Introdução à metodologia de LCA-Life Cycle Analysis (Análise de Ciclo de Vida). Estudo de caso:...

Introdução à

AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA(ACV)*

F. Antunes PereiraProfessor Catedrático

DAO/UA, 2005

*LCA (Life Cycle Analysis)

O que vamos tratar nesta aula:

O que é a Avaliação de Ciclo de Vida (ACV)?

Para que serve a ACV?

Metodologia típica de execução duma ACV: fases duma ACV

Dois exemplos simples de execução duma ACV: (1)Metodologia de Leiden, (2) Eco-indicator 99

Estudos de caso: (1)Gestão integrada de RSU, (2) Produção de electricidade em Portugal

Modelos matemáticos e Bases de Dados para execução de ACVs

Limitações da ACV

Eco-Indicator 99

Sacos de papel ou plástico (LDPE) ?!…

• Inventariação e sistematização dos impactos

ambientais dum sistema (processo, produto) ao

longo de todo o seu ciclo de vida (“from craddle

to grave”)

• Ciclo de vida inclui todos os estados consecutivos

e interligados do sistema, desde a extracção e

transformação de matérias primas e recursos

energéticos, até à deposição final no ambiente

O que é a Avaliação de Ciclo de Vida?

Unidade funcional:

produção de 1KWhe

Fronteira do

sistema

Pré-combustão

CombustãoTransporte

Impactos calculados a partir das emissões para atmosfera, água e solo através da “fronteira” do sistema

Executa-se em 4 fases:• Contextualização (Objectivos e Âmbito)

• Análise de Inventário de Emissões (ICV)

• Avaliação de Impactos (AICV)

• Interpretação

Metodologia obedece às Normas ISO 14040

Aplicações da ACV:

É uma metodologia que permite:

Aos “decision-makers” definir as melhores estratégias de mercado para:

• Produtos (p.ex. embalagens de papel ou de plástico?)

• Serviços (p.ex. produção de energia eléctrica a partir de carvão, fuel ou gás natural?)

Estabelecer regulamentação ambiental (p.ex. o “Rótulo Ecológico”)

Melhorar o “design” de produtos (p.ex. monitores de LCD ou de CRT?)

A ACV permite-nos responder a perguntas

como: o que é menos danoso para o

Ambiente:

Usar sacos de papel ou de plástico?

Produzir energia eléctrica a partir de carvão, fuel ou gás?

Eco-Indicator 99

Exemplo 1-Sacos de papel ou plástico (LDPE) ?!…

Unidade funcional:

produção de 1KWhe

Fronteira do

sistema

Pré-combustão

CombustãoTransporte

Exemplo 2 - Uma central térmica: a carvão, fuel ou gás ?!…

Rótulo Ecológico

Atribuído pela EU a produtos cujo “ciclo de

vida de fabrico” é mais “amigo do

Ambiente”.

Existem cerca de 300 produtos, distribuídos

por 17 grupos

A atribuição do

Rótulo

Ecológico

é feita mediante

uma Avaliação

do Ciclo de

Vida do produto

ou serviço

(LCA-Life

Cycle Analysis)

Metodologias de execução de ACVs

Há várias metodologias para realizar ACVs

Basicamente são de 2 tipos:

Orientadas para temas, ou categorias ambientais (“mid-points”): convertem o conjunto de dados de inventário de emissões em“categorias ambientais” (aquecimento global, eutrofizaçã, ecotoxicidade, toxicidade humana, etc).

• Exemplo: metodologia de Leiden

Orientadas para danos ambientais (“end-points”): convertem o conjunto de dados de inventário de emissões em “danos ambientais” (saúde pública, ecossistemas, recursos)

• Exemplo: Eco-indicator 99

Começaremos por utilizar aqui a

metodologia de Leiden

No final descrevemos a do Eco-indicator

99 • Esta constitui um bom ponto de partida para o

estudo da Análise de Custos Benefícios Sociais –

ACBS, que se aborda na próxima aula

A “magia” da ACV consiste provavelmente em conseguir agregar num pequeno número de parâmetros (Categorias de Impacto), tipicamente 3-15, um grande número de dados (Inventário de Emissões)

Por exemplo:

E como se

consegue isso

?

