseificação com autoconsumo de

energia (valores totais)...73

Figura 6.8 - Perfil ambiental para os cenário 3 e 2 referentes à gaseificação e incineraçao

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Índice de tabelas

Tabela 2.1 - Diferenças entre os métodos de tratamento térmico de RSU referentes à incineração e à

gaseificação...20

Tabela 4.1 - Inventário de Ciclo de Vida (ICV) e base de dados utilizada...37

Tabela 4.2 - Dados de inventário referentes à incineração do cenário 1 para a unidade funcional...38

Tabela 4.3 - Perfil ambiental do cenário 1 referente à incineração sem autoconsumo (valores totais)...41

Tabela 4.4 - Perfil ambiental para o cenário 1 referente à incineração sem autoconsumo de energia (valores unitátios por processos)...42

Tabela 4.5 - Perfil ambiental do cenário 2 referente à incineração com autoconsumo (valores totais)...46

Tabela 4.6 - Perfil ambiental para o cenário 2 referente à incineração com autoconsumo de energia (valores unitátios por processos)...47

Tabela 4.7 - Perfil ambiental para os cenários 1 e 2, referentes à incineração sem e com autoconsumo de energia, respetivamente (valores por processos)...50

Tabela 5.1 - Inventário de Ciclo de Vida do processo de gaseificação por pirólise...55

Tabela 5.2 - Emissões para o ar provenientes das instalações de gestão de resíduos (gramas por tonelada de RSU)...56

Tabela 5.3 - Inventário do processo de gaseificação de duas fases por plasma...59

Tabela 6.1 - Inventário de Ciclo de Vida (ICV) e base de dados utilizada ...65

Tabela 6.2 - Dados de inventário referentes à gaseificação do cenário 3 para a unidade funcional...66

Tabela 6.3 - Perfil ambiental do cenário 3 referente à gaseificação com autoconsumo (valores totais)...69

Tabela 6.4 - Perfil ambiental para o cenário 3 referente à gaseificação com autoconsumo de energia (valores unitátios por processos)...70

Tabela 6.5 - Perfil ambiental para o cenário 3, 4 e 5 referentes à gaseificação (valores totais)...73

Tabela 6.6 - Perfil ambiental para o cenário 3 e 2 referentes à gaseificação e incineraçao respetivamente (valores totais)...75

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Siglas

ACV – Análise de Ciclo de Vida

AIA – Avaliação de Impacte Ambiental

AIACV – Avaliação do Impacte Ambiental de Ciclo de Vida

APA – Agência Portuguesa do Ambiente

CCGC – Ciclo Combinado Gaseificação Combinada

CCTG – Ciclo Combinado Turbina a Gás

CDR – Combustível Derivado de Resíduos

CEE – Comunidade Económica Europeia

COT – Carbono Orgânico Total

COV – Compostos Orgânicos Voláteis

CVE – Central de Valorização Energética

DR – Diário da República

ETAL – Estação de Tratamento de Águas Lixiviantes

EUA – Estados Unidos da América

GEE – Gases com Efeito de Estufa

I&D – Investigação e Desenvolvimento

ICV – Inventário de Ciclo de Vida

ISO – Internacional Organization Standardization

PE – Peter Eyerer

PERAGRI - Plano Estratégico de Resíduos Agrícolas

PERH - Plano Estratégico de Resíduos Hospitalares PERSU - Plano Estratégico para os Resíduos Urbanos

PESGRI - Plano Estratégico de Gestão dos Resíduos Industriais

PNAPRI - Plano Nacional de Prevenção de Resíduos Industriais

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REN - Rede Elétrica Nacional

RSU - Resíduos Sólidos Urbanos

RU – Resíduos Urbanos

RUB – Resíduos Urbanos Biodegradáveis

UE – União Europeia

UTMB - Unidade de Tratamento Mecânico e Biológico

Símbolos e fórmulas

As – Arsénio C6H6 – Benzeno Cd – Cádmio CFC – Clorofluorcarbonetos CH4 – Metano Co – Cobalto CO – Monóxido de carbono CO2 – Dióxido de carbono Cr – Crómio Cu – Cobre H2 – Hidrogénio H2O – Água H2S – Ácido sulfídrico HCF – hidrofluorocarbonetos HCl – Ácido clorídrico HF – Ácido Fluorídrico Hg – Mercúrio Mn – Manganês N2 – Azoto

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N2O – Óxido Nitroso NH3 – Amoníaco Ni – Níquel NOx – Óxidos de azoto O2 – Oxigénio Pb – Chumbo Sb – Antimónio SO2 – Dióxido de enxofre Tl – Tálio V – Vanádio

Unidades

% – Percentagem € – Euro bar – Bar dm3 – Decímetro cúbico eq – Equivalente g – Grama h – Hora kg – Quilograma m3 – Metro cúbico MJ – Megajoules ng – Nanogramas ºC – Grau Centígrado pg – Picograma t – Tonelada

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Capítulo 1 - Introdução

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1.1 Enquadramento

Apesar da história do Homem na Terra ser relativamente recente, este foi sem dúvida a espécie que mais rapidamente evoluiu e consequentemente a que teve um maior impacte nos diferentes ecossistemas do planeta.

A evolução do conhecimento, da tecnologia, da industrialização e da globalização contribuiu para o surgimento de uma nova sociedade de consumo, cuja expansão demográfica e geográfica foi avassaladora. Em consequência do aumento das atividades antropogénicas e dos novos padrões de consumo ocorreu um acréscimo exponencial da produção de resíduos sólidos urbanos [1].

Atualmente as cidades contribuem em 80% para a emissão de gases com efeito de estufa, e é previsto que em 2050 cerca de 70 % da população mundial habite nas mesmas, contribuindo assim para o aumento significativo das emissões de GEE [1].

Perante os cenários de sobreexploração dos recursos naturais e poluição dos ecossistemas, a proteção do Ambiente de uma forma holística e a gestão de resíduos em particular, tornou se um assunto da máxima importância, uma vez que interfere com a saúde pública a nível local, nacional e global [2].

