O Balanço de Carbono

O Brasil é parte da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas comprometendo-se a efetuar periodicamente um levantamento das emissões antrópicas causadoras do efeito estufa. Esta avaliação consta da Comunicação que o País apresenta àquela Convenção.

Cabe ao Ministério da Ciência e Tecnologia – MCT a coordenação dos trabalhos de elaboração deste documento, em parceria com diversos órgãos governamentais e privados.

Parte importante das emissões originárias das atividades humanas está relacionada às atividades de produção, transformação e uso da energia. Para avaliar estas emissões é necessário usar os dados de base do Balanço Energético Nacional - BEN, editado pelo Ministério de Minas e Energia - MME por mais de trinta anos e agora sob responsabilidade da Empresa de Pesquisas Energéticas - EPE.

O Balanço de Energia baseia-se em uma importante característica da energia que é sua conservação na natureza, estabelecida na Primeira Lei da Termodinâmica. Com isso é possível elaborar um balanço que, partindo da energia em sua forma primária na natureza (petróleo, lenha, energia hídrica, gás natural, carvão mineral, etc.), passa por uma série de transformações que a convertem em formas secundárias de mais fácil utilização (gasolina, carvão vegetal, eletricidade, coque, etc.) que é finalmente utilizada nos diversos setores da atividade humana (residências, indústrias, veículos, etc.).

A maior parte das emissões causadoras do efeito estufa está relacionada a gases que contêm carbono (dióxido de carbono e metano, principalmente). As fontes energéticas ditas fósseis (carvão mineral, petróleo e gás natural) têm sua energia química armazenada sob a forma de compostos de carbono. Também as fontes de origem na biomassa armazenam energia em moléculas de carbono retiradas da atmosfera pela fotossíntese nos vegetais.

A massa de carbono nesses processos, assim como acontece na energia, também se conserva sendo possível estabelecer um Balanço de Carbono nas atividades energéticas e fazer o mesmo em outros tipos de atividade onde existem emissões destes gases. Em todas as complexas reações químicas entre a matéria prima (e.g.: petróleo), suas transformações (nas refinarias) para finalmente sua emissão no uso final sob a forma de gases (principalmente CO₂) na atmosfera e considerando uma pequena retenção na superfície, a massa de carbono segue o Princípio de Lavoisier: transforma-se, não é criada nem desaparece.

O Balanço de Carbono em Atividades Energéticas pode se constituir, a exemplo do Balanço Energético, em um importante instrumento de avaliação e planejamento no que se refere às emissões associadas à energia. O Balanço de Carbono passa a oferecer um retrato histórico (ou melhor, um filme), ao longo dos anos das emissões no território brasileiro, que contribuem para a formação do efeito estufa na área energética. Para cada ano, ele fornece um mapa, por setor energético e para cada tipo de gás das emissões destes gases.

O Balanço apresenta, pela primeira vez, um quadro histórico das emissões por fonte energética e por atividades dos diversos gases que contêm carbono no período 1970/2005. Ele destaca, por outro lado, o importante papel do uso da biomassa no Brasil onde o gás carbônico é inicialmente retirado da atmosfera para posteriormente ser emitido, em sua maior parte, como o próprio CO₂. Nas exportações de energéticos provenientes da biomassa ficarão explícitas também as “emissões negativas” que deverão ser creditas às atividades energéticas brasileiras. A apuração do Balanço de Carbono já possibilitou também a identificação de vários erros e omissões na apuração das emissões que contribuem ao efeito estufa.

A apresentação das emissões na forma do Balanço de Carbono unifica as abordagens denominadas Top-Down, onde é medida a quantidade de carbono que “entra” no sistema no país,e a abordagem Bottom-Up onde, partindo dos setores de atividade da sociedade humana, se identifica o tipo de emissões por energético a partir de dados de desempenho dos equipamentos utilizados. No presente trabalho a análise Bottom-Up foi feita a partir de coeficientes emissão / energia para cada setor e forma de energia, apurados pelo MCT para o período 1990 a 1999. As emissões dos gases que contêm carbono (CO₂, CH₄, CO e NMVOCs[2]) é fruto de uma extrapolação desses coeficientes para os anos anteriores e posteriores ao período focalizado. Os valores devem ser considerados apenas indicativos já que fundamentalmente se supõe um “congelamento” das tecnologias utilizadas.

