Impacto Direto da Geração Nuclear no Brasil Sobre Emissões que Contribuem para o Efeito Estufa

Impacto Direto da Geração Nuclear no Brasil Sobre Emissões que Contribuem para o Efeito Estufa

A avaliação do impacto da introdução da energia nuclear na emissão dos gases que contribuem para o efeito estufa deve ser feita em comparação com a situação que existiria caso ela não fosse utilizada. Ou seja, esta avaliação, como toda avaliação de substituição, passa por uma apreciação algo subjetiva de qual seria o cenário para a não existência da alternativa implementada[1]. Neste trabalho foram feitas suposições simples e, sempre que possível, evitando escolhas arbitrárias.

1. Considerar que a complementação térmica é uma exigência do sistema elétrico brasileiro e que a energia que estaria sendo utilizada no lugar hoje ocupado (e a ser ocupado no futuro) pela energia nuclear seria gerada com combustíveis fósseis;

2. A participação dos combustíveis na geração térmica que existiria se não houvesse a nuclear seria a mesma da verificada em cada ano avaliado;

3. A comparação foi feita para centrais de serviço público (privadas e estatais);

4. Foram apurados apenas os impactos diretos do uso do combustível, não sendo comparados os gastos indiretos na obtenção dos combustíveis (nuclear e convencionais) ou na construção e manutenção das usinas.

2- Participação das Térmicas na Geração de Eletricidade

Este estudo avalia a contribuição da energia nuclear na redução do efeito estufa usando os dados do Balanço de Carbono - 1970 a 2005. Foi analisada a geração nas centrais elétricas de serviço público, responsáveis por 90% da geração elétrica em 2005, sendo que as usinas autônomas contribuem com os 10% restantes. A energia nuclear está naturalmente destinada ao uso em centrais elétricas de serviço público.

A Figura 2.1 mostra a forte predominância da energia hidrelétrica na geração de eletricidade[2]. Na Figura 2.2 pode-se ver que a participação das térmicas veio decrescendo a partir do choque nos preços do petróleo de 1973 (com alguma recuperação por volta de 1986 atribuída ao Plano Cruzado e ao choque frio nos preços de petróleo), só voltando a aumentar em termos absolutos (Figura 2.1) e relativos (Figura 2.2) a partir da segunda metade da década de noventa.

Foi nesse quadro de crescimento da participação da energia térmica na geração de eletricidade que a energia nuclear passou a ter um papel mais importante nessa geração. Este fato justifica o uso das térmicas existentes em cada ano para estimar o impacto na redução das emissões de carbono, já que a provável alternativa seria o incremento das térmicas para suprir a energia elétrica necessária.

Para avaliação das emissões evitadas no passado é necessário ainda avaliar a participação das diferentes fontes energéticas térmicas na geração de eletricidade. Como é sabido, a quantidade de carbono emitida a partir de combustíveis depende da natureza deles, em particular da relação carbono/ hidrogênio. A queima de gás natural, por exemplo, resulta em menor emissão do que a proveniente do uso do carvão mineral, já que toda a energia do segundo provém da oxidação do carbono que gera CO₂, ao passo que, no primeiro, existe a contribuição do hidrogênio gerando H₂O. Assim, as emissões que seriam evitadas pelo uso da energia nuclear dependem da composição dos combustíveis que seriam usados na geração. Para efeitos desta avaliação, foi considerada a mesma composição da geração térmica existente no ano para o qual a avaliação é efetuada.

Figura 2.1: Geração de eletricidade por fonte mostrando que foi a partir de 1994 que foi incrementado o uso das térmicas na geração. A energia hidráulica representa, em todo o período, mais de 99,96% da energia denominada renovável.

Figura 2.2: A participação das diferentes térmicas na geração de eletricidade foi destacada na figura com ampliação da escala.

3- Emissão de Gases que Contribuem para o Efeito Estufa na Geração de Eletricidade

A energia hidráulica e a nuclear não participam diretamente da emissão de gases que contribuem para a formação do efeito estufa; a geração de metano pelas barragens, atribuída à decomposição da biomassa com escassa presença de oxigênio, não está ainda avaliada conclusivamente. Também a geração a combustíveis da biomassa é desconsiderada no inventário de emissões, já que o carbono emitido é o anteriormente absorvido da atmosfera pelas plantas.[3]

A avaliação das emissões de gases de efeito estufa, feita com o auxílio do Balanço de Carbono desenvolvido pela OSCIP Economia e Energia e&e para o MCT, mostrou que os gases que mais contribuem para o efeito estufa são o dióxido de carbono (CO₂) e o metano (CH₄). A emissão de carbono é, por esta razão, um parâmetro importante para avaliação da contribuição das diferentes fontes energéticas no incremento do efeito estufa.