Para a implementação dessa gestão de uma forma sustentada, são necessárias ferramentas como: leis, diretivas nacionais, europeias e internacionais; incentivos à educação e sensibilização das populações; apoios ao investimento privado e à investigação científica [2] bem como a diminuição dos impostos municipais sobre as empresas responsáveis pela gestão de resíduos [3].

As tecnologias de informação e comunicação podem e devem ser consideradas instrumentos importantes para a monitorização da gestão de RSU, para a automatização de dados, aumentando assim a eficiência e otimização de toda a gestão de resíduos desde a recolha, transporte, tratamento e deposição, diminuindo assim os custos, o tempo e a poluição ambiental [4].

De modo a resolver os atuais paradigmas (Homem versus Natureza) é necessário compreender em pormenor, quais as nossas reais necessidades de forma a desenvolvermos

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tecnologias mais aperfeiçoadas e menos poluentes, mitigando todos os impactes negativos que causamos na Terra, a fim de não comprometermos a sobrevivência das gerações futuras.

Para atingir essa visão micro da nossa influência no ambiente torna-se imperativo realizar um estudo de sustentabilidade, recorrendo para isso à ferramenta da Análise de Ciclo de Vida. A ACV permite a avaliação dos impactes no ambiente relativamente à elaboração de um produto, processo ou sistema durante todo o seu ciclo de vida, ao identificar e mensurar as entradas de recursos e energia, e as saídas de emissões e resíduos [5]. O intuito é permitir a comparação de diferentes produtos, processos ou sistemas a nível ambiental para que seja possível melhorar o desempenho dos mesmos, reunindo assim, informação necessária para todo o tipo de decisores [6].

Foi nas décadas de 60 e 70 que foram construídas a maioria das instalações mundiais de incineração do tipo “queima em massa” [7], por ser considerado o sistema de tratamento mais económico e o ideal para lidar com o aumento dos resíduos e obter energia [8]. Devido à falta de conhecimento técnico na altura surgiram problemas ambientais graves que levaram ao descrédito deste sistema [9], no entanto presentemente a incineração de resíduos está modernizada e o seu desempenho ambiental é mais sustentável contribuindo para a eficiência da gestão de resíduos [10].

Atualmente a gaseificação ou 'combustão indireta' apresenta-se como um dos tratamentos térmicos de resíduos com grande potencial, uma vez que permite a conversão termoquímica de diferentes tipos de matérias-primas [11] tais como a biomassa, RSU e combustíveis [12], num gás de síntese, composto essencialmente por H2 e CO e em menores quantidades por CO2, H2O, CH4, N2 e partículas [13] cujo potencial calorífico pode ser utilizado para a produção de eletricidade e de calor [14].

A gaseificação para além de permitir a redução de volume e massa dos RSU, diminui a quantidade de resíduos depositada nos aterros sanitários, o que faz com que sejam reduzidas as emissões de GEE como o dióxido de carbono (CO2), o amoníaco (NH3) e o metano (CH4) [15]. Ao contrário do que acontece na incineração a gaseificação ocorre na presença controlada de oxigénio e temperatura, o que permite maximizar a produção do gás de síntese, diminuindo assim as perdas térmicas deste processo e a formação de dioxinas, furanos e NOx [16], tornando-o mais sustentável [12].

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Perante o que foi referido e devido ao potencial e importância deste tipo de estudos de sustentabilidade hoje em dia, reconhecemos a utilidade deste trabalho na avaliação da sustentabilidade através de uma técnica de gestão de resíduos em crescimento, designada por gaseificação [17], neste caso a baixa temperatura (750ºC a 900ºC) [18], em contraste com a técnica mais comummente utilizada - a incineração de resíduos (1000 ºC a 1200 ºC).

Este trabalho englobou o desenvolvimento e a avaliação de sustentabilidade de três cenários:

 Cenário 1: incineração de RSU indiferenciados sem autoconsumo de energia;  Cenário 2: incineração de RSU indiferenciados com autoconsumo de energia;  Cenário 3: gaseificação de RSU indiferenciados com autoconsumo de energia. A determinação da unidade funcional foi definida através da literatura numa perspetiva de uniformização, para que o trabalho possa ser utilizado em futuras comparações.

1.2 Objetivos

O trabalho referido tem como objetivo através da análise do perfil ambiental dos três cenários referentes ao tratamento e gestão de RSU indiferenciados, perceber, reunir, avaliar e comparar os seus impactes ambientais de forma a entender, primeiramente dentro da incineração qual é o cenário mais sustentável e posteriormente compará-lo com o cenário referente à gaseificação, concluindo qual dos dois é o tratamento mais sustentável ambientalmente. A unidade funcional utilizada foi 1 tonelada de RSU indiferenciados.

1.3 Organização da Dissertação

Este trabalho encontra-se organizado em 7 capítulos.

O Capítulo 1 refere-se ao enquadramento, objetivos e organização da dissertação. No Capítulo 2, foi feita uma revisão bibliográfica sintética sobre gestão de resíduos, a legislação de resíduos em Portugal e na União Europeia, sobre a ferramenta de Análise de Ciclo de Vida e também sobre a gaseificação.

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No Capítulo 3, foi apresentada uma descrição da LIPOR e da Central de Valorização Energética - LIPOR II.

No Capítulo 4, realizou-se uma análise de sustentabilidade (ACV) da incineração de RSU indiferenciados na CVE - LIPOR II, onde foram definidos a metodologia, o objetivo e âmbito do estudo, a unidade funcional e a fronteira do sistema. Foi descrito o inventário de ciclo de vida do cenário 1, que diz respeito á incineração sem autoconsumo, é feita uma avaliação ambiental do ciclo de vida desse mesmo cenário, e uma interpretação das categorias de impacte ambiental do mesmo. Uma vez que o inventário de ciclo de vida do cenário 2 é igual ao cenário 1, foi apenas feita uma avaliação ambiental do ciclo de vida do cenário 2 e a interpretação das categorias do mesmo. No fim deste capítulo foi realizada uma análise comparativa entre os dois cenários, através dos valores totais e dos valores unitários por processos.

