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Carbono: Bons e Maus Caminhos
Tiago Domingos
Instituto Superior Técnico
Conferências Dolce Vita: Carbono Dolce Vita Porto, 15 de Novembro de 2007
Visão Geral
• Alterações Climáticas e Efeitos de Estufa– A importância do carbono (dióxido de carbono), mas também do
vapor de água, do metano e do óxido de azoto
• Os Principais Produtores de Gases de Efeito de Estufa– Combustíveis fósseis, agricultura e floresta ou
– Alimentação, transportes e habitação
• Soluções?– Exemplo 1 – Biocombustíveis
– Exemplo 2 – Sumidouros agrícolas e florestais
Balanço de Energia da Terra
TERRARADIAÇÃO
SOLARRADIAÇÃO TÉRMICA
Quando a radiação solar é superior à radiação térmica, a Terra aquece e estabelece-se um novo equilíbrio.
proporcional à temperatura da Terra
Efeito de Estufa
A atmosfera retorna parte da radiação térmica à Terra, aumentando a temperatura da Terra. – EFEITO DE ESTUFA
Os componentes principais da atmosfera que causam este efeito são:
Vapor de água, H2O Dióxido de carbono, CO2
Metano, CH4
Óxido de Azoto, N2O
TERRARADIAÇÃO
SOLARRADIAÇÃO TÉRMICA
proporcional à temperatura da Terra
ATMOSFERA
Temperatura Global
IPC
C, 2
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Forçamento Radiativo
Dinâmica dos Gases de Efeito de EstufaDióxido de Carbono
IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Dinâmica dos Gases de Efeito de EstufaMetano
IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Dinâmica dos Gases de Efeito de EstufaÓxido de Azoto
IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
Gases de Efeito de Estufa e Energia
• Dióxido de carbono (CO2)– Combustíveis fósseis– Alterações do uso do solo
• Metano (CH4)– Animais– Combustíveis fósseis
• Óxido de Azoto (N2O)– Agricultura
• O contributo maioritário para a emissão de gases de efeito de estufa é a utilização de combustíveis fósseis, associado ao processo de desenvolvimento económico iniciado com a Revolução Industrial.
• O problema dos gases de efeito de estufa não pode assim ser dissociado do problema da gestão de energia.
• A agricultura e floresta são o segundo componente mais significativo
Emissões de Gases de Efeito de Estufa por Produto na Europa
Huppes, G., A. de Koning, S. Suh, R. Heijungs, L. van Oers, P. Nielsen, and J. B. Guinée (2006). Environmental Impacts of Consumption in the European Union: High-Resolution Input-Output Tables with Detailed Environmental Extensions. Journal of Industrial Ecology 10(3): 129–146.
CarneLacticínios
AquecimentoCozinha
Água quente, Electrodomésticos,
Construção
Automóvel privado, Transporte aéreo
CO2
Bioetanol
DDG
Gasolina
CO2
Ciclo do Bioetanol
Ciclo da Gasolina
Bioetanol vs. Gasolina
ton
CO
2e/t
on
bio
etan
ol
Cultivo intensivo de milho
Impacte evitado
Maiores emissões CO, NOx e CH4.
Não consideração CO2 para bioetanol
• Cenário de bioetanol favorável
• Diferença igual a 1,9 ton CO2e/ton bioetanol
Comparação das Emissões de CO2e
Valada, T. (2007). Avaliação ambiental, energética e económica da afectação de área agrícola à produção de milho para bioetanol. Tese de Mestrado em Engenharia do Ambiente, Instituto Superior Técnico, Lisboa.
GJ
LH
V/t
on
bio
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• Cenário de bioetanol favorável
• Diferença igual a 11 GJLHV/ton bioetanol
Maior uso de energia primária
Uso combustível para operações
e transportes
Uso combustível para operações
e transportes
Comparação Energética
Valada, T. (2007). Avaliação ambiental, energética e económica da afectação de área agrícola à produção de milho para bioetanol. Tese de Mestrado em Engenharia do Ambiente, Instituto Superior Técnico, Lisboa.
Outras Categorias Ambientais
Análise Económica
Camada de ozono
Cenário de bioetanol favorável para:
Acidificação
Elevado impacte da produção de gasolina
Impacte evitado pela substituição de bagaço de soja pelo DDG
Justificação
180 a 200€/ton CO2e representa o custo para o Estado
• Diferença de ISP entre cenários: 344 a 386€/ton bioetanol
• Diferença de emissão entre cenários: 1,9 ton CO2e
Cenário bioetanol desfavorável para as restantes categorias
Valada, T. (2007). Avaliação ambiental, energética e económica da afectação de área agrícola à produção de milho para bioetanol. Tese de Mestrado em Engenharia do Ambiente, Instituto Superior Técnico, Lisboa.
