UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA ANDERSON ALEXANDRE PIRES CAVALCANTE BEM
USO DE ENERGIA SUSTENTÁVEL NA AVIAÇÃO
PALHOÇA
ANDERSON ALEXANDRE PIRES CAVALCANTE BEM
USO DE ENERGIA SUSTENTÁVEL NA AVIAÇÃO
Monografia apresentada ao Curso de graduação em Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel.
Orientação: Prof. Joel Irineu Lohn, MSc.
Prof (a) Mestre – MSc. Prof (a) Doutor – Dr. (Dra.)
PALHOÇA 2016
ANDERSON ALEXANDRE PIRES CAVALCANTE BEM
USO DE ENERGIA SUSTENTÁVEL NA AVIAÇÃO
Esta monografia foi julgada adequada à obtenção do título de Bacharel em Ciências Aeronáuticas e aprovada em sua forma final pelo Curso de Ciências Aeronáuticas, da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, abril de 2016.
_____________________________________________________ Professor orientador: Prof. Joel Irineu Lohn, MSc.
Universidade do Sul de Santa Catarina
_____________________________________________________ Prof. PAULO ROBERTO DOS SANTOS. ESP.
Para Mariana, porque sem você, não teria chegado tão longe em minha vida acadêmica e pessoal; Aos meus pais,que sempre me apoiaram a seguir meus sonhos.
RESUMO
Este trabalho objetivou expor as características e as peculiaridades do biocombustível utilizado na aviação contemporânea brasileira, comparando seu desempenho com o combustível mais utilizado comercialmente, a querosene. Caracteriza-se como uma pesquisa exploratória com procedimento bibliográfico e documental por meio de livros, artigos, reportagens, regulamentos e leis. A abordagem utilizada foi qualitativa e quantitativa. A análise dos dados foi feita por meio de gráficos e quadros, analisados de acordo com a fundamentação teórica. Ao analisar os resultados obtidos, conclui-se que o biocombustível é a melhor opção para uma fonte mais limpa e renovável de energia, além de ser mais econômico. Sendo o maior risco desse tipo de combustível o efeito que ele pode causar na produção alimentícia.
ABSTRACT
This study aimed to expose the characteristics and peculiarities of the biofuel used in contemporary Brazilian aviation, comparing their performance with the fuel most used commercially, the querosene. This is an exploratory research with bibliographic and documentary procedure through books, articles, reports , regulations and laws. The approach used was qualitative and quantitative. Data analysis was done by means of graphs and tables, analyzed according to the theoretical foundation. By analyzing the results, it is concluded that the biofuel is the best option for a more clean and renewable source of energy, as well as being more economical. With the greatest risk of this type of fuel the effect it can have on
food production.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Funcionamento do motor convencional de 4 tempos. Figura 2 - Motor convencional.
Figura 3 - Terceira lei de Newton. Figura 4 - Motor a reação.
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1- Participação das matérias-primas para o biodiesel, em 2009 no Brasil Gráfico 2- Entregas de biodiesel no Brasil.
Gráfico 3- Produção mundial de biodiesel.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO...10
2 REFERENCIAL TÉORICO ...12
3 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ...14
3.1 MOTORIAÇÃO ...14
3.2 COMBUSTÍVEIS ...17
3.3 BIOCOMBUSTÍVEIS ...17
3.4 BIOCOMBUTÍVEL NA INDUSTRIA AERONÁUTICA ...19
4 CONCLUSÃO ou CONSIDERAÇÕES FINAIS ...21
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1. INTRODUÇÃO
A poluição atmosférica tornou-se um problema atual, antecipando-se às gerações futuras. A realidade dos grandes centros é a concentração cada vez maior de partículas dispersas no ar, o que afeta diretamente a qualidade de vida da população. A aviação comercial não se mantém distante desse problema. Segundo o Plano de Voo para Biocombustíveis de Aviação no Brasil (ano),a indústria da aviação gera aproximadamente 2% das emissões de dióxido de carbono,com tendência de crescer para 3% até 2030. Além disso, de acordo com a reportagem “aviação sustentável”,do site Viaje Aqui, “95% dessas emissões ocorrem na alta atmosfera”. (MENDOÇA,2012)
Neste trabalho, será analisado com mais profundidade o biocombustível como alternativa para os combustíveis fosseis, descrevendo as propriedades do fluido e apresentando números para indicar sua eficiência e custo-beneficio. Com o objetivo de analisar as barreiras que impedem a transição dos combustíveis fosseis para o bicombustível na aviação internacional. Além disso, analisar a constriguição da aviação a nível mundial para a poluição atmosférica e identificar os meios de produção do biocombustível e suas matérias primas. Essa pesquisa também busca verificqar os esforços da indústria aeronáutiva para implementação do biocombustível.