A incorporação dos dados do Balanço de Energia Útil, também apurados pelo MME, associados aos dados sobre os equipamentos utilizados em cada setor e em cada uso por energético permitirá gerar dados mais confiáveis sobre essas emissões que poderão ser incorporados em cálculos futuros.

Os cálculos são feitos por software de fácil utilização onde estão disponíveis os dados completos referentes ao período 1970 a 2005.

A elaboração deste trabalho foi possível graças ao 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.

A metodologia detalhada para obtenção dos dados acha-se descrita nos relatórios referentes ao Termo de Parceria e&e /MCT sobre a Consolidação do Balanço de Carbono. Um resumo é apresentado no que se segue.

2.1 Balanço de Carbono

De uma maneira esquemática, os dados originais em energia são convertidos em massa de carbono através do uso de coeficientes massa de carbono / energia, para dado energético. Estes coeficientes são expressos em tC/tep (tonelada de carbono por tonelada equivalente de petróleo)^{^[3]}. As massas de carbono assim obtidas são submetidas ao mesmo esquema de contabilidade do Balanço Energético resumidos na Figura 1:

Figura 1: Esquema do Balanço Energético Nacional que é aplicado aos dados de massa de carbono.

Deve-se notar, no entanto que as chamadas “perdas” devem ser encontradas, no caso do balanço energético, em energia térmica como é o caso das usinas de produção de eletricidade ou em vazamentos ou fugas no uso e transporte dos energéticos. No caso do balanço de carbono estas perdas voltam, em boa parte para a atmosfera e devem ser contabilizadas nas emissões. No exemplo das usinas de geração de eletricidade, não existe conteúdo de carbono na eletricidade gerada e toda massa de carbono dos combustíveis utilizados deve ser contabilizada nas emissões.

Como o Balanço Energético não se preocupa, em princípio, com o balanço de massa de carbono não constitui surpresa se, aplicados coeficientes usuais (recomendados como default pelo Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC ou, específicos para o Brasil, usados na Declaração Inicial ou extraídos de estudos específicos) sejam encontradas diferenças, algumas significativas, na massa de carbono entre energia primária e secundária e as contabilizadas nos diversos usos. A análise do balanço de carbono propiciou uma série de correções nos coeficientes energia / massa baseadas em estudos que envolveram principalmente a biomassa e seus derivados.

Estabelecido o balanço de carbono, é possível avaliar as emissões como se todo o carbono fosse convertido em CO₂ descontando-se, no entanto, uma pequena fração dos combustíveis utilizados (da ordem de 1%) de material não oxidado que se supõe não voltar à atmosfera. Existe igualmente uma fração do uso não energético que é considerada retida e incorporada em materiais onde a retenção é considerada definitiva. Esta metodologia denominada Top-Down pelo IPCC é brevemente descrita a seguir.

2.2 Emissões pela Metodologia Top-Down Estendida

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 país e uns poucos dados sobre sua forma de uso. Esta metodologia 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. Os dados energéticos usados são obtidos do BEN

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 inclui Bunkers) + Variações de Estoque - Não Aproveitada – Reinjeção

Os conceitos de “Não Aproveitada” e “Reinjeção” referem-se especificamente à contabilidade do Gás Natural que normalmente é tratado à parte no processo TD. No Balanço de Carbono a reinjeção do Gás Natural aos poços foi excluída e a energia não aproveitada (escapes de gás na atmosfera ou queimada nos flair durante a extração) foi contabilizada, na atual versão, como inteiramente convertida para CO₂.