No Capítulo 5, foi feita uma descrição sintética sobre o cenário 5 referente á Central de gaseificação na Suécia, e sobre o cenário 4 referente á Central de gaseificação no Reino Unido.

No Capítulo 6, efectuou-se uma análise de sustentabilidade (ACV) da gaseificação de RSU indiferenciados numa central do Reino Unido, onde foram definidos a metodologia, o objetivo e âmbito do estudo, a unidade funcional e a fronteira do sistema. Foi descrito o inventário de ciclo de vida do cenário 3, que diz respeito à gaseificação com autoconsumo, é feita uma avaliação ambiental do ciclo de vida desse mesmo cenário, e uma interpretação das categorias de impacte ambiental do mesmo. No fim deste capítulo foi realizada uma análise comparativa entre o cenário 3 e os cenários 4 e 5 da literatura, e posteriormente foi feita uma análise entre o cenário 3 e o cenário mais sutentável obtido na incineração, através dos valores totais.

No Capítulo 7, foram apresentadas as conclusões deste trabalho e sugestões para trabalhos futuros.

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Capítulo 2 – Gestão de Resíduos

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2.1 Introdução

Antigamente os países (incluindo Portugal) lidavam com o excesso de resíduos de uma forma rudimentar ou seja, através da deposição, acumulação em lixeiras e incineração em terrenos ou mesmo em áreas de proteção ambiental, sem qualquer tratamento prévio, fiscalização ou manutenção [19].

No entanto tais práticas cedo se revelaram improdutivas devido ao aparecimento de animais e à disseminação de doenças, à poluição das águas superficiais e subterrâneas utilizadas para consumo e rega, à contaminação dos solos para cultivo, à poluição atmosférica entre outros [20, 21].

Hoje em dia a gestão de resíduos torna-se mais complicada, não só pelo contínuo aumento da quantidade de RSU devido ao desenvolvimento tecnológico, mas também ao aparecimento de novos materiais, aumentando assim a heterogeneidade e complexidade físico-química dos RSU [22] o que dificulta e encarece o seu tratamento [23]. Os fluxos de resíduos e o seu poder calorífico dependem do desenvolvimento socioeconómico de cada país [24].

Os RSU são constituídos por materiais combustíveis e incombustíveis, provenientes: dos domicílios, do comércio, da indústria, dos hospitais, da agricultura entre outros [25], que podem ser separados por fluxos entre os quais: metais, embalagens, papel, cartão, vidro, matéria orgânica, têxteis e outros de menor relevância [26]. A sua composição física média é influenciada por fatores geográficos, pelas estações do ano, por fatores sazonais (como por ex. épocas festivas) [27] e pelas condições socioeconómicas das populações [24].

A separação da fração orgânica dos RSU para a produção de composto e de energia, bem como a recuperação de recursos existentes em antigos aterros [28], devido à sua escassez na natureza e consequente aumento do preço [29], são dois grandes desafios para as sociedades modernas.

Uma gestão sustentável de RSU segundo a União Europeia, tem de ter por base a hierarquia dos resíduos [30], que consiste em dar prioridade máxima à prevenção, minimização, reutilização, reciclagem e recuperação energética dos mesmos, considerando o aterro como a última opção para a sua deposição [31].

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Uma das possíveis soluções para que essa gestão seja concretizada é a separação dos resíduos na fonte [2] em vários fluxos, facilitando assim o seu tratamento e assegurando a qualidade dos resíduos a serem enviados para a indústria recicladora, bem como o cumprimento das metas de reciclagem exigidas pelas diretivas europeias [32]. Com esta separação, diminui-se a contaminação dos resíduos [33] e evita se a acumulação de tóxicos (como cádmio, zinco e chumbo) nos produtos reciclados [31].

Em 2009 a caracterização física média dos RU indiferenciados produzidos na União Europeia, demonstrava que os resíduos biodegradáveis representavam uma maior quantidade de resíduos produzidos, cerca de 35%, sendo a fração destinada à reutilização e recuperação (resíduos biodegradáveis, vidro, metais, papel e plásticos) de cerca de 74%, como podemos ver na figura 2.1 [34].

Em 2014 segundo dados do Eurostat [35], a maior parte dos resíduos tratados na União Europeia teve como destino o aterro e a reciclagem com cerca de 27,62%, seguindo-se a incineração com 26,78% e a compostagem com 15,90% como se verifica na figura 2.2 .

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Com a escassez dos combustíveis fósseis, aumenta a flutuação dos preços dos mesmos devido ao lóbi da indústria petrolífera [36], tal facto, permite-nos considerar a produção de RSU como uma fonte inesgotável de matéria, com potencial de aproveitamento calorífico e energético, cujo aumento à partida será diretamente proporcional ao crescimento das populações nas cidades [37].

O aumento das populações nas cidades, devido ao êxodo rural em massa, provocado pela procura de melhores condições de vida, fez com que a área disponível para habitação, cultivo e gestão de resíduos, se tornasse escassa e um grave problema a ser resolvido. Com a diminuição do espaço disponível aumenta o preço dos terrenos, o que impossibilita a construção de novos aterros, bem como a ampliação dos já existentes cuja capacidade está no limite de ser atingida [28, 38]. Exemplo disso é o Canadá, que paga aos EUA para poder depositar os seus resíduos nos aterros americanos, ocorrendo assim o que se designa por movimento transfronteiriço de resíduos [25].

Durante muitos anos o aterro sem qualquer tipo de controlo ambiental foi comummente utilizado a nível global [16], por ser considerado um método de deposição de resíduos mais barato e prático, no entanto devido à falta de impermeabilização, manutenção e monitorização surgiram graves problemas ambientais [29].