O combustível é responsável por 40% dos custos das operações na aviação. Os combustíveis fósseis, além de serem responsáveis por grande parte da poluição atmosférica, são uma fonte de energia finita. A renovação dessa fonte de energia é vital para o futuro de transporte aéreo. As empresas aéreas associadas à International Air Transport Association (2010) estão comprometidas em aperfeiçoar a eficiência na utilização de combustível em 1,5% por ano até 2020, não aumentar a emissão de CO2 até 2020 e reduzir em 50% as emissões até 2050, comparativamente a 2005 (AIR TRANSPORT ACTION GROUP, 2009).
A indústria aeronáutica, como grande parte da sociedade, está apoiada numa fonte de energia finita e poluente,os combustíveis fósseis.Este projeto visa mostrar as vantagens e obstáculos existentes na transição entre eles e o bicombustível para as operações aéreas e para a sociedade, que é afetada diretamente pela aviação,tanto na questão ambiental quanto social e econômica.
Esta pesquisa é de natureza exploratória e bibliográfica, com abrangência quantitativa e qualitativa, a medida que apresenta e compara dados, ao mesmo tempo analisando-os e
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interpretando-os à luz do referencial teórico adotado. Esta pesquisa é de caráter bibliográfico, tendo como fontes principais livros e periódicos que descrevam a indústria de bicombustível e a indústria aeronáutica, além de estatísticas nacionais e internacionais sobre poluição atmosférica. Ademais, há de se utilizar para estudo tabelas de custos de operações aéreas, a partir das quais podem ser desenvolvidos gráficos, facilitando assim a compreensão e a posterior tomada de decisões.O procedimentos técnico de coleta de dados utilizados durante o estudo será prioritariamente a pesquisa bibliográfica, com coleta e registro de dados relevantes, por meio de fichamentos, formulários, cópia e construção de tabelas e gráficos. O material será organizado,classificado,analisado e interpretado. Organizado em em tabelas,gráficos e figuras,para que seja feita uma análise do conteúdo. Os dados serão apresentados em quadros,gráficos e tabelas. Posteriormente analisados de acordo com uma fundamentação teórica.
O trabalho foi estruturado para atingir os objetivos propostos, tendo sido composto da seguinte estrutura:
No capítulo 1, apresenta-se a introdução, onde constam a problematização e problema do estudo, os objetivos, a justificativa e a metodologia.
O capítulo 2 apresenta a fundamentação teórica, onde demonstra-se, basicamente, aspectos sobre a utilização do bicombustível e como seu uso pode impactar a aviação e o cenário mundial.
Na sequência, o capítulo 3 destaca a apresentação e análise e discussão dos dados da pesquisa.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
A aviação, atualmente, é de vital importância para todo sistema econômico e político. Enquanto a internet é responsável por encurtar distâncias no meio informacional, os aviões são responsáveis por encurtar distâncias no meio material. Segundo a Associação Internacional de Transporte Aéreo (IATA), o setor contribui com cerca de US$ 3,8 trilhões por ano para a economia global, sustentando o emprego de 32 milhões de pessoas/ano. (IATA,2012)
Por essa importância, a frota de aviões no mundo vem crescendo a cada ano;conseqüentemente,seu impacto ambiental vem acompanhando esse crescimento. “Atualmente, a indústria de aviação gera aproximadamente 2% das emissões de dióxido de carbono causadas pelo homem; é uma parte pequena, mas crescente, e as projeções sugerem que atingirão um nível de 3% até 2030.”(CHAIMOVITCH, 2013).A maior parte dessa poluição é despejada diretamente na alta atmosfera, causando um dano maior (MENDONÇA,2012).
