Economia & Energia
Ano XI-No 60
Fevereiro-Março 2007
ISSN 1518-2932

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Projeto em Execução pela OSCIP e&e:

Carta de Acordo entre e&e – OSCIP, MCT e PNUD para Avaliação das Emissões Associadas ao Efeito Estufa

Texto para Discussão:

Análise de Problemas Específicos Relacionados com as Emissões Geradoras do Efeito Estufa       

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Texto para Discussão:

Análise de Problemas Específicos Relacionados a Emissões Geradoras do Efeito Estufa Detectados pelo Balanço de Carbono e na Comparação com Outros Estudos de Emissões.

Sumário

1 – Introdução

2 – Antecedentes

3 – Correções na Apuração das Emissões das Fontes Renováveis e Não Renováveis

4 – Tratamento dos Centros de Transformação

4.1 Balanço de Carbono em Refinarias de Petróleo       

4.2 Balanço de Carbono em Plantas de Gás Natural     

4.3 Balanço de Carbono em Coquerias

4.4 Balanço de Carbono em Usinas de Gaseificação   

4.5 Balanço de Carbono em Destilarias de Álcool

4.6 Balanço de Carbono em Carvoarias

5 – Conclusão  

1 - Introdução

Este trabalho faz parte do levantamento de dados para a revisão do Balanço de Carbono, objeto do Termo de Parceria 13.0020.00/2005 firmado entre a Organização Social Economia e Energia – e&e – OSCIP e o Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT.

Esta artigo está especificamente relacionado com a Meta 3 que tem como atividade prevista a análise de problemas relativos às emissões geradoras do efeito estufa detectados pelo balanço de carbono e em outros estudos conduzidos pela CGMCT. Também está relacionado à Meta 5 uma vez que foi usada uma versão mais completa do Software em desenvolvimento.

Esta artigo aborda os seguintes problemas específicos:

a – Problemas de alocação de combustíveis renováveis e não renováveis no item “Outras Recuperações”;

b – Problemas detectados no balanço de carbono dos Centros de Transformação.

Com base nessas correções são apuradas as emissões de C e CO₂, no uso e transformação da energia no Brasil, usando o programa bal_eec. Este programa consolida a apuração do balanço de carbono e o cálculo das emissões anteriormente realizados nos programas ben_eec e benemis_e^[1].

2 - Antecedentes

A metodologia utilizada consiste em contabilizar os combustíveis primários e secundários que entram no sistema econômico de um país no atendimento de necessidades geradas pelas atividades humanas (mesmo que não comerciais) e a massa de carbono que sai do sistema. Uma vez introduzido na economia nacional, em um determinado ano, o carbono contido em um combustível fóssil é emitido para a atmosfera ou é retido de alguma maneira, como por exemplo, através do aumento do estoque de combustível, de sua transformação em produtos não energéticos ou de sua retenção parcial não oxidada nos resíduos da combustão.

O Relatório 1 apresentou a revisão das bases técnicas do projeto e do cronograma (em virtude de atraso na liberação dos recursos) e as seguintes Notas Técnicas:

1 - Nota Técnica № 1: Avaliação das Emissões pelo Uso do Processo “Top-Down Estendido” para os Anos de 1970 a 2004 (Meta 1). Publicado no Nº 58 desta Revista.

2 - Nota Técnica № 2: Teor de Carbono para Combustíveis da Biomassa (Meta 3). Publicado no Nº 57 desta Revista.

3 - Nota Técnica № 3: Programa ben_EEC – Manual do Usuário (Meta 5).

Na apuração do Balanço de Carbono, realizada no âmbito do Convênio No 01.0065.00-2003 entre a e&e e o MCT, foram detectadas diferenças entre as abordagens Top-Down Estendida e Bottom-Up cujo esclarecimento é um dos objetivos deste trabalho. Também foram verificadas discrepâncias entre a apuração realizada no Balanço de Carbono e a do Inventário Inicial do MCT. Algumas delas correspondem a diferenças na alocação de emissões renováveis ou não renováveis no item Outras Recuperações.

O item Outras Recuperações representou, em 2005, 5,2% da quantidade envolvida nas transformações de energia primária em secundária e 0,8% do consumo final em termos de massa de carbono. Ou seja, embora importantes do ponto de vista metodológico^[2], não se espera que as correções introduzidas apresentem, na situação atual, um impacto importante na avaliação das emissões.

