EFEITO ESTUFA E CONSUMO DE COMBUSTÍVEIS

O efeito estufa é hoje uma das principais preocupações de governos e de instituições internacionais ligadas ao problema ambiental. Estimativas elaboradas há cerca de duas décadas indicavam que ele causaria o aquecimento global entre 1 e 40 C no século 21. O melhor conhecimento hoje disponível levou a se corrigir a estimativa para baixo (1 a 1,50 C) e permitiu divisar melhor as possíveis conseqüências desse efeito.

O efeito estufa é uma conseqüência da absorção da radiação solar pela atmosfera terrestre. Como o coeficiente de absorção é função do comprimento de onda da radiação, a faixa visível do espectro solar é pouco absorvida, enquanto que a radiação no infravermelho é fortemente absorvida, resultando em uma espécie de armadilha para a radiação solar. Como todo fenômeno meteorológico, o efeito comporta numerosas fontes e sumidouros, com circuitos de retroalimentação (“feedback”) que complicam extraordinariamente o seu estudo. Segundo vários autores, alguns desses mecanismos podem retroalimentar positivamente o efeito e resultar em catástrofes de resultados imprevisíveis. Por outro lado, o efeito estufa proporciona a temperatura adequada aos processos biológicos, estando portanto relacionado com a evolução das espécies, tal como Darwin a descreveu (caberiam aqui várias divagações sobre o futuro da espécie auto-intitulada sapiens).

Dadas a correlação entre a produção e o uso da energia e a contribuição dos combustíveis fósseis para o suprimento energético mundial (77% em 1990 e até 88% nas próximas duas décadas) e para a liberação de carbono, compreende-se a resistência de países ricos, em especial os EUA, à implementação de um programa de estabilização da emissão dos chamados gases de efeito estufa, notadamente o CO₂, o CH₄, o CO, o N₂Oe o vapor d’água.

Há grande interesse no dimensionamento das quantidades de gases de efeito estufa emitidos pelas diversas fontes, bem como sobre a capacidade de absorção dos sumidouros a melhorar as previsões de variação da temperatura. Entretanto, a Biosfera é um sistema termodinâmico aberto, fora do equilíbrio dinâmico (“steady state”), o que dificulta notavelmente a previsão de comportamento. Por exemplo, o oceano, o maior sumidouro moderno de carbono, já teve suas fases de fonte de carbono atmosférico nas glaciações. Parte das emissões de gases de efeito estufa são inerentes aos fenômenos orgânicos (carbono biótico) e parte é devida à atividade econômica (carbono antropogênico), sendo de grande importância conhecer esta última fração. Trata-se, no fundo, de quantificar um sinal fraco superposto a um ruído forte, o que justifica o grande esforço que vem sendo dedicado à questão. Correlações simples, ainda que aproximadas, entre emissão e concentração dos gases na atmosfera facilitariam os estudos. O objetivo deste trabalho é apresentar uma comparação entre o consumo de combustíveis fósseis e a concentração de CO₂ e de CH₄na atmosfera.

Resultados de medições de concentração a partir de 1750, obtidos pela análise de ar contido em camada de gelo polar, e informações sobre o estoque florestal, obtidos do exame de anéis de crescimento de árvores, permitiram estabelecer uma base de informações da qual se pode deduzir a contribuição dos combustíveis fósseis para o carbono atmosférico (1). A partir do séc. XVII o carvão mineral começou a ser usado na produção de ferro, primeiramente na Inglaterra, e no início do século XIX tinha participação marcada no mercado de combustíveis. A ascensão do carvão mineral está mostrada no Gráfico 0, obtido da ref. 1 (citada na ref.2). Portanto, a contabilidade energética de nosso interesse começa em 1820.

Gráfico 0

Iniciamos, pois, este trabalho pelo desenvolvimento de cálculos simples que permitem ao leitor não especializado (inclusive o autor) entender o processo em suas linhas gerais. Pretendemos apresentar, em outras edições da e&e, considerações sobre a repercussão do efeito estufa sobre o fluxo de energia e de entropia na Biosfera e sobre a economia física de produção. Serão utilizados modelos físicos simplificados, comparando-se os resultados com os de modelos mais sofisticados utilizados pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) e de outras fontes.

Neste primeiro artigo, tratamos da avaliação das emissões antropogênicas, usando as projeções de Marchetti, C e Nakicenovic, N (“The dynamics of Energy Systems and the logistic substitution model” - Laxenburg, Áustria, IIASA, Research Report R -R-79-13) para o uso da energia (2).

USO DA ENERGIA E EMISSÕES DE CARBONO CORRESPONDENTES.

Marchetti e Nakicenovic propuseram um modelo simplificado de avaliação do uso de energia na forma de um gráfico logarítmico do qual se deduz que entre 1850 e 1990 o uso cresceu, em média, 2,38% ao ano. Marchetti apresentou também, em várias publicações, um modelo logístico de competição de combustíveis comerciais. A eletricidade de origem hídrica não é contemplada no modelo de competição, o que não invalida a projeção, para as finalidades do presente trabalho por representar essa fonte menos de 5% da energia usada no período e por não contribuir diretamente para a emissão de carbono (a menos da decomposição de florestas submergidas, como no caso de Tucuruí). Extrapolando o valor usado em 1.900 ( 1.000 MWano/a) obtém-se a energia utilizada ano a ano, como representa o gráfico abaixo (a planilha correspondente está no fim do trabalho).

