Emissões atmosféricas do setor aeroespacial no Brasil
Tibério Figueiredo de Norões Brito Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 - Vila das Acácias CEP 12.228-900 – São José dos Campos – SP – Brasil
Bolsista PIBIC-CNPq tiberiobrito@aluno.ita.br
Wilson Cabral de Sousa Junior Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Praça Marechal Eduardo Gomes, 50 - Vila das Acácias CEP 12.228-900 – São José dos Campos – SP – Brasil
wilson@ita.br
Resumo. Neste trabalho foi feito um levantamento de dados secundários e a posterior confecção de um inventário de emissões atmosféricas na área de aviação comercial (civil) no país, com o objetivo final de posteriormente confeccionar-se uma calculadora de emissões. O presente estudo levou em consideração as várias etapas de voo de uma aeronave, a fim de tornar o estudo o mais detalhado possível.
Palavras chave: emissões atmosféricas, aviação comercial, tráfego aéreo
1. Introdução
Sabe-se que o aumento da concentração de gases greenhouse são uma consequência direta de atividades humanas. Esses gases acumulam-se na atmosfera, acarretando, finalmente, no aquecimento global, segundo divulgação da International Energy Agency (IEA) em 2008.
Um desses gases é o CO2, que tem efeitos bastante nocivos e de impacto duradouro, dada sua natureza quimicamente estável. Dada a longa vida do CO2 na atmosfera, para um controle sustentável e uma diminuição satisfatória dos níveis desse gás, deveríamos diminuir drasticamente os níveis de emissão de CO2. Isso é um desafio virtualmente inalcançável, uma vez que ainda somos uma sociedade dependente do petróleo (cujo uso implica em emissão).
Nesse contexto, faz-se necessário uma redução da emissão de gases greenhouse a todo custo. É neste ponto que o debate recai sobre o setor de transporte, já que 23% da emissão total de CO2 no mundo (6,44 Gt) são devido a ele (IEA, 2008). Neste estudo, lidaremos especificamente com o setor de transporte aéreo.
Segundo a IATA (International Air Transport Association), o tráfego aéreo mundial deverá crescer em cerca de 5% ao ano entre 2007 e 2011. Geoff Hearn alerta ainda que o crescimento econômico do setor de aviação é impressionante: emprega 28 milhões de pessoas e deve chegar à marca de 31 milhões até 2010. Levando-se em conta os efeitos nocivos das emissões das aeronaves, esse fato tem chamado a atenção do meio científico específico e da sociedade em geral.
Além disso, deve-se atentar ao fato de que a taxa de crescimento de aeroportos ao redor do mundo não acompanha o crescimento do número de voos. Esse fato aliado aos números supracitados nos leva a uma preocupação maior tanto aos gases liberados em alta atmosfera quanto os liberados de maneira concentrada, que tem impacto muito forte em âmbito local.
Nessa realidade, faz-se necessário um estudo minucioso das emissões atmosféricas provenientes das aeronaves. Normalmente, esses estudos não contemplam as etapas de voo ou certas especificidades da aeronave, trabalhando com valores médios ou aproximados.
O resultado de tal estudo pode servir como guia para políticas públicas e textos de regulação do transporte aéreo, base de dados para agências regulatórias, parâmetro para definir um plano geral de ação, como citados por Robert Chalfant; assim, ele deve apresentar-se da maneira mais realista possível.
Pode servir mesmo para políticas de redução de emissões de empresas, preocupação cada vez mais importante e evidente, visto a possibilidade de redução fiscal e estratégia de marketing.
Mesmo que para algumas companhias o transporte represente somente uma pequena parte de sua pegada ecológica, para outras podem contar com até metade da emissão total da companhia. Como exemplo, citamos o HSBC, que tem cerca de 40% de sua emissão de carbono relacionadas a viagens (Miyoshi, 2009).