Os desvios encontrados nos centros de transformação são mais significativos em termos de emissões (14% da massa de carbono emitida em 2005) e também são importantes para os testes de coerência do balanço de carbono onde se espera estabelecer o valor da massa de carbono que é processada em um centro de transformação ou em setores onde o consumo (nos termos do BEN) é direto.

3 - Correções na apuração das Emissões das Fontes Renováveis e Não Renováveis

Um dos problemas encontrados em cálculos anteriores e na comparação de resultados do Projeto Balanço de Carbono com os de outros trabalhos decorre da distinção entre fontes renováveis e não-renováveis de energia. O carbono emitido por fontes (combustíveis) renováveis não é incorporado ao inventário de carbono atmosférico por ser inteiramente reciclado pela fotossíntese, desde que a produção esteja em regime permanente. Entretanto, quando se utiliza o balanço de carbono como instrumento de controle da adequação dos coeficientes de emissão, todo o carbono envolvido no uso ou na transformação da energia deve ser computado, o que exige o desdobramento dos dados do Balanço Energético Nacional nas duas categorias (renováveis e não-renováveis).

Os coeficientes de emissão utilizados também são diferentes: no caso de Outras Recuperações utilizou-se o fator 20,0 tC/TJ para as não renováveis (como do petróleo) e no caso das fontes renováveis usou-se o valor de resíduos vegetais, ou seja 29,9 tC/TJ.

Na maioria dos energéticos não existe dubiedade sobre sua origem (renovável ou não), nem nas fontes primárias nem nas secundárias. Isto não é verdade no item mencionado^[3], que na maioria dos casos é considerado como uma parcela das renováveis, inclusive em estudos feitos pela própria e&e. (ref. Relatório Final Balanço de Carbono de Dezembro de 2005). No caso de transformação também se pode identificar o tipo de energético pelos produtos gerados ou pelo tipo de transformação (e.g.: refinarias lidam com não renováveis).

Conforme informações da área responsável pelo Balanço Energético no MME, deve-se considerar que uma parcela deste item é renovável e outra não renovável. Utilizou-se então a planilha em tep para “contas” e energéticos dos dados do BEN tendo sido analisadas as várias contas que participam dessa fonte energética para distinguir as renováveis. Esses valores e as duas aberturas para as fontes energéticas foram colocados no programa bal_eec. No lançamento destes valores na planilha energética foi usada a coluna Outras Não Renováveis que consta da estrutura da matriz estendida do Balanço (BEN 49X46), mas cujo conteúdo é nulo para todos os anos. As renováveis foram mantidas na coluna original.

A equipe responsável pelo Balanço Energético está trabalhando para fornecer números definitivos da participação de renováveis e não renováveis neste item para os diversos anos. A aproximação feita neste trabalho (baseada na distribuição dos anos existentes) fornece apenas uma estimativa preliminar.

Foram adotados os seguintes critérios para a divisão do item Outras Recuperações em renováveis e não renováveis:

·         Refinarias e UPGN (não renováveis);

·         Centrais Elétricas de Serviço Público: a fonte é renovável (energia eólica) e não há emissão direta (coeficiente de emissão zero);

·         Centrais Elétricas Autoprodutoras: classificação entre renováveis e não renováveis de acordo com Tabela 3.1, e para os anos anteriores e posteriores, foram considerados valores médios. Note-se a presença de geração a partir do enxofre onde não há emissão de carbono (suprimido do cálculo de emissões). O enxofre, entretanto, foi conservado no balanço de energia, na parte não renovável, para que os cálculos do balanço de energia fiquem coerentes com os dados do BEN;

·         Setor Industrial: Indústria de Cimento (considerada metade renovável e metade não renovável), Indústria Química (considerada não renovável), Indústria de Papel e Celulose (considerada renovável) e Indústria Cerâmica (considerada renovável);

·         Os Gases de Alto Forno e Gases de Aciaria são não renováveis.

Tabela 3.1: Distribuição dos Combustíveis nas Centrais Elétricas Autoprodutoras Incluídas no item “Outras Renováveis” do BEN

CENTRAIS ELÉTRICAS AUTOPRODUTORAS             

CONSUMO DE ENERGIA NA  GERAÇÃO DE ELETRICIDADE

Fonte: MME/BEN

Na Tabela 3.2 mostra-se a repartição dos energéticos dos “Outras Recuperações” em renováveis e não renováveis.