Existem alternativas para diminuir o lançamento de dióxido de carbono na atmosfera, como os motores elétricos e os motores a hidrogênio. Essas tecnologias ainda estão distantes de nosso alcance para uso diário, desta forma nossa melhor aposta são os biocombustíveis.
Os biocombustíveis foram usados nos primórdios da indústria automobilística. Com a era do petróleo barato, essas iniciativas não foram adiante. A única exceção foi o Brasil, que desde 1931 vem utilizando regularmente etanol na gasolina, alternativa reforçada durante os anos setenta (maiores teores e uso puro) e mais recentemente com a adoção dos motores flexíveis.(NOUGUEIRA,2014, p.3)
Deve-se tomar cuidado com o biocombustível, analisando-se se o biocombustível realmente é sustentável e de que maneira seu uso afetará a indústria de alimentos. Quanto mais o mercado do biocombustível for explorado, maior deve ser a exigência para o acesso desse mercado e que seja feita a fiscalização da implementação dessas exigências na prática.
O bioquerosene para ser qualificado precisa de critérios específicos e rigorosos. É preciso que ele satisfaça as mesmas especificações técnicas do combustível atual para ser considerado drop-in, característica que garante o pronto abastecimento nos motores atuais e naqueles ainda em desenvolvimento, além de poder ser misturado com querosene de aviação convencional.(OLIVEIRA,2013, p.1)
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O biocombustível pode ser adquirido de diversas fontes,assim sua obtenção não fica restrita a um único produtor. “As matérias-primas potencialmente mais promissoras para a produção de biocombustível para aviação são as plantas que contêm açúcares, amido e óleo, além de resíduos comolignocelulose, resíduo sólido urbano e gases de exaustão industrial.” (CHAIMOVITCH, 2013, p.14).
Entre essas plantas estão a cana-de-açúcar,soja,eucalipto,pinhão manso,camélia,sorgo sacarino,girassol,amendoim,mamona,dendezeiro e outras plantas produtoras de óleos. Em julho de 2012,durante a Conferência Rio +20,realizada no Rio de Janeiro,foi realizado um voo utilizando biocombustível e querosene de aviação. Foi utilizada uma aeronave E195 da Azul Linhas Aéreas,fabricada pela Embraer. Em junho de 2013,a Agência Nacional de Petróleo (ANP)divulgou especificações para o bioquerosene de aviação no Brasil,de acordo com procedimentos internacionais,possibilitando o uso do mesmo para voos comerciais no país. (OLIVEIRA,2013, p.1)
A empresa Solazyme testa o bioquerosene desde 2011:
Mais de 1.500 voos comerciais e militares já foram realizados com misturas de querosenes renovável e fóssil. A Solazyme também se vale de testes em aeronaves tanto para obter os certificados como para verificação e análise dos fabricantes de aviões. O primeiro voo comercial com o bioquerosene produzido pela empresa aconteceu em 2011, num Boeing 737-800 da United Airlines, entre as cidades de Houston e Chicago, numa distância de 1,7 mil quilômetros. Segundo dados da Solazyme, o voo deixou de emitir de 10 a 12 toneladas de CO2 na atmosfera. Essa quantidade é equivalente ao percurso de 48 mil quilômetros de um automóvel de passageiro médio utilizando gasolina nos Estados Unidos.(OLIVEIRA,2013, p.1)
A Solazyme criou uma parceria com a Bunge do Brasil,criando a Solazyme Bunge Produtos Renováveis. Estão produzindo biocombustível com cana-de-açúcar e algas marinhas no interior paulista. A empresa tem contratos com a Volkswagen e com a marinha norte-americana.