Neste sentido, para melhor controlar as emissões devido a viagens aéreas, as companhias precisam ser capazes de manipular dados referentes a performance de emissões de linhas aéreas específicas, com específicos aviões em determinadas rotas. Desta forma, poderão fazer decisões estratégicas baseadas em dados concretos (Miyoshi, 2009).
Os dados referentes ao estudo foram retirados das tabelas do SAGE (System for Assessing Aviation's Global Emissions). Este é um modelo computacional de alta fidelidade usado para prever a queima de combustível e emissões para todos os voos comerciais (civis) a nível mundial em um determinado ano. O modelo pode analisar cenários que abrangem desde um único vôo até as esferas de viagens entre aeroportos, países, regiões ou mesmo de aspecto global. Além disso, o SAGE modela dinamicamente o desempenho das aeronaves, consumo de combustível e emissões.
2. Metodologia
Os dados referentes ao estudo foram retirados das tabelas do SAGE (System for Assessing Aviation's Global Emissions). Este é um modelo computacional de alta fidelidade usado para prever a queima de combustível e emissões para todos os voos comerciais (civis) a nível mundial em um determinado ano. O modelo pode analisar cenários que abrangem desde um único vôo até as esferas de viagens entre aeroportos, países, regiões ou mesmo de aspecto global. Além disso, o SAGE modela dinamicamente o desempenho das aeronaves, consumo de combustível e emissões.
O método a ser utilizado para o inventário de emissões é o descrito no Primeiro Inventário Brasileiro de Emissões Antrópicas de Gases de Efeito Estufa (Ministério da Ciência e Tecnologia, 2006). Nele são apresentadas duas metodologias possíveis de serem seguidas; uma dita simplificada, que leva em consideração somente o consumo de combustíveis em vôo, e outra completa, em que também são consideradas as operações de pousos e decolagens. A opção da presente proposta é a do inventário completo dos gases NOX, CO, CO2, HC e SOX.
A despeito do procedimento indicado pela International Energy Agency, iremos considerar como fonte única e fidedigna as tabelas mencionadas, uma vez que as mesmas são largamente utilizadas em trabalhos de cunho semelhante a este.
Transição entre o movimento em solo e o voo (take off - TO); Ascensão da aeronave (climb out – CO);
Operações em solo (idle); Pouso (approach);
Uma vez que uma mesma aeronave pode utilizar mais de um tipo de motor, os fatores de emissão levados em conta foram os mínimos e máximos dentre todas as emissões dos possíveis motores de cada aeronave (que variam consideravelmente). Escolhemos proceder desta forma porque, desta forma, tem-se uma visão mais abrangente do problema, o que não seria possível caso trabalhássemos com valores médios.
Diferenças nas operações das aeronaves, tipos de motores, taxas de emissões e atrasos nos aeroportos são considerados como parâmetros importantes que influenciam o nível de dano de poluentes. A emissão de poluição do ar devido ao ciclo LTO (Lift and Take-Off) é diferente daquela da etapa de cruzeiro, o que nos leva a uma abordagem separada para cada fase (Lu, 2009)
Desta forma, foram confeccionados dois inventários; um construído com auxílio de dados obtidos nas tabelas do HOTRAN, relacionando a empresa, o número HOTRAN do voo, o tipo de aeronave utilizada, a frequência do voo (em dias da semana) e as escalas feitas. O outro inventário, construído com base nas tabelas SAGE, diz respeito aos aviões, seus respectivos motores utilizados e as emissões desses motores.
Com esses inventários em mãos, trabalhamos em um aspecto mais prático para esses dados. Para tal, será desenvolvido um algoritmo para a confecção de um software nos moldes de uma calculadora. Basicamente, o usuário irá entrar com origem e destino da viagem e o tipo de aeronave; o software irá retornar a quantidade (em kg) dos gases NOX, CO2, CO, HC, H2O e SOx liberados pelos
motores dessa aeronave, além da queima de combustível da mesma.