Gráfico 1

A emissão de carbono foi calculada a partir do seu teor nos combustíveis, representando-se o petróleo pelo hexadecano (C₁₆H₃₄ ), que é o derivado de massa molecular próxima da média, e o gás natural pelo metano (CH₄). Os teores são 0,46 para a lenha, 0,90 para o carvão (carbono fixo), 0,85 para o petróleo e 0,75 para o gás natural. Os resultados estão no gráfico abaixo

Gráfico 2

A emissão anual pode ser expressa por uma lei logística, como mostram os gráficos a seguir que ilustram a marcha tradicional de modelagem, vendo-se que os coeficientes de correlação são bastante adequados. A taxa máxima de emissão encontrada é de 11.460 Mt_C/ano; em 2.000 a emissão foi de cerca de 5.400 Mt, o que mostra ter sido alcançado o ponto de inflexão da curva logística. Como em outros exemplos mostrados em artigos da e&e, parece, tendo em conta a ênfase que se dá atualmente ao efeito estufa, que o sistema gasta metade de seus recursos para aprender a administrar a metade restante. Na expressiva metáfora de Ayres (“Resources, Environment and Economics” R.U. Ayres- John Wiley, 1978) estamos passando da economia do “cowboy” para a do astronauta (favor avisar a George W. Bush).

Gráficos 3

O gráfico seguinte apresenta a distribuição observada da emissão anual superposta á distribuição logística (aproximada por um polinômio). Em face dos resultados, parece legítimo considerar a emissão de C representável pela função logística. O gráfico abaixo mostra a curva logística ajustada e os resultados dos cálculos.

Gráfico 4

RETENÇÃO DE CARBONO NA ATMOSFERA.

O carbono emitido pelas fontes bióticas e pelo uso da energia é parcialmente absorvido nos sumidouros naturais (biomassa e oceanos), ficando o restante na atmosfera. Esta última parte é a causa das preocupações a curto prazo. Naturalmente é impossível “carimbar” o carbono conforme sua origem, de forma que um confronto entre a emissão e a retenção na atmosfera referir-se-á ao carbono total em circulação. Além desta dificuldade de discriminação, o carbono é emitido na forma de vários compostos gasosos, como o CO₂ , o CO e hidrocarbonetos, como o CH₄. A médio prazo, os compostos menos estáveis decairão em CO₂segundo processos variados e com características cinéticas distintas. Algumas reações de decaimento são induzidas por radiações, ensejando novos mecanismos de retroalimentação. Comentários sobre a importância particular de certos compostos e de certos mecanismos serão apresentados em artigos futuros.

Usando a representação polinomial da emissão anual (Gráfico 4), pode-se calcular a emissão integrada e confrontá-la com o estoque atmosférico. Este estoque é calculado a partir das concentrações de CO₂e de CH₄medidas em bolsas de ar contidas em geleiras. O Gráfico 5 mostra a evolução da concentração desses gases desde 1750 (JI Vargas, ref. 12)

Gráfico 5

Calculando-se a massa do ar atmosférico, através da pressão ao nível do mar (1kgf/cm²), e levando-se em conta a relação de densidades do ar e do CO₂(28/44) obtém-se a massa de C atmosférico. Os resultados estão no Gráfico 6, em confronto com a emissão integrada.

Gráfico 6

Vê-se que a emissão de carbono pelo uso de combustíveis corresponde a 2,5 vezes a acumulação na atmosfera por todos os efeitos (bióticos e antropogênicos). A pequena contribuição da lenha poderia ser deduzida do total se houvesse certeza de que o estoque florestal esteja sendo mantido, o que parece improvável. Portanto, a contribuição dos combustíveis fósseis é dominante.

A mudança na configuração de combustíveis fósseis, com o declínio, talvez provisório, do carvão e a ascensão do gás natural, reduziu a emissão por unidade de energia usada à taxa geométrica média de 0,6% ao ano, insuficiente para compensar o aumento da energia usada, a 2,38%aa. Conclui-se que a diminuição da emissão irá exigir considerável esforço mundial. Em trabalho futuro discutiremos as estratégias que se afiguram prováveis.

REFERÊNCIAS.

1- Speth, J. G. “Energy policy and environmental pollution:a look to the future” International Journal of Global Energy Issues, 1 (1-2):5-17, 1989

2- Vargas, J. I. “The Brazilian Energy Scenario and the Environment : An Overview” CBPF-CS-003/92

3- Marchetti, C. e Nakicenovic, N. “The Dynamics of Energy Systems and the Logistic Substitution Model” IIASA, Research Report R-R-79-13

4- Hémery, D, Debier, J. C., Déleage, J-P- “Uma história da energia” Trad. Sérgio de Salvo Brito-Ed. Universidade de Brasília, 1993.

5- “Energy for Tomorrow´s World” WEC Commission-1993

6- Sundquist, E. T. “The Global Carbon Dioxide Budget” US Geological Survey-1993

7- “IPCC Special Report on Emission Scenarios” 2001

Graphic Edition/Edição Gráfica:
MAK
Editoração Eletrônica

Revised/Revisado:
Sunday, 28 August 2005.