Posteriormente os aterros comuns evoluíram para aterros sanitários, onde são cumpridas todas as normas legislativas ambientais, como por exemplo: a impermeabilização, o que evita a lixiviação dos poluentes e a contaminação dos solos e das águas subterrâneas

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[29]. As águas lixiviantes resultantes da digestão anaeróbia dos RSU nos aterros, são encaminhadas e tratadas numa ETAL (estação de tratamento de águas lixiviantes), e o metano (CH4) libertado nos aterros é aproveitado comercialmente como fonte de energia, apesar de este ser considerado um gás com efeito de estufa 21 vezes superior ao dióxido de carbono (CO2) [24].

Nas últimas décadas os resíduos deixaram de ser considerados um problema que ninguém queria resolver e que implicava apenas gastos energéticos e económicos, para se tornar uma fonte de energia, calor e de recuperação de materiais, com interesse comercial para diferentes sectores a nível global [39].

Nao existe apenas uma tecnologia capaz de resolver a gestão de resíduos, mas um sistema integrado usado em vários países [17], que consiste na optimização dessa gestão a nível económico, ambiental e social [40]. Este sistema inclui diferentes tipos de tratamento como: a reciclagem, o tratamento biológico, tratamentos térmicos, e serviços de deposição como o aterro [41].

A gaseificação apresenta-se como um dos tratamentos térmicos de resíduos com grande potencial, uma vez que para além de permitir a redução de volume e massa dos RSU, diminui a quantidade de resíduos depositada nos aterros sanitários, evitando assim a construção de novos, o que faz com que sejam reduzidas as emissões de gases com efeito de estufa [14, 38].

O tratamento termoquímico de resíduos diminui não só a dependência dos combustíveis fósseis [39], como impede a exploração de novas matérias-primas, permite a recuperação de materiais, calor e energia e o retorno dos mesmos ao ciclo económico, reduzindo também a pegada de carbono e consequentemente as alterações climáticas [42].

No entanto, a falta de interesse e investimento por parte dos governos, autarquias, empresas privadas, indústrias e instituições de investigação para o desenvolvimento científico, tecnológico e legislativo da gaseificação, é o que impede este tratamento termoquímico de ser o mais utilizado a nível mundial, substituindo assim a incineração. Tais obstáculos condicionam a concessão, construção e adaptação de mais instalações em escala comercial. O conhecimento, informação e sensibilização das populações sobre o assunto, são determinantes para a aceitação pública desta tecnologia [43].

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2.2 Legislação sobre gestão de resíduos em Portugal

Portugal sendo um estado membro da União Europeia, teve obrigatoriamente que desenvolver um plano a nível nacional de produção, prevenção e gestão de resíduos, de forma a atingir as metas preconizadas pela legislação nacional e europeia. O objetivo não é só a proteção do ambiente e da saúde pública, como também o retorno de materiais e energia através do ciclo de vida de materiais á economia, contribuindo assim para o desenvolvimento do país [44].

Surge assim o Plano Nacional de Gestão de Resíduos (PNGR) que é gerido pelos Decretos-Leis n.º 73/2011 de 17 de Junho, n.º 67/2014 de 7 de Maio e n.º 165/2014 de 5 de Novembro, sendo que este diploma transpõe a Diretiva n.º 2008/98/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 19 de Novembro de 2008, relativa aos resíduos (Diretiva Quadro Resíduos) [44].

Este plano é constituído pelo Plano Estratégico para os Resíduos Urbanos (PERSU), pelo Plano Estratégico de Resíduos Hospitalares (PERH), pelo Plano Estratégico de Gestão dos Resíduos Industriais (PESGRI), pelo Plano Nacional de Prevenção de Resíduos Industriais (PNAPRI) e pelo Plano Estratégico de Resíduos Agrícolas (PERAGRI) [44].

Em 1997 foi aprovado o PERSU I, um plano pioneiro na gestão de resíduos sólidos urbanos em Portugal Continental para o período de 1996 a 2006. Os objetivos pretendidos eram o encerramento das lixeiras, a estruturação do sector através de infraestruturas como: unidades de triagem e transferência, centrais de valorização orgânica, centrais de incineração, aterros sanitários, através da recolha seletiva com ecopontos e ecocentros, bem como a criação de sistemas de gestão de RSU [45].

Em 2007 foi aprovado o PERSU II para Portugal Continental no período de 2007 a 2016 através da Portaria n.º 187/2007 de 12 de Fevereiro, dando continuidade ao anterior plano de gestão de RSU e corrigindo eventuais falhas. Os objetivos eram mais exigentes e baseavam-se no desvio de resíduos urbanos biodegradáveis (RUB) do aterro, reciclagem e valorização de resíduos de embalagens, cumprimento da hierarquia de gestão de resíduos, definição de critérios de qualidade para os materiais reciclados, para o composto e para os combustíveis derivados de resíduos (CDR). De forma a controlar a implementação das metas

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e objetivos dos planos, foram realizados relatórios de monitorização anual e avaliações intercalares [44, 45].

Mais recentemente foi aprovado e está em vigor o PERSU 2020 para Portugal Continental no período de 2014-2020 pela Portaria n.º 187-A/2014, publicada em DR (I Série) n.º 179 de 17 de Setembro de 2014, sendo este um aperfeiçoamento do plano anterior. Este novo plano aposta na definição de metas específicas dando uma maior liberdade de escolha, para que cada sistema de gestão de RU desenvolva as suas soluções específicas para atingir essas mesmas metas [44].

As metas globais do PERSU 2020 são:

- Reduzir de 63 % para 35 % a deposição, em aterro, dos resíduos urbanos biodegradáveis, relativamente ao ano de referência 1995;

- Aumentar de 24 % para 50 % a taxa de preparação de resíduos para reutilização e reciclagem;

- Assegurar níveis de recolha seletiva de 47 kg/habitante/ano. Os objetivos do PERSU 2020 são:

1) Prevenção da produção e perigosidade dos RU,

2) Aumento da preparação para reutilização, da reciclagem e da qualidade dos recicláveis, 3) Redução da deposição de RU em aterro,

4) Valorização económica e escoamento dos recicláveis e outros materiais do tratamento dos RU,

5) Reforço dos instrumentos económico-financeiros,

6) Incremento da eficácia e capacidade institucional e operacional do setor,

7) Reforço da investigação, do desenvolvimento tecnológico, da inovação e da internacionalização do setor,

8) Aumento do contributo do setor para outras estratégias e planos nacionais.