FASE
Ocupação do solo (0,25 ha)
Produção animal (5,5 CN/ha)
Produção industrial
Sub-produto
Uso final
Bioetanol 1 ton
Gasolina0,72 ton
Não existe
GasolinaBioetanol
14 mil km
Análise com Afectação de Área Agrícola
ton
CO
2e/t
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bio
etan
ol
• Cenário de gasolina favorável
• Diferença entre cenários igual a8 ton CO2e/ton bioetanol
Maior emissão de metano e azoto
Sequestro decarbono
Maiores emissões automóveisImpacte evitado
Emissões de Gases de Efeito de EstufaAnálise Completa
Nota: Cenário base corresponde ao cultivo de milho com sementeira convencional e sequestro de carbono nas pastagens
• Cenário de bioetanol favorável
• Diferença igual a 9 GJLHV/ton bioetanol
Maior uso de energia primária
Maior uso combustível para
operações etransportes
Alimentação apenas
por ração
GJ
LH
V/t
on
bio
etan
ol
Recursos EnergéticosAnálise Completa
Outras categorias
Análise de sensibilidade
Sementeira directa
Resultados observados
Sem sequestro Aumento de impacte do cenário de gasolina, mantendo resultado
Variação de taxa de substituição DDG
Aumento da taxa de substituição leva a diminuição de impacte de bioetanol, invertendo resultado da acidificação
Camada de ozono:
Cenário bioetanol favorável para:
Acidificação
Elevado impacte da produção de gasolina
Impacte evitado pela substituição de bagaço de soja pelo DDG
Justificação
Parâmetro variado
Diminuição de impacte do cenário de bioetanol, mantendo resultado
Análise AmbientalCenário Completo
Cenário bioetanol desfavorável para as restantes categorias
Valor obtido: 34 a 36 GJ/ ton bioetanol
Pimentel (2003): 35 GJ/ ton bioetanol
De modo similar ao obtido para o bioetanol, também a energia contida na gasolina é inferior à necessária
para a sua produção/formação
Energia para produção de bioetanol
Energia para contida no bioetanol
Pimentel (2003): 27 GJ/ ton bioetanol
Os valores obtidos são concordantes com a bibliografia
É necessária mais energia para produzir bioetanol do que aquela que ele contém
Quociente Energético
Gases de efeito de estufa
Parâmetro de avaliação
Politica energética
Camada de ozono
Acidificação
Economia
?
Favorável a bioetanol?
Análise de sensibilidade
Resultado alterado pela não consideração de implicação da área produtiva
Sempre
Sempre
Taxa de substituição de DDG altera o resultado
Sempre
Ecotoxicidade, carcinogénicos, resíduos sólidos, smog de Inverno, smog de Verão, uso do solo, minerais, respiráveis, metais pesados
Sempre
Síntese da Análise do Bioetanol
Sumidouros Naturais
• Portugal assumiu uma posição de liderança mundial na utilização de sumidouros naturais para o cumprimento do Protocolo de Quioto:– Floresta
– Agricultura: sementeira directa
– Pastagens: pastagens permanentes biodiversas
Pastagens Permanentes Semeadas Biodiversas e Ricas em Leguminosas
Aumento sustentável de
encabeçamento
Aumento de matéria orgânica no solo
Aumento do sequestro de carbono
Aumento de produtividade
Pastagens permanentes semeadas biodiversas e ricas em leguminosas
Redução no consumo de fertilizantes azotados
Diminuição da erosão
Aumento na retenção de água
Aumento da regulação de cheias
Diminuição dos gases de efeito de estufa
Biodiversidade selvagem
Aumento na viabi-lidade económica
Protocolo de Quioto
• De acordo com o PNALE (2006), o défice previsto para Portugal no âmbito do Protocolo de Quioto é 3,73 milhões ton CO2/ano
– Parte deste défice será suportado pelo Fundo de Carbono, em projectos externos ou internos, com um orçamento proposto de 110 milhões de euros
• Pastagens permanentes biodiversas– Aumento estimado de matéria orgânica de 0,2%/ano
– Nível estimado de fixação de 5 ton CO2/ha/ano.
• Sementeira directa– Aumento estimado de matéria orgânica de 0,03%/ano
– Nível estimado de fixação de 3 ton CO2/ano
• Uma oportunidade para a agricultura portuguesa!
Cenários de Fixação de Carbono
• CENÁRIO: Sementeira adicional de até 200 000 ha de pastagens permanentes biodiversas– Área inferior à prevista nas propostas dos Planos Regionais de
Ordenamento Florestal do Alto Alentejo, Alentejo Central e Alentejo Litoral
– A Medida Agro-Ambiental de Sistemas Forrageiros Extensivos atingiu cerca de 260 000 ha
– A área actual de pastagens biodiversas é estimada em 50 000 ha
– Pastagens adicionais sequestrariam 1 milhão de ton CO2/ano
• CENÁRIO: Sementeira directa adicional em até 100 000 ha de culturas anuais– Estima-se que a área actual seja 50 mil hectares
– Área adicional sequestraria 300 mil ton CO2/ano
• O conjunto dos dois cenários permitiria sequestrar 1,3 milhões de ton CO2/ano, igual a 35% do défice previsto
Conclusões
• A gestão do carbono é um problema complexo, que exige uma análise cuidadosa dos múltiplos impactes que cada solução pode produzir
• Os biocombustíveis poderão ser uma solução para o sector dos transportes, mas é pouco provável que o bioetanol produzido a partir de milho deva fazer parte dessa solução
• A adopção generalizada em Portugal dos sistemas de sementeira directa e de pastagens biodiversas é uma oportunidade de simultaneamente mitigar as emissões de gases de efeito de estufa e produzir múltiplos benefícios ambientais, nomeadamente protecção do solo
Carbono: Bons e Maus Caminhos
Tiago DomingosInstituto Superior Técnico
Conferências Dolce Vita: Carbono Dolce Vita Porto, 15 de Novembro de 2007
SLIDES LINKADOS
Sementeira Directa
Leguminosas