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Profª. Drª Simone de Fátima Pinheiro Pereira
Prof. Dr. Heronides Adonias Dantas Filho
Profª Drª. Kelly das Graças Fernandes Dantas.
2
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
FACULDADE DE QUÍMICA
Disciplina: QUÍMICA AMBIENTAL
Pré-requisito: QUÍMICA GERAL
Carga Horária: 60 horas
Crédito: 04 (quatro)
SÚMULA
A química ambiental explora a relação entre a química e o meio ambiente do ponto de
vista químico. Uma nova abordagem e estrutura didática alternativa tornam a aprendizagem
mais flexível. A disciplina aborda novos problemas ambientais na perspectiva mundial
como o efeito estufa, a contaminação do ambiente pelo mercúrio e tenta relacioná-los com
os problemas regionais. A disciplina foi estruturada em cinco partes: ar e energia,
substâncias tóxicas, água e contaminação de solos e sedimentos por resíduos tóxicos e
concluindo uma visualização sobre o cenário futuro da química ambiental na Amazônia. Os
capítulos serão abordados de forma individual e independente sem perder de vista o
contexto geral. A bibliografia recomendada abrange os tópicos propostos e a bibliografia
complementar aborda alguns assuntos de suma importância para a química ambiental e que
requerem um estudo mais específico de seu conteúdo.
3
SUMÁRIO Pág.
CAPÍTULO 1 - QUÍMICA ATMOSFÉRICA
1.1. - Regiões da atmosfera 8
1.2. - Unidades de concentração ambiental para gases 11
1.3. - A camada de ozônio 12
1.3.1. - A química da camada de ozônio 13
1.3.2. - A dissociação das moléculas de ozônio 18
1.3.3. - O buraco de ozônio e outros locais de depleção de ozônio 20
1.3.4. - As substâncias químicas que causam destruição de ozônio 23
1.3.5. - Consequências biológicas da redução de ozônio na estratosfera 28
1.4. - Química e poluição atmosférica 31
1.4.1. - Unidades de concentração para contaminantes atmosféricos 38
1.4.2. - Ozônio urbano: O fenômeno do smog fotoquímico 39
1.4.3. - Particulados na poluição do ar, controle do NOx e SO2 41
1.4.4. - Chuva ácida 46
1.4.5. - Os efeitos da chuva ácida sobre os ecossistemas e a saúde 51
1.4.6. - Poluição dos veículos 60
1.5. - O efeito estufa, aquecimento global e mudanças climáticas 62
1.5.1. - O mecanismo do efeito estufa 64
1.5.2. - Os gases que provocam o efeito estufa 67
1.5.3. - Emissões de CO2, e suas conseqüências ambientais 68
1.5.4. - Outras substâncias que afetam o aquecimento global 74
1.5.5. - Dados sobre o aquecimento global 77
1.5.6. - Medidas para a redução das emissões de gases de efeito estufa 81
1.6. - Recursos energéticos - Fontes Alternativas de Energia 84
1.6.1. - Energia hidrelétrica 86
1.6.2. – Álcool 88
1.6.3. - Energia nuclear 90
1.6.4. - Energia solar 92
4
Pág.
1.6.5. – Biogás 95
1.6.6. – Biodiesel 96
1.6.7. - Energia eólica 101
1.7. - Resolução 382-06 CONAMA - Limites máximos de emissão de
poluentes atmosféricos
104
1.8. - Problemas selecionados da química atmosférica
108
CAPÍTULO 2 - QUÍMICA DA ÁGUA
2.1. - As águas naturais 114
2.1.1. - A molécula da água 115
2.1.2. - O ciclo hidrológico 120
2.1.3. - Águas subterrâneas, do mar, dos rios e lagos 123
2.1.4. - Disponibilidade de recursos hídricos no mundo e no Brasil 126
2.1.5. - Química de oxidação-redução em águas naturais 131
2.1.6. - O nitrogênio em águas naturais 134
2.1.7. - A química ácido-base em águas naturais 138
2.1.8. - O alumínio em águas naturais 147
2.2.9. - Parâmetros de qualidade da água 149
2.2. - A purificação da água poluída 165
2.2.1. - A contaminação de águas superficiais e subterrâneas 167
2.2.2. - A purificação da água potável 172
2.2.3. - Carbono ativado 176
2.2.4. - Mecanismo de produção de clorofórmio em água potável 178
2.2.5. - A contaminação de águas de superfície através de nutrientes 180
2.2.6. - O tratamento de águas residuárias e esgoto 184
2.2.7. - O tratamento do cianeto em águas residuárias de mineração 195
2.2.8. - Oxidação da amônia e uso de métodos de oxidação avançados 200
2.3. - Resolução 357-05 CONAMA - Classificação de rios e Portaria
518-04 do MS (Padrões de potabilidade)
204
2.4. - Problemas selecionados da química da água 215
5
CAPÍTULO 3 - QUÍMICA DO SOLO
Pág.
3.1. - Formação do solo 221
3.1. - Resíduos tóxicos e a contaminação de solos 224
3.2. - A natureza dos resíduos tóxicos 227
3.3. - Substâncias tóxicas 229
3.3.1. - Substâncias orgânicas 229
3.3.1.1.- Pesticidas 230
3.3.1.2.- Inseticidas organoclorados 232
3.3.1.3.- A história do DDT 234
3.3.1.4.- Princípios de toxicologia 236
3.3.1.5.- Outros tipos de inseticidas modernos 238
3.3.1.6.- Herbicidas 240
3.3.1.7.- PCBs 241
3.3.1.8.- O efeito da dioxina, furano, e PCBs sobre a saúde humana 243
3.3.1.9.- Hidrocarboneto polinuclear aromático (PAH) 244
3.4. – Problemas selecionados de Química do Solo 245
CAPÍTULO 4 - CENÁRIO FUTURO
4.1. - O futuro da química ambiental, a química verde 250
4.2. - Biotecnologia aplicada na preservação ambiental 253
4.2.1. - Biorremediação de ambientes contaminados 259
4.2.2. - Fitorremediação de ambientes contaminados 268
4.3.3. - Biofiltros, plásticos biodegradáveis
4.3.4 – Problemas selecionados do Capítulo cenário futuro
277
REFERÊNCIAS 279
6
7
8
PROFª. DRª. SIMONE DE FÁTIMA PINHEIRO PEREIRA
9
1.1. - Regiões da atmosfera tmosfera é uma fina camada que envolve alguns planetas, composta basicamente
por gases e poeira, retidos pela ação da força da gravidade. Podemos definir-la
como sendo uma fina camada de gases sem cheiro, sem cor e sem gosto, presa a
Terra pela força da gravidade.
Visto do espaço, o planeta Terra aparece como uma esfera de coloração azul
brilhante. Esse efeito cromático é produzido pela dispersão da luz solar sobre os gases
atmosféricos. Outros planetas do sistema solar também possuem atmosfera. Não existe um
limite definido entre o espaço exterior e a atmosfera, presume-se que esta tenha cerca de
mil quilômetros de espessura, 99 % da densidade está concentrada nas camadas mais
inferiores, cerca 75 % está numa faixa de 11 km da superfície, à medida que se vai subindo,
o ar vai se tornando cada vez mais rarefeito perdendo sua homogeneidade e composição.
Na exosfera, zona em que foi arbitrado limítrofe entre a atmosfera e o espaço
interplanetário, algumas moléculas de gás acabam escapando à ação do campo
gravitacional.
O estudo da evolução térmica segundo a altitude revelou a existência
de diversas camadas superpostas, caracterizadas por comportamentos
distintos, como sua densidade vai diminuindo gradualmente com o aumento
da altitude, os efeitos que a pressão atmosférica exerce também diminuem
na mesma proporção (Internet 1, 2011).
Quanto mais próxima do solo, mais concentrados são os gases
que formam a atmosfera e quanto mais alto, ela vai ficando mais
diluída (Figura 1). Na realidade, não existe um limite ou fronteira no
final da atmosfera, ela vai ficando cada vez mais tênue, até que
praticamente deixa de existir. A pressão atmosférica depende do
número de partículas que chocam com as paredes de uma superfície.
Dessa forma, a pressão atmosférica que depende diretamente da
concentração dos gases diminui com a altitude (Internet 2, 2011).
Outras propriedades físicas também se modificam ao longo da atmosfera. Bastante
característica é a variação de temperatura. Inicialmente, ela vai diminuindo conforme
A
A atmosfera se inicia sobre o solo e oceanos e acaba no espaço
10
aumentamos a altitude. Posteriormente ela volta a aumentar com a altitude e depois inverte
novamente. A variação de temperatura é resultado de interações entre moléculas e energia,
que ocorrem de forma diversa nas diferentes alturas.
Figura 1. Camadas da atmosfera
Fonte: Adaptado de mynasadata.larc.nasa.gov.
Para facilitar o estudo dos fenômenos que acontecem na atmosfera, ela foi
dividida em camadas. E essas camadas são definidas pelas inversões nas
variações de temperatura. A troposfera é a camada mais próxima do solo e
sua altura chega até próximo de 12 km e concentra 85 % da massa da
atmosfera. É nesta camada que ocorrem os fenômenos climáticos (chuvas,
formação de nuvens, relâmpagos).
Segundo Manahan (2000) quase todos os gases liberados no ar, sejam eles
substâncias “naturais” ou “poluentes”, são totalmente oxidados e seus
produtos finais ao longo do tempo são depositados na superfície da terra.
Uma das principais características é que ela é um ambiente oxidante, fenômeno que se
explica pela presença de alta concentração de oxigênio diatômico, O2. Os aviões de transporte de cargas e passageiros voam nesta camada a cerca de 8 km
de altitude, o pico mais alto do planeta, o monte Everest, chega a 9 km de altitude. As
É na troposfera que ocorre a
poluição do ar.
11
temperaturas nesta camada podem variar de 40 °C até -60 °C. Quanto maior a altitude
menor a temperatura.
Depois, inicia-se a estratosfera, onde está situada a
famosa camada de ozônio. A estratosfera contém
aproximadamente 19,9 % da massa total da atmosfera. A
estratosfera compreende a região entre 12 e 50 km de
altitude, onde ocorrem reações vitais para a conservação
da camada de ozônio. As temperaturas variam de -5 °C a
-70 °C. Na estratosfera localiza-se a camada de ozônio,
que funciona como uma espécie de filtro natural do
planeta Terra, protegendo-a dos raios ultravioletas do Sol. Aviões supersônicos e balões de
medição climática podem atingir esta camada. A estratosfera é definida como a região
situada entre as altitudes nas quais a temperatura tende a apresentar inversões. A altura
exata na qual termina a troposfera e começa a estratosfera varia com a estação e com a
latitude (Baird, 2002).
A mesosfera tem início no final da estratosfera e vai até 80 km acima do solo. A
temperatura na mesosfera varia entre -10 °C até -100 °C. A temperatura é extremamente
fria, pois não há gases ou nuvens capazes de absorver a energia solar. Nesta camada ocorre
o fenômeno da aeroluminescência.
A termosfera tem início no final da mesosfera e vai até 500 km do solo. É a camada
atmosférica mais extensa. É uma camada que atinge altas temperaturas, pois nela há
oxigênio atômico, gás que absorve a energia solar em grande quantidade. As temperaturas
na termosfera podem atingir os 1.000 °C.
Exosfera é a camada que antecede o espaço sideral. Vai do final da termosfera até
800 km do solo. Nesta camada as partículas se desprendem da gravidade do planeta Terra.
As temperaturas podem atingir 1.000 °C. É formada basicamente por metade de gás hélio e
metade de hidrogênio. Na exosfera ocorre o fenômeno da aurora boreal e também
permanecem os satélites de transmissão de informações e também telescópios espaciais
(Internet 3, 2011).
Para efeitos deste livro serão discutidos apenas os fenômenos relacionados à
estratosfera e troposfera.
