Avaliação de Ciclo de Vida - Embrapa Cerrados...um sistema de produto ao longo do seu ciclo de vida” (ABNT NBR ISO 14040: 2009) Definições “Processo para avaliar as cargas

Avaliação de Ciclo de VidaMarília I. S. Folegatti Matsuura

Embrapa Meio Ambiente

Workshop Mudanças climáticas e ACV23 de agosto de 2012

DefiniçõesCiclo de vida: “estágios consecutivos e encadeados de um sistema de produto, desde a aquisição da matéria-prima ou de sua geração a partir de recursos naturais até a disposição final” (ABNT NBR ISO 14040: 2009)

Avaliação de ciclo de vida: “compilação e avaliação das entradas, saídas e dos impactos ambientais potenciais de um sistema de produto ao longo do seu ciclo de vida” (ABNT NBR ISO 14040: 2009)

Definições“Processo para avaliar as cargas ambientais associadas a um produto, processo ou atividade pela identificação e quantificação da energia e materiais usados e resíduos liberados para o meio ambiente; para avaliar o impacto dessas cargas ambientais; e para identificar e avaliar oportunidades de promover melhorias ambientais” (Society for Environmental Toxicology and Chemistry - SETAC)

Conceito“A avaliação de ciclo de vida abrange o completo ciclo de vida do produto, processo ou atividade, incluindo a extração e processamento de matérias-primas; processamento; transporte e distribuição; uso, reuso, reciclagem; e disposição final” (SETAC)

“O principal foco da ACV é determinar os impactos ambientais do sistema em estudo nas áreas de bem-estar ecológico, saúde humana e depleção de recursos” (TANSEY & WORSLEY, 1995)

Fonte: Siegenthaler, 2008.

“Do berço ao túmulo”

ACV e outras técnicas“A Avaliação de Ciclo de Vida é uma, entre várias técnicas de gestão ambiental como, por exemplo, a avaliação de risco, a avaliação de desempenho ambiental, a auditoria ambiental e a avaliação de impacto ambiental” (ABNT NBR ISO 14040: 2009)

“É uma ferramenta que apoia tomadas de decisão no contexto ambiental. Não substitui outras ferramentas, mas fornece informações adicionais para uma aplicação específica” (UNEP, 1996)

UNEP. Life Cycle Assessment: what it is and how to do it. Paris: UNEP, 1996

• O objeto da ACV é a consequência ambiental de um produto ou da função que um produto é projetado para desempenhar

• Oferece dados objetivos independentes de ideologias• Usa uma abordagem científica na qual a quantificação

de efeitos desempenha um papel dominante• É mais complexa que outras ferramentas, por promover

uma avaliação “cradle to the grave”, que considera os efeitos ambientais de todos os aspectos do produto estudado (UNEP, 1996)

ACV e outras técnicas

• A ACV é uma ferramenta integrativa. Assim, evita:

a transferência de um problema de um estágio do ciclo de vida para outro

a transferência de um tipo de problema para outro a transferência de um problema de um local para outro

• Não evidencia, entretanto, a transferência de um problema de um produto para outro (UNEP, 1996)

ACV e outras técnicas

“Integração de todos os problemas ambientais produzidos durante todo o ciclo de vida de um produto ou função, onde

quer que ocorram ” (UNEP 1996)

Aplicações da ACV• Comunicação sobre aspectos ambientais de produtos• Melhoria de produtos e processos• Design de produtos e processos• Desenvolvimento de estratégias de negócios• Definição de critérios de rotulagem ambiental• Desenvolvimento de políticas de produtos• Desenvolvimento de estratégias políticas• Decisão de compra• Desenvolvimento de estilos de vida

TraduçõesABNT NBR ISO 14040:2009 ABNT NBR ISO 14044:2009

Referencial normativo

Outras metodologias

CONSOLI, F. (Ed.). Guidelines for life-cycle assessment: a code of practice. Pensacola: SETAC, 1993

UNEP. Life Cycle Assessment: what it is and how to do it.Paris: UNEP, 1996

Fases da ACV

ABNT NBR ISO 14040: 2009

Objetivo:Avaliar o desempenho ambiental do biodiesel de pinhão-manso produzido no Brasil, destinado ao transporte rodoviário de carga.

Justificativa:Oferecer subsídios para a adequação de padrões tecnológicos e operativos, indicando demandas para o desenvolvimento dos sistemas de produção de grãos e dos processos industriais de extração de óleo de pinhão-manso, considerando a variável ambiental.