Na Tabela 3.1 analisa-se, para o ano 2005 a contribuição das diversas fontes na geração de eletricidade e nas emissões de carbono.

Tabela 3.1: Contribuição das Fontes na Geração de Eletricidade e Emissões de Carbono

A Tabela 3.1 foi usada para ilustrar o processo usado na avaliação das emissões evitadas pelo uso da energia nuclear. Para avaliar essas emissões para todo o período disponível (1970 a 2005) é necessário recuperar os dados mostrados para a Tabela 3,1 para todos os anos estudados. Isto foi feito nas Tabelas Complementares disponíveis na edição eletrônica desta revista em http://ecen.com.[4]

Além do impacto da energia nuclear sobre a redução das emissões, pode-se tentar avaliar o efeito correspondente do uso da energia hidráulica, como também é mostrado na Tabela 3.1. Embora isto tenha sido feito como exercício, a suposição de que o perfil de geração térmica fosse o mesmo observado a cada ano é bem mais questionável neste caso do que no da energia nuclear, já que a energia hidráulica corresponde, no Brasil, a fração maior da energia gerada e o cenário de sua eventual substituição seria muito mais complexo. Por exemplo, face à indisponibilidade de grandes volumes de gás natural, seria pouco provável que ele participasse tão intensivamente da geração global, como participa no subconjunto da energia fóssil. Isto aumentaria o impacto a ser atribuído à energia hidráulica na redução das emissões. [5]

A linha 1 da Tabela 3.1 mostra os valores energéticos correspondentes à transformação da energia contida nos diversos energéticos (ou grupos de energéticos) em eletricidade. Seguindo a convenção adotada no BEN, os valores da energia “consumida” são representados como negativos e os da energia “produzida”, no caso a eletricidade, são positivos.

Na linha 2 da Tabela 3.1 estão representados os dados de geração de energia elétrica por energético para o ano de 2005 . Os valores anuais serviram de base para a elaboração das Figuras 3.1 e 3.2. Na linha 3 estão os valores da razão energia elétrica gerada/ energia consumida que representam a eficiência aparente na geração.

A eficiência é um fator importante na determinação das emissões passadas e das futuras. A evolução da eficiência aparente da geração elétrica está representada na Figura 3.1 para o GN, derivados de petróleo e GN, carvão mineral e energia nuclear, em valores aparentes, já que baseados em consumo de combustíveis e geração elétrica registrados. Além das naturais incertezas nas estatísticas, existe, no caso do nuclear, uma natural defasagem entre o registro do consumo de combustíveis (supostamente contabilizado no seu ingresso no reator) e seu efetivo uso, já que o urânio pode permanecer anos no núcleo do reator. Algumas centrais térmicas são mantidas em condição de funcionamento mesmo quando não estão gerando energia elétrica, o que implica em perdas de combustível e queda da eficiência. O aumento de eficiência com o maior uso das térmicas nos últimos anos era, por esta razão, esperado.

Figura 3.1: Evolução da eficiência aparente que, como esperado, aumentou nos últimos anos com a maior utilização da energia térmica na geração.

Note-se ainda que, na linha 3 da Figura 3.1 a eficiência assinalada para a energia hidráulica é 1 (100%) o que é termodinamicamente inviável e resulta da forma com que é contabilizada a energia hidráulica (pelo valor da energia elétrica gerada, sem considerar as perdas mecânicas).

Para a obtenção dos dados das emissões foi usado o software, de propriedade da ECEN Consultoria e desenvolvido para OSCIP Economia e Energia - e&e, bal_eec descrito nesta edição. Seu uso permite ainda contabilizar as emissões de CO₂, CO, CH₄, NMVOCs, N₂O e NOx

A linha 4 apresenta os dados da linha 1 (geração de energia elétrica em tep) convertidos para GWh.

A evolução das emissões de carbono, com forte incremento a partir da década de noventa, é mostrada na Figura 3.2. Na figura mostra-se a participação das emissões por tipo de combustível. Em 2005, as contribuições para a emissão de carbono estavam quase igualmente distribuídas entre a energia elétrica gerada a partir do gás natural, derivados de petróleo (e de GN) e do carvão mineral. Como ilustração, indica-se ainda, como é usual, a massa de CO₂ correspondente (massa de carbono X 44/12). A unidade usada, teragrama (1Tg = 10¹²g), corresponde a um milhão de toneladas.

Figura 3.2: Emissões de carbono resultantes da geração de eletricidade e CO₂correspondente (gás carbônico que seria gerado a partir da massa de carbono).