3. Resultados Obtidos
Os dados do inventário de perfil operacional foram retirados das tabelas HOTRAN, que contém dados de setembro de 2008. Por outro lado, o inventário de emissões contém dados de 2004. Não obstante, esses dados não se mostram ultrapassados, já que nem os motores utilizados pelas aeronaves nem seus níveis de emissão mudaram consideravelmente.
Na etapa de levantamento de dados, foi possível notar a escassez de dados referentes às emissões de alguns gases na etapa de cruzeiro ou nas etapas de LTO. Isso se dá, no caso dos gases NOX e CO, porque os efeitos nocivos destes tem efeitos mais evidentes em âmbito local. Desta forma,
a base de dados coletados foi a tabela do SAGE, que tem metodologia coerente com a utilizada. As tabelas do SAGE, que indicam o gasto total de combustível em relação ao total de milhas náuticas percorridas para cada aeronave e cada tipo de motor da mesma. Essa tabela contém dados desde 2000 até 2004. Serão utilizados os dados de 2004, mais recentes, que podem ser visualizados na tabela 1.
Tabela 1: Valores da tabela SAGE de emissões de vários tipos de motor dos 763
Aircraft Engine Distance (nm) Flights Fuel Burn (kg) CO2 (kg) H20 (kg)
763 CF6-80C2B6 1,20E+04 4 1,23E+05 3,88E+05 1,52E+05
CF6-80C2BF 2,43E+03 1 2,60E+04 8,20E+04 3,21E+04
CF6-80C2BF 1,70 E+03 1 1,94E+04 6,12E+04 2,40E+04
PW4056 2,35E+03 1 2,36E+04 7,45E+04 2,92E+04 PW4060 7,11E+03 2 7,38E+05 2,33E+05 9,13E+04
A despeito dessa falta de dados, conseguimos obter resultados coerentes e satisfatórios. Tome, por exemplo, uma viagem de Guarulhos-SP a Fortaleza-CE. A distância total percorrida é de 1.273,22nm (milhas náuticas). De acordo com as tabelas confeccionadas, para um A320, a maior emissão de CO2 por milha náutica percorrida se dá com o motor tipo CFM56-5A1, com o valor de
2,92.104, valor esse que se altera sensivelmente quando se altera o motor utilizado. Por exemplo, o motor CFM56-5B4\2 emite 2,55.104 kg de CO2 por milha náutica percorrida.
Neste ponto, temos condições de catalogar, para o ano de 2004 (ano em que os dados de emissão foram colhidos), os valores agregados de emissões neste ano, por poluente. Esses dados são mostrados na tabela 2.
Tabela 2: Valor de emissões por poluente para 2004
Flights Fuel Burn (Kg) NOx(kg) CO(Kg) HC(Kg) CO2(Kg) H2O(Kg) SOx(Kg)
1,51E+07 1,46E+11 2,16E+09 3,37E+08 3,15E+07 4,59E+11 1,80E+11 1,16E+08
Ou seja, no setor de transporte aéreo no mundo, foram liberados 4,59.1011 Kg de CO2 na
atmosfera no ano de 2004, segundo os dados disponíveis. Segundo dados da International Energy Agency, o setor de transporte liberou 6.452,8.1011 Kg de CO2 no mundo todo. Desta forma, o setor
aéreo corresponde a 7,07% da emissão total deste gás no setor de transporte. Decidimos focar no gás CO2 para a análise dos resultados porque este é um dos mais importantes dos gases greenhouse,
sendo um dos mais representativos dos causadores do aquecimento global.
Num panorama mais específico, no setor de transporte, o sub-setor aéreo corresponde por 0,4% do total de emissão de CO2 no Brasil (Ministério de Minas e Transporte, 2008)
4. Conclusões
Os resultados obtidos afirmaram predições feitas já durante a fase preliminar ao estudo: as dificuldades encontradas residiriam nas fontes de dados, que, vez ou outra, mostraram-se inadequados para os nossos propósitos.