Público-alvo:Pesquisadores, extensionistas e demais atores da cadeia produtiva do biodiesel de pinhão-manso no Brasil.

Objetivo e Escopo – ACV biodiesel de pinhão-manso

Sistema de produto: Compreende a mistura B5 entre éster etílico de pinhão-manso e diesel de petróleo.

Função: Transportar carga por modal rodoviário, em veículo movido a biodiesel B5 de pinhão-manso.

Unidade funcional (UF): Transportar 1,0 t de carga ao longo de 1000 km por modal rodoviário, em veículo movido a biodiesel B5 de pinhão-manso.

Fluxo de Referência: 10,78 kg de biodiesel B5 de pinhão-manso.

Fronteiras: abordagem cradle-to-grave.


Fronteiras do sistema:

Método de AICV: CML, baseline 2000.

Categorias de impacto: Depleção Abiótica; Acidificação; Eutrofização; Potencial de Aquecimento Global; Toxicidade Humana; Ecotoxicidade Terrestre.

Cobertura temporal: 2006 a 2010.

Cobertura geográfica: regiões produtoras brasileiras.

Cobertura tecnológica: para a produção de grãos de pinhão-manso optou-se por um modelo que compreendeu os sistemas manual e mecanizado praticados no Cerrado brasileiro, para pequena e média escalas de produção.


Cobertura tecnológica: na etapa de extração de óleo, foram considerados os processos mecânico e misto.

O processo mecânico foi modelado a partir de uma planta de pequena escala (400 kg de grãos secos/h). As etapas de processamento incluem: aquecimento dos grãos, em unidade movida a GLP; extração por prensagem contínua, em extratora radial tubular; e filtragem em filtro-prensa de placas.

O processo misto foi retratado por uma unidade de médio porte (5000 kg grãos/h) e compreende a extração mecânica, em extratora tipo “expeller”, seguida de extração química, com hexano.


Completude: foram incluídos no ICV apenas aspectos ambientais cujos dados pudessem ser validados por mecanismos de aferição ou confrontados com informações da literatura científica ou de especialistas.

Para as etapas industriais do ciclo de vida, a infraestrutura das usinas de produção de óleo de pinhão-manso, etanol e biodiesel foi incluída nos inventários.

O conjunto de dados é considerado representativo, consistente e reproduzível para o padrão atual de desenvolvimento da cadeia produtiva do biodiesel de pinhão-manso no Brasil.


Quanto ao tipo e à fonte de obtenção de dados, as entradas de insumos agrícolas na produção de grãos de pinhão-manso foram modeladas a partir de dados secundários coletados em fontes bibliográficas adequadas e atuais (SILVA, 2006; DIAS et al., 2007), bem como por meio de consulta a especialistas (LAVIOLA, 2009).Dados referentes ao consumo de recursos naturais; à produção de insumos agrícolas; à extração e refino de petróleo para obtenção de petrodiesel; e à geração e transporte de energia elétrica advêm da Base de Dados Internacional Ecoinvent (versão 2.2), com adaptações para as condições nacionais.Já os dados de emissões, foram estimados com base em modelos disponíveis em literatura científica (HAUSCHILD, 2000; CANALS, 2003; PARAÍBA et al. 2003; PARAÍBA & MIRANDA, 2003; IPCC, 2006; NEMECEK & KÄGI, 2007; SCHMIDT, 2007).


Nas etapas industriais e de uso do biocombustível, as correntes de entrada e saída foram determinadas a partir de parâmetros técnicos obtidos junto a fornecedores de equipamentos e especialistas (FERRARI, 2009; ANTONIASSI, 2011) e à literatura especializada (POETSH, 2006; SARTORI, 2007; SCHMIDT, 2007; TAPANES, 2008; TRINIDAD et al., 2009; WHITAKER, 2009; 2010). Os inventários da produção e transporte de cana-de-açúcar e da produção de etanol para as condições brasileiras foram gerados por Kulay et al. (2011).Alocação: a glicerina foi considerada como coproduto do processo de transesterificação. Adotou-se, como critério de alocação de cargas ambientais, o Poder Calorífico Inferior (PCI), que para o éster etílico de pinhão-manso foi de 38,43 GJ/t, e para a glicerina, de 15,84 GJ/t.