12
1.2. - Unidades de concentração ambiental
para gases concentração dos componentes gasosos são geralmente expressos como o
volume do analito/volume total da amostra e leitura direta. Muitos instrumentos
são calibrados nessas unidades. Geralmente a concentração dos gases em
química atmosférica é dada em moléculas por centímetro cúbico. A concentração relativa é
expressa em: fração molar -"parte por milhão, bilhão, trilhão" valores ppm, ppb, ppt - para
gases, esta unidade de concentração relativa expressa o número de moléculas de um
poluente (i.e., o "soluto" em linguagem química) que estão presentes em um milhão ou
bilhão ou trilhão de moléculas no ar.
Para medir partículas em suspensão, unidades alternativas com base na massa do
analito/volume total pode ser utilizado tanto para gases e material particulado, como para
concentrações típicas. Pode ser expressa da seguinte forma: g.m-3 para atmosfera superior
e mg.m-3 para atmosfera inferior.
A conversão entre ppm e mg.m-3 é feita usando a seguinte relação que requer a massa
molecular relativa do composto e o volume molar do gás, (para uma conversão aproximada
isso pode ser considerado como sendo 24,0 litro para todos os gases a 20 ºC e 1 atm de
pressão).
Concentração (ppm) = Concentração (mg.m-3) x 24,0
Massa molecular relativa
Outras medidas:
A camada de ozônio é medida em unidade Dobson
Uma unidade Dobson (UD) equivale à espessura de 0,01 mm (0,001 cm) de ozônio puro
com a densidade que ele possuiria se estivesse submetido à pressão do nível do mar (1
atm) e 0 oC de temperatura (Baird, 2002).
A
13
1.3. - A camada de ozônio camada de ozônio é a região da estratosfera que
protege a Terra contra os efeitos nocivos da
radiação ultravioleta da luz solar, impedindo que
tal radiação chegue à superfície e cause danos a humanos e
outras formas de vida (Figura 2).
Na rarefeita estratosfera, na faixa dos 25 mil metros,
logo acima da altitude do cruzeiro dos aviões supersônicos,
paira ao redor da Terra uma tênue camada de um gás muito
importante no equilíbrio ecológico do planeta: o Ozônio. O ozônio é um gás de fórmula
molecular O3, presente em pequenas concentrações em toda atmosfera. A quantidade deste
gás é ínfima se considerarmos a composição de toda a atmosfera, e o tempo de vida de suas
moléculas, em constante processo de formação e dissociação, extremamente curto.
Paradoxalmente, é nessa existência efêmera que reside o papel fundamental do ozônio na
manutenção da vida.
Lá, a molécula de oxigênio atmosférico mais abundante,
absorve uma parte das radiações ultravioleta, UV, proveniente
do sol, e se quebra em dois átomos livres de oxigênio, que
imediatamente se reagrupam com moléculas de O2 para formar
ozônio (O3). A instável molécula de ozônio, por sua vez,
absorve outra parte das radiações UV e se quebra novamente
em O2 e O, reiniciando o ciclo. A quantidade de ozônio em
latitudes onde predominam climas temperados é de 350 DU;
trópicos 250 DU, regiões subpolares 450 DU. Nessas reações, a
chamada camada de ozônio absorve a maior porção daquela faixa de invisíveis radiações,
evitando assim que atinjam os seres vivos que habitam a superfícies. Assim como o Efeito
Estufa, também este é um fenômeno atmosférico natural, apropriado à sobrevivência das
atuais formas de vida que, de outro modo só seria possível debaixo das rochas e em águas
profundas. Os seres vivos se encontram estreitamente condicionados a uma filtragem
permanente daquela faixa de radiação solar (Internet 4, 2011).
A
14
Figura 2. Variação da concentração de ozônio e temperatura com a altitude
Fonte: Adaptado de Baird, 2002.
A produção de ozônio alcança um máximo onde o produto da intensidade da radiação
UV-C e concentração de O2 é máximo. Essa densidade máxima de ozônio acontece acerca
de 25 km sobre áreas tropicais, de 21 km sobre latitudes intermediárias, e de 18 km sobre
regiões subárticas. Consequentemente, a maioria do ozônio é localizada na região entre 15
e 35 km, nas camadas inferiores e médias da estratosfera, conhecida informalmente como a
camada de ozônio (Figura 3).
1.3.1. - A química da camada de ozônio O sol emite o espectro da radiação eletromagnética, parte desta radiação chega ao
planeta. Radiação solar é a designação dada à energia radiante emitida pelo Sol, em
particular aquela que é transmitida sob a forma de radiação eletromagnética. Cerca de
metade desta energia é emitida como luz visível na parte de frequência mais alta do
espectro eletromagnético e o restante na do infravermelho próximo e como radiação
15
ultravioleta. A radiação solar fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5 x 1018 kWh
de energia (Spiro & Stigliani, 2009).
Figura 3. Intensidade da radiação UV e parte da região visível
Fonte: Adaptado de Baird, 2002.
O espectro eletromagnético (Figura 4) é o intervalo completo da radiação
eletromagnética que contém as ondas de rádio, as microondas, o infravermelho, os raios X,
a radiação gama, os raios violeta e a luz visível ao olho humano. De forma geral, os vários
tipos de ondas eletromagnéticas diferem quanto ao comprimento de onda, fato esse que
modifica o valor da freqüência, e também da forma com que elas são produzidas e
captadas, ou seja, de qual fonte elas originam e quais instrumentos são utilizados para que
se possa captá-las. No entanto, todas elas possuem a mesma velocidade, ou seja, v = 3,0 x
108 m/s e podem ser originadas a partir da aceleração de cargas elétricas.
O espectro da luz visível vai de 400 nm (luz violeta) a cerca de 750 nm (luz
vermelha), nesta faixa se encontram as radiações que podemos ver, um exemplo do
espectro na natureza é o arco-íris. Um arco-íris aparece quando a luz branca do sol é
interceptada por uma gota d'água da atmosfera (Spiro & Stigliani, 2009).
16
Figura 4. O espectro eletromagnético
Fonte: Adaptado de antonine-education.co.uk, 2011 e arpansa.gov.au, 2011.
Parte da luz é refratada para dentro da gota, refletida no seu
interior é novamente refratada para fora da gota. A luz branca é
uma mistura de várias cores. Quando a luz atravessa uma
superfície líquida - no caso, a gota da chuva - ou sólida
(transparente), a refração faz aparecer o espectro de cores: violeta,
anil, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Mas o arco-íris não
existe realmente. Ele é uma ilusão de ótica cuja posição aparente
depende da posição do observador. Todas as gotas de chuva
refratam e refletem a luz do sol da mesma forma, mas somente a luz de algumas delas
chega ao olho do observador. Mas o arco-íris não existe realmente. Ele é uma ilusão de
ótica cuja posição aparente depende da posição do observador (Internet 5, 2011).
17
A radiação infravermelha (IR) está acima de 750 nm. A radiação infravermelha na
atmosfera, é a responsável pelo efeito estufa aquecendo assim a superfície da Terra e
camada inferior da atmosfera, graças ao efeito estufa foi possível o desenvolvimento da
vida no planeta. A radiação ultravioleta (UV) vai de 50 a 400 nm (1 nm = 10-9m) e é a
radiação que é filtrada pela camada de ozônio. A região do espectro eletromagnético
ambientalmente importante é a faixa que vai de 200-400 nm (Baird, 2002).
O oxigênio molecular O2 absorve radiação entre 70 e 250 nm, sendo assim, é o
responsável pela absorção de parte da radiação UV-C. Acima da estratosfera a
concentração de moléculas de O2 é tão pequena que a maioria do O2 está presente na forma
atômica devida ação da radiação UV-C. Na estratosfera a intensidade de radiação UV-C é
menor e a concentração de O2 é maior. Devido a este fato grande parte do oxigênio atômico
formado em menor quantidade na estratosfera tende a colidir com O2 não dissociado.
Moléculas seletivamente absorvem luz, a radiação ultravioleta compreendida entre
220 e 320 nm é absorvida principalmente por moléculas de ozônio, que se distribui pela
estratosfera. Então o O3, auxiliado em menor extensão pelo O2, é responsável pela absorção
de toda a radiação UV-C e parte da UV-B.
A faixa da radiação UV-C vai de 200 a 280 nm. O O2 acima da estratosfera filtra a
maior parte da radiação UV de 120 a 220 nm; o restante da luz nessa região é filtrada pelo
O2 da estratosfera. Além do O2 presente na estratosfera outros constituintes do ar como o
N2 filtram a radiação UV que fica abaixo de 120 nm. Dessa maneira radiações UV menores
que 220 nm não atingem a superfície terrestre, as radiações entre 220 e 240 nm são
absorvidas em parte pelo O2. A faixa da radiação que vai de 220 a 320 nm são absorvidas
pelas moléculas de ozônio, O3, que estão espalhadas pela média e baixa estratosfera
(Dessler, 2000).
O ozônio auxiliado pelo O2 filtra toda a radiação UV na faixa de 220 a 290 nm que se
sobrepõe a região de 200 a 280 nm (UV-C); na faixa de 290 a 320 nm pode absorver apenas
uma fração da luz, de 10 % a 30 % dessa radiação chega à superfície da terra. Portanto, não
é totalmente efetivo como filtro na região de 280 a 320 nm (UV-B).
A faixa da radiação UV-A vai de 320 a 400 nm, como nem o O2 nem o O3 absorvem
nesta faixa de comprimento de onda a maior parte desta radiação chega à superfície da
18
terra. Este é o tipo menos prejudicial do ponto de vista biológico da radiação UV. O NO2
absorve este tipo de radiação, mas se encontra em baixas concentrações (Baird, 2002).
A reação fotoquímica que ocorre quando a radiação UV entra em contato com o
oxigênio é dada pela equação; E = h ou E = hc / λ sendo λ = c
Onde h é a constante de Planck (6,626218 x 10-34 J s) e c é a velocidade da luz (2,997925 x
108 m s-1). hc é 119.627 kJ mol-1 nm. Quanto mais curto o comprimento de onda da luz
maior será a energia transferida à matéria quando absorvida.
O2 2 O ΔHo = 495 kJ mol-1 Oxigênio diatômico oxigênio atômico
Calculando o valor do comprimento de onda tem-se;
λ = 119.627 kJ mol-1 nm / 495 kJ mol-1 = 241 nm (UV-C 200-280)
Qualquer molécula de O2 que absorva um fóton de luz de 241 nm ou menos terá um
excedente de energia suficiente para se dissociar. O2 + fóton UV (l < 241 nm) 2 O
Quando uma reação é iniciada por energia em forma de luz ela é chamada de reação
fotoquímica (Figura 5).
Figura 5. O processo de formação do ozônio
Fonte: Pereira, 2011.
19
Reação de criação do O3
O2 + fóton (λ < 241 nm) O2* 2 O
ou O2 + calor
O + O2 O3 + calor
Esta reação representa a origem de todo o ozônio da estratosfera. O3 não é o gás de
maior abundância ou até mesmo a espécie dominante de oxigênio; sua concentração
relativa nunca excede 10 ppm. Assim o termo "camada de ozônio" é inapropriado. Talvez
“tela de ozônio” seria um termo mais conveniente. Uma terceira molécula, tal como N2, que
será designada por M, é necessária para retirar a energia térmica gerada na colisão entre
oxigênio atômico e O2, que produz o ozônio. Então a reação anterior é escrita de forma
mais real como:
O + O2 + M O3 + M + calor
A liberação do calor por essa reação resulta na temperatura mais elevada da
estratosfera que é a do ar acima e abaixo dela sendo este fenômeno chamado inversão de
temperatura (Baird, 2002).
1.3.2. - A dissociação das moléculas de ozônio As moléculas de ozônio têm a capacidade de absorver radiação UV-C e UV-B, então
essa absorção leva o O3 ao seu estado excitado O3*, e este por sua vez sofre a reação de
dissociação
O3 + fóton UV ( < 320 nm) O2* + O*
O ozônio na estratosfera é constantemente formado e decomposto durante o dia por
uma série de reações que se processam simultaneamente, de acordo com o ciclo de
Chapman (Figura 6).