De maneira simplificada a metodologia Top-Down sugerida pelo IPCC pode ser assim descrita:

Apuração da massa de carbono dos combustíveis em uma unidade de energia comum – terajoules (TJ);

Apuração da quantidade de carbono de cada combustível destinada a fins não energéticos e a dedução de parte dessa quantidade de carbono (expressa por um coeficiente para cada uso não energético), para se computar o conteúdo real de carbono emitido;

Para combustíveis de uso energético são usados fatores de oxidação para se descontar a quantidade não oxidada na combustão.

Conversão da quantidade de carbono oxidada em emissões de CO₂ é feita multiplicando-se a massa de carbono por 44/12^{^[4]}^.

Na metodologia aqui utilizada, ao invés de considerar-se a emissão no nível da oferta interna bruta ela é considerada no setor de consumo. No caso do petróleo, por exemplo, as emissões no processo TD, seriam computadas como o carbono contido no petróleo subtraído de 1% de retenção (fator comumente aplicado aos combustíveis líquidos). Parte do petróleo é convertida em nafta que tem uso não energético e uma fração não é emitida; esta retenção é descontada separadamente. Ou seja, o item petróleo é responsável por boa parte das emissões da contabilidade Top-Down. No processo Top-Down estendido adotado no Balanço de Carbono não existe emissão atribuída ao petróleo, mas aos seus derivados em cada setor de uso. Também a fração não oxidada é calculada com base no consumo do combustível (primário ou secundário) no setor em que é utilizado (e.g.: 1% da gasolina de uso no setor rodoviário).

As emissões de carbono assim calculadas podem ser convertidas em CO₂ como no processo Top-Down. A apuração mostrou que as duas metodologias se equivalem em termos de emissões globais se forem consideradas as emissões associadas às perdas e aos ajustes^{^[5]}^.

2.3 Emissões de Gases do Efeito Estufa por Coeficientes da Metodologia Bottom-Up

A opção adotada no Balanço de Carbono foi a de usar os coeficientes energia/emissões de gases específicos (CO₂, CO, CH₄e NMVOCs) extraídos da abordagem Bottom-Up para contabilizar suas emissões.

Para a Declaração Nacional Inicial do Brasil à Convenção Quadro das Nações Unidas Sobre as Mudanças do Clima (MCT Novembro de 2004), a Coordenação Geral de Mudança Global do Clima, do Ministério da Ciência e Tecnologia – CGMGC/SEPED/MCT, consolidou o inventário das emissões que contribuem para a formação do efeito estufa. Os dados do inventário foram fornecidos^{^[6]} na forma de coeficientes emissão/energia onde foi possível obter, a partir dos dados do Balanço Energético Nacional – BEN/MME, as emissões dos diferentes gases, em massa de cada um deles, depois transformadas em fração de carbono emitida em cada gás e aplicadas às massas de carbono obtidas pela correspondência massa / energia conforme está resumido a seguir.

Os gases emitidos que contêm carbono têm, com exceção dos NMVOCs, uma relação bem conhecida entre a massa de carbono e a massa total que é a seguinte:

Para os NMVOCs foi suposta uma fração de massa de carbono (c4=0,85) baseada na média para emissões na indústria.

Se m1, m2, m3 e m4 forem as massas destes gases emitidos, tem-se da conservação da massa de carbono que:

onde, MC é a massa de carbono do combustível usado no setor subtraída da fração não oxidada (fnox) e da fração retida (fret).

As frações de combustível adotadas são, de maneira geral, as recomendadas pelo IPCC, observadas algumas particularidades brasileiras relacionadas, na maioria dos casos, ao uso da biomassa. De modo geral seus valores são de 1% para os líquidos e 0,5% para os gases. As frações não oxidadas (produtos de uso energético) e retidas (produtos de uso não energético) estão mostradas no item 8. Note-se que o fator de retenção foi suposto (por default) = 1 (100% de retenção) nos casos em que não se tem o seu valor, para que sejam detectados eventuais usos não energéticos em anos onde não houve apuração anterior das emissões^{^[7]}.