Premissas (quanto à produção de grãos de pinhão-manso):a) A densidade da cultura de pinhão-manso é de 1250 plantas/ha;b) A longevidade produtiva da cultura é de 20 anos;c) A produtividade média anual é de 1700 kg de grãos secos/ha;d) Sistemas de produção de grãos de pinhão-manso sem irrigação;e) As distâncias entre os entrepostos comerciais e as fazendas são de

70 km e de 100 km para os sistemas manual e mecanizado, respectivamente.

f) O CO2 sequestrado da atmosfera durante o crescimento das plantas de pinhão-manso foi computado como fluxo elementar de entrada do sistema de produto.

g) As cascas externas e o córtex, bem como a torta resultante da extração de óleo, neste modelo, são considerados como resíduos sólidos...


Premissas ...

• Produção de óleo de pinhão-manso

• Produção de cana-de-açúcar

• Produção de etanol

• Produção de biodiesel

• Produção de petrodiesel


Modelagem do sistema de produção de grãos mecanizado

Práticas eventuaisDESBASTE OU REPLANTIO? (manual)

Práticas anuais ou rotineirasCALAGEM + ADUBAÇÃO (localizadas; mecanizadas)ADUBAÇÃO FOLIAR + TRATAMENTO FITOSSANITÁRIO (localizados; mecanizados)PODA DE PRODUÇÃO (manual)COLHEITA (manual)CONTROLE DE PLANTAS DANINHAS (aplicação de herbicida localizada e manual; roçagem mecanizada)CONTROLE DE FORMIGAS (localizado; manual)

PREPARO DE MUDAS(manual)

PLANTIO(espaçamento 4x2m; por mudas; manual)

CONTROLE DE PLANTAS DANINHAS(localizado; manual)

GRADAGEM(mecanizada)

ARAÇÃO (mecanizada)

GRADAGEM (mecanizada)

...

ADUBAÇÃO DE COBERTURA(localizada; manual; 25-30 dias após o plantio)

CONTROLE DE FORMIGAS(localizado; manual)

CALAGEM E ADUBAÇÃO(localizadas; mecanizadas)

CALAGEM (na área total) (mecanizada)

SULCAMENTO (mecanizado)

CalcárioDiesel

Mudas

Formicida

Adubo formulado

Calcário, adubo formulado, diesel

FrutosHerbicida, diesel

Formicida

IMPLANTAÇÃO

... CONDUÇÃO

Diesel

Diesel

Diesel

CalcárioAdubo formuladoDiesel

Herbicida

Restos de poda?

Diesel

Restos vegetais?Mudas?

Adubo foliar, inseticida/ acaricida, fungicida, diesel

Modelagem do sistema de produção de grãos mecanizado

EMBALAGEM (manual)

DEBULHAMENTO (mecanizado)

...

COLHEITA(manual)

SECAGEM DOS FRUTOS (solar)

ARMAZENAGEM

Frutos

Frutos secos

Energia elétrica

Grãos secos

Cápsulas ou cascas

Grãos secos (ensacados)

Sacos de ráfia

Modelagem...

• Produção de grãos de pinhão-manso pelo sistema manual

• Produção de óleo de pinhão-manso





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Inventário da produção de biodiesel de pinhão-manso

Produtos Biodiesel de pinhão-manso (etílico), na planta, BR 1 kg

Materiais/combustíveis Óleo de pinhão-manso (processo misto), na planta, BR 7,60E-01 kg Óleo de pinhão-manso (processo mecânico), na planta, BR 2,30E-01 kg Etanol, 95% em H2O, de melaço de cana-de-açúcar, na planta, São Paulo, BR 1,75E-01 kg Etanol, 95% em H2O, de melaço de cana-de-açúcar, na planta, Paraná, BR 2,20E-02 kg Metóxido de sódio, na planta, BR 7,90E-03 kg Hidróxido de sódio, mistura de produção, na planta, RNA 5,24E-03 kg Água encanada, para uso, RER 3,85E-03 kg Planta de esterificação de óleo vegetal, CH 8,00E-09 p Transporte (óleo de pinhão-manso), carga>32t, EURO3, RER 1,48E-01 tkm Transporte (etanol de cana-de-açúcar), carga>32t, EURO3, RER 2,95E-02 tkm

Eletricidade/calor Eletricidade, média voltagem, na rede, BR 2,57E-07 kwh

Emissões para o ar Particulados 5,12E-07 kg Dióxido de enxofre 4,74E-07 kg Monóxido de carbono 1,56E-05 kg Óxidos de nitrogênio 7,17E-05 kg