Outra tecnologia de fabricação de bioquerosene renovável, dessa vez desenvolvida na Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, sob a coordenação do professor Rubens Maciel Filho, está na escala de laboratório e pronta para passar para uma linha de produção-piloto. Nesse processo, vários óleos e gorduras podem ser usados conforme a disponibilidade local, o que contribui com a logística de matéria-prima com importante impacto nos custos de produção. (OLIVEIRA,2013, p.1)
Esses exemplos demonstram que a industria de biocombustível renovável é viável,inclusive no Brasil,que se mantém na linha de frente. “O país tem vantagens relevantes e uma situação diferente à do etanol e do biodiesel, cuja aceitação por parte das empresas
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resultou do incentivo dos programas de governo. Agora é diferente. Existe uma demanda global por parte das companhias de aviação para um combustível que emita menos CO²”, diz o professor Luiz Horta Nogueira, da Universidade Federal de Itajubá (Unifei).
3.APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 3.1MOTORIZAÇÃO.
As asas de uma aeronave são os fornecedores de sustentação, mas isto só é possível com o movimento e esse movimento vem dos motores. Na aviação,são mais utilizados dois tipos de motores,conhecidos por os motores convencionais e os motores a reação. No primeiro caso, o funcionamento é o mesmo que ocorrem nos motores usados em nossos carros.
Os motores convencionais ou também conhecidos como motores a pistão, usados na aviação costumam ser motores a quatro tempos. A maneira mais fácil de se explicar o funcionamento do motor convencionalé esclarecendo primeiro que todo movimento inercial do motor é gerado no terceiro tempo com a combustão da mistura de ar e combustível. Dito isso, no primeiro tempo(admissão),uma mistura de ar e combustível passa pela válvula de admissão puxada pelo vaco criado pelo movimento inercial descendente do pistão e entra no cilindro. No segundo tempo(compressão),o pistão,ainda em seu movimento inercial,sobe e comprime a mistura. No terceiro tempo (explosão), ocorre uma combustão nessa mistura,iniciada por uma faísca gerada pela “vela” do motor. Essa combustão empurra o pistão para baixo e é esse “empurrão”,como dito antes, que gera toda força cinética para os outros tempos e para girar o eixo do motor. No quarto tempo(expulsão), ocorre a saída dos gases gerados pela combustão,esses gases são expulsos pela válvula de escapamento,empurrada pelo movimento ascendente inercial do pistão,para que o ciclo possa se iniciar novamente.Esses movimentos ascendente e descendente é o que gira o virabrequim ou eixo do motor. Em nossos veículos,a energia rotacional gerada no eixo é transmitida para as rodas dos carros; no caso dos aviões que usam esse tipo de motor,a energia é transmitida para as hélices e são elas que fornecem velocidade para a aeronave.
As figuras abaixo mostram os quatros tempos de um motor convencional e as partes dele.
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Figura 1 - Funcionamento do motor convencional de 4 tempos
Fontes: Aero Magazine, Cultura Aeronáutica, Apostilas da Anac e New Figura 2- Motor convencional
Fonte: Hangar 33
Os motores a reação se utilizam da terceira lei de Newton para gerar movimento, esse movimento pode ser utilizado tanto para girar uma hélice (conhecidos como motores turbo-hélice) ou para mover a aeronave diretamente.
A terceira lei de Newton nos diz que :
A toda ação corresponde uma reação, de mesmo módulo, mesma
direção e de sentidos opostos.
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Figura 3-Terceira lei de Newton
Fonte: Mundo Educação
Nessa gravura temos o choque entre duas bolinhas de tamanhos diferentes. Quando se chocam ambas exercem forças uma sobre a outra, e após o choque cada uma segue um caminho. Lembrando que essas forças são grandezas vetoriais, e como tal elas possuem módulo, direção e sentido. Tanto a força FBA quanto a força FAB possuem mesmo módulo, mesma direção, porém sentidos contrários, como se pode perceber. Uma seta para a esquerda e outra para a direita.( SANTOS,2016)
Os motores a reação utilizam a queima e expansão dos gases para gerar energia e mover a aeronave. A figura abaixo demonstra as partes que componhe um motor a reação ou tambem conhecido como motor a jato.