Recentemente, a camada de ozônio vem sendo bastante afetada pela ação de algumas
substâncias químicas voláteis que, ao chegarem à estratosfera, perturbam o frágil equilíbrio
de sua composição. Pela interferência dessas substâncias, as reações normais do ciclo do
oxigênio na camada de ozônio vêm sendo gradativamente reduzidas, resultando em um
perigoso aumento dos níveis de radiação UV sobre a superfície. Por razões climatológicas
20
peculiares ao Pólo Sul, a redução tem sido mais drástica sobre o continente antártico (o
buraco de ozônio), mas atinge quase todo o planeta (Internet 6).
Figura 6. Resumo esquemático das reações de produção e destruição não-catalítica de
ozônio na estratosfera (ciclo de Chapman) Fonte: Adaptado de Baird, 2002.
Segundo Baird (2002) existem espécies de radicais livres (X) que reagem com o O3
removendo um átomo de oxigênio de sua estrutura, esta então reage com átomos de
oxigênio para produzir O2 e novamente X, tratando-se então de um processo catalítico. Esta
reação também ocorre naturalmente, mas a presença de X aumenta a eficiência da reação.
Os principais catalisadores da degradação do ozônio são o cloro e o bromo atômico,
presentes em gases sintéticos usados em refrigeração. Cada átomo de cloro pode decompor
cataliticamente milhares de moléculas de ozônio. Ocorre lentamente na camada entre 15 a
25 km onde ocorre a maior quantidade de ozônio (estratosfera).
O processo catalítico da destruição do ozônio obedece ao seguinte mecanismo:
X + O3 XO + O2
XO + O X + O2
O3 + O 2 O2 reação global; X=catalisadores
Segundo Mecanismo Catalítico da Destruição do Ozônio
X + O3 XO + O2
X’ + O3 X’O + O2
XO + X’O X + X’ + O2
2O3 3 O2 reação global; X=catalisadores
21
1.3.3. - O buraco de ozônio e outros locais de
depleção de ozônio Segundo Connell (2005) a camada de ozônio corresponde à região da atmosfera onde
há maior concentração de moléculas de ozônio - cerca de 10 ppmv (partes por milhão em
volume). Ela situa-se na estratosfera, região da atmosfera situada entre 15 e 50 km de
altitude. Nela, a concentração de ozônio chega a 10 ppmv, servindo como um gigantesco
“filtro solar” natural. Embora tenha todo este poder de bloquear a radiação UV é uma
camada muito rarefeita e se for colocada ao nível do mar, a uma temperatura de 0°C, ela
ficará com apenas 3 mm de espessura.
A camada de ozônio é estudada continuamente desde 1956 por instrumentos de solo e
mais recentemente por satélite. No final da década 1970 descobriu-se uma queda acentuada
no ozônio estratosférico na região Antártica, entre as latitudes 60 °S e 90 °S, durante a
primavera austral (Figura 7).
O fenômeno é conhecido como “buraco de ozônio”. Estudos mostraram um
decréscimo da camada de ozônio em todas as latitudes. Considera-se que existe um
“buraco” na camada de ozônio quando há menos de 220 DU (unidades Dobson) de ozônio
entre a superfície e o espaço (Figura 8).
Figura 7. Buraco de ozônio sobre a Antártida
Fonte: NASA, 2000.
http://www.esrl.noaa.gov/gsd/outreach/education/samii/SAMII_Activity3.html
22
Cabe mencionar que a palavra “buraco” não é precisa, já que o que acontece é a
redução da camada de ozônio, sem que se chegue a produzir uma falta total do mesmo.
A redução da camada de ozônio sobre a Antártida foi observado pela primeira vez
entre 1980 e 1984. Apesar de já haverem dados que indicavam sua diminuição (40 %
menos) desde 1976, foi na década de 80 que o seu crescimento se fez maior.
Figura 8. Espessura da camada de ozônio na Terra
Fonte: NASA, 2005
http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Image:IM_ozavg_ept_200006.png
Entre 1978 e 1987, o “buraco” cresceu tanto em largura como em extensão (60 %
menos), quando em 1985 a British Antartic Survey possibilitou o conhecimento formal da
situação. Em 1988, o buraco diminuiu radicalmente, mas em 1987 e entre 1989 e 1995 o
buraco cobria o continente antártico por inteiro e parte do oceano Atlântico. Desde 1996, a
Antártida começou a dar sinais da formação de um novo “buraco” na camada de ozônio.
A destruição da camada de ozônio acontece durante o inverno do hemisfério sul
(verão no hemisfério norte), ou seja, a baixas temperaturas. Observa-se que o buraco se
torna maior na primavera. Isto se deve a que, no inverno, as correntes de ar na baixa e
23
média estratosfera favorecem a subida e o transporte de poluentes (especialmente os CFCs)
ao hemisfério sul, caindo sobre as regiões antárticas.
Desde 1957 pesquisadores observaram um decaimento na camada de ozônio sobre a
Antártida nos meses de setembro a novembro (primavera). Na década de 70 ocorreu um
súbito decaimento. Até a metade da década de 80 as perdas eram de mais de 50 %; com um
tamanho equivalente ao continente Norte Americano (Baird, 2002) (Figura 9).
Figura 9. A variação anual do tamanho do buraco de ozônio na Antártida.
Fonte: Adaptado Baird, 2002.
A depleção na camada de ozônio ocorre como resultado, principalmente, da poluição
do cloro. A depleção do ozônio também ocorre em áreas temperadas em uma taxa de 3
%/ano a partir da década de 80. Ocorre no inverno e na primavera elevando-se a 9 % desde
1970 a 1994 nas regiões setentrionais de latitude intermediária.
A perda mundial da camada de ozônio resulta em uma menor proteção da vida na
superfície da terra devido à presença do componente ultravioleta prejudicial na luz solar. O
aumento da depleção não-polar acontece em média latitude. Cálculos indicam que a
extensão do incremento da radiação UV após a década de 80 foi de 6-14 % em regiões de
média e alta latitude.
Além da Antártida outros lugares apresentam problemas de redução da camada de
ozônio. O buraco na camada de ozônio acima do Ártico chegou a nível recorde segundo
24
informações da Organização Meteorológica Mundial (OMM). A diminuição na camada
acima da área chegou a 40 % durante o inverno no hemisfério norte. O recorde anterior era
de 30 %. Segundo a OMM, os danos na região polar do hemisfério sul (Antártida) estão
diminuindo com o tempo, com a recuperação da camada no local. A depleção parcial do
ozônio no Ártico é mais severa que na Antártida (Connell, 2005).
1.3.4. - As substâncias químicas que causam
destruição de ozônio Os compostos químicos que causam a depleção do ozônio não possuem um
sumidouro troposférico - não possuem um processo natural de remoção, como a
dissolução pela chuva ou oxidação pelos gases atmosféricos. Após alguns anos sendo
transportados pela troposfera esses compostos:
Difundem-se na estratosfera
Sofrem decomposição fotoquímica por meio da radiação UV-C
Consequente liberação dos átomos de halogênios
As principais substâncias que promovem a destruição da camada de ozônio são
produtos sintéticos fabricados pela indústria química e denominados
"clorofluorcarbonetos", CFC. O leque de aplicações é bastante amplo, indo desde
atividades essenciais, como conservação de alimentos em geladeiras e frigoríficos, até
futilidades descartáveis como bandejas de isopor em embalagens de alimentos vendidos em
supermercados.
Nos frigoríficos, freezers, geladeiras, e frigobares, o CFC é o "gás de geladeira"
(Freon ou Frigen) e sua função é absorver o calor na placa do congelador (onde se forma
gelo) e liberá-lo pelo radiador atrás, do lado de fora do aparelho. Nos ar condicionado de
parede, centrais e de automóveis, o princípio de funcionamento é o mesmo, e é o CFC,
também o agente que promove a troca de calor. Quando bem fabricados e corretamente
utilizados, estes aparelhos mantêm o gás em circuito fechado, não havendo vazamento para
a atmosfera. Quando vão para conserto ou são sucateados, a tubulação é aberta, o gás
escapa, e sobe até atingir a camada de ozônio. A destruição que lá ocorre é muito grande.
25
Cada molécula de CFC destrói centenas de milhares de moléculas de ozônio, até ser
neutralizada, entre 75 e 110 anos mais tarde. Nos ar condicionado de carros, sujeitos a
condições adversas, as ocasiões em que ocorre a liberação de CFC são ainda mias
freqüentes, pois, além dos casos de colisões, há vazamento contínuo de gás pelas
mangueiras e conexões (Internet 7, 2011).
CFCs são adicionados sob pressão a embalagens em lata, conhecidas tanto pelo nome
"spray", quanto de "aerossol", para expelir ininterruptamente o seu conteúdo enquanto se
mantém apertado o botão existente no topo.
O CFC escapa junto com o produto cada
vez que o spray é usado. A apresentação
em spray tornou-se muito comum em
produtos de uso pessoal, doméstico,
inseticidas e outros, difundida muito além
dos casos em que seu emprego possa ser
considerado necessário, como em certos medicamentos para uso humano e veterinário.
O Brasil é a quinta nação que mais diminuiu o uso dos CFC's (clorofluorcarbonos) e
outros gases na última década, sob influência do Protocolo de Montreal, documento que
completa 20 anos em 2007 e que definiu metas para redução de gases que destroem a
camada de ozônio do planeta. Entre 1995 e 2005, o país cortou suas emissões dos principais
agentes de destruição do ozônio (Potencial Destruidor de Ozônio, unidade usada para medir
os possíveis danos à camada de ozônio). Desde novembro de 1989 está proibida no Brasil a
venda de sprays que contenham CFCs e, desde então, é comum encontrar nas embalagens
um selo padrão em que os fabricantes afirmam que seus produtos não agridem a camada de
ozônio.
Mas não se pode constatar que a produção industrial de CFCs para este fim tenha
diminuído, não se tem notícia de fiscalização e análise de conteúdo dos sprays, e é
surpreendente que todos os produtos que até bem pouco tempo continham CFC tenham se
adaptado à troca deste produto por outro propelente em suas fórmulas, sem modificações
perceptíveis em suas características usuais. Ao contrário dos CFCs, outras substâncias
propelentes tendem a reagir com o produto dentro da lata, alterando-o. Algumas são tóxicas
e inflamáveis. Portanto, é difícil substituir o CFC em todas as aplicações.
26
Os CFCs não sofrem nenhum decaimento da troposfera, migram para a estratosfera
média e superior. A decomposição estratosférica dos CFCS está mostrada na Figura 10.
Figura 10. Mecanismo de destruição do ozônio através dos CFCs
Fonte: Adaptado de esrl.noaa.gov, 2011.
Outra fonte de liberação de CFCs na atmosfera são as espumas sintéticas flexíveis
utilizadas em estofamentos de carros, poltronas, colchões, tapetes é isolamento térmico de
paredes de refrigeradores, e as espumas sintéticas rígidas (geralmente brancas, como
isopor) largamente empregadas em isolamento térmico na construção civil, em embalagens
de equipamentos eletrônicos, bandejas, pratos e copos descartáveis, caixa de ovos e
embalagens de comida pronta para levar. O CFC escapa durante a confecção destes
produtos, quando é adicionado para conferi-lhes a consistência e porosidade características,
e depois, quando vão para o lixo e começam a fragmentar-se (Internet 4, 2011).
Segundo Baird (2010) outras substâncias semelhantes aos CFCs também contribuem
para a destruição da camada de ozônio. Entre as principais estão o tetracloreto de carbono e
o metilclorofórmio, usados como solventes em lavagens a seco e no ramo farmacêutico, e
os "halons", usados em alguns extintores de incêndio, que contêm bromo e são dez vezes
mais destruidores de ozônio o que os CFCs.