Tabela 3.2: Distribuição do Item Outras Recuperações entre Renováveis e Não Renováveis para o ano 2000

 4 - Tratamento dos Centros de Transformação

Na avaliação anterior feita para o MCT foram encontradas diferenças significativas no balanço de carbono e, em alguns casos de energia nos Centros de Transformação. O BEN trabalha com os seguintes tipos de centros de transformação:

·         Refinarias de Petróleo*

·         Plantas de Gás Natural*

·         Usinas de Gaseificação*

·         Coquerias*

·         Destilarias*

·         Carvoarias

·         Centrais Elétricas de Serviço Público

·         Centrais Elétricas Autoprodutoras

·         Ciclo do Combustível Nuclear

·         Outras Transformações

Os centros de transformação podem ser divididos em dois grupos de acordo com o tratamento que recebem no BEN. Nos assinalados com (*) o consumo energético não é computado no centro de transformação, mas como consumo de energia no chamado “setor energético”. Assim a energia usada no refino é contabilizada no setor energético como consumo de derivados (gás de refinaria, óleo combustível, etc.). No caso das destilarias o consumo da energia proveniente do bagaço também é contabilizado no setor energético.

O cálculo das emissões para o inventário adotou procedimento análogo. Por essa razão, somente constam nele as emissões associadas às centrais elétricas e às carvoarias. No caso do balanço de carbono ele deve “fechar” em todos os casos quando se incluem os gases emitidos. Este trabalho busca justamente testar a consistência entre a quantidade de carbono que constitui a “entrada” com a massa de carbono de “saída” constituída pelos gases emitidos que contêm carbono, pelo carbono retido ou não oxidado e, como acontece no caso da transformação, pelos produtos (ou rejeitos) gerados.

Serão apresentados a seguir os resultados obtidos para os Balanços de Energia (somente gráficos) e de Carbono (gráficos e tabelas) para os seguintes Centros de Transformação: Refinarias de Petróleo, Plantas de Gás Natural, Usinas de Gaseificação, Coquerias, Destilarias e Carvoarias. As correções que foram julgadas pertinentes neste estudo foram implementadas e serão consideradas nos resultados. Com exceção das carvoarias,  espera-se que o balanço de carbono e de energia (entrada X saída) “feche” em cada tipo de centro.

O cálculo é baseado nos valores (Saída – Entrada), que na estrutura do BEN adotada pelo programa corresponde ao item Total na linha de cada Centro de Transformação. Assim, monta-se a tabela ad-hoc para a conta referente ao Centro de Transformação em pauta. Roda-se o programa para todos os anos (1970 a 2005) tanto em energia (tep) como em Massa de Carbono (Gg de C). Com os valores das diferenças percentuais (Total/Entrada), é feito o Gráfico do Balanço de Energia e do Balanço de Carbono.

4.1 Balanço de Carbono em Refinarias de Petróleo

No caso das Refinarias de Petróleo, as tabelas ad-hoc são montadas para a conta Refinaria de Petróleo, com as colunas Energia Primária (Petróleo mais Outras Não Renováveis) - que corresponde à Entrada - e Total (Entrada-Saída). Os valores da massa de carbono em Gg (mil toneladas) podem ser visto nas Tabelas 4.1.

Com os valores das diferenças percentuais (Total/Entrada) é feito o Gráfico do Balanço de Energia e de Carbono em Refinarias de Petróleo (Figura 4.1) que é mostrado com o valor correspondente para energia.

TABELA 4.1:Valores de Carbono Contido em Gg de Carbono para Refinarias de Petróleo

Figura 4.1: Balanços de Energia e de Carbono em Refinarias de Petróleo

Os Balanços de Energia e de Carbono mostram um comportamento semelhante ao longo dos anos e um baixo desvio de massa. Isto é sinal de uma escolha apropriada para os coeficientes de emissão e da pouca influência da alteração das características dos combustíveis no balanço de carbono nas refinarias de petróleo com o passar dos anos. O fato do balanço de carbono ser negativo é compatível com as perdas na transformação, que não são registradas no BEN.