Figura 4- Motor a reação
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O ar é sugado para dentro do motor pelo movimento giratório do fan (ventoinha). Logo depois disso ele passa pelos compressores de baixa e alta pressão,nesse estagio eles são compactados para uma máxima eficiência da explosão que ocorre na câmara de combustão. Nessa câmara,é adicionado combustível e ocorre uma queima constante,como um maçarico, diferente do motor convencional,onde cada terceiro tempo é gerado uma nova faísca. Esse queima cria uma expansão de gases que impulsiona o motor da aeronave e gira as turbinas,tanto a de alta pressão como a de baixa pressão. As turbinas são responsáveis por girar o fan (ventoinha). Todo esse processo ocorre ao mesmo tempo e de forma continua,diferente dos motores convencionais.
3.2 COMBUSTIVEIS.
O que esses dois tipos de motores possuem em comum, é a necessidade de um combustível. Atualmente são usados os combustíveis fosseis como a gasolina, querosene e o diesel. As grandes desvantagens desse tipo de combustível são a limitação de seu volume no planeta e a grande emissão de gás poluente na atmosfera, como o dióxido de carbono.
O dióxido de carbono (CO2), também conhecido como gás carbônico, é um
composto químico gasoso e um do gases que pode desequilibrar o efeito estufa. Ele ainda é de difícil detecção por não ter cheiro ou sabor. Essencial à vida no planeta por ser um dos compostos principais para a fotossíntese, o carbono é encontrado na atmosfera na forma de dióxido de carbono. Por outro lado, vários organismos liberam CO2 para a atmosfera mediante o processo de respiração, inclusive as
plantas e árvores (conhecidas como compensadoras de CO2) que, em condições de
calor e seca, fecham seus poros para impedir a perda de água e mudam para o processo de respiração noturno, denominado de fotorrespiração, ou seja, consomem oxigênio e produzem dióxido de carbono (saiba mais sobre a importância das árvores para o clima aqui).
No entanto, o que preocupa não é a presença do dióxido de carbono na atmosfera e sim a alta concentração em que se encontra, por ser o gás estufa que, de acordo com certas linhas científicas, mais contribui para o aquecimento global.(EQUIPE ECYCLE,2105, p.1)
A indústria aeronáutica é uma das grandes responsáveis pela emissão de CO2 na atmosfera e devido ao crescimento desse setor,essa influencia negativa tende a aumentar. Existem varias soluções e alternativas para resolver esse problema,como energia solar ou motores a base de hidrogênio,porem essas tecnologias ainda não são viáveis. Desta maneira, o foco mundial vem sendo o bicombustível.
3.3 BIOCOMBUSTIVEIS.
Os bicombustíveis são combustíveis com origem orgânica. Pode ser produzido a partir de algum vegetal (como a soja ou a mamona),algum óleo animal como a gordura bovina ou até mesmo lixo orgânico. No Brasil,a maior parte da produção do bicombustível vem da soja.
A oferta de matéria-prima além da soja é o gargalo central do setor e continuará a sê-lo por mais alguns anos, considerando-se a estimativa de especialistas da
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Embrapa de que a viabilização de novas oleaginosas ocorrerá por volta de 2014-2016. A participação das matérias-primas para o biodiesel, em 2009, é mostrada no gráfico .(BiodieselBR,2009, p.1)
Gráfico 1- Participação das matérias-primas para o biodiesel, em 2009 no Brasil
Fonte e elaboração: ANP (2009b, p. 6).
A produção de bicombustível no Brasil vem crescendo e tornando o país um dos maiores produtores do mundo. A grande desvantagem do bicombustível é que sua produção se torna prejudicial para a indústria alimentícia. Os produtores de vegetais,buscando aumentar seus ganhos,destinam sua produção para o bicombustível,deixando a produção alimentícia em segundo plano.
O gráfico abaixo mostra as entregas de biodiesel feitas pelas produtoras no Brasil durante o periodo de 2008 até 2014. Esse volume saiu de um pouco mais que 0,5 bilhões de litros em 2008 para mais de 3 bilhões de litros em 2014.
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Gráfico 2- Entregas de biodiesel no Brasil
Fonte: Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis.
O gráfico abaixo mostra a produção mundial de biodiesel em 2009,com o Brasil em quarto lugar,atrás da Alemanha,Estados Unidos e França.
Gráfico 3- Produção mundial de biodiesel(em milhões de litros)
Fonte: BiodieselBR.
