Economia & Energia
Ano X -No 58:
Outubro-Novembro 2006
ISSN 1518-2932
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Textos para Discussão Avaliação das Emissões de CO2 pelo Uso do Processo “Top-Down Estendido” entre 1970 e 2004 Download:
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Veja mais: Relatórios e Notas Técnicas resultantes do Termo de Parceria e&e/MCT Consolidação do Balanço de Carbono AVALIAÇÃO DAS EMISSÕES DE CO2 PELO USO DO PROCESSO “TOP-DOWN” ESTENDIDO ENTRE 1970 E 2004
Olga
Mafra, Frida Eidelman e Carlos Feu Alvim 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. Está especificamente relacionado com a Meta 1 - Estimativa de Emissões de C e CO2 no Uso e Transformação de Energia de 1970-2004 pelo Processo “Top-Down Estendido”. As atividades previstas nesta fase são: uso do balanço de carbono na produção, transformação e uso de energia no Brasil para avaliar as emissões no período e abordagem acima citados. 2 - Antecedentes O MCT celebrou anteriormente com a Organização e&e o Convênio No 01.0065.00-2003, que visava elaborar o balanço de carbono na Matriz Energética Brasileira no processo de levantamento do Inventário Brasileiro das emissões causadoras do efeito estufa. Um dos seus objetivos era detectar eventuais incoerências entre as apurações para o Inventário Inicial que pudessem ser detectadas da comparação entre o processo “Top-Down Estendido” (TDE) e “Bottom-Up”com o uso de coeficientes. Na primeira apuração o processo “Top-Down” foi estendido de maneira a avaliar o carbono emitido nas etapas de transformação e consumo dos energéticos. Na metodologia “Bottom-Up” com o uso de coeficientes foram usadas as emissões apuradas por essa metodologia para o inventário de emissões (1900 a 1994). Assim foram deduzidos coeficientes de emissão dos diversos gases responsáveis pelo efeito estufa, por unidade de energia consumida para cada setor e combustível listados no Balanço Energético. O resultado do convênio anterior evidenciou uma série de incoerências ou omissões que o presente projeto busca equacionar. O objetivo deste estudo é a consolidação de um Balanço de Carbono que sirva de instrumento para a avaliação das emissões auxiliando a orientar a política para a área. Este Termo de Parceria prevê como primeira meta a elaboração do Balanço de Carbono pela metodologia TDE. Do trabalho anterior resultou que a aplicação desta metodologia permitia, a partir do uso de algumas das linhas do Balanço de Carbono e dos coeficientes de retenção e oxidação, a apuração das emissões por um processo equivalente ao “Top-Down” pela metodologia do IPCC. Esta metodologia foi adotada pelo Brasil na apuração de seu inventário e os resultados da apuração estão expostos na Referência 1. A comparação dos resultados revelou uma boa concordância nos dados em carbono emitido e seu equivalente em CO2 sendo a concordância global da ordem de 1,3%. Na análise por combustível, no entanto, foram reveladas algumas divergências que procura-se esclarecer no presente trabalho. Além disto, o presente Termo de Parceria prevê o aperfeiçoamento e uso de programas de computador destinados a automatizar os cálculos das emissões, visando facilitar o trabalho da apuração dos próximos inventários. Espera-se ainda que, eliminadas as incoerências no uso de coeficientes ou procedimentos conflitantes nas duas metodologias, sejam definidos pontos que necessitem melhores esclarecimentos, incluindo medidas experimentais, visando eliminar as incoerências de procedimento entre as duas metodologias. Esta nota técnica apura as emissões “Top-Down”, revê alguns dos coeficientes e apresenta a metodologia de cálculo para que os trabalhos futuros possam incorporar facilmente mudanças nos coeficientes técnicos que forem julgadas convenientes. 3 - Metodologia A metodologia “Top-Down” do IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 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 o quanto sai de carbono do sistema. Uma vez introduzido na economia nacional, em um determinado ano, o carbono contido em um combustível fóssil ou 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 uso da metodologia “Top-Down” (TD), recomendada pelo IPCC em sua revisão 1996, permite estimar as emissões de CO2 em função apenas de dados sobre a oferta de energia no pais e uns poucos dados sobre sua forma de uso. Os dados usados são obtidos do BEN (Balanço Energético Nacional) Editado pelo Ministério das Minas e Energia – MME. Os valores usados no BEN são fornecidos originalmente