2.3 Legislação sobre gestão de resíduos na União Europeia

O Ambiente e a sua proteção sempre foram uma preocupação da União Europeia, no entanto foi só a partir dos anos 70 que a mesma começou de forma mais concreta a desenvolver políticas ambientais e a colocá-las em prática, através do corpo legislativo

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Em 1975 foi criada a 1ª Diretiva Ambiental 75/442/CEE do Parlamento Europeu e do Conselho designada por Diretiva Quadro de Resíduos, de 15 Julho de 1975, relativa aos resíduos que pretendia a proteção da saúde e do ambiente através da eliminação dos resíduos, o incentivo à recuperação dos resíduos e a utilização dos mesmos preservando assim o capital natural [47].

Em 1994 surge a Diretiva 1994/62/CEE do Parlamento Europeu e do Conselho de 20 de Dezembro de 1994, relativa a embalagens e resíduos de embalagens cujo objetivo era prevenir e reduzir o impacte das embalagens e dos resíduos das embalagens, no ambiente em todos os Estados-Membros e em países terceiros. Esta diretiva previa medidas para prevenir a produção de resíduos de embalagens, a reutilização e a reciclagem das mesmas e outras formas de valorização dos resíduos de embalagens, reduzindo assim a eliminação final desses resíduos [48].

Em 1999 foi criada a Diretiva 1999/31/CEE do Conselho, de 26 de Abril de 1999, relativa à deposição de resíduos em aterros, cuja intenção era que os Estados-Membros da UE reduzissem a quantidade de resíduos biodegradáveis depositados em aterro. Tinha também como objetivo reduzir a toxicidade dos resíduos depositados em aterro através do pré-tratamento dos mesmos. Definiu ainda normas de conceção e funcionamento para os aterros existentes e para os novos [49].

Em 2000 foi desenvolvida a Diretiva 2000/76/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 4 de Dezembro de 2000 relativa à incineração de resíduos, com o objetivo de prevenir ou reduzir ao mínimo os efeitos negativos no ambiente, em especial a poluição resultante das emissões para a atmosfera, para o solo e para as águas superficiais e subterrâneas. Pretendia também reduzir os riscos para a saúde humana resultantes da incineração e coincineração de resíduos. Para atingir esse objetivo foram exigidas rigorosas condições de funcionamento, de requisitos técnicos e o estabelecimento de valores-limite de emissão para as instalações de incineração e de coincineração de resíduos na Comunidade Europeia [50]. Foram ainda estabelecidos limites para as partículas, carbono orgânico total (COT), HCl, HF, SO2, NO, NO2, CO, metais pesados (Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Cd, Tl e Hg), dioxinas e furanos [51].

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Em 2008 foi estabelecida a Diretiva 2008/98/CEE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 19 de Novembro de 2008 relativa aos resíduos, que estabeleceu uma hierarquia de resíduos cuja prioridade era a prevenção, reutilização, reciclagem e recuperação de resíduos para outros fins, como energia, sendo a eliminação a última opção de gestão de resíduos a considerar. Esta diretiva pretendia harmonizar a legislação a nível europeu e fez a distinção entre resíduos e subprodutos, estipulando medidas para prevenir ou minimizar os impactes adversos da geração e gestão de resíduos na saúde humana e no ambiente. [52]

Em 2010 a União Europeia criou uma estratégia para um período de dez anos, designada Europa 2020, com o objetivo de criar as condições para um crescimento mais inteligente, sustentável e inclusivo. Para isso a UE definiu cinco principais objetivos, em diferentes domínios, a serem atingidos até ao final de 2020,[46, 53] sendo eles:

1. Emprego: 75 % da população de idade compreendida entre 20 e 64 anos deve estar empregada.

2. Investigação e Desenvolvimento (I&D): 3 % do PIB da UE deve ser investido em I&D.

3. Alterações climáticas e sustentabilidade energética: emissões de gases com efeito de estufa 20% mais baixas do que em 1990 (ou 30%, se as condições permitirem; 20% da energia proveniente de fontes renováveis; 20% de aumento na eficiência energética.

4. Educação: redução das taxas de abandono escolar abaixo de 10%, e pelo menos 40% dos cidadãos entre os 30 e 34 anos a completarem educação de terceiro nível (ensino superior)

5. Combate à pobreza e à exclusão social: pelo menos 20 milhões de pessoas em – ou em risco de – pobreza e exclusão social.

A visão de futuro da União Europeia até 2050 passa pelo desafio de conseguirmos viver de forma sustentável dentro dos limites do planeta, através da transição do modelo de economia linear vigente para um futuro modelo de economia circular [8].

A economia linear consiste na aquisição - utilização - eliminação de um produto ou serviço, contrariamente a uma economia circular, onde não há desperdícios e os subprodutos tornam-se em novas matérias primas, contribuindo assim para a a redução da pegada de

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carbono das sociedades, dos impactes ambientais nos países em desenvolvimento (devido à exploração de recursos e à contaminação do ambiente), e para uma distribuição mais justa dos benificios da globalização da economia [46, 54].

2.4 Análise de Ciclo de Vida

Foi no início da década de 90 que os cientistas começaram a desenvolver modelos de Análise de Ciclo de Vida para os sistemas de gestão de resíduos [55].

Desde então esta ferramenta tem sido muito desenvolvida e utilizada nas últimas décadas, para avaliar a nível ambiental as várias opções de tratamento e gestão de resíduos existentes [56], comparando-as [57], por forma a entender qual delas tem menores impactes ambientais sendo escolhida a mais sustentável [58]. Um dos objetivos da ACV é melhorar o desempenho ambiental de diferentes tecnologias através da implementação de melhorias nas diferentes áreas [33].

A ACV consiste na avaliação de todos os impactes ambientais referentes a cada fase do ciclo de vida de um produto ou serviço, desde a extração de matérias-primas até à sua deposição final, compreendendo as entradas de recursos e energia, e as saídas de emissões e subprodutos do sistema [59].