Resíduos para tratamento Tratamento, esgoto, residencial, para tratamento de águas residuais, classe 2, CH 4,49E-03 L Tratamento, esgoto, para tratamento de águas residuais, classe 1, CH 8,60E-04 L

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Inventário da produção de óleo de pinhão-manso

Produtos Óleo de pinhão-manso (processo misto), na planta, BR 1 kg

Recursos naturais Água, origem natural não especificada 2,55E-03 m3

Materiais/combustíveis Grãos de pinhão-manso (sistema mecanizado), na fazenda, BR 2,48E+00 kg Grãos de pinhão-manso (sistema manual), na fazenda, BR 7,56E-01 kg Hexano, na planta, RER 1,17E-03 kg Toras, mistura, queimadas em fornalha 100kW, CH 6,99E+00 mj Planta de extração de óleo, CH 7,64E-10 p Transporte (grãos de pinhã-manso, sistema mecanizado), carga>32t, EURO3, RER 1,14E-01 tkm Transporte (grãos de pinhã-manso, sistema manual), carga 3,5-7,5t, EURO3, RER 3,48E-02 tkm

Eletricidade/calor Eletricidade, baixa voltagem, na rede, BR 6,98E-03 kwh

Emissões para o ar Hexano 6,77E-04 kg

Resíduos para tratamento Farelo de pinhão-manso 2,24E+00 kg

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Inventário da produção de grãos de pinhão-manso ...Produtos

Grãos de pinhão-manso (sistema mecanizado), na fazenda, BR 1 kg Recursos naturais

Água, processo, origem natural não especificada 8,23E-04 m3 Dióxido de carbono, no ar 3,81E-01 kg Transformação, de agricultura heterogênea 2,94E-05 ha Transformação, para cultura permanente 2,94E-05 ha Ocupação, cultura permanente 2,94E-05 ha a

Materiais/combustíveis Mudas de pinhão-manso, na fazenda, BR 4,04E-02 p Calcário, moído, embalado,na planta, CH 1,94E-01 kg Ureia, como N, no entreposto comercial regional, RER 7,24E-02 kg Superfosfato simples, como P2O5, no entreposto comercial regional, RER 3,47E-02 kg Cloreto de potássio, como K2O, no entreposto comercial regional, RER 5,68E-02 kg Ácido bórico, anidro, pó, na planta, RER 3,62E-04 kg Monossulfato de zinco, ZnSO4.H2O, na planta, RER 3,62E-04 kg Sulfato de cobre 3,62E-04 kg Enxofre 3,62E-04 kg Glifosato, no entreposto comercial regional, RER 5,61E-04 kg Inseticidas, no entreposto comercial regional, RER 1,87E-03 kg Fungicidas, no entreposto comercial regional, RER 1,26E-03 kg Formicida (com fipronil) 1,10E-03 kg Espalhante adesivo [com nonil fenoxi poli (etilenoxi) etanol] 1,23E-03 kg Polipropileno, granulado, na planta, RER 4,59E-03 kg Petrodiesel, na refinaria, BR 6,60E-02 kg

Eletricidade/calor Eletricidade, baixa voltagem, na rede, BR 8,34E-03 kwh

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... Inventário da produção de grãos de pinhão-manso

Emissões para o ar Amônia 7,25E-03 kg Dióxido de carbono 9,25E-02 kg Dióxido de carbono, fóssil 2,15E-01 kg Dióxido de carbono, transformação da terra 1,58E-01 kg Dióxido de enxofre 6,67E-05 kg Metano 4,83E-04 kg Metano, fóssil 8,52E-06 kg Óxidos de nitrogênio 2,96E-03 kg Óxido nítrico 1,49E-03 kg

Emissões para águas subterrâneas Nitrato 2,17E-02 kg

Emissões para o solo Arsênico 8,44E-07 kg Cádmio 8,81E-06 kg Chumbo 2,75E-06 kg Cobalto 3,04E-07 kg Cobre 9,67E-05 kg Cromo 4,99E-07 kg Fosfato 2,37E-03 kg Mercúrio 2,77E-07 kg Níquel 1,22E-05 kg Selênio 4,92E-07 kg Zinco 1,66E-04 kg

Resíduos para tratamento Cascas de grãos de pinhão-manso 5,36E-01 kg

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Inventários...