Através de

“factores de

equivalência”

Sequência de cálculo típica duma ACV

OBJECTIVO E ÂMBITO

ICV

INVENTÁRIO DE CICLO DE VIDA

Classificação

Caracterização

Normalização AICV(Op)

ANÁLISE DE IMPACTOS

DE

CICLO DE VIDA

Ponderação(Op)

Agregação(Op)

INTERPRETAÇÃO

Unidade

funcional

1

Emissões

2

3

4

Inventário de

emissões

Alocação a

Categorias

de Impacto

Indicadores

Indicadores

normalizados

Categorias de

Impacto

ponderadas

Categorias

agregadas

Interpretação

Perfil ambiental

Valores de

referência

(totais)

Factores de

equivalência

Tabelas de

categorias

de impacto

Emissões

Perfil ambiental

normalizado

Factores de

ponderaçãoINDICE

AMBIENTAL

(anos, mPt, etc)

•ADP (Abiotic Depletion Potential) - DEPLEÇÃO ABIÓTICA

•EDP (Energy Depletion Potencial) - DEPLEÇÃO DE ENERGIA

•GWP (Global Warming Potencial) - AQUECIMENTO GLOBAL

•POCP (Photochemical Oxidant - FORMAÇÃO DE

Formation Potencial) OXIDANTES FOTOQUÍMICOS

•AP (Acidification Potencial) - ACIDIFICAÇÃO

•HT (Human Toxicity) - TOXICIDADE HUMANA

•ECA (Ecotoxicity, Aquatic) - ECOTOXICIDADE AQUÁTICA

•NP (Nutrification Potencial) - EUTROFIZAÇÃO

•ODP (Ozone Depletion Potencial) - DEPLEÇÃO DE OZONO

(estratosférico)

Um pouco mais sobre as CATEGORIAS DE

IMPACTO:

As substâncias que servem de referência para o

cálculo de factores de equivalência

(na fase de caracterização)

Exercício 1

Metodologia de Leiden

Perfil ambiental

12,5

8,12

6,8

0

2

4

6

8

10

12

14

GWP HT AP

Categoria de impacto

kg

eq

uiv

Perfil ambiental (não normalizado)

1,5

11

2 1,8

65

0,12

0

2

4

6

8

10

12

14

GWP HT AP

Categoria de impacto

kg

eq

uiv

CO

SO2

NOx

CH4

CO2

Perfil ambiental (normalizado)

5

10

20

0

5

10

15

20

25

GWP HT AP

Categoria de impacto

100*[

an

os]

Perfil ambiental (Ponderado)

45

5

10

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

GWP HT AP

Categoria de impacto

1000*[

an

os]

Exercício 2

Metodologia do Eco-Indicator 99

ESTUDO DE CASO 1:

Alternativas para o tratamento biológico de RSU

Directiva 1999/31/CE limita a deposição da

fracção orgânica dos RSU no solo (aterro)

[devido aos problemas ambientais resultantes da sua decomposição e lixiviação]

O tratamento biológico tornou-se portanto uma

alternativa de peso na futura gestão integrada

de RSU

Aterro: com 90% de recuperação do gás (10% de perdas para a atmosfera), e queima em regime de co-geração

Biometanização: digestão húmida (15% de SS, termófila, reactor CSTR); queima do biogás em regime de cogeração

Compostagem (em pilha): com remeximento periódico, tratamento de gases com biofiltro

Compostagem (em reactor): com arejamento forçado, reactor tipo túnel, tratamento de gases com biofiltro

“Fronteira” de ACV para um aterro sanitário

“Fronteira” de ACV para a compostagem

“Fronteira” de ACV para a biometanização

Balanço de energia

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

Ate

rro

Bio

meta

niz

ação

Co

mp

osta

gem

(pil

ha)

Co

mp

osta

gem

(reacto

r)

Opção

TJ Produzida

Consumida

Comparação de ciclos de vida: deplecção de energia

Unidade funcional: tratamento integrado de 1 ton RSU

Aquecimento Global (só tratamento)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Ate

rro

Bio

me

tan

iza

çã

o

Co

mp

os

tag

em

(pilh

a)

Co

mp

os

tag

em

(re

ac

tor)

Opção

To

n C

O2 e

qu

iv.