De forma a evitar as inconsistências e a homogeneizar os diferentes estudos de ACV, a Organização Internacional para a Normalização desenvolveu uma série de normas no âmbito da ACV, através de várias ISOs [39], tendo em 2006 revisto a ISO 14040 e apresentado a ISO 14044 [40].

Apesar das interpretações destes estudos serem muito amplas e variadas, é exigida uma transparência e coerência dos mesmos, uma vez que estes são muito utilizados para a tomada de decisões por parte, de políticos, engenheiros, municípios e outros promotores importantes para o desenvolvimento sustentável no futuro [59, 60].

A estrutura da ACV é formada por 4 fases que são importantes de delinear antes de começar qualquer estudo, como mostra a figura 2.3 (ISO 14040:2006 e ISO 14044:2006).

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Numa primeira fase é necessário definir o objetivo, o âmbito do estudo, a fronteira, o público-alvo e a unidade funcional [61]. Na segunda fase temos de criar o Inventário do Ciclo de Vida (ICV) através da recolha e cálculo de todas as entradas e saídas de cada processo do sistema [60].

Na terceira fase vai ser preciso avaliar os potenciais impactes e estimar os recursos usados no sistema, através da agregação dos resultados obtidos no ICV a categorias de impacte selecionadas, obtendo assim um resultado indicador, que é o resultado final da Avaliação de Impacte Ambiental (AIA) [62]. A normalização, o agrupamento e a ponderação destes dados é opcional. Existem duas opções na classificação de impactes, para quantificar os impactes ambientais, elas são: as categorias de impacte ambiental intermédias (midpoint) e as categorias de impacte finais ou de danos (endpoint) [6].

As categorias intermédias focam-se nos impactes correspondentes às alterações climáticas, à acidificação, à depleção do ozono, toxicidade humana entre outras, que podem ser avaliadas usando o método CML-2001, EDIP 97 & EDIP 2003 e IMPACT 2002 +. As categorias de impacte final focam-se nos efeitos finais provocados a nível da saúde humana, da qualidade dos ecossistemas e da quantidade de recursos sendo avaliadas através dos métodos Ecoindicator 99 e IMPACTO 2002+ [62].

A quarta e última fase consiste na interpretação dos resultados relacionando-os com o objetivo de estudo [63], na identificação de limitações, e na análise de resultados com o intuito de alcançar conclusões e sugerir recomendações [60], sendo o relatório final segundo a ISO 14040 o elemento que completa a ACV do produto ou serviço [62].

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As categorias de impacte mais utilizadas são as recomendadas pela metodologia de AIACV CML-2001[46, 64]:

- Aquecimento Global: esta categoria de impacte traduz o aumento de temperatura do planeta por efeito de certas substâncias gasosas provenientes da atividade antropogénica ex: CO2, CH4, N2O na absorção de radiação solar, originando consequências adversas nos ecossistemas, saúde pública e bem-estar material. O fator de caraterização é referido como Potencial de Aquecimento Global (GWP- Global Warming Potential) e o resultado é expresso em kg de CO2 equivalente [kg CO2 equivalente].

- Depleção de Ozono Estratosférico: esta categoria de impacte traduz a diminuição da camada de ozono, por reação com determinados gases provenientes da troposfera ex: CFCs e HCFs de que resulta uma maior quantidade de radiação ultravioleta que chega à superfície terrestre, afetando de forma adversa a saúde humana, os ecossistemas aquático e terrestre e os ciclos bioquímicos. O fator de caraterização é referido como Potencial de Depleção do Ozono (ODP - Ozone Depletion Potential e o resultado expressa-se em kg de CFC-11 equivalente [kg CFC-11 equivalente].

- Toxicidade Humana: esta categoria de impacte traduz a libertação e difusão de determinadas substancias tóxicas ex: benzeno, cádmio, mercúrio, nos compartimentos ambientais ar, água, solo, com consequências adversas na saúde humana. O fator de caraterização é referido como Potencial de Toxicidade humana (HTP - Human Toxicity Potential) e o resultado expressa-se em [kg DCB equivalente].

- Acidificação: esta categoria de impacte traduz o efeito do lançamento e dispersão de gases acidificantes por ex: os óxidos de azoto, o dióxido de enxofre e o ácido clorídrico nos compartimentos ambientais ar, água, solo, causando danos nos ecossistemas, na saúde pública e nos materiais. Exemplos disso são a mortalidade de peixes e o declínio das florestas. O fator de caraterização é referido como Potencial de Acidificação (AP- Acidification Potential) e o resultado é expresso em kg de SO2 equivalente [kg SO2 equivalente].

- Eutrofização: esta categoria de impacte é um fenómeno que influencia tanto, ecossistemas aquáticos como terrestres em resultado da dispersão de macronutrientes ex: azoto, fósforo e potássio nos compartimentos ambientais ar, água e solo. O enriquecimento em biomassa algal em ecossistemas aquáticos degrada a qualidade da água para consumo

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humano. O fator de caraterização é referido como Potencial de Eutrofização (EP- Eutrophication Potential) e o resultado é expresso em kg de NOx equivalente [kg de NOx equivalente].

É importante também definir a linha de horizonte para os impactes ambientais, de forma a permitir a comparação entre estudos de ACV, e apesar de muitos estudos não o fazerem [39], tal é importante por exemplo para os aterros, cujas emissões gasosas são libertadas ao longo de mais de 100 anos [42], sendo necessária uma monitorização contínua ao longo do tempo [65].

Por outro lado a escolha de indicadores de impacte ambiental é sempre subjetiva uma vez que depende de quem fizer o estudo e com que objetivo, no entanto desde que estes sejam consistentes com as normas da ISO não haverá qualquer problema [60].

A falta de dados fiáveis, de harmonização entre eles e a dificuldade em definir um sistema que permita uma abordagem global são dois intraves à ACV [40].