em unidades naturais, que correspondem àquelas usadas na origem das informações (massa em toneladas e volume em metros cúbicos). Em alguns casos, onde há agrupamento de fontes, as unidades estão em toneladas equivalentes de petróleo (tep) e um critério especial deve ser estabelecido para apurar as emissões. A metodologia “Top-Down” (TD) apura o Consumo Aparente de um país por energético a partir da relação: Consumo Aparente = Produção + Importação – Exportação – Bunkers Internacionais + Variações de Estoque Na prática este conceito coincide com os dados da Oferta Interna Bruta do BEN/MME onde: Oferta Interna Bruta = Produção + Importação – Exportação (no BEN não inclui Bunkers) - Não Aproveitada – Reinjeção Os conceitos de “Não Aproveitada” e “Reinjeção” referem-se especificamente à contabilidade do Gás Natural que, como será visto mais adiante, pode ser tratado à parte. No entanto, para a apuração pelo processo TD a produção exclui a reinjeção do Gás Natural aos poços e a energia não aproveitada (escapes de gás na atmosfera ou queimada nos flair durante a extração não entram na contabilidade TD e são tratadas à parte). Esta equivalência será mostrada mais adiante na análise de um caso prático. De maneira simplificada a metodologia “Top-Down” sugerida pelo IPCC pode ser assim descrita: a) Apuração do consumo aparente dos combustíveis, nas suas unidades de medida originais; b) Conversão do consumo aparente para uma unidade de energia comum - terajoules(TJ); c) Transformação do consumo aparente de cada combustível em conteúdo de carbono, mediante a sua multiplicação pelo fator de emissão de carbono específico daquele combustível; d) Apuração da quantidade de carbono de cada combustível destinada a fins não energéticos e a dedução dessa quantidade de carbono do consumo aparente, para se computar o conteúdo real de carbono possível a ser emitido; e) Correção dos valores para se considerar a combustão incompleta do combustível, computando-se a quantidade de carbono realmente oxidada na combustão f) Conversão da quantidade de carbono oxidada em emissões de CO2. Na metodologia adotada, calculam-se as emissões pela multiplicação dos valores, expressos em energia, relativos ao uso final dos energéticos e a algumas transformações, por coeficientes adequados aos combustíveis em uso no Brasil ou coeficientes “default” recomendados pelo IPCC. 4 - Uso do Progama ben_eec na Apuração do Conteúdo de Carbono 4.1 Apuração dos Dados Energéticos através do Programa ben_eec Os dados de base do BEN / MME (49 setores e 46 contas) são fornecidos em unidades naturais que fornece planilhas para os anos de 1970 a 2005. Anualmente estes dados são reunidos em publicação que constitui o Balanço Energético Nacional atualmente elaborado pela Empresa de Pesquisas Energéticas – EPE para o Ministério das Minas e Energia - MME. O programa ben_eec, cujo manual de operação é objeto da Nota Técnica 3, anexada ao Relatório No1 do Termo de Parceria e&e/MCT, foi desenvolvido anteriormente pela ECEN Consultoria Ltda. para a Organização Economia e Energia e&e. Este programa já foi usado em vários trabalhos de planejamento energético e está disponível na http://ecen.com em versão anterior. A versão atual aperfeiçoa a estrutura de cálculo e facilita a revisão de dados. O programa, a partir dos dados originais, expressos em unidades naturais (massa, volume ou, em casos de agregações em tonelada equivalente de petróleo - tep), a partir de coeficientes para cada energético e ano converte os dados em unidades de energia (Mcal) através de coeficientes energia/massa ou energia/volume. Atualmente o MME utiliza como base o poder calorífico inferior (PCI) mas anteriormente os valores eram expressos em poder calorífico superior (PCS). Estes dados servem para conversão no dado usual nos balanços energéticos que é a tonelada equivalente de petróleo atualmente definida como: 1 tep = 10.000 Mcal com a energia contida medida em valores de PCI Anteriormente o BEN/MME utilizava a relação: 1 tep (antigo) = 10.800 Mcal com a energia contida medida em valores de PCS Além disto, a equivalência adotada para a eletricidade levava em conta a quantidade de energia em óleo combustível necessária para gerar eletricidade. Atualmente a conversão é feita diretamente em energia. Disto resulta a seguinte equivalência: 1 kWh=860 kcal=0,086 tep (novo) Anteriormente a equivalência adotada era a seguinte: 1 kWh equivalente a 3132 kcal = 0,29 tep (velho) Ao lidar com a literatura anterior (como os documentos de