3.4 BIOCOMBUTÍVEL NA INDÚSTRIA AERONÁUTICA
Com o objetivo de reduzir a poluição e o medo do elevado custo que os combustíveis fosseis podem chegar,devido a falta de petróleo,empresas aéreas buscam tornar o
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bicombustível uma uma realidade para o setor aéreo. Com esse objetivo diversas empresas como a Bunge, Solazyme , Boeing, Unite Airline e a Azul Linhas Aéreas tem investido em pesquisas e testes. Estes mostraram a eficiência positiva do bicombustível tanto em seu rendimento como combustível e na redução das emissões de dióxido de carbono. Instituições como a Faculdade de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp,buscam meios para que a produção de biocombustivel alcance a escala industrial e seja suficiente para suprir a demanda de combustivel na aviação.
No gráfico abaixo vemos o preço em dólar do combustivel aeronáutico em 2013,notamos que no Brasil ele está entre os mais caros,principalmente em aeroportos domesticos,onde é cobrado tributação (ICMS).
Gráfico 4- Preço do combustível de aviação no mundo
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4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A presente pesquisa teve como objetivo compreender a importância de uma nova fonte energética para a aviação mundial e brasileira, buscando a redução de custos e a diminuição da agressão ao meio ambiente, observando o papel do bicombustível, nesse aspecto.
Foram apresentados dados estatísticos referentes aos custos e meios de produção do bicombustível e dos com destaque ao biodiesel e custos atuais dos combustíveis aeronáuticos, foram apresentados também dados sobre o impacto que os combustíveis fosseis causam na atmosfera terrestre.
Ficou claro com a analise dos dados que é de extrema importância para o planeta a mudança dos combustíveis fósseis para uma fonte mais limpa e renovável, a tendência mundial é da criação de meios mais ecológicos e econômicos, sendo o bicombustível, a melhor solução e a que temos alcance tecnológico atualmente. Com o bicombustível não será necessário uma mudança nos motores usados atualmente na aviação, tanto os de pequeno porte quanto os de grande porte.
Além do fator ecológico, a indústria aeronáutica também tem um grande interesse no fator econômico. Os combustíveis fósseis, como a gasolina e o querosene, tendem a ter uma elevação no seu custo de produção e custo final para as empresas aéreas, essa tendência de elevação de preço vem naturalmente com o crescimento da dificuldade de encontrar novas reservas de petróleo e fim desse recurso natural, isso gera uma elevação dos custos das passagens para o consumidor. Os bicombustíveis além de menos poluentes não apresentam essa tendência de elevação de preço, mostrando na verdade o oposto. Com a evolução de seus meios de produção, os bicombustíveis apresentam uma expectativa de redução de custo e maior eficiência em sua produção.
As maiores preocupação que os bicombustíveis trazem é o risco de sua produção afetar a produção alimentícia e ironicamente, o desmatamento em busca de novas aéreas para o plantio. Essas situações podem ser geradas por causa da busca cada vez maior pelo lucro de seus produtores agrícolas. As grandes barreiras que existem hoje são como transformar a produção em uma escala industrial, como impedir que essa produção afete a área alimentícia, além do impedir o impacto ambiental que pode causar. Existem maneiras para evitar esses problemas? Como fazer a produção do bicombustível chegar a mesma qualidade da produção dos combustíveis fósseis? Estas e outras pesquisas devem e precisam ser realizadas, para contribuir com a aviação e com a ecologia mundial.
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REFERÊNCIAS
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MENDONÇA, José Eduardo. Aviação sustentável. National Geographic Brasil.2013. Disponível em:<http://viajeaqui.abril.com.br/materias/aviacao-sustentavel>. Acesso em: 05 abr. 2016.
NOUGUEIRA, Luis Horta.Biocombustíveis: evolução,contexto e o resgate da racionalidade.Nipe-Unicamp. Maio de 2014. Disponível em: http://www.nipe.unicamp.br/2013/docs/eventos/apresentacao-bioenergia.pdf Acesso em: 12 mai. 2016.
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SANTOS, Marco Aurélio da Silva.Terceira Lei de Newton.MUNDO EDUCAÇÃO.Disponível em: < http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/terceira-lei-newton.htm>. Acesso em: 05 abr.2016.