As Figuras 3.3 e 3.4 mostram que as participações na geração de energia são bastante diferentes das observadas nas emissões de carbono. O gás natural, responsável em 2005 por metade da geração da energia elétrica a partir de combustíveis de origem fóssil, participa com um terço das emissões de carbono no ano. Isto é devido à sua maior eficiência no uso e a seu menor conteúdo de carbono por energia contida quando comparados ao carvão e aos derivados de petróleo.

Figura 3.3: Participação das fontes na geração de eletricidade por centrais elétricas de serviço público.

Figura 3.4: Participação das fontes na emissão de carbono no processo de geração de eletricidade por centrais elétricas de serviço público.

Como resultado da variação da composição das fontes de origem fóssil e de suas eficiências na geração de eletricidade, o coeficiente de emissão de carbono por unidade de energia gerada variou ao longo do tempo, como se pode ver na Figura 3.5.

Para avaliar as emissões evitadas, foi usado o valor correspondente à média dos combustíveis fósseis (destaque na linha 6 da Tabela 3.1 e coluna fósseis na Tabela 1.6). Para calcular a emissão evitada, multiplica-se o coeficiente de emissão dos fósseis (0,20 tC/MWh em 2005) pela eletricidade de origem nuclear gerada.

O uso deste coeficiente resulta dos pressupostos adotados (na ausência da geração nuclear, a participação da energia térmica no total e a estrutura de geração por combustível fóssil seriam as mesmas). As emissões poupadas por MWh de energia nuclear gerada caíram, ao longo do período, seguindo a curva para os combustíveis fósseis mostrada na Figura 3.4.

Figura 3.5: Emissões de carbono por unidade de energia elétrica gerada e média para as energias de origem fóssil.

As emissões poupadas por MWh de energia nuclear gerada caíram, ao longo do período, seguindo a curva para os combustíveis fósseis, mostrada na Figura 3.6 em duas escalas (tC/tep e tC por MWh).

As emissões evitadas pela energia nuclear são Indicadas na Tabela 3.2 e na Figura 3.7 e comparadas com as emissões evitadas pelas hidrelétricas e pelo álcool carburante. No Anexo mostra-se o processo adotado para estimar as emissões evitadas pelo uso do álcool carburante.

Figura 3.6: Coeficiente de emissão de carbono por energia elétrica gerada por combustíveis fósseis que foi usado para avaliação das emissões evitadas pela energia nuclear.

Figura 3.7: Emissões evitadas pelo uso da energia nuclear comparada com as emissões evitadas atribuíveis à energia hidráulica e ao uso do álcool carburante.

Pela avaliação feita, a energia nuclear teria evitado a emissão de 85 milhões de toneladas de CO₂ entre 1984 (ano em que Angra I começou a gerar eletricidade) e 2005, dos quais 47 milhões no período 2000/2005. Comparativamente, as emissões evitadas pelo uso da energia nuclear entre 2000 e 2005 seriam de cerca de 40% da correspondente ao uso do álcool carburante e 4% relativa às emissões evitadas pela energia hídrica.

Neste trabalho, considerou-se que a emissão evitada, tanto no nuclear como no hidráulico, teve a mesma participação dos combustíveis fósseis verificada em cada ano avaliado. As emissões evitadas para o álcool foram calculadas em termos de energia equivalente, que considera a maior eficiência do álcool em relação à gasolina, bem como o seu menor conteúdo energético. Esta equivalência é variável de ano a ano por serem diferentes as participações do álcool anidro e do hidratado.

As estimativas fornecem um valor de 2,04 tonelada de CO₂ por m³ de álcool utilizado contra 2,44 tCO₂/m³ da avaliação realizada para a Primeira Declaração Brasileira à Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima. As diferenças nas equivalências e nas taxas de emissão utilizadas explicam a discrepância.

Para a energia nuclear, o valor médio de emissão evitada foi de 0,29 tC/MWh que corresponde a 0,98 tCO₂/MWh gerado. Na referida declaração, foram feitas duas hipóteses de cenário para estimar o valor das emissões evitadas pela energia hidráulica. A publicação diz que os mesmos cenários foram adotados para a energia nuclear mas não explica qual o “mix” de energéticos para a geração que substituiria a nuclear. No cenário I a emissão evitada é de 0,29 tCO₂/MWh e no cenário II é de 0,73 tC/MWh. Como os dois cenários incluem uma participação da hidráulica, os menores valores consignados na declaração podem ser atribuídos a esta hipótese. Deve-se lembrar que a declaração não considera a opção pelas térmicas, que se acentuou depois do ano 2000 e que validou a hipótese de que a provável energia substituta da nuclear seria de origem fóssil.