referência para o inventário inicial das emissões de gases formadores do efeito estufa) é freqüente o uso das unidades antigas com os coeficientes de energia referidos ao PCS e os valores em energia em tep (antigo). Por essa razão o programa fornece ao usuário resultados nessas unidades e em tep (novo) e PCI. Note-se que os valores de PCI e PCS não são equivalentes e podem ter outras utilidades para o usuário. O programa ben_eec ainda converte a energia em energia equivalente (que procura levar em conta as eficiências relativas médias dos energéticos em cada setor) e em carbono contido que tem como objeto servir ao cálculo das emissões e realizar um teste de coerência baseado na conservação do número de átomos de carbono nas reações químicas envolvidas no uso energético. O MME fornece para cada ano os valores utilizados na conversão para tep. Isto implica que se dispõe, para os valores até o ano de 2002 dos coeficientes em tep antigo e PCS. Como esses valores foram posteriormente convertidos para tep novo, também se dispõe, para todos os anos, dos valores em tep novo e o valor de PCI implícito. Baseado nestes valores e com a extrapolação para os anos posteriores a 2002 da razão PCI / PCS para cada combustível, é possível fornecer os dados para todos os anos, nas unidades antigas e novas. Para cada combustível j e ano i, dispõe-se de um coeficiente c(i.j) tal que: [Energia em tep] (i,j) = [Quantidade em Unidades Naturais] (i,j) × c(i.j) Adicionalmente a relação r(i,j) = [Energia em tep novo](i,j) / [Energia em tep velho](i,j) permite fazer as conversões de tep novo para tep velho e, baseando-se na equivalência energética anteriormente mencionada, é possível fornecer os valores da energia em Mcal tanto para PCI como para PCS. Estas conversões são feitas automaticamente pelo programa. Além disto, o software ben_eec permite montar tabelas a escolha do usuário e realiza diversas agregações inclusive em energias renováveis e não renováveis o que é importante para a contabilidade das emissões. Na Tabela 4.1 é ilustrado como o programa obtém os valores, nas diferentes equivalências da energia nas diversas formas de apresentação. Não são mostrados nesta nota técnica os exemplos da eletricidade, da energia hídrica e da energia nuclear que não interessam para o objetivo deste trabalho, já que não existe, nesses casos, nem conteúdo de carbono nem emissões diretas envolvidas. Tabela 4.1: Ilustração do cálculo pelo programa ben_eec dos valores em do conteúdo de carbono energia e Continuação
O exemplo refere-se a uma das linhas (conta Oferta Interna Bruta) para o ano de 1994. A tabela mostra os dados originais (unidades naturais indicadas na primeira linha), os fatores de conversão indicados para tep novo (10.000 Mcal) e tep velho (10.800 Mcal). Na primeira coluna são indicadas as fórmulas de conversão. Também são indicados os fatores referentes à apuração do conteúdo de carbono que serão comentados a seguir. 4.2 Calculo do Conteúdo de Carbono no Programa ben_eec O cálculo de carbono contido é feito com o uso de coeficientes expressos em tonelada de carbono contido por energia contida (PCI) nos diversos energéticos (última linha). Esses coeficientes podem, em princípio, apresentar valores médios diferentes para cada ano. A unidade usual deste coeficiente é de tonelada de carbono contido por terajoule tC/TJ. No Brasil, face ao perfil de produção inadequado ao consumo de derivados de petróleo (principalmente depois das substituições de óleo combustível e de gasolina após as crises de preço de petróleo de 1973 e 1979) e à “dieselização” da frota automotiva, os combustíveis variaram bastante seu comportamento O mesmo acontece com combustíveis de uso local como os derivados de biomassa intensivamente usados no Brasil. A prática usual, no entanto é adotar-se um valor fixo (para cada combustível) dos coeficientes massa de carbono / energia para todos os anos com algumas exceções que serão comentadas mais adiante. Note-se ainda que a variação dos coeficientes energia / unidade natural disponível para alguns anos no BEN já capta algumas das variações dos combustíveis acima mencionadas. O programa calcula para cada coluna (combustíveis), além das energias nas diversas equivalências o conteúdo de carbono a partir dos dados originais do balanço energético como é lustrado na Tabela 4.1 (ano de 1994) para a conta Oferta Interna Bruta que corresponde, como foi mostrado, ao Consumo Final na abordagem “Top-Down” . O valor do conteúdo de carbono por energia contida é mostrado na última coluna. O conteúdo de carbono resulta da multiplicação, para cada combustível, do conteúdo energético (convertido em TJ) pelo fator mostrado na última linha. O procedimento é válido para todas as linhas (contas) na mesma coluna. O fator de conversão para apurar a massa de carbono contido baseia-se na conversão do valor da energia em Tcal baseado no poder calorífico inferior (D na tabela) em TJ pela relação 4,1868 TJ/Tcal correspondente à equivalência destas unidades. Como a relação entre o conteúdo de energético e a massa de carbono contido é dada pelo fator designado por z na Tabela 4.1 que é expresso em Terajoule por tonelada de carbono tem-se:
