Economia & Energia
Ano XI-No 63
Agosto - Setembro 2007
ISSN 1518-2932

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Textos para Discussão:

Impacto Direto da Geração Nuclear no Brasil sobre Emissões de Efeito Estufa

Programa bal_eec - Manual do Usuário
Carbono Contido, Energia Equivalente e Final 

Texto para Discussão/ Opinião:

Os leilões de energia Nova: Vetores de Crise ou de Ajuste entre a Oferta e Demanda  

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Texto para Discussão:

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

Carlos Feu Alvim feu@ecen.com

Frida Eidelman frida@ecen.com

Olga Mafra olga@ecen.com

Omar Campos Fereira

Rafael Macêdo

1- Introdução

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.

Os critérios básicos adotados foram:

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

(*) 99,97% hidráulica

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 = 10¹² g), corresponde a um milhão de toneladas.

Figura 3.2: Emissões de carbono resultantes da geração de eletricidade e CO₂ correspondente (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.

Tabela 3.2 – Emissões de Carbono Evitadas