4.2 Balanço de Carbono em Plantas de Gás Natural

Para os centros de transformação Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN) extrai-se líquidos do gás natural úmido, que se condensam à temperatura ambiente, restando o gás natural seco constituído principalmente de metano e etano. As frações líquidas podem ser incorporadas diretamente a alguns produtos (GLP, Nafta etc.) ou serem tratadas nas plantas de Gás Natural. Este parece ser o destino preferencial nos anos recentes, talvez porque facilite a maior homogeneidade dos produtos comercializados e simplifique a operação das UPGN.

Na Tabelas 4.2  podem ser vistos os valores dos resultados da tabela ad-hoc montada para a conta Plantas de Gás Natural e as colunas Gás Úmido (Entrada) e Total (Saída – Entrada) para os valores de massa de carbono.

TABELA 4.2: Valores de Carbono Contido em Gg de Carbono para Plantas de Gás Natural

 Com os valores das diferenças percentuais para massa de carbono (em Gg) e energia (em tep) fez-se o Gráfico do Balanço de Energia e de Carbono em Plantas de Gás Natural (Figura 4.2).

FIGURA 4.2: Balanços de Energia e de Carbono em Plantas de Gás Natural

Na Figura 4.2 nota-se que a partir de 1995 não há praticamente diferença entre os valores das curvas de balanço de energia e de carbono, não obstante ter sido utilizado o mesmo fator de emissão de carbono em todos os anos. Nos anos anteriores a 1995, as curvas seguem exatamente a mesma tendência, porém com um componente sistemático de variação. Isto pode ser explicado pelo uso de coeficientes de emissão de carbono não adequados, caso as origens do gás natural tenham sido diferentes nesse período.

A diferente composição dos produtos líquidos obtidos fornece o indicativo de que o gás úmido tratado nas UPGN variou de composição, como é mostrado na Figura 4.3. O maior percentual de líquidos obtidos nos primeiros anos aponta para um gás natural mais “úmido” (contendo maior fração de líquidos) ou uma menor extração dos líquidos nos últimos anos. Neste caso, o coeficiente de conversão de unidades naturais (m³) para tep deveria ser diferente para cada ano. Também seriam diferentes os coeficientes para a apuração da massa de carbono (tC/tep).^[4]

Vê-se ainda na Figura 4.2 que há uma tendência aos valores tanto de energia como de carbono contido de serem negativos e não espalhados ao redor do zero. Valores sistematicamente negativos podem indicar a presença de perdas; já valores sistematicamente positivos certamente envolvem erros nos coeficientes de massa e/ou energia utilizados.

Figura 4.3: O percentual de massa de carbono obtido do gás natural úmido variou substancialmente a partir de 1988, o que justifica o desvio do balanço de carbono relativo ao balanço energético observado na figura anterior.

Se for computado o Balanço de Carbono conforme mostrado na Fase 1 (Ref. 2) de dez em dez anos até 2005, obtém-se os dados da Tabela 4.3. Nesta tabela pode-se observar que na maioria dos anos o Balanço de Carbono não apresenta desvios acima do esperado e nos casos em que isso ocorre a variação poderia ser originada na variação do conteúdo de carbono no gás úmido que não é refletida nos coeficientes utilizados (considerados constantes).

TABELA 4.3: Balanço de Carbono em anos selecionados (massa em Gg) para Plantas de Gás Natural

4.3 Balanço de Carbono em Coquerias

Nas Coquerias, o carvão metalúrgico é convertido em coque de carvão mineral (usado na fabricação de aço) em um processo de destilação sem a presença de oxigênio. Como subprodutos são gerados gases, que são utilizados como combustível nas siderúrgicas, inclusive na própria coqueificação, e líquidos.

Os gases constam no balanço como gás de coqueria e os líquidos como alcatrão. Foram feitos cálculos com dois fatores de emissão diferentes para o gás de coqueria e quanto ao alcatrão, como não se tem valores sugeridos pelo IPCC, adotou-se, inicialmente, o valor utilizado no Inventário Inicial, ou seja 25,8 tC/TJ.

O balanço de carbono está mostrado na Tabelas 4.4 e é comparado, na Figura 4.4, com o balanço em energia. No caso das Coquerias a entrada é o Carvão Metalúrgico (Nacional e Importado) e a saída constitui-se do coque de carvão mineral, gás de coqueria e alcatrão.