Um bom modelo de ACV tem de ser fácil de usar e de interpretar por parte do público, dos políticos e outros, o que implica que os resultados dos estudos têm de ser apresentados de forma perceptível e íntegra. A escolha do modelo de ACV depende do objetivo do estudo, no entanto é importante perceber que nenhum estudo é perfeito, todos têm os seus benefícios e as suas falhas [55].

A ACV é considerada o método mais reconhecido a nível mundial [63] que permite uma avaliação analítica do ambiente, e sem ele a maioria das decisões iriam incidir apenas no custo inicial dos projetos de gestão de resíduos, ao invés dos benefícios ambientais globais [60].

O futuro da ACV passa pela partilha de dados e informação, como sugerido por Thomas Christensen na Dinamarca através de um modelo de ACV de código aberto, contribuindo assim para a evolução e melhoria dos modelos na gestão de resíduos [55].

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2.5 Gaseificação

A gaseificação é um processo termoquímico de tratamento de resíduos, que permite através da oxidação parcial [72] de combustíveis líquidos (petróleo), gasosos (gás natural), sólidos (biomassa, RSU, carvão) ou de biocombustíveis, a obtenção de um gás de síntese, ao contrário do que acontece na incineração. Este é composto principalmente por H2 e CO, em menores quantidades por CO2, H2O, CH4, N2 [43], contendo também impurezas inorgânicas (HCl, NH3, H2S), alcatrão e partículas [16]. O gás de síntese é muito utilizado na produção de calor (onde primeiro o gás é queimado antes de ser purificado) e de eletricidade (onde primeiro o gás é pré-tratado antes de ser queimado) [14].

Este método possibilita a redução em cerca de 80 a 90% do volume dos RSU e 70 a 80% em massa [41], evitando a saturação dos aterros sanitários existentes e a construção de novos, uma vez que a falta de espaço nas grandes cidades e o elevado custo dos terrenos são duas condicionantes relevantes a nível económico [28]. Na tabela 2.1 temos algumas diferenças entre os dois métodos de tratamento térmico de RSU, utilizados e comparados neste trabalho.

Incineração Gaseificação

- Combustão directa, sistema de queima em

massa - problemas ambientais graves - Combustão indirecta

- Esssencialmente RSU como combustível - Várias matérias-primas: biomassa, RSU, combustíveis, lamas

- Produção de calor e eletricidade

- Produção de gás de síntese para produção de calor e eletricidade (pré-limpo ou pós-limpo), de químicos, síntese de biocombustíveis, fertilizantes, substituir o gás natural - Usa temperaturas mais elevadas e mais

oxigénio

- Ocorre na presença controlada de oxigénio e de temperaturas mais baixas (+ eficiente, - perdas) - No reator usa-se ar como agente oxidante - No gaseificador pode usar-se ar, vapor, oxigénio, CO2

- Maior formação de cinzas e partículas - Menor formação de dioxinas, furanos e NOx

- Mais económico e mundialmente usado - Exige maior investimento inicial - Permitem a redução de massa e volume

- Diminuição de resíduos em aterros - Diminuição das emissões de GEE

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A energia produzida a partir do poder calorífico dos RSU representa cerca de 5% do total da procura de energia nos países desenvolvidos, o que leva à diminuição da dependência e da importação de combustíveis fósseis, como o petróleo e o gás natural [23]. Este valor é claramente insuficiente considerando a quantidade de RSU depositados em aterros sanitários, e no desperdício do seu potencial para a gaseificação, como acontece em Portugal onde, por exemplo no ano de 2014 a deposição em aterro representou cerca de 42 % [73], ao contrário do que acontece na Holanda e na Dinamarca onde a quantidade de RSU depositada em aterro é exígua [43].

Contrariamente ao que acontece na China, onde a utilização do carvão como combustível para a gaseificação é uma prática comum [74], na Holanda o objetivo passa por substituir o gás natural (combustível fóssil menos poluente e mais caro que o carvão), pelo gás de síntese obtido a partir da gaseificação da biomassa (que pode ser de resíduos florestais, RSU ou lamas) [75], utilizando para isso a mesma infraestrutura do gás natural nas habitações e nos carros, o que é uma vantagem a nível económico [11].

Os resíduos agrícolas e os biocombustíveis também podem ser usados como combustíveis para a gaseificação, no entanto a utilização de biocombustíveis de 1ª geração seria um contrassenso, pois a sua produção irá competir diretamente com a produção de alimentos, uma vez que também utiliza campos cultiváveis, ao mesmo tempo que contribui para a desflorestação e a exploração dos recursos naturais, como por exemplo a água. Ao utilizarmos biocombustíveis de 2ª e 3ª gerações evitámos esses conflitos [75].

A versatilidade do gás de síntese permite que o mesmo seja utilizado no fabrico de produtos químicos (amoníaco) [76], para a síntese de biocombustíveis [72], bem como em sistemas de conversão de energia mais eficientes como motores e turbinas a gás [14], que podem ser construídos de forma modular devido à flexibilidade de escala que possuem [43].

O vapor, o ar e o oxigénio são os agentes oxidantes mais usados na gaseificação, e conforme a escolha deles, assim variam os custos e o poder calorífico do gás de síntese produzido [13]. O oxigénio além de ser o mais dispendioso é o mais eficiente, ao contrário do ar, que por ser o mais barato é o mais usado, no entanto dá origem a um gás de síntese com um menor poder calorífico, devido ao elevado teor de N2. Por outro lado, o vapor tem custos moderados, e dá origem a um gás de síntese com um poder calorífico também moderado,

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quando comparado com os anteriores. O CO2 também pode ser usado como agente oxidante [77].

A temperatura, a pressão e a razão de equivalência (relação entre a biomassa e o fluxo de ar) são parâmetros fundamentais no controlo da gaseificação [11] e consequentemente na composição do gás de síntese [78].

Ao restringirmos a temperatura a um determinado intervalo [38] conseguimos maximizar a produção de gás de síntese [26], e simultaneamente ao limitarmos a quantidade de oxigénio (que pode variar entre 25% a 50%) contribuímos para a redução de perdas térmicas [14], diminuindo também a formação de dioxinas, furanos e NOx [16].