27
O CFC emitido na superfície não sofre qualquer processo natural de remoção, sendo
assim chega quase que inalterado a estratosfera, onde tende a migrar para a parte superior
onde há radiação solar UV-C para sofrer fotodecomposição, o qual liberará átomos de
cloro. Os CFCs não absorvem componentes da luz solar com comprimentos de onda maior
que 290 nm e necessitam de comprimentos de onda menores que 220 nm para a fotólise.
A degradação do ozônio no ambiente antártico ocorre na região mais baixa da
estratosfera que converte todo cloro presente na forma inativa (HCl, ClONO2) para a forma
ativa de cloro atômico (Internet 8, 2011).
As reações que ocorrem na formação das nuvens estratosféricas polares (NEPs) são:
ClONO2(g) + H2O(aq) HOCl(aq) + HNO3(aq)
HCl(g) H+ (aq) + Cl- (aq)
Cl-(aq) + HOCl(aq) Cl2 (g) + OH-(aq)
HCl(g) + ClONO2 (g) Cl2 (g) + HNO3(aq) reação global.
Ativação do cloro sobre a superfície das partículas H2O HCl (g) → H+
(aq) + Cl- (aq)
H2O (aq) + ClONO2 (g) → HOCl (aq) + HNO3 (aq)
Cl- (aq) + HOCl (aq) → Cl2 (g) + OH- (aq)
Cl2 (g) + radiação → 2 Cl (g)
H+ (aq) + OH- (aq) → H2O (aq)
Durante o inverno o cloro na forma inativa se acumula em cristais de gelo, se
convertendo em cloro atômico pela ação da luz solar na primavera (Figura 11).
Pesquisas realizadas mostram que esse acúmulo de compostos de cloro ocorre numa
fina camada aquosa que está presente na superfície de cristais de gelo
Durante o inverno no hemisfério sul, observa-se a formação de um vórtice
(redemoinho), que é uma área onde o ar tem uma movimentação quase circular ou espiral,
que isola o ar de seu interior, impedindo que se combine com o ar do seu entorno. Isso
possibilita a formação de nuvens polares estratosféricas (NEP), que se encontram a 20 km
de altura e que estão formadas por gelo puro (-80 ºC). Aqui, o cloro e o bromo são
“armazenados” em compostos estáveis. As partículas de gelo captam o vapor de água e
28
absorvem os compostos nitrogenados, precipitando-se a níveis mais baixos da atmosfera,
“desnitrificando” e desidratando o ar na estratosfera. O resultado é o NO2 “capturado” nas
nuvens em forma de ácido nítrico. Em certas ocasiões, as nuvens ficam tão pesadas que
caem da estratosfera, arrastando o ácido nítrico e causando a desnitrificação, que, por sua
vez, favorece a dissociação do ozônio.
Com o aumento de temperatura na primavera polar ocorre o desaparecimento das
nuvens estratosféricas polares (NEPs) e o vórtice do buraco de ozônio.
Figura11. Acúmulo do Cl2 sobre a superfície dos cristais sobre as NEPs
Fonte: Adaptado de Baird, 2002.
HNO3 + UV NO2 + OH-
Então ocorre a inativação do cloro
Cl + CH4 → HCl + CH3
ClO + NO2 → ClONO2
Outros compostos que causam a destruição do ozônio:
CCl4 - solvente usado na produção dos CFCs, - limpeza a seco
CH3CCl3 - limpeza metálica (ocorre declínio na troposfera, contribui com a metade
do cloro da estratosfera)
Óxido nítrico (NO) cataliticamente decompõe o ozônio
29
NO + O3 NO2 + O2
NO2 + O NO + O2
O3 + O 2 O2 reação global
Hidroxila (OH-) cataliticamente decompõe o ozônio - catálise ocorre na alta
estratosfera (>45 km)
OH- + O3 HOO + O2
HOO + O OH- + O2
O3 + O 2 O2 reação global
A OH- é formada da reação do O* com metano ou água
O* + H2O 2OH-
O* + CH4 OH- + CH3
Pequenas quantidades do metano na troposfera causam a destruição do ozônio.
Cl* e Br* funcionam como um catalisador tipo X
Formação de Cl*
CH3Cl + UV-C Cl* + CH3
cloreto de metila cloro atômico
OH- + CH3Cl Cl* + outros produtos
Cl* + O3 ClO + O2
ClO + O* Cl* + O2
O3 3 O2 reação global
1.3.5. - Consequências biológicas da redução
de ozônio na estratosfera A diminuição da camada de ozônio implica uma menor proteção contra os raios
ultravioletas o que acarreta por sua vez, sérias consequências não apenas para a saúde
humana, mas também para o rendimento das culturas agrícolas, para os ecossistemas
marinhos e até para a duração de materiais plásticos de construção (usados, por exemplo,
nos parques infantis) (Internet 9, 2011). O aumento da incidência de radiação UV
30
aumentaria a taxa de mutações nos seres vivos, atingindo especialmente o fitoplâncton.
Para o homem, haveria aumento do índice de câncer (especialmente de pele) e de cataratas
(Crosby, 1998).
A exposição aos raios UV pode ainda causar outros
problemas como a diminuição do sistema imunológico.
Ao nível da agricultura, os alimentos mais afetados são
a aveia, o pepino e os pimentões. Em relação aos
ecossistemas marinhos o aumento da incidência dos
raios ultravioletas pode destruir as minúsculas plantas
unicelulares, isto é, o plâncton que forma a base da
cadeia alimentar, o que pode resultar numa diminuição
do estoque de peixe no mar. Além disto, as emissões de CFCs contribuem para o
aquecimento da Terra, devido, por um lado,
à maior penetração da luz solar que aquecerá
a camada inferior da atmosfera e, por outro
lado, devido à distribuição do calor na
atmosfera ao nível das camadas superiores
que favorece o arrefecimento da estratosfera
conduzindo à formação de nuvens que
facilitam a destruição da camada de ozônio.
A redução do ozônio atmosférico permite que mais radiação UV-B alcance a
superfície terrestre, isto leva a conseqüências danosas para as formas de vida. Além de
câncer de pele, alterações no sistema imunológico, interferências no crescimento das
plantas e animais, a radiação é absorvida pelo DNA, que então pode sofrer reações danosas
(Internet 9, 2011).
A destruição do DNA em fitoplâncton (plantas microscópicas organismos similares)
no oceano causa a redução do O2, pois estes organismos produzem cerca de 30 % do
oxigênio atmosférico e são a base da pirâmide alimentar marinha.
Estima-se que, para cada 1 % de diminuição da camada de ozônio ocorrerá um
aumento de 1 a 2 % na incidência de câncer maligno de pele. Foi observado que a
31
incidência de câncer de pele se relaciona de forma logarítmica com a exposição à radiação
ultravioleta.
A grande maioria dos casos de câncer de pele afeta um em cada grupo de quatro
pessoas (não estão inclusos os casos de melanomas malignos) em algum momento de suas
vidas. A zona de maior efeito da absorção da luz solar ocorrerá por volta de 300 nm
(Crosby, 1998).
As radiações ultravioletas que atingem a superfície terrestre são responsáveis pelo
surgimento de cânceres cutâneos que atingem muitos indivíduos, cuja freqüência tem
aumentado nos últimos anos. Além disso, os raios UV são causadores de queimaduras e
envelhecimento precoce. Pesquisas têm mostrado que a radiação UV danifica o DNA e o
material genético, oxida os lipídios e produz perigosos radicais livres, causa inflamação,
rompe a comunicação celular, modifica a expressão dos genes em resposta ao estresse e
enfraquece a resposta imune da pele. O uso de protetores solares tem o objetivo de reduzir a
quantidade de radiação UV a ser absorvida pela pele humana, servindo como uma barreira
protetora (Figura 12).
A córnea e o cristalino reduzem em 99 % a luz UV antes de chegar à retina. Com o
tempo a radiação UV-B absorvida origina compostos químicos reativos que atacam as
moléculas estruturais e podem produzir cataratas (Figura 13). Um aumento de 10 % na
radiação UV-B resulta num aumento de 6 % nos casos de cataratas entre pessoas de 50
anos. A exposição UV-B leva a uma supressão do sistema imunológico humano, ocorre um
aumento das doenças infecciosas.
Outros efeitos não humanos:
Interfere com a eficiência da fotossíntese.
Todos os organismos que vivem nos primeiros 5 metros ou sob a superfície de corpos
d’água clara correm risco pela incidência da radiação UV e do buraco de ozônio.
Teme-se que a produção de plantas microscópicas chamadas fitoplâncton próximo da
superfície dos oceanos possa sofrer um risco significativo pelo aumento da radiação
UV-B; Em recentes pesquisas observou-se que a diminuição da população de sapos e
outros anfíbios e o aumento das deformidades nos sapos que sobreviveram tem sido
relacionado com o aumento dos níveis de radiação UV (Crosby, 1998).
32
Figura 12. Efeito do protetor solar sobre a pele
Fonte: Adaptado de nidaria.com, 2011
Figura 13. Olho com catarata
Fonte: http://www.daviddarling.info/encyclopedia/C/cataract.html
1.4. - Química e poluição atmosférica Troposfera é a camada da atmosfera onde vivemos e pode ser considerada
como um local onde, permanentemente, ocorrem reações químicas. Ela absorve
uma grande variedade de sólidos, gases e líquidos provenientes de fontes, tanto A
33
naturais como industriais, que se podem dispersar, reagir entre si, ou com outras
substâncias já presentes na atmosfera (Internet 6, 2011).
Segundo Lisboa e Schirmer (2008) o estudo das reações químicas da troposfera é
relativamente difícil. Uma das maiores dificuldades são as baixas concentrações que muitos
compostos apresentam, baixas o suficiente para sua medição e monitoramento, mas altas o
bastante para reagirem entre si de modo a alterar (mesmo que em pequena proporção) a
composição química natural do ar (Tabela 1).
Tabela 1. Concentrações de gases no mundo
Gás Pré- concentração
troposférica (1750) Recente concentração
troposférica Tempo de vida
atmosférica (anos) Concentração em ppm
Dióxido de carbono (CO2) 2806 388,57 ~ 1004 Concentração em ppb
Metano (CH4) 7008 18709/17459 124 Óxido Nitroso (N2O) 27010 3239/3229 1144 Ozônio troposférico (O3) 251 344,1 horas-dias Concentração em ppt
CFC-11 (triclorofluorometano) (CCl3F)</< td> zero 2429/2409 45
CFC-12 (CCl2F2) zero 5359/5339 100 CF-113(CCl2FFClF2) zero 769/769 85 HCFC-22(CHClF2) zero 2179/1909 12 HCFC-141b(CH3CCl2F) zero 229/199 9,3 HCFC-142b(CH3CClF2) zero 229/199 17,9 Halon 1211 (CBrCIF2) zero 4,39/3,89 16 Tetracloreto de carbono (CCl4) zero 889/869 26 Metil clorofórmio (CH3CCl3) zero 8,99/8,69 5 Hexafluoreto de enxofre (SF6) zero 6,999,11/6,569,11 3.200 Outros Halocarbonos zero Varia com a substância
partes por milhão (ppm); partes por bilhão (ppb); partes por trilhão (ppt)
Fonte: Baird, 2002
A química da troposfera compreende tanto o ar não contaminado (apenas com seus
constituintes químicos naturais) quanto o ar altamente poluído.
Se você olhar para a fumaça que sai de uma chaminé, verá que em poucos dias do ano
ela sobe verticalmente. Na maior parte das vezes ela se inclina, porque o ar ao redor da
34
chaminé está em movimento. Mesmo quando parece haver apenas uma brisa próxima ao
solo, nas camadas mais altas o vento pode ser bem mais forte.
A poluição que sai das chaminés é levada pelo vento.
Uma parte dela pode permanecer no ar durante uma
semana ou mais, antes de se depositar no solo. Nesse
período ela pode ter viajado muitos quilômetros.
Mesmo um vento fraco de 16 km/h poderia
transportá-la para além de 1600 km em cinco dias.
Quanto mais a poluição permanece na atmosfera,
mais a sua composição química se altera,
transformando-se num complicado coquetel de poluentes que prejudica o meio ambiente.