TABELA 4.4: Valores de Carbono Contido em Gg de Carbono para Coquerias

FIGURA 4.4: Balanços de Energia e de Carbono em Coquerias mostrando os valores obtidos com os coeficientes 29,5 e13,0 tC/TJ (correção) para o gás de coqueria; os valores corrigidos do balanço de carbono praticamente coincidem com os do energético.

Verifica-se um comportamento similar entre o Balanço de Carbono e o Balanço de Energia, mas as duas curvas estão muito afastadas, mostrando um erro sistemático proveniente do uso de um fator de emissão não adequado para a determinação da emissão de carbono. Como não havia um fator calculado pela e&e para gás de coqueria, utilizou-se inicialmente o valor adotado no inventário (29,5 tC/TJ).

O IPCC sugere para o gás de coqueria (no caso de cálculos setoriais, o que é o caso aqui) o valor 13,0 tC/TJ. Este baixo valor (em relação aos demais energéticos) se justifica pelo hidrogênio presente neste tipo de gás. Os cálculos foram então refeitos com esse valor e a curva corrigida é apresentada no gráfico da Figura 4.4.

Nota-se na Figura 4.4 que as curvas seguem o mesmo comportamento, havendo ainda um erro sistemático (embora bem menor que o anterior) que deve ser, em sua maior parte, atribuído, ao balanço energético, já que o comportamento das duas curvas é praticamente o mesmo.

4.4 Balanço de Carbono em Usinas de Gaseificação

O gás canalizado para distribuição na rede existente em 1970, praticamente restrito às cidades do Rio de Janeiro e São Paulo, era produzido nas usinas de gaseificação. Entre 1970 e 2002 as matérias primas utilizadas em sua fabricação passaram da predominância de carvão mineral (metalúrgico em sua maior parte) para a nafta (derivado de petróleo) e finalmente para o gás natural seco. A disponibilidade de gás natural para a distribuição fez com que fosse trocada a antiga rede e os equipamentos dos consumidores de tal forma que, nos últimos anos, restasse apenas uma produção residual nestas usinas que foram desativadas a partir de 2003.

Na Tabelas 4.5 estão os dados obtidos com o programa bal_eec e na Figura 4.5 os balanços de Energia e de Carbono para as Usinas de Gaseificação.

FIGURA 4.5: Balanços de Energia e de Carbono em Usinas de Gaseificação

TABELA 4.5: Valores de Carbono Contido em Gg de Carbono para Usinas de Gaseificação

A partir do uso do Gás Natural Seco junto com a Nafta, as duas curvas praticamente coincidem de 1983 a 1994, mas posteriormente e até 2002 surgem grandes variações, mesmo tendo havido ajustes nos coeficientes de emissão do gás natural seco. Essas variações ocorreram nas duas curvas chegando a 70%, o que mostra haver algum problema com os dados energéticos ou com sua interpretação. A pouca importância relativa dessas unidades no consumo energético e nas emissões não justificam um maior esforço no esclarecimento das diferenças encontradas.

4.5 - Balanço de Carbono em Destilarias de Álcool

O coeficiente de emissão de carbono anteriormente usado para o álcool era 14,8 tC/TJ. De acordo com cálculos realizados pela e&e e que fizeram parte do Relatório 1 como Nota Técnica 2 publicada no N° 57 desta Revista, passou-se a utilizar como coeficiente o valor 18,8 tC/TJ, tanto para o Álcool Anidro como para o Álcool Hidratado.

Como entrada nas Destilarias tem-se o Caldo de Cana e o Melaço e como saída o Álcool Anidro e o Álcool Hidratado. Os resultados obtidos com o programa bal_eec para o balanço de carbono contido estão na Tabelas 4.6.

Nas analises de Balanço de Carbono em uma destilaria a álcool os rejeitos são os gases de combustão representados pelo CO₂, o gás de fermentação (CO₂) e o glicerol considerado como um representante dos compostos de carbono rejeitados como vinhoto. Portanto, foi introduzida uma correção utilizando-se os dados sobre conteúdo de carbono em biomassa da Nota Técnica 2 do Relatório 1(ver e&e N° 57). Os resultados dessa correção são apresentados na Tabela 4.7.

TABELA 4.6: Valores de Carbono Contido em Gg para Destilarias

TABELA 4.7: Valores de Carbono em Gg para Destilarias corrigidos para vinhoto e CO₂  de Fermentação