Também foram computadas as emissões do rejeito produzido na elaboração de álcool constituído principalmente de CO₂ obtido na fermentação do melaço e caldo de cana.

Os coeficientes de emissão a partir do processo Bottom-Up fornecidos pela equipe do Inventário de Emissões foram apresentados na estrutura usual do BEN. O Ministério das Minas e Energia fornece os dados originais do Balanço em uma estrutura ampliada de 49 contas e 47 energéticos que foi usada no Balanço de Carbono. Para usar essa estrutura, os coeficientes usados para emissão de gases formam expandidos adotando-se os valores disponíveis para o agregado como o de emissão para seus componentes^{^[8]}.

Os coeficientes de emissão de gases fornecidos pela CGMGC/SEPED/MCT foram referidos aos dados dos balanços energéticos disponíveis na época do inventário que ainda usavam o conceito de PCS (poder calorífico superior) e a tonelada equivalente de petróleo (tep antigo = 10800 Mcal) na denominação adotada neste trabalho e nos programas auxiliares de cálculo. A ração de carbono emitida foi calculada a partir destes dados. A fração em massa de carbono independe da unidade de energia e a conversão em massa de carbono é feita para cada combustível já usando os novos valores adotados pelo BEN a partir de 2003, ano base 2002, usando o poder calorífico inferior (PCI) e com a tonelada equivalente tep=10000 Mcal.

2.4 Tratamento da Biomassa

As emissões de CO₂ são o alvo principal das medidas deste trabalho já que foi constatado que, para vários energéticos, a soma dos átomos de carbono das emissões correspondia a valores que chegavam a superar em 30% os valores do carbono contido no combustível. Isto se deve a uma dupla contagem que é, de certa forma, inerente à abordagem do IPCC onde os dados das emissões de CO₂, extraídos da abordagem Top-Down costumam ser usados como os da Bottom-Up. Este procedimento acaba gerando certa dubiedade nos resultados, já que as emissões de outros compostos de carbono podem ser somadas para avaliação do efeito estufa.

A opção aqui adotada é separar as emissões como é suposto acontecer na origem. Assim são estimadas as emissões de CO₂, CO, CH₄e NMVOCs de maneira que a soma das massas de carbono seja igual à contida no combustível, descontado o carbono retido e/ou não oxidado.

Na abordagem do balanço de carbono deve-se levar em conta que na produção da matéria prima o gás carbônico da atmosfera é absorvido. A produção da biomassa é, pois contabilizada como “emissão negativa”. A inclusão dessa emissão negativa torna mais claro o papel da biomassa e de suas emissões, não permitindo o uso indevido das emissões provenientes da biomassa^{^[9]}.

Na avaliação setorial deve ficar clara, no entanto, a separação entre as emissões provenientes da biomassa e as que têm origem nos combustíveis fósseis. Uma alternativa de apresentação, adotada aqui em alguns casos, é representar as “emissões negativas” referentes à produção da biomassa no setor energético.

3.1 Agregação de Dados e Anos Escolhidos

Pode-se ter um quadro resumido das emissões expressas em massa de carbono, escolhendo-se alguns setores e agrupando os energéticos. Foram escolhidos os setores:

Como anos de referência foram escolhidos os de 1994 (último do inventário inicial) e 2005 (último para o qual se dispõe de dados do BEN).

3.2 Apuração das Emissões

Na apuração das emissões foi usado o software bal_eec, desenvolvido pela ECEN Consultoria Ltda, que é uma modificação de programa anterior desenvolvido para a apuração do balanço em energia equivalente.

O programa sofreu modificações a fim de permitir apurar, além dos balanços energético, de energia equivalente e de carbono, as emissões por energético e por conta dos gases formadores do efeito estufa: CO₂, CH4, NMVOCs, CO, NOx e N₂O. A descrição do programa é feita no relatório final deste Termo de Parceria.