Em Los Angeles, Estados Unidos, em 1978, algumas indústrias suspenderam por 23
dias a queima de carvão e petróleo, e as atividades escolares externas tiveram de ser
canceladas. Entretanto, uma legislação posterior, que visava reduzir a emissão de poluentes
dos escapamentos dos carros (a maior fonte dessa poluição), melhorou a situação. 1984 foi
o primeiro ano, desde 1955, em que nenhuma medida de emergência precisou ser tomada.
A poluição não é, portanto, um resultado inevitável do progresso industrial. Se nós a
controlarmos todos poderemos desfrutar de uma vida mais saudável.
O homem foi o responsável por uma
poluição ambiental de formas tão variadas que
uma simples enumeração dos fatores individuais
se torna impossível. As fontes de emissão de
poluentes primários e dos componentes
secundários podem ser as mais variadas possíveis
(Internet 10, 2011).
A maior parte da poluição do ar é produzida
como resultado da queima de combustíveis fósseis, como o carvão e o petróleo. Esses
combustíveis foram formados durante milhares de anos a partir de plantas e animais
mortos. Os depósitos se formavam e eram finalmente cobertos por outras rochas e
comprimidos.
Eles permaneceram praticamente intactos até a metade do século XIX.
35
Desde, então, é usado em quantidades cada vez maiores para mover veículos, aquecer
edifícios nos países frios e fundir metais como o ferro. Quando o combustível é queimado,
não libera apenas energia, mas muitos produtos químicos, incluindo enxofre e nitrogênio
contidos no material orgânico. Essas substâncias são dois dos mais importantes
ingredientes na chuva ácida.
Os poluentes atmosféricos podem ser classificados de acordo com a sua origem em:
a) Poluentes Primários - Estão presentes na atmosfera na forma em que são emitidos
como resultado de algum processo. Os principais poluentes desta categoria são tanto
sólidos, como líquidos e gasosos, ou mesmo radiações. Citamos como poluentes primários;
partículas finas, partículas grosseiras, compostos de nitrogênio, óxidos de carbono,
compostos de enxofre, compostos halogenados, compostos orgânicos, entre outros.
b) Poluentes Secundários - São produzidos na atmosfera pela reação entre dois ou
mais poluentes primários, ou pela reação com constituintes normais atmosféricos, com ou
sem foto-ativação. Os poluentes secundários são: oxidantes, névoas ácidas, smog etc.
Também podem ser classificados de acordo com o estado físico em:
a) Gases e vapores - CO, CO2, SO2, NO2
b) Partículas sólidas e líquidas - Poeiras, fumos, névoas e fumaças
E de acordo com a composição química em:
a) Poluentes orgânicos - hidrocarbonetos, aldeídos e cetonas
b) Poluentes inorgânicos - H2S, HF, NH3
Os agentes poluentes atmosféricos, segundo o seu estado físico, podem se apresentar
sob várias formas:
Poeiras - São pequenas partículas sólidas, com diâmetro de 0,1 a mais de 100
microns, originada de parcelas maiores, por processos mecânicos de desintegração, como
lixamento, moagem, etc., ou poeiras naturais como o pólen, esporos, etc. Exemplos:
Partículas de rochas, de metais, de cimento, etc. Pode também ser definido como um
aerossol de partículas sólidas
Fumos - São partículas sólidas com diâmetro inferiores a um mícron, formadas pela
condensação de vapores de materiais sólidos, geralmente metais, e consequentemente
solidificação. Normalmente este mecanismo é acompanhado de oxidação. Os fumos são
inorgânicos. Exemplo: Fumos de óxidos de chumbo, de zinco, etc.
36
Fumaça - São partículas, geralmente, mas não obrigatoriamente, sólidas em
suspensão no ar, e oriundas da combustão incompleta de materiais orgânicos. As fumaças
industriais de importância são formadas por partículas com diâmetros inferiores a meio
mícron.
Neblina - A neblina é constituída de partículas líquidas de pequeníssimas dimensões,
em suspensão no ar, originadas de um processo mecânico de subdivisão, como a
nebulização.
Nevoeiro - São também partículas líquidas de pequeníssimas dimensões, em no ar,
mas resultante da condensação de vapores.
Vapores - É a forma gasosa de substâncias que se encontram sob a forma líquida ou
sólida a 25 oC de temperatura e a uma atmosfera de pressão.
Gases - São substâncias que se encontram em estado gasoso a temperatura de 25 oC e
sob uma atmosfera de pressão. Os gases são fluídos sem forma própria e que possuem a
tendência de ocupar qualquer espaço inteira e uniformemente.
Aerossol - São substâncias sólidas ou liquidas de tamanho microscópico, em
suspensão no meio gasoso, sob forma particulada.
Névoa Fotoquímica - São produtos de reações fotoquímicas, geralmente combinadas
com um valor de água
Os poluentes mais comuns estão apresentados na Tabela 2 e incluem o:
Dióxido de Enxofre - Combustões domésticas, usinas termelétricas, refinarias de
petróleo, olarias, usinas de aço e ferro.
Material Particulado - Emissões de veículos, combustões domésticas, usinas de gás,
geração de eletricidade, incineradores, fábricas de cimento, refinarias de petróleo, fornos de
cal, fábricas de cerâmica, fundições, estufas e carvão.
Hidrocarbonetos - Emissões de veículos, refinarias de petróleo (Internet 11, 2011).
Óxidos de Nitrogênio - Emissões de veículos, fábricas de acido nítrico, usinas
termoelétricas, usinas de ferro e aço, fábricas de fertilizantes.
Enxofre e nitrogênio são subprodutos indesejáveis na queima dos combustíveis,
sendo geralmente lançados diretamente na atmosfera onde se acreditava que se dispersavam
sem riscos. Hoje sabemos que não é assim, Eles se convertem rapidamente em dióxido de
enxofre e óxidos de nitrogênio, os quais podem ser julgados prejudiciais ao meio ambiente.
37
Tabela 2. Os principais poluentes, sua origem e efeitos
Poluente Descrição Origem Efeito
Dióxido de enxofre (SO2)
• composto gasoso, composto de enxofre e oxigênio
• queima de carvão usinas e indústrias • caldeiras e processos industriais • fogões de queima de carvão • refinarias • aquecedores
• irritação dos olhos • morte da vida aquática • danos nos pulmões • reage na atmosfera, resultando na precipitação ácida • deteriorização de edifícios e estátuas • danos nas florestas
hidrocarbonetos/ Compostos orgânicos voláteis (VOCs)
• composto de hidrogênio e carbono .
• operações de limpeza a seco. • oficina de pintura auto • fábricas de produtos químicos • as emissões de auto • serviço de estações • instalações de resíduos
Ozônio (O3) • gás poluente
• escapamento de veículo
• danos nos pulmões • irritação dos olhos • problema no trato respiratório
Material particulado / Aerossol (PM10, PM2.5)
• partículas muito pequenas de fuligem, poeira ou outras materiais, incluindo gotículas de líquidos
• motores diesel • usinas • indústria siderúrgica, moinhos de farinha • poeiras transportadas pelo vento • fogões a lenha
• danos nas culturas agrícolas • danos nos pulmões • redução da visibilidade • danos em edifícios e estátuas (descoloração) • irritação dos olhos
Óxido de nitrogênio (NOX)
• vários compostos gasosos composto de nitrogênio e oxigênio
• veículos • caldeiras industriais • processos industriais • usinas • aquecedores residenciais e comerciais • fogões de queima de carvão • gás natural
• danos nos pulmões • formação da chuva ácida, prejudicando florestas, edifícios, estátuas e • formas de ozônio e outros poluentes (smog)
Monóxido de carbono (CO)
• gás incolor e inodoro
• veículos movidos a gasolina • fontes de interior incluem querosene ou fogão a lenha • limpeza a seco
• dores de cabeça, redução da agilidade mental, e morte • danos ao coração • smog
Chumbo (Pb) • elemento metálico
• veículos com aditivo de gasolina com chumbo • usinas • refinarias de metal
• dano cerebral, danos nos rins • culturas contaminadas e pecuária • smog
Fonte: Adaptado de geog.arizona.edu, 2011.
38
As quantidades lançadas na atmosfera são espantosas: cerca de 24 milhões de
toneladas de dióxido de enxofre por ano na América do Norte e 44 milhões de toneladas na
Europa. É o suficiente para encher completamente cerca de 150 super petroleiros. A maior
parte do enxofre vem das fábricas e usinas termelétricas (Internet 12, 2011).
A quantidade de dióxido de nitrogênio produzida é menor, mas mesmo assim chegam
a 22 milhões de toneladas na América do Norte e 15 milhões de toneladas na Europa
Ocidental.
A maior parte dos óxidos de nitrogênio provém da emissão dos motores dos veículos.
À medida que o tráfego aumenta em até 20 % ao ano na Europa, é provável que o problema
se agrave, a menos que se tomem providências imediatas.
Uma parte da poluição rapidamente se precipita ao solo, antes de ser absorvida pela
umidade do ar. Depositam-se nas árvores, edifícios e lagos, geralmente na área onde foi
produzida. É chamada precipitação seca. Estes depósitos se formam e mais tarde se
combinam com a água da chuva, transformando-se em ácidos. O resto da poluição pode
permanecer no ar por mais de uma semana e é transportada pelo vento a longas distâncias.
Durante esse período, as substâncias químicas reagem com o vapor d'água na
atmosfera, transformando-se nos ácidos sulfúrico e nítrico diluídos. Estão prontos, então
para se transformar em chuva ácida. Esses ácidos também reagem com outras substâncias
químicas na atmosfera formando poluentes secundários. Destes, o ozônio é um dos mais
perigosos, pois prejudica a vegetação (Internet 13, 2011).
Além dos principais constituintes do ar (N2, O2, gases nobres, etc.), as principais
espécies químicas presentes no ar não-poluído são as seguintes: óxidos inorgânicos (CO,
CO2, NO2, SO2), oxidantes (O3, H2O2, OH-, O2H-, NO3), redutores (CO, SO2, H2S),
orgânicos (alcanos, sendo o metano o mais abundante entre as espécies orgânicas); alcenos,
arilas, carbonilas, nitratos orgânicos, etc. espécies fotoquimicamente ativas (NO2,
formaldeído), ácidos (H2SO4), bases (NH3), sais (NH4HSO4) e espécies reativas (como os
radicais livres) (Tabela 3).
Segundo Manaham (2001) os materiais particulados (sólidos e líquidos) também
estão presentes e funcionam geralmente como suporte (meio) para reação entre as espécies
químicas. Além disso, dois constituintes de máxima importância em se tratando de química
39
atmosférica são a radiação solar (predominantemente na região do ultravioleta do espectro)
e o radical hidroxila (Internet 6, 2011).
Tabela 3. A composição da troposfera
Composto Percentual (em volume) Nitrogênio 78,08 Oxigênio 20,95 Argônio 0,93 Dióxido de carbono 0,04 Neônio 1,82.10-3
Hélio 5,24.10-4
Metano 1,60.10-4 Criptônio 1,14.10-4 Òxido nitroso 3,00.10-5 Monóxido de carbono 1,20.10-5 Xenônio 8,70.10-6 Amônia 10-8 - 10-7
Outras espécies importantes também estão presentes em concentrações inferiores a 10-7 % em volume Fonte: Manaham, 2000
1.4.1. - Unidades de concentração para
contaminantes atmosféricos Segundo Duffy e Vanloon (2010) as partículas são geralmente menores que 1,5
micrômetros. As unidades de medida para os poluentes atmosféricos mais utilizados são:
Para poeira, o número de partículas por unidade de volume de ar, é muito usado a unidade
"mmpc" (milhões de partículas por pé cubico de ar). No caso de medidas de névoas,
neblinas e fumos pode-se usar "mg/m3 "(miligrama por metro cúbico) isto é, peso por
unidade de volume. Gases e vapores são medidos em "ppm" (partes por milhão)
Em resumo:
Microgramos por metro cúbico relaciona a massa de contaminante com o volume de
ar que o contém (peso por unidade de volume). A unidade mais utilizada é µg/m3.