CO2

NOx

COVs

N2O

Comparação de ciclos de vida: aquecimento global (só fase de tratamento)

Aquecimento global: contribuição de todos os

processos

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Ate

rro

Bio

meta

niz

ação

Co

mp

osta

gem

(pilh

a)

Co

mp

osta

gem

(reacto

r)Opção

To

n C

O2 e

qu

ival.

Tratamento

Produção energia

Colecta+Transporte

Comparação de ciclos de vida: aquecimento global (todos os processos)

Avaliação de Impactos

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Aq

ue

cim

en

to

Glo

ba

l

Eu

tro

fiza

çã

Ac

idif

ica

çã

o

Sa

úd

e

Hu

ma

na

Categoria de impacto

Índ

ice

Aterro

Biometanização

Compostagem (pilha)

Compostagem (reactor)

Comparação de ciclos de vida de 4 opções de gestão de resíduos: avaliação de impactos

Introdução à

AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA(ACV)*

Conclusão!...F. Antunes Pereira

DAO/UA, 2005

*LCA (Life Cycle Analysis)

Relembrando…

A “magia” da ACV consiste provavelmente em conseguir agregar num pequeno número de parâmetros (Categorias de Impacto), tipicamente 3-15, um grande número de dados (Inventário de Emissões)

As substâncias que servem de referência para o

cálculo de factores de equivalência

(na fase de caracterização)

ESTUDO DE CASO 2

Alternativas à produção de electricidade em Portugal:

carvão, fuel, ou gás?

CO

N2O

SO3

Dioxinas/Furanos

Unidade funcional:

produção de 1KWhe

Fronteira do

sistema

Pré-combustão

CombustãoTransporte

Emissões (ar) Kg/KWh

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

1,E+09

1,E+10

1,E+11

1,E+12

1,E+13

NH3

C6H

6Cd P

bCO

CO2

H13

01

HC to

t

HC a

rom

HC h

al

COV (n

m)

HCl

HF

Mn

Hg

CH4

N2O N

i

NOx

PAH

sSO2 Zn

Par

t.

Substância

Kg

/KW

h x

E13

Outeiro Sines Setubal

Unidade funcional: produção de 1 kWh eléctrico

Gás Carvão Fuel

Emissões (água)

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

1,E+09

1,E+10

Al

AO

X (

Cl-

)

As

N o

rg

N t

ot

Ba

BO

D

Cd

Pb

Cl-

CN

-

Cu

CO

D Cr

DO

C

Fe

nó

is

HC

aro

m

HC

ha

l

Fe

nó

is Hg

NH

4+ Ni

NO

3-

PA

Hs

PO

43

-

S2

-

Sa

is i

no

rg.

SO

42

-

Só

l. d

iss

.

Só

l.s

us

p.

TO

C

To

lue

no

Zn

Óle

os

/Go

rd.

Substância

em

issão

x E

12

Kg

/KW

h

gas carvão fuel

Emissões (água): metais

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

Al As Ba Cd Pb Cu Cr Hg Ni Zn metais

metal

Kg

/KW

h x

E12

gas carvão fuel

Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica

Gás

Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica

Carvão

Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica

Fuel

CO2

docombustível

Emissões líquidas da depuração gasosa [Me

pesados, PAHs e fenois ]

COVs

NOx e SOx

[oxid. N e S do combustível]

Gás Carvão Fuel oil

Emissões com maior significado:

•Liquidas. Me pesados (Ni, Cd, Hg, Cr), PAHs, fenois [na

depuração dos gases] Ecotoxicidade

•Gasosas. CO2 (do C), NOx (do N) e SOx (do S), COVs

(da matéria orgânica) Aquecimento Global; Smog

Índice ambiental (Ponderado)

9,52697E-15

2,36139E-14

6,27257E-14

0

1E-14

2E-14

3E-14

4E-14

5E-14

6E-14

7E-14

Tapada do Outeiro (Gás) Sines (Carvão) Setúbal (Fuel)

Central térmica (Combustível)

an

o

Comparação dos Índices Ambientais

Gás < Carvão < Fuel

9.4 10 -15 2,4 10 -14 6,3 10 -14

Vimos anteriormente que:

Há várias metodologias para realizar ACVs

Basicamente são de 2 tipos:

Orientadas para temas, ou categorias ambientais (“top-down”)

• Exemplo: metodologia de Leiden

Orientadas para danos ambientais (“bottom-up”)• Exemplo: Eco-indicator 99

Fizemos um

exercício simples de

calcular os pontos

ecológicos com o

Eco-indicator 99

Mas não sabemos exactamente o que está por detrás destes pontos ecológicos

Esta é a aparente falta de transparência dos métodos orientados para os danos ecológicos

..Que não existe no método de Leiden, que é

aparentemente mais simples, intuitiva e transparente para quem começa a estudar este assunto

Bases da metodologia do Eco-indicator 99

Utiliza o conceito de “damage function”: uma relação entre o impacto e o dano para o ambiente

Considera um número mais reduzido de impactos a avaliar: Saúde Humana, Qualidade dos Ecossistemas, Recursos

Deverá ser portanto mais fácil a fase de avaliação(ainda que subjectiva)

Exprime o impacto global apenas por um número: o Eco-indicador (já normalizado e ponderado)

Danos para a Saúde Pública: Aquecimento global

Deplecção camada de ozono

Efeitos cancerígenos

Efeitos respiratórios

Radiações ionizantes

Danos para a Qualidade dos Ecossistemas: Ecotoxicidade

Acidificação

Eutrofização

Gestão do solo

Danos para a Quantidade de Recursos: Terreno agrícola

Florestal

Minérios

Minerais, etc

O que está dentro das categorias de dano?

A utilização duma “damage function” complica

consideravelmente a complexidade

matemática dos cálculos pois envolve a

utilização de modelos tipo “fate analysis” para

descrever o roteiro dos contaminantes entre a

fonte (emissão) e o receptor (impacto)

Em contrapartida torna os cálculos mais realista

pois quantifica os efeitos finais no receptor (“end

points”), em vez de no emissor (emissões, ou

efeitos “potenciais”, ou “mid points”, como

acontecia na metodologia de Leiden)

Como são calculados os “eco-pontos”?

(1)Efeitos na Saúde Humana: São medidos em unidades DALY (“Disability Adjusted

Life Years”), ou seja, idade corrigida para disfunções e morte prematura (provocadas por agressões ambientais)

(2)Qualidade dos Ecossistemas: Medida como perda de espécies por unidade de área

e de tempo

(3)Recursos: Medida como a energia adicional para extracção

futura de minérios e de combustíveis fósseis

O indicador final (Eco-indicador) é uma simples soma aritmética do indicadores parciais, correspondentes a cada actividade dentro do ciclo de vida (valores tabelados)

Ele representa o impacto ambiental global dum determinado processo ou produto

É um valor arbitrário, pois só interessa para efeitos de comparações entre ciclos de vida de vários produtos, ou entre possíveis ciclos de vida do mesmo produto (“eco-design”)

Exprime-se arbitrariamente em pontos [Pt] ou milipontos [mPt), em que 1 [Pt] representa arbitrariamente a milésima parte carga anual total ambiental dum europeu médio:

O indicador final (global, Eco-indicador) é já um valor normalizado e ponderado de acordo com um valor de referência (total) para a Europa e de acordo com um painel de especialistas (Ver figura a seguir)

europeus habitantes deN

Europeia ambiental anual argaC(Pt) 1

º1000

1

Principais modelos matemáticos e bases de dados

para execução de ACVs

Ver: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/lcaccess/resources.htm

LCA and and LCI Software Tools

Name Vendor URL

1. ECO-it 1.0 PRé Consulting http://www.pre.nl/eco-it.html

2. BOUSTEAD 4 Boustead Consulting Ltd http://www.boustead-consulting.co.uk/products.htm

3. EcoPro 1.5 EMPA http://www.sinum.com/

4. GaBi 4.0 IPTS http://www.gabi-software.com/

5. IDEMAT Delft Univ. of Technology http://www.io.tudelft.nl/research/dfs/idemat/index.htm

6. KCL-ECO 3 KCL http://www.kcl.fi/eco/index.html

7. LCAiT 4.0 CIT EkoLogik http://www.lcait.com/01.html

8. LCAPIX V2.0 KM Limited http://www.kmlmtd.com/demodld/index.html

9. SimaPro 5 PRé Consulting http://www.pre.nl/simapro.html

10. TEAM 3.0 Ecobalance http://www.ecobalance.com/software/team/gb_teamidx.html

11. Umberto 3.0 IFEU http://www.ifu.com/software/umberto-e/

Boustead Consulting Database and Software

ECO-it: Eco-Indicator Tool for environmentally friendly design - PRé Consultants

EcoPro - sinum Corporate Environmental Management

EDIP - Environmental design of industrial products - Danish EPA

EIOLCA - Economic Input-Output LCA at Carnegie Mellon University

GaBi 4 - (Ganzheitlichen Bilanzierung - holistic balancing) - Five Winds International/University of Stuttgart (IKP)/PE Product Engineering

IDEMAT - Delft University Clean Technology Institute Interduct Environmental Product Development

KCL-ECO 3.0 - KCL LCA software

LCAiT - CIT EkoLogik (Chalmers Industriteknik)

LCNetBase - Life cycle assessment using traceble US data - Sylvatica

SimaPro 5.0 for Windows - PRé Consultants

SPOLD - Society for the Promotion of Life-cycle Assessment Development

TEAM(TM) (Tools for Environmental Analysis and Management) -Ecobalance, Inc.

Umberto - An advanced software tool for Life Cycle Assessment - Institut für Umweltinformatik

Principais modelos:

Principais Bases de Dados de Inventário de processos e

produtos:

ECOINVENT (Suíça): http://www.ecoinvent.ch/

SPINE: http://www.globalspine.com/

ExternE: http://www.externe.info/faq.html

BUWAL: http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/de/index.html

GEMIS: http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm

TEAM: http://www.ecobalance.com/uk_team.php

SPOLD: http://lca-net.com/spold/

ECOINVENT (Suíça): http://www.ecoinvent.ch/

SPINE: http://www.globalspine.com/

SPOLD: http://lca-net.com/spold/

BUWAL: http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/de/index.html

GEMIS: http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm

TEAM: http://www.ecobalance.com/uk_team.php

ExternE: http://www.externe.info/faq.html

Limitações da ACV

Considera apenas o critério ecológico: não entra em conta com os aspectos económico e social

Fase de Avaliação de Impactos (Normalização, Agregação, Ponderação) ainda tem um carácter subjectivo

Não pode servir para propaganda comercial de comparação entre dois produtos concorrentes

Não pode servir de base para regulamentação legislativa sobre limites de emissão

VANTAGENS E DESVANTAGENS RELATIVAS DA ACV

Metodologia Vantagens Desvantagens

ACV

Base

científica

quantitativa

Só critério ecológico

Resultado não

sobreponível (1) com

análise de custos

financeiros (2)

Subjectividade na fase

agregação

(ponderação)

(1) adicionáveis, ou subtraíveis (2) em unidades monetárias

Do Engenheiro do Ambiente espera-se

uma postura permanente de “life cycle

thinking”.

FIM