A pressão na gaseificação vai desde a pressão atmosférica até 33 bar [1], e se utilizarmos pressões elevadas nos reatores, apesar de ser mais dispendioso, também será mais eficiente [8] e contribuirá para a redução da quantidade de carvão e alcatrão existentes no gás de síntese produzido [77].

Para além dos parâmetros acima referidos, o tamanho das partículas, o tipo de gaseificador, a adição de catalisadores ao processo, as propriedades do combustível, e o tempo de residência [13], são outros componentes que também interferem e influenciam não só a composição do gás de síntese mas também a sua eficiência [78].

À partida o objetivo da gaseificação não é utilizar os fluxos de resíduos obtidos através da recolha seletiva que tem como destino o tratamento e a valorização, mas evitar a sua deposição em aterro [43]. Países como a Holanda, Alemanha, e Dinamarca demonstram que é possível conciliarmos elevadas taxas de reciclagem com elevadas taxas de gaseificação de resíduos, sendo para isso necessário alterar os hábitos das populações através da informação e educação, e através de um sistema de gestão de RSU eficiente e articulado a nível nacional e local [79].

No Japão a eletricidade é obtida a partir da incineração de cerca de 70% dos resíduos produzidos no país, em oposição à Coreia do Sul onde a prioridade na gestão de resíduos é a reciclagem e a deposição em aterro [80].

Na Áustria uma forma de reduzir a deposição de resíduos em aterros, foi a sua proibição e o aumento do custo da deposição em aterro de 280€ por tonelada, de modo a

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obrigar as indústrias e as autoridades locais a pensarem em novas soluções para a gestão de resíduos, como as instalações de gaseificação e as unidades de tratamento mecânico e biológico (UTMB). Por outro lado na Dinamarca, as instalações de gaseificação foram construídas perto das comunidades, às quais a energia e o calor são fornecidos a baixo custo [43].

Se por um lado a gaseificação contribui para a redução das emissões de GEE [78] (como o CH4 que possui um potencial comercial para a produção de energia) [79], e consequentemente o aquecimento global [72], por outro produz vários subprodutos como as escórias, as cinzas volantes, as emissões atmosféricas [81], e o alcatrão que se encontra presente no gás de síntese [11].

A formação de alcatrão é um dos maiores problemas da gaseificação [77] pois diminui o rendimento e o valor calorífico do gás de síntese, e na presença de temperaturas mais baixas a sua condensação pode obstruir os tubos, os filtros e os motores [11]. Os principais componentes do alcatrão são o benzeno (C6H6)e os seus derivados [82].

A maior parte dos subprodutos da gaseificação são passíveis de serem tratados e valorizados. Uma das formas de reduzir as partículas (carvão e cinzas volantes) e o alcatrão presentes no gás de síntese é utilizando processos de filtração e lavagem [11].

As escórias (constituídas essencialmente por material inerte, resíduos inorgânicos e metais), caso contenham metais ferrosos, são primeiramente isoladas por separadores eletromagnéticos e posteriormente encaminhadas para a reciclagem, no entanto caso contenham metais não ferrosos serão depositadas num aterro sanitário. Uma das potencialidades das escórias passa pela sua utilização na construção civil, como substituto parcial do cimento na base de pavimentos, como agregados em blocos de betão, no recobrimento diário dos aterros sanitários e em recifes artificiais [27, 81].

Por outro lado as cinzas volantes (constituídas por material inerte particulado, compostos inorgânicos e elevadas concentrações de metais pesados), tem de ser inertizadas antes de serem depositadas em aterros sanitários para resíduos perigosos, devido à sua concentração de metais pesados [78].

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O tratamento e deposição das cinzas volantes (que são misturadas com a cal resultante dos sistemas de lavagem de gases), e das águas residuais usadas na extinção das escórias [7, 23] , são responsáveis pelos elevados custos da gaseificação. No entanto devido aos sistemas de fusão das cinzas, o custo das instalações de gaseificação aumenta cerca de 10% quando se compara com as instalações de incineração [14].

A quantidade e a composição das cinzas são diretamente influenciadas pela constituição dos RSU, e apenas uma ínfima fração pode ser utilizada na construção civil, sendo a maior parte depositada em aterros sanitários. No Chile, foi realizado um estudo onde o custo de transporte e de deposição das cinzas em aterro foi estimado em 16 € t-1 [79].

Os gases resultantes da gaseificação antes de serem libertados para a atmosfera, tem de ser neutralizados e filtrados por equipamentos com elevada eficiência como ciclones, filtros de cerâmica, filtros de mangas, filtros deflectores, precipitadores electroestáticos húmidos, depuradores de água, torres de pulverização entre outros [78].

Para a neutralização dos gases ácidos (sobretudo HCl, HF e SO2) utiliza-se a cal, e para a remoção de Hg (considerado tóxico para o homem e para o ambiente), de outros metais pesados voláteis e compostos orgânicos (dioxinas e furanos), utiliza-se o carvão ativado [51].

Relativamente aos gaseificadores podemos dividi-los em: gaseificadores de leito fluidizado e gaseificadores de leito fixo [51]. Os reatores de leito fluidizado possuem várias vantagens como: a capacidade de gaseificarem vários tipos de combustíveis (como RSU e biomassa) com elevado teor de cinzas [77], a sua inércia térmica, capacidade de operarem a baixas temperaturas de 700 a 900ºC impedindo a sedimentação das cinzas no fundo do reator, e a homogeneização da concentração de gás-sólido em todo o reator [13].

No entanto, este tipo de reator também tem desvantagens como: uma concentração de partículas no gás superior [13], a exigência de um maior investimento uma vez que a sua construção e operacionalidade são mais complexas, a necessidade a nível económico de serem utilizados na gaseificação de RSU em larga escala, ao contrário dos reatores de leito fixo [28]. Por vezes, torna-se necessário um pré-tratamento dos resíduos de forma a homogeneizar e melhorar a manipulação dos mesmos facilitando assim a sua gestão [83]. De forma a aumentarmos o desempenho da gaseificação é necessário: fazer a separação dos