Utilizada para névoas, neblinas e fumos.
40
Partes por milhão (ppm) está baseada em medidas de volume, representando o
volume de contaminante contido em 1 milhão de volumes de ar. Utilizada para gases
e vapores
mmpc (milhões de partículas por pé cúbico de ar): para poeiras - partículas por
unidade de volume.
1.4.2. - Ozônio urbano: O fenômeno do smog
fotoquímico Segundo Lisboa e Schirmer (2008) “Smog” fotoquímico é o termo utilizado para
designar a concentração de ozônio em baixas atmosferas (troposfera) decorrente da reação
entre diferentes poluentes emitidos antropogenicamente.
A palavra “smog” na verdade é a junção
das palavras inglesas “smoke” (fumaça)
mais “fog” (neblina), cujo processo de
formação compreende inúmeros compostos
e reações induzidas pela presença de luz
solar.
Os principais ingredientes na formação do
“smog” são os compostos orgânicos
voláteis (VOC), os óxidos de nitrogênio (ambos originados principalmente a partir da
combustão incompleta de combustíveis fósseis) e a luz solar (Figura 14).
Os compostos orgânicos voláteis (VOC) incluem a maioria dos solventes,
lubrificantes e combustíveis em geral, sendo comumente emitidos por indústrias químicas e
petroquímicas (fontes fixas) e por veículos automotores (fontes móveis) (Internet 6, 2011).
De modo geral, são compostos orgânicos com elevada pressão de vapor (sendo
facilmente vaporizados às condições de temperatura e pressão ambientes), apresentando
valores da constante da Lei de Henry superiores a 10-5 atm.m3.mol-1 (ou KH > 4,1.10-4 a 25 oC) e com pesos moleculares inferiores a 200 g.mol-1.
Estes compostos compõem uma lista considerável de compostos químicos (mais de
600), onde quase um terço destes constitui-se substâncias tóxicas. A maior parte dos VOC
41
participa de reações fotoquímicas da atmosfera, embora alguns destes compostos voláteis
tenham reatividade química negligenciável. Os VOC mais reativos são os dotados de
duplas ligações (C=C), dada a sua capacidade de reagirem com os radicais livres (Baird,
2002).
Figura 14. O smog fotoquímico
Fonte: adaptado de geog.arizona.edu, 2011.
Os VOC e NOX reagem na atmosfera, principalmente quando ativados pela radiação
solar, formando um conjunto de gases agressivos, os “oxidantes fotoquímicos”: VOC +
NO* + O2 + luz solar → mistura de O3, HNO3 e compostos orgânicos.
Dos oxidantes fotoquímicos presentes na atmosfera, o ozônio é o que está em maior
quantidade (70 a 80 %). Também são fotoxidantes o peroxiacetilnitrato (PAN),
peroxibenzolnitrato (PBN), acroleína, acetilperóxido, peróxido de hidrogênio, benzopireno,
aldeídos, cetonas, etc. O PAN é o mais conhecido de uma série homóloga, obtida
substituindo o radical R por CH3 ou C2H5 ou C6H5 etc. Ex de PAN CH3-(CO)-O-O-NO2
(internet 6, 2011).
A velocidade de formação do oxidante fotoquímico depende de fatores como
concentrações dos VOC e NOX, temperatura ambiente (elevada), intensa radiação solar, etc.
(Baird, 2002). O ozônio é um oxidante poderoso, podendo atacar moléculas orgânicas.
42
Entretanto, ele não está só nem é o mais reativo. Como comentado, a presença de
hidrocarbonetos permite converter o NO em NO2 sem o consumo de ozônio, permitindo a
sua acumulação. O ciclo fotolítico do NO2 é apresentado na Figura 15.
Figura 15. Ciclo Fotolítico do NO2
Fonte: Adaptado de Lisboa e Schirmer (2008)
As reações químicas deste processo, considerando que o hidrocarboneto é um radical
peroxílico RO2 (onde R é um grupo alquila) são:
RO2 + NO NO2 + RO
NO2 + hv NO + O
O + O2 + M O3 + M
RO2 + O2 + hv RO + O3
1.4.3. - Particulados na poluição do ar,
controle do NOx e SO2 Segundo Baird (2011) os gases NO2 e NO também são bastante importantes nas
reações atmosféricas. Genericamente designados como NOX, alcançam a atmosfera a partir
43
de processos naturais (tal como processos biológicos) e, principalmente, emissões
antropogênicas. As reações do nitrogênio na atmosfera estão mostradas na Figura 16. Nesse
caso, praticamente todas as emissões antropogênicas de NO2 são provenientes da queima de
combustíveis fósseis, tanto de fontes fixas (indústrias) quanto móveis (veicular). Na Tabela
4 estão mostradas importantes formas de óxido de nitrogênio na atmosfera.
Figura 16. Reações do nitrogênio na atmosfera
Fonte: Adaptado de jan.ucc.nau.edu, 2011.
Tabela 4. Importantes formas de óxido de nitrogênio na atmosfera
Óxido de nitrogênio Estado de oxidação do nitrogênio N2O +1 NO +2 NO2 +4
HNO3, N2O5 +5 NO3 +6
Fonte: Adaptado de jan.ucc.nau.edu, 2011.
Segundo Lisboa (2007) o NO é originado na câmara de combustão de veículos,
favorecido pelas elevadas temperaturas que aí se encontram: N2 + O2 → 2NO
Conforme já mencionado anteriormente, os NOX são componentes importantes na
formação do “smog” fotoquímico. A conversão de NO a NO2 é relativamente rápida na
baixa atmosfera. O NO2, por sua vez, na absorção de luz com comprimento de onde abaixo
de 398 nm, sofre fotodissociação a NO: NO2 + hν → NO + O
44
Acima de 430 nm, apenas moléculas excitadas são formadas: NO2 + hν →NO*2
Entre 398 e 430 nm, quaisquer um dos dois processos pode ocorrer. O dióxido de
nitrogênio absorve eficientemente a radiação no ultravioleta e é visível como “névoa
marrom” característica dos episódios de smog fotoquímico (Internet 14, 2011).
Na estratosfera, o dióxido de nitrogênio reage com radicais hidroxila formando ácido
nítrico: HO* + NO2 → HNO3
Essas mesmas moléculas de HNO3 podem ser oxidadas por radicais HO* ou mesmo
sofrerem reações fotoquímicas:
HO* + HNO3 → H2O + NO3
HNO3 + hν → HO* + NO2
Esse ácido nítrico é removido por precipitação ou mesmo reage com gases de
natureza básica da atmosfera (como a amônia). O principal processo responsável pela
eliminação de NOx da atmosfera leva à conversão de óxidos em ácido nítrico (HNO3) que
depois é eliminado na forma de nitratos, na chuva ou em partículas (Stoker e Seager, 1981).
Reação de eliminação do NO2.
2NO2 + H2O→ HNO3 + HNO2
3NO2 + H2O→ 2HNO3 + NO2
As equações anteriores são muito lentas para explicar a taxa de eliminação observada.
As equações seguintes apresentam este mecanismo de eliminação mais rápido (Internet 6,
2011).
2NO2 +O3 → N2O5 +O2
N2O5+ H2O→2HNO3
Variação típica das concentrações de NO e NO2, HC, aldeídos e oxidantes, durante o
dia de uma cidade afetada pelo smog está mostrada na Figura 17.
45
Figura 17. Composição química de uma atmosfera urbana
Fonte: Adaptado de Lisboa e Schirmer (2008)
Os valores máximos das concentrações de HC, NO e NO2 ocorrem no começo da
manhã. As maiores concentrações de oxidantes e aldeídos ocorrem após o meio dia, uma
vez que as concentrações de NO, NO2 e HC caem a um nível mínimo → São precursores na
formação de O3.
Rocha (2004) sugere que as atividades humanas são responsáveis, sobretudo pela
emissão de grandes quantidades de enxofre para a atmosfera, na forma de materiais que
possuem enxofre em sua estrutura. De modo geral, as espécies sulfuradas mais importantes
presentes na atmosfera são o COS, CS2, SO2, SO42-, (CH3)2S, H2S (estes dois últimos
altamente odorantes).
A maioria destes compostos entra na atmosfera como resultado da atividade humana,
sendo o SO2 o mais abundante, decorrente da queima de combustíveis fósseis (carvão) e
demais atividades industriais. O ciclo do enxofre está apresentado na Figura 18.
Praticamente todo (CH3)2S provém dos oceanos e da degradação biológica da matéria
orgânica; o H2S provém da degradação da matéria orgânica e da atividade vulcânica sendo
facilmente convertido a dióxido de enxofre através da seguinte reação global:
H2S + 3/2O2 → SO2 + H2O
46
Figura 18. O ciclo do enxofre
Fonte: http://www.profpc.com.br/ciclo_enxofre.htm
Independentemente do processo envolvido, grande parte do SO2 do ar é oxidado a
ácido sulfúrico e sais de sulfato (como o sulfato de amônia). O SO2 é convertido a sulfato
através de dois tipos de oxidação: a catalítica e a fotoquímica (Lisboa e Schirmer, 2008).
Segundo Andrews et al. (2004) na fase gasosa o dióxido de enxofre é oxidado pela
reação com o radical hidroxila através de uma reação intermolecular.
SO2 + OH- → HOSO2- que é seguido por:
HOSO2- + O2 → HO2
- + SO3
Na presença de água, o trióxido de enxofre (SO3) é rapidamente convertido em ácido
sulfúrico: SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (l)
47
Quando as nuvens estão presentes, a taxa de perda de SO2 é mais rápida, fenômeno
que pode ser explicado pela química da fase gasosa. Isto é devido as reações que ocorrem
nas gotículas da chuva (Internet 15, 2011).
O dióxido de enxofre se dissolve na água (mecanismo semelhante ao que ocorre com
o dióxido de carbono), se hidrolisa em uma série de reações de equilíbrio:
SO2 (g) + H2O SO2·H2O
SO2·H2O H+ + HSO3-
HSO3- H+ + SO3
2-
Grande parte da oxidação do SO2 para ácido sulfúrico ocorre em meio aquoso e não
em fase gasosa, devido à rapidez daquele processo. Em atmosferas poluídas, os processos
de oxidação predominantes envolvem o ozônio e o peróxido de hidrogênio, resultantes das
reações induzidas pela radiação solar (“smog” fotoquímico). Nesses casos, a velocidade de
oxidação do SO2 é ainda maior (Internet 15, 2011).
Devido aos diferentes números de oxidação em que os compostos de enxofre podem
se apresentar, este ciclo torna-se um pouco complexo, entretanto, a maioria das fases deste
ciclo se processam por meio do SO2 (Dióxido de Enxofre) e H2S (Sulfeto de Hidrogênio),
sendo que a emissão natural desses compostos é feita por meio de vulcões e pela
evaporação de águas oceânicas onde se encontram fitoplânctons (emissão na forma de
dimetilsulfeto) (Rocha et. al., 2004).
1.4.4. - Chuva ácida Segundo Domenech (1997) a chuva ácida é um fenômeno que surgiu
com a crescente industrialização do mundo, em relação direta com a
poluição do ar, manifestando-se com maior intensidade e maior
abrangência nos países desenvolvidos (Figura 19).
Durante a primeira metade do século XX observou-se aumento
significativo da acidez das águas de chuva em várias regiões do planeta.
Essa acidez foi associada, predominantemente, à presença de ácidos
fortes (sulfúrico e nítrico) e ácidos orgânicos (acético e fórmico),
48
originados da oxidação de compostos de enxofre, nitrogênio e carbono, provenientes de
processos industriais e da queima de combustíveis fósseis (Cowling, 1982; Fornaro, 1991).
Figura 19. Chuva ácida
Fonte: Adaptado de envis.tropmet.res.in, 2011.