4 – Possíveis Avaliações Complementares

Uma avaliação de impacto pode ser realizada em três níveis: 1) os impactos diretos resultantes da comparação do uso do insumo em questão com o de alternativos, 2) os impactos abrangendo as etapas de produção, armazenamento, transporte e disposição dos rejeitos (também comparados com a alternativa) e 3) os impactos envolvendo todos os gastos indiretos provenientes dos insumos que fazem parte da cadeia produtiva.

A avaliação aqui feita se resume aos efeitos diretos da substituição da geração térmica convencional pela nuclear até o ano de 2005 (nível 1). Sendo assim, não são considerados os gastos de energia para extração, processamento e disposição dos rejeitos do ciclo nuclear em relação, por exemplo, àquela incorrida em etapas correspondentes ao do ciclo do carvão (nível 2).

Em uma avaliação ainda mais complexa (nível 3), poderiam ser analisadas as emissões indiretas, como as incorridas na fabricação das máquinas e equipamentos utilizados nas diferentes etapas da obtenção do energético, assim como nos investimentos de infra-estrutura que a atividade acarreta; isto poderia ser feito com o auxílio da matriz insumo X produto do IBGE e com o uso de coeficientes da emissão de carbono de cada atividade. Para a parte energética, o Balanço de Carbono elaborado pela OSCIP Economia e Energia – e&e forneceria os coeficientes necessários.

Na década de noventa foram levantadas dúvidas sobre os gastos indiretos de energia na produção de eletricidade (dúvidas semelhantes às que agora são levantadas relativamente ao álcool de milho). Os estudos mostraram que o balanço energético era muito positivo mesmo quando se considerava a energia gasta no armazenamento dos resíduos e o uso de processos de enriquecimento ineficientes, como o do jet nozzle (rendimentos de demonstração). Sendo as emissões resultantes, em processos industriais, diretamente ligadas à energia é de se esperar que o mesmo deva acontecer com as emissões indiretas.

As emissões evitadas aqui consideradas não levam em conta ainda a melhor utilização da energia hidráulica que a complementação térmica torna possível. Esta avaliação pode ser realizada com a metodologia desenvolvida pelo projeto da ECEN Consultoria para a Eletronuclear.

5 - Conclusão

A energia nuclear foi considerada como uma opção que se inclui na complementação térmica necessária ao sistema elétrico brasileiro. Adotou-se ainda a hipótese de que a energia nuclear seria substituída pelo mesmo “mix” dos outros combustíveis usados na geração térmica em centrais de serviço público a cada ano. Como resultado, conclui-se que a energia nuclear já evitou no Brasil a emissão de 85 milhões de toneladas de CO₂ .

A avaliação de impacto das hídricas é apenas indicativa, mas uma comparação supondo o mesmo perfil de combustíveis usado para o nuclear indica que as emissões evitadas pela energia nuclear com apenas duas centrais (47 milhões de toneladas entre de 2000 a 2005) equivalem a 4% das evitadas pela energia hídrica e 40% das evitadas pelo uso do álcool carburante no mesmo período.

Anexo – Estimativa de Emissões Evitadas pelo Uso do Álcool Carburante

A Tabela A2.1 apresenta os valores em energia equivalente e em emissões de carbono do álcool etílico carburante (hidratado + anidro) e da gasolina. No cálculo da energia equivalente (fornecida pelo programa bal_eeec) leva-se em conta a eficiência relativa dos combustíveis, podendo-se extrair pela divisão da coluna 4 pela 2 (ambas da gasolina) o coeficiente emissão de carbono/ energia para a gasolina. A multiplicação do coeficiente para cada ano pela energia equivalente do álcool utilizado no transporte rodoviário fornece o valor das emissões evitadas.

[1] Comumente chamado de “linha de base”.

[2] A energia mostrada como renovável era, em 2005, somente 0,03% não hidráulica nas geradoras de serviço público; esta foi a maior participação desde 1970.

[3] A possível destruição de matas nativas é contabilizada no desmatamento. Além disto, a geração a partir da biomassa praticamente inexiste nas centrais públicas até 2005.

[4] As tabelas complementares disponíveis na edição eletrônica foram organizadas na mesma maneira que as linhas da Tabela 3.1. Assim, a tabela A1.1 corresponde à linha 1 da Tabela 3.1 e assim por diante, até a linha 6, que corresponde à Tabela A1.6.

[5] O mesmo deveria acontecer com o caso de não estar disponível a energia nuclear, onde uma participação maior do carvão deveria ser prevista. Neste caso, a emissão evitada seria também maior.

1- Introdução

2- Participação das Térmicas na Geração de Eletricidade

3- Emissão de Gases que Contribuem para o Efeito Estufa na Geração de Eletricidade

4 – Possíveis Avaliações Complementares

5 - Conclusão

Anexo – Estimativa de Emissões Evitadas pelo Uso do Álcool Carburante