Além disso, constatou-se que, dentre os vários modelos de motor que uma mesma aeronave utiliza, os valores de emissão variam sensivelmente. Desta forma, decidiu-se proceder como descrito na metodologia, acima, ao invés de trabalharmos com valores médios. Para fins de ilustração, um exemplo é apresentado na tabela 3, que relaciona a massa de NOX emitido em cada etapa por kg de
combustível gasto.
Tabela 3: Valores de emissão do NOX para dois tipos de motor do A319
Engine Take Off (g/kg) Climb Out (g/kg) Approach (g/kg) Idle (g/kg)
CFM56-5A4 22,64 19,11 8,51 4,04
CFM56-5B6/2 13,51 10,41 10,32 3,90
Cálculos preliminares mostram resultados coerentes com aqueles disponíveis na Internet, como a calculadora de emissões da ICAO. Os números mostram-se ligeiramente menores, mas de mesma ordem de grandeza. Isso já era esperado, exatamente pela separação do estudo em ciclo LTO e etapa de cruzeiro.
Pode-se perceber que o setor de transporte aéreo representa uma parcela representativa do total de emissões de CO2 (7,11% no mundo). Isso vem a confirmar a motivação inicial do estudo e
serve como alerta para que o problema seja abordado de maneira mais incisiva e rápida possível. As emissões de gases pelo setor de transporte aéreo são um ponto crítico na política de redução de emissões que tanto países como empresas em geral estão se alinhando para cumprir. Esse setor só tende a aumentar tanto em número de viagens como de frequência, nos levando a crer que a solução do problema deve começar agora.
Desta forma, consideramos que o objetivo primeiro do estudo, que era o levantamento de dados e a formação de um inventário de emissões na malha aérea nacional, foi completado com êxito.
Porém, sugere-se, também, para estudos futuros o levantamento da média de passageiros em cada voo. Desta forma, teremos meios de apresentar os resultados ao usuário da calculadora em um formato mais inclinado à pegada ecológica.
O problema do cálculo das emissões em idle (taxiamento) não foi abordado porque esses procedimentos variam bastante de aeroporto para aeroporto. Resta a sugestão para trabalhos futuros a inclusão deste parâmetro de emissão, que tem importante impacto local.
5. Agradecimentos
Ao CNPq, pelo apoio financeiro e por favorecer essa oportunidade de engrandecimento pessoal.
A Laís, pelo apoio incondicional. Ao meu orientador, Wilson Cabral.
6. Bibliografia
• Hearn, G. Aviation wakes up to the environment. Aircraft Economics no. 54 (March 2001) p. 14-18
• International Energy Agency, CO2 Emissions from Fuel Combustion 2008, SourceOECD Energy , vol. 2008, no. 21, pp. 1-570
• Chalfant, R. V. The value of air-emission inventories. New Steel v. 13 • (October 1997) p. 59
• SAGE Version 1.5 – Global Aviation Emissions Inventories for 2000 through 2004, Appendix C.
• http://www.mct.gov.br/upd_blob/0004/4199.pdf • http://www.icao.int/icao/en/download.htm#Aircraft) • http://www.anac.gov.br/empresas/empresas.asp
International Energy Agency Statistics, CO2 Emissions From Fuel Combustion, OECD, 2008.
• Miyoshi, C., The Carbon Emissions of Selected Airlines and Aircraft Types in Three Geographic Markets, Journal of Air Transport Management, 2009, 138-147.
• Olsthoorn, X., Carbon Dioxide Emissions From International Aviation 1950-2050, Journal of Air Transport Management, 2009, 87-93
• Lu, C., The Implication of Environmental Costs on Air Passenger Demand for Different Airline Business Models, Journal of Air Transport Management, 2009, 158-165
• Ministério de Minas e Transporte (MME), Plano Nacional Sobre Mudança do Clima (PNMC), Setembro de 2008.