Porém, o termo "chuva ácida" surgiu pela primeira vez no século XIX. Já nessa época
constatou-se que a composição química da precipitação era influenciada pela queima de
carvão, decomposição de matéria orgânica, direção dos ventos, proximidade do mar,
quantidade e freqüência de chuva. Observou-se, ainda, que as chuvas ácidas causavam
prejuízos às plantas e materiais, além da primeira associação desses efeitos com a presença
de ácido sulfúrico (Cowling, 1982).
Não obstante, tal fenômeno começa a manifestar-se também em pontos isolados, em
países como o Brasil. Na própria natureza, o vapor d’água pode se combinar com gases
atmosféricos diversos, como por exemplo, com o dióxido de carbono (CO2): neste caso, o
vapor d’água atmosférico se tornará ligeiramente ácido, pois será formado o ácido
carbônico (H2CO3), conforme a equação a seguir:
CO2 + H2O H2CO3
49
Assim, a chuva, ainda isenta de poluentes gerados pelo homem, pode apresentar-se
ligeiramente ácida.
O dióxido de nitrogênio reage com OH- para formar o ácido nítrico:
NO2+OH-→ HNO3 conforme demonstrado anteriormente.
Entretanto o dióxido de nitrogênio é somente um dos poluentes a causar os problemas
da chuva ácida, sendo o mais pesquisado de todos. O dióxido de enxofre expelido pelas
chaminés das fábricas, carros e termoelétricas também contribui para o fenômeno da chuva
ácida (Internet 6, 2011).
Há um grande número de reações aquosa que oxidam
enxofre a partir do S(IV) a S (VI), levando à formação
de ácido sulfúrico. As reações de oxidação mais
importantes são com o ozônio, peróxido de hidrogênio e
oxigênio (reações com o oxigênio são catalisadas por
ferro e manganês nas gotículas de chuva presentes nas
nuvens). A deposição ácida pode ser dividida em
deposição úmida e deposição seca.
A deposição úmida de ácidos ocorre quando qualquer forma de precipitação (chuva,
neve, etc.) remove os ácidos da atmosfera e os deposita na superfície da Terra. Isto pode
resultar da deposição de ácidos produzidos na chuva ou pela precipitação que remove os
ácidos das nuvens. A remoção por via húmida de ambos os gases (SOx e NOx) e aerossóis
são de importância para a deposição úmida.
A deposição ácida também ocorre por deposição seca na ausência de precipitação.
Pode ser responsável por 20 a 60 % da deposição ácida total. Isto ocorre quando partículas
e gases se depositam no solo, plantas ou outras superfícies. Uma parte da poluição do ar
imediatamente liberada por uma fonte emissora não vem a contribuir para a formação das
precipitações ácidas. Denomina-se de precipitação seca à parcela da poluição atmosférica,
gerada por um veículo ou uma indústria, que não chega a interagir com o vapor d’água do
ar, mas precipita-se geralmente nas proximidades do local onde foi produzida (Baines,
1993). Ocorre que estes depósitos de poluentes posteriormente são carreados pela água da
chuva, e, de acordo com sua composição, poderão se converter em ácidos da mesma forma
que se reagissem com o vapor d’água atmosférico (Internet 6, 2011).
50
As emissões de fumaça das usinas termelétricas à base de carvão, das indústrias de
celulose, das refinarias, dos veículos automotores, assim como qualquer poluente gasoso
lançado na atmosfera, contribuem para a formação de chuva ácida. Essa forma de poluição
é tão violenta que muitas árvores e lagos estão morrendo, edifícios e monumentos estão
sendo destruídos e, em alguns casos a saúde das pessoas está sendo seriamente prejudicada.
A chuva ácida é uma das muitas agressões contra o meio ambiente causada pelo
modo de vida moderno que desfrutam os habitantes dos países mais industrializados.
Compostos de enxofre e nitrogênio são os principais componentes desta chuva, que
pode se manifestar tanto no local de origem, como a centenas de quilômetros de distância.
Um exemplo disto; é a mineração de carvão em Criciúma, em Santa Catarina, que é
responsável pela chuva acidificada pelo enxofre emanado do carvão depositado, que se
mistura às formações de nuvens, em suspensão no ar. Esta chuva quando transportada pelos
ventos vai cair, por exemplo, no parque nacional de São Joaquim, também em Santa
Catarina, situado a muitos quilômetros de distância.
Nos gases produzidos por fábricas e motores (em especial quando há queima de
carvão mineral) são liberados para a atmosfera óxidos de enxofre (SO2) os quais reagem
com o vapor da água produzindo ácido sulfúrico (H2SO4), que é diluído na água da chuva e
dando origem a chuva ácida, com pH muito ácido.
Continuando no ritmo atual de poluição do ar,
nos próximos 30 anos a chuva ácida causará
maiores alterações na química dos solos do que
as florestas tropicais poderiam suportar. Este
fenômeno pode ser reduzido pela instalação de
equipamentos que evitem as emissões gasosas,
principalmente de compostos de enxofre e
nitrogênio.
No Brasil, a mata atlântica é extremamente afetada pela chuva ácida, uma vez que muitos
centros urbanos e industriais se localizam próximos ao litoral. Em Cubatão (São Paulo)
vários programas de reflorestamento têm acontecido nos últimos anos, a fim de proteger as
encostas cuja vegetação foi destruída.
51
Quando a água do mar, dos lagos ou do solo se evapora, o vapor não é ácido nem alcalino.
É neutro. Entretanto, esse vapor d'água combina-se com gases como dióxido de carbono,
encontrado na atmosfera, transformando-se num ácido fraco. A chuva tem um pH entre 5 e
6 (o pH 7 é neutro). O pH (índice utilizado para medir acidez: quanto menor mais ácido),
medido para a maioria das chuvas ácidas, assume valores inferiores a 4,5 (o pH de uma
chuva normal é de 5,0).
Este tipo de chuva, quando freqüente provoca acidificação do solo, prejudicando
também plantas e animais, a vida dos rios e florestas. Da mesma forma as edificações
presentes na área são afetadas. Um lago que tem seu pH reduzido a 4,5, por doses repetidas
de chuva ácida, impossibilita condições de vida para vários organismos. Um pH 2,0 iguala-
se ao pH do suco de limão. Ela pode dissolver rochas e criar cavernas calcárias
espetaculares, desfiladeiros e formações rochosas, num processo que normalmente leva
milhares de anos.
Fenômenos naturais podem aumentar a
acidez da chuva. Quando vulcões entram em
erupção violenta, lançam muitos gases na
atmosfera. Alguns deles se combinam com o
vapor d'água e se precipitam sob forma de
chuva ácida, entretanto os efeitos das
erupções geralmente se fazem sentir por
pouco tempo (Internet 16, 2011).
Uma parte da poluição rapidamente se precipita ao solo, antes de ser absorvida pela
umidade do ar. Depositam-se nas árvores, edifícios e lagos, geralmente na área onde foi
produzida. É chamada precipitação seca. Estes depósitos se formam e mais tarde se
combinam com a água da chuva, transformando-se em ácidos.
O resto da poluição pode permanecer no ar por mais de uma semana e é transportada
pelo vento a longas distâncias. Durante esse período, as substâncias químicas reagem com o
vapor d'água na atmosfera, transformando-se nos ácidos sulfúrico e nítrico diluídos. Estão
prontos, então para se transformar em chuva ácida.
Segundo O'Neill (1993) esses ácidos também reagem com outras substâncias
químicas na atmosfera formando poluentes secundários. Destes, o ozônio é um dos mais
52
perigosos, pois prejudica a vegetação. Quando a precipitação ácida ocorre sob a forma de
neve, os problemas para o meio ambiente são retardados, mas podem ser muito piores
posteriormente. Durante o inverno, a neve se acumula no solo, retendo seus ácidos. Na
primavera, quando a neve derrete, há um súbito fluxo de água que corre pelo chão até os
rios e lagos. Eventualmente, ácidos que ficaram retidos por seis meses são liberados em
poucas semanas. Estas correntezas ácidas, como são chamadas, são particularmente
prejudiciais para plantas e animais.
Os óxidos de nitrogênio são mais difíceis de serem estudados, mas em 1986
iniciaram-se as negociações para um acordo internacional, com a finalidade de reduzir a
poluição gerada por esses óxidos.
1.4.5. - Os efeitos da chuva ácida sobre os
ecossistemas e a saúde Por volta de 1661, cientistas da Grã-Bretanha descobriram que a poluição industrial
podia afetar a saúde das pessoas e as plantas das redondezas. Como o crescimento
industrial nos séculos XVIII e XIX aumentou o dano na saúde das pessoas e ao meio
ambiente.
Entretanto, ninguém pensava que a poluição pudesse ser transportada para muito
longe. Então em 1881, um cientista norueguês descobriu um fenômeno que ele chamou de
precipitação suja, o qual ocorria na costa oeste da Noruega, onde não havia indústria
poluidora. Ele suspeitou que viesse da Grã-Bretanha.
Hoje os cientistas provam, sem sombra de dúvida, que a
poluição é conduzida pelo ar a grandes distâncias. Se
alguma prova adicional fosse necessária, seria fornecida
pelo acidente na usina nuclear de Chernobyl, que produziu
chuva radioativa em áreas da Europa Oriental e Ocidental.
Os efeitos dessa chuva radioativa sobre o ambiente podem
perdurar por dezenas de anos.
A poluição do ar provoca efeitos adversos à saúde humana não somente por inalação
direta, mas também por rotas indiretas de exposição, como contaminação de águas potáveis
53
ou alimentos e mesmo absorção pela pele. Os efeitos diretos da poluição do ar sobre a
saúde humana variam de acordo com a intensidade e a duração da exposição e também com
a própria condição de saúde da população
exposta, sendo alguns setores da população
mais vulneráveis a poluição do ar como, por
exemplo, crianças e idosos. Com efeito, a
concentração de alguns poluentes em áreas
urbanas poluídas tem sido suficientemente alta
para provocar deficiência de funções
pulmonares e cardiovasculares, efeitos
neurocomportamentais e até aumento de mortalidade (WHO, 1994; Saldiva et al., 1995).
Doenças como bronquite, asma e rinite, entre outras, surgem e se intensificam pela
alta concentração de dióxido de enxofre no ar, que também aumenta a possibilidade de
doenças cardiovasculares. Em regiões frias a situação se agrava, uma vez que pode haver
uma intensificação nos processos de inversão térmica (Internet 17, 2011).
O grau de acidez (pH) do solo e da água provoca o
desequilíbrio das espécies, tanto da flora quanto da fauna.
As concentrações de dióxido de enxofre no ar, em muitas
regiões estão bem acima do limite máximo permitido pela
Organização Mundial de Saúde (OMS) (Brena, 2008 e
Rocha et. al., 2004).
Em certas florestas, as árvores têm idades que podem
variar de 150 a 300 anos (ou muito mais). Espécimes
maduras produzem muitas sementes durante longo período,
e contribuem assim para a perpetuação da floresta.
Entretanto, após o ataque das precipitações ácidas e outros
poluentes, as árvores muito débeis ou que sucumbem
deixam de produzir descendentes. Devido a isso, florestas
maduras que levaram séculos para se formar têm o seu
futuro comprometido por várias gerações subseqüentes
(Figura 20).
A chuva ácida provoca mutações genéticas e
alterações moleculares nas plantas e
desmatamento de florestas.
54
A maior tragédia ocorrida, devida à alta concentração de poluentes atmosféricos, foi
na cidade de Londres em dezembro de 1952. Nessa ocasião somaram-se fatores de intensa
emissão de compostos contendo enxofre (queima de carvão) e condições atmosféricas
desfavoráveis para a dispersão de poluentes, o que provocou a formação de densa camada
de poeira, neblina e gases com alto teor de ácidos. Em torno de 4.000 pessoas morreram
após inalar essa "mistura corrosiva" (Fornaro, 2006).