Deve-se notar que já foi possível usar neste trabalho os valores do poder calorífico inferior (PCI) adotados pelo BEN para a definição de tonelada equivalente de petróleo (tep) o que não era disponível na apuração do inventário inicial (trabalho de referência COPPE/MCT). Por este motivo, ao se comparar os dados deste trabalho com os obtidos no inventário deve-se levar em conta que embora a fonte de dados primários seja a mesma, as conversões para o poder calorífico inferior são ligeiramente diferentes daquelas do poder calorífico superior. Também está indicado em uma das linhas da Tabela 3.1 a relação entre os poderes caloríficos superior e inferior (PCS / PCI) que resultam dos coeficientes usados pelo MME. Os valores são (segundo informações dos organizadores do Balanço) baseados em valores internacionais. Os valores oscilam em torno de 1,06. O esperado é que dependessem do conteúdo de hidrogênio dos combustíveis já que a diferença (Ver Nota Técnica No 2) entre os dois tipos de poder calorífico resulta da formação de água no processo de combustão a partir da combinação do hidrogênio contido com o oxigênio da atmosfera. 5 - O Balanço de CarbonoA aplicação da metodologia descrita a todas as linhas do Balanço Energético permite gerar planilhas em carbono contido para todos os combustíveis em todas as contas. Como a fração de carbono que não é enviada à atmosfera no uso energético dos combustíveis fósseis é muito pequena (da ordem de 1%), as planilhas do Balanço de Carbono fornecem já uma boa idéia das emissões por setor ou por combustível. Permitem ainda detectar possíveis falhas na contabilidade do carbono que podem estar influindo na apuração das emissões. O conteúdo de carbono obtido, como foi visto, é função dos dados em tep do Balanço Energético (convertidos para TJ) e dos fatores de emissão de carbono apurados para cada combustível (em tC/TJ). Na análise realizada no âmbito do convênio anterior com o MCT foi assinalado o inconveniente do uso de coeficientes genéricos (para biomassa líquida e biomassa sólida) sugeridos pelo IPCC. Este assunto foi objeto da Nota Técnica Nº 2 que também faz parte do Relatório Nº 1 do Termo de Parceria que gerou este estudo e foi publicado na revista e&e Nº 57. Alguns dos fatores de emissão para a biomassa apurados na NT 2 foram adotados neste trabalho. A seguir discute-se os valores adotados neste estudo que são comparados com os valores usados pela COPPE, com a consolidação realizada pela equipe do MCT e com os do IPCC. 5.1 Conteúdo de Energia por Carbono Contido nos CombustíveisO IPCC fornece os fatores de emissão para os energéticos (tC/TJ) para líquidos fósseis primários e secundários, sólidos fósseis primários e secundários, gás natural e biomassa sólida, líquida e gasosa. A Tabela 5.1 apresenta os fatores de emissão de carbono usados neste trabalho e sua comparação com outros valores: sugeridos pelo IPCC, utilizados pela COPPE (ref), calculados pelo MCT e calculados pela e&e. Quando o fator de emissão foi calculado pela e&e utilizou-se esse valor (cinza), quando não calculados foram adotados os mais repetidos entre as varias opções e em caso de valores discrepantes entre os vários sugeridos adotou-se o do IPCC. Na mesma tabela apresenta-se a correspondência entre os vários energéticos conforme nomeados pelo IPCC e a tradução que foi considerada neste trabalho. z = Fator de Emissão de Carbono A partir dos dados energéticos em tep (novo) convertidos em TJ chega-se a massa de carbono de cada um dos combustíveis que fazem parte do Balanço Energético e pode-se montar um Balanço de Carbono para cada ano. A Tabela Anexa apresenta, como exemplo, o balanço de carbono para o ano de 2004. Outros anos estão disponíveis na edição eletrônica da e&e. Tabela: 5.1 Fatores de Emissão de Carbono
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