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Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida do uso em transporte rodoviário do biodiesel de pinhão-manso

AICV é a fase que possibilita a compreensão e a avaliação da magnitude e significância dos impactos ambientaispotenciais de um sistema de produto.

AICV

Classificação: enquadramento dos aspectos ambientais inventariados nas diferentes categorias de impactos ambientais.

Caracterização: aplicação dos fatores de caracterização, que devem refletir a contribuição relativa de um resultado de ICV para uma categoria de impacto.

AICV

AICV – Fatores de caracterização (CML, 2000)

Normalização: procedimento realizado para mostrar em que extensão uma categoria de impacto tem uma contribuição significativa ao problema ambiental global.

É feita dividindo-se os indicadores de impacto ambiental por um valor “Normal”. O procedimento mais comum é determinar os indicadores de categoria de impacto para uma região e durante um ano e, se desejado, dividir esteresultado pelo número de habitantes nesta área.

Os softwares de apoio à ACV permitem a edição de dados e pesos de normalização.

AICV

AICV – Fatores de normalização (CML, 2000)

Agrupamento e priorização: para se evitar a ponderação, buscando-se facilitar a interpretação de resultados, osindicadores de categoria de impacto podem ser agrupados(aqueles que apresentam características comuns) e priorizados (por painel de especialistas)

Avaliação de danos: corresponde a um agrupamento feitoem alguns métodos de AICV. Os indicadores de categoriasão aproximados a um, de três endpoints (recursos, qualidade de ecossistemas, saúde humana), para obteruma melhor relevância ambiental.

AICV

Ponderação: é a etapa mais controversa da AICV. Pode ser feita por um painel de especialistas; com base em “distance-to-target”; monetarização ou outros critériosOs softwares de apoio à ACV permitem a escolha de pesos de ponderação

AICV

AICV - CML

AICV - ReCiPe

AICV

Apesar do B5 ser composto por 95% de petrodiesel e por apenas 5% de biodiesel, para todas as categorias de impacto ambiental avaliadas, excluindo-se a Depleção Abiótica, o processo de produção do biodiesel B100 foi o mais impactante, respondendo por mais de 90% dos respectivos impactos em todas as categorias, exceto Depleção Abiótica e Potencial de Aquecimento Global.

Para as categorias Ecotoxicidade Terrestre e Toxicidade Humana, o processo de produção de cana-de-açúcar e emissão de Diuron, foram importantes.

Interpretação – ACV biodiesel de pinhão-manso

Também para a Acidificação, os processos de produção de cana-de-açúcar, enxofre secundário, ácido sulfúrico, operações de transporte e produção de grãos de pinhão-manso, nesta ordem, e as substâncias amônia, dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio, foram os mais impactantes.

Para a categoria Eutrofização, destacaram-se os processos de produção de cana-de-açúcar, superfosfato simples, disposição de resíduos agrícolas, e produção de grãos de pinhão-manso; substâncias amônia e óxidos de nitrogênio, emitidos para o ar, e fosfato, emitido para a água.


Já quanto à Depleção Abiótica, o grande consumo de petrodieselimplicado na mistura do B5 fez com que o seu processo de produção (do petrodiesel) fosse o mais influente para essa categoria, respondendo por 59,6% desse impacto. O processo de produção de biodiesel B100, entretanto, também contribuiu grandemente para a depleção de recursos fósseis, respondendo por 40,4% do impacto.


Para a categoria Potencial de Aquecimento Global, a fase de produção de biodiesel B100 foi a mais impactante, tendo as fases de uso do biodiesel B5 e de produção de petrodieselcontribuições menores (14,4% e 8,29%, respectivamente). Este impacto foi gerado principalmente pelos processos de produção de etanol; e pelos processos de produção de cana-de-açúcar, operações de transporte e geração de energia hidrelétrica, todos processos componentes do primeiro. Estes foram responsáveis pela emissão de CO2 originado da queima de combustíveis fósseis (ocorrido principalmente na etapa agrícola de produção e no transporte da cana-de-açúcar); de N2O e de metano biogênico (ambos gerados na etapa agrícola – 99%).


• Inexistência de bancos de dados nacionais de ICV

• Inexistência de métodos de avaliação de impacto ambiental adequados às condições brasileiras

Limitações para o uso da ACV no Brasil

Agradecimentos

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Avaliação de Ciclo de Vida - Embrapa Cerrados...um sistema de produto ao longo do seu ciclo de vida” (ABNT NBR ISO 14040: 2009) Definições “Processo para avaliar as cargas