O programa permite, assim, elaborar tabelas para os energéticos e contas dos gases acima referidos, usando coeficientes específicos para os anos 1990 a 1999 e extrapolados para os demais anos. Podem-se ainda elaborar tabelas e gráficos para as diversas “contas” e energéticos para cada um dos gases.

O programa possibilita ainda calcular a emissão dos gases que contribuem para o efeito estufa, originária das atividades energéticas e resultando em gases que contêm carbono (CO₂, CO, CH4, NMVOCs). Além disto, são calculadas as emissões de compostos de nitrogênio que não interessam para o balanço de carbono, mas que contribuem para o efeito estufa. A soma do carbono contido nestes gases fornece o total de carbono enviado à atmosfera.

3.3 Emissões Setoriais de Carbono

Na Tabela 3.1 mostra-se, para os anos de 1994 e 2005 as emissões setoriais que contribuem para o efeito estufa (fontes não renováveis).

Na Figura 3.1 comparam-se as participações nos anos de 1994 e 2005 dos diversos setores nas emissões. Os dois setores mais importantes para as emissões, que são Transporte e Industrial, mantiveram suas participações de 40% e 31% respectivamente. Transporte e Indústria são responsáveis por 71% das emissões de carbono proveniente das atividades energéticas. Dos demais setores, o energético ganhou uma maior participação (de 12% para 17%) e, em valor absoluto, suas emissões dobraram de 1994 para 2005. Os demais setores reduziram sua participação nas emissões com destaque para o setor residencial onde as emissões permaneceram praticamente estáveis em termos absolutos (4200 Gg/ano). O setor residencial teve sua participação diminuída de 7% para 5%. O crescimento no setor energético foi fundamentalmente devido ao maior uso da geração térmica que quase triplicou entre os dois anos considerados. O crescimento do consumo nos transportes foi puxado pelo rodoviário. Na Indústria os setores que mais contribuíram para o crescimento das emissões foram os relacionados com a metalurgia, sendo que o de ferro-liga experimentou um crescimento de 312% entre os dois anos em consideração.

	1994	Partici- pação	2005	Partici- pação	Variação 1994/ 2005	Variação Média Anual
SETOR ENERGÉTICO	7601	12%	15277	17%	101%	6,6%
NÃO APROVEITADA	709	1%	1420	2%	100%	6,5%
CENTRAIS. ELET. SERV. PÚBLICO	1966	3%	5577	6%	184%	9,9%
CENTRAIS ELET. AUTOPRODUTORAS	1030	2%	2198	2%	113%	7,1%
CONSUMO SETOR ENERGÉTICO	3897	6%	6083	7%	56%	4,1%
RESIDENCIAL	4152	7%	4207	5%	1%	0,1%
COMERCIAL	430	1%	514	1%	20%	1,6%
PÚBLICO	517	1%	470	1%	-9%	-0,9%
AGROPECUÁRIO	3415	5%	4037	4%	18%	1,5%
TRANSPORTES - TOTAL	25422	40%	36876	40%	45%	3,4%
RODOVIÁRIO	22413	36%	33336	37%	49%	3,7%
FERROVIÁRIO	344	1%	472	1%	37%	2,9%
AÉREO	1695	3%	2097	2%	24%	2,0%
HIDROVIÁRIO	971	2%	971	1%	0%	0,0%
INDUSTRIAL - TOTAL	19698	31%	27801	31%	41%	3,2%
CIMENTO	1345	2%	2331	3%	73%	5,1%
FERRO GUSA E AÇO	9688	15%	11889	13%	23%	1,9%
FERRO LIGAS	76	0%	313	0%	312%	13,7%
MINERAÇÃO E PELOTIZAÇÃO	880	1%	1958	2%	122%	7,5%
NÃO FERROSOS E OUT. METALURG.	1072	2%	2205

2.1 Balanço de Carbono

2.2 Emissões pela Metodologia Top-Down Estendida

2.4 Tratamento da Biomassa

3.1 Agregação de Dados e Anos Escolhidos

3.2 Apuração das Emissões

3.3 Emissões Setoriais de Carbono