Figura 20. Efeito da chuva ácida sobre uma floresta alemã
Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/meio-ambiente-chuva-acida/
Segundo Coelho et al. (2011) até os anos 60 a chuva ácida não era reconhecida como
uma ameaça séria para as florestas. A primeira evidência foi encontrada nos Sudetos, uma
cadeia de montanhas entre a Polônia e a República Tcheca importante na produção de
madeira. Alguns pinheiros apresentavam ramos muito finos e outros estavam morrendo.
Em meados dos anos 70 houve um acentuado agravamento desses problemas. Constatou-se
que morriam lotes inteiros de árvores, enquanto outros sequer chegavam a se desenvolver.
Atualmente, quase 40 % da floresta está morta ou em extinção. Extensas áreas que já foram
cobertas pela floresta são atualmente campos abertos.
55
Não passou despercebido que os Sudetos estão situados na direção dos ventos que
sopram de uma região cuja dependência do linhito é intensa e que, quando queimado, libera
bastante enxofre. O uso dessa substância aumentou de 30 milhões de toneladas,em 1950,
para 100 milhões de toneladas em 1980.
Nem todas as regiões se encontram tão seriamente afetadas, mas atualmente há
informações vindas de todas as partes do mundo sobre árvores prejudicadas. É fácil
reconhecer uma árvore morta, mas na maioria dos casos a morte não se deve diretamente a
chuva ácida, que as enfraquece e elas morrem derrubadas pelo vento, ou atacadas por
insetos e fungos. As árvores corníferas correm risco maior, embora as árvores decíduas
sejam igualmente afetadas (Internet 18, 2011).
Em áreas afetadas pela chuva ácida, os animais e as plantas enfrentam, ainda, outras
dificuldades. Os solos contêm naturalmente pequenas quantidades de minerais tóxicos
como alumínio, cádmio e mercúrio. Normalmente não causam problemas sérios, mas á
medida que a acidez do solo aumenta, intensificam-se as reações químicas que permitem a
absorção desses minerais pelas plantas. As plantas são, então, contaminadas e qualquer
animal que se alimente delas absorverá os tóxicos, que permanecerão em seus corpos. Os
minerais nocivos são também lixiviados do solo para os rios e lagos, onde podem matar
peixes e outros seres vivos. O problema se agrava quando a poluição deposita ainda mais
minerais no solo. Em certas regiões da Polônia, descobriu-se que as colheitas continham 10
vezes, mais chumbo do que o limite considerado aceitável (Internet 18, 2011).
Cerca de 90 % da água dos rios e lagos passou previamente pelo solo. Com a
capacidade do solo para neutralizar os ácidos está diminuindo, e a acidez da chuva está
aumentando, a acidez da água nos rios e lagos também está aumentando. Os lagos também
recebem a água da chuva que cai diretamente da atmosfera, não havendo possibilidade de
reduzir a acidez dessa água pela ação do solo. Desde 1950, a situação tornou-se,
certamente, pior nas áreas mais sensíveis da América do Norte e Europa, embora haja
indícios de que as condições estão se estabilizando.
Um lago em condições naturais tem pH ao redor de 6,5 e pode manter uma grande
variedade de plantas, insetos e peixes. Além disso, há inúmeros animais, incluindo aves,
que se nutrem do farto alimento encontrado nesses lagos. A chuva ácida reduz o pH dos
lagos com graves conseqüências ao meio ambiente (Internet 19, 2011).
56
Quando o pH de um lago diminui (com o aumento do nível de acidez), os peixes
encontram maior dificuldade para se reproduzir com êxito. Um caso clássico de poluição de
lagos aconteceu no Lago Erie (Figura 21). A poluição dos lagos Érie em Ortário atingiu tal
grau de gravidade que, seriam necessários 500 anos para se restabelecer as condições
iniciais de pureza caso se evitasse o lançamento imediato de poluentes no lago.
Figura 21. Grandes lagos afetados pela chuva ácida
Fonte: http://www.pcrush.com/product/GPS-Maps-and-Applications/179315/Garmin-BlueChart-Lake-Erie-Lake-St.-Clair-Digital-Map; http://www.omya.com/C125728900639D06/vwWebPagesByID/E9973499A64F7B07C1257363005B5B93
.
No lago Érie, antes de desaparecerem todos os peixes, verificou-se que esse lago
continha quatro vezes a mais a quantidade de mercúrio que era considerada como o nível
tóxico. Foi necessário um grande empenho dos dois países (Estados Unidos e Canadá) e
alguns milhares de doláres para que o lago Érie voltasse a vida.
A acidez é maior na primavera quando a neve derrete. Esta também é a época em que
os ovos dos peixes eclodem, nascendo filhotes. Eles são incapazes de tolerar os altos níveis
de acidez e morrem. Não é somente o ácido que os mata, mas também os minerais tóxicos
como o alumínio, que são lixiviados dos terrenos circunvizinhos para a água responsáveis
pela poluição (Internet 10, 2011).
As bases ajudam a neutralizar ácidos. O calcário moído é uma base capaz de reduzir a
acidez quando aplicado em lagos, rios ou solo. A isso denomina calagem. É o que se usa
com mais frequência para diminuir a acidez de lagos. A quantidade necessária para corrigir
57
a acidez e atingir um pH adequado (6,5) varia de acordo com o tamanho e o grau de acidez
do lago.
Conforme o caso, cerca de 4 toneladas por hectare serão necessárias para elevar o pH
de 5,5 para 6,5. Depois da aplicação espécies de plantas e animais poderão retornar
prontamente ao lago. Com os metais tóxicos são arrastados para o fundo, os peixes poderão
se reproduzir com êxito. As únicas espécies afetadas serão as que vivem no fundo do lago,
onde os metais se acumulam. Para evitar que os problemas se repitam, a calagem deve ser
feita em intervalos de dois a cinco anos. Contudo, manter lagos em condições favoráveis
leva tempo e é muito dispendioso, principalmente em regiões remotas. Mas, o prejuízo
causado pela chuva ácida é tão grande que a calagem nunca solucionará o problema.
Calcula-se que seriam necessárias mais de 300 mil toneladas de cal por ano, ao custo de 25
milhões de libras esterlinas, para neutralizar os ácidos somente no sul da Noruega (Internet
10, 2011).
Nos peixes a chuva ácida provoca diminuição da
biodiversidade, especialmente em sistemas de
água confinados, tais como rios e lagos. Altos
níveis de acidez interferem especialmente com a
respiração dos peixes pequenos e embriões,
causando danos nas guelras. A chuva ácida
também causa falha no sistema reprodutor em
peixes e outros animais aquáticos. Durante a
época de acasalamento, peixes fêmeas em lagos
ácidos podem deixar de liberar óvulos ou suas células reprodutivas. Alguns peixes também
sofrem descalcificação óssea, ou a falta de cálcio, que pode levar a deformidades
esqueléticas. As aves que comem esses peixes também sofrem as consequências, pois os
minerais tóxicos tornam-se ainda mais concentrados em seus corpos. As cascas de seus
ovos tornam-se mais frágeis e podem se quebrar, e quando os filhotes nascem, seus ossos
podem estar deformados.
A chuva ácida pode também pôr em perigo pássaros não aquáticos, levando-os a pôr
ovos com defeito (perda de cálcio com aumento da porosidade) e também podem deixar de
chocar os ovos devido aos danos causados nas árvores onde as aves constroem seus ninhos.
58
As chuvas ácidas afetam as aves indiretamente, através da cadeia alimentar.
Caramujos e insetos são a fonte de alimento da maioria das aves. Os caracóis são sua
principal fonte de cálcio, um mineral essencial na formação de cascas de ovos. Caracóis
dependem do solo de onde retiram sua fonte de cálcio, mas em áreas de chuva ácida, o
cálcio é lixiviado e o solo fica empobrecido deste elemento. Embora os pássaros sejam
capazes de se alimentar de aranhas e insetos, tais fontes são muito pobres em cálcio,
causando deformações nos ovos.
Nas plantas terrestres e aquáticas a chuva ácida causa danos em igual proporção.
Ocorre um crescimento mais lento das árvores, danos nas folhas, bem como a degradação
do solo da floresta. A chuva ácida dissolve os nutrientes do solo e a lixiviação dos
nutrientes para os corpos hídricos podendo causar eutrofização, ao mesmo tempo ele libera
o alumínio e outras substâncias tóxicas no solo e em rios e lagos causando mortandade nos
peixes e alterações significativas na qualidade da água. As plantas no ecossistema aquático
também sofrem os efeitos da chuva ácida. Alguns tipos de algas crescem desordenadamente
em ambientes ácidos, o que representa uma ameaça para outras espécies, reduzindo a
quantidade de oxigênio disponível e espaço.
Nos anfíbios como rãs e salamandras, que muitas vezes se reproduzem em poças
temporárias, que podem concentrar a acidez da chuva, se observou danos aos ovos e
espécies jovens. No entanto, sapos adultos podem tolerar água ácida melhor do que as
salamandras. Rãs podem sobreviver em águas com níveis de pH de 4, salamandras não
podem sobreviver quando os níveis de acidez forem abaixo de pH= 5.
Os crustáceos e insetos, como as lagostas não são encontradas em águas ácidas com
pH é inferior a 5. Diminuindo o número de lagostas também ameaça a existência de
animais, como a maioria das espécies, que se alimentam deles. A maioria dos insetos
depositam seus ovos na água ou na superfície das folhas, sendo muito vulneráveis aos
efeitos negativos da chuva ácida. Baixos níveis de pH podem matar os embriões dentro dos
ovos, bem como as larvas recém-eclodidas.
Quando a precipitação ácida ocorre sob a forma de neve, os problemas para o meio
ambiente são retardados, mas podem ser muito piores posteriormente. Durante o inverno,
em países de clima frio, a neve se acumula no solo, retendo seus ácidos. Na primavera,
59
quando a neve derrete, há um súbito fluxo de água que corre pelo chão até os rios e lagos
(Internet 19, 2011).
Eventualmente, ácidos que ficaram retidos por seis meses são liberados em poucas
semanas. Estas correntezas ácidas, como são chamadas, são particularmente prejudiciais
para plantas e animais.
O excesso de nitrogênio lançado pela chuva ácida em determinados lagos também
pode causar crescimento excessivo de algas, e conseqüentemente perda de oxigênio,
provocando um significativo empobrecimento da vida aquática.
A ingestão de água potável acidificada, por longos períodos, pode causar a doença de
Parkinson e de Alzheimer, a hipertensão, problemas renais e, principalmente em crianças,
danos ao cérebro. Estima-se que nos EUA a chuva ácida é a terceira maior causa de
doenças pulmonares.
Em algumas regiões, respirar ar puro implica ameaças a saúde, especialmente para os
mais velhos e os que sofrem de asma, ou outros problemas respiratórios, ou, ainda, para
aqueles que têm um problema cardíaco. Na Alemanha, as concentrações de dióxido de
enxofre na atmosfera tornaram-se tão perigosas, que as pessoas são aconselhadas a não
saírem de casa.
Segundo VanLoon & Duffy (2010) a identificação de uma fonte de poluição
atmosférica depende dos padrões adotados para definir os agentes poluidores e seus efeitos
sobre homens, animais, vegetais ou materiais outros, assim como dos critérios para medir
os poluentes e seus efeitos. Essas alterações provocam no homem distúrbios respiratórios,
alergias, lesões degenerativas no sistema nervoso, e em órgãos vitais, e câncer. Em cidades
muito poluídas, esses distúrbios agravam-se no inverno com a inversão térmica, quando
uma camada de ar frio forma uma redoma na alta atmosfera, aprisionando o ar quente e
impedindo a dispersão dos poluentes.
A discussão sobre a qualidade do ar, sempre tem uma conclusão em comum: é
impossível controlar as fontes de poluição.
Outros fatores a considerar são de natureza social (pressão de grupos), ambientais
(sinergismos ou antagonismos) e mesmo pessoal como suscetibilidade de indivíduos ou
grupos, e vários outros.
60
Ao olhar para as diversas construções, especialmente as antigas, nota-se muito bem
que os materiais de construção estão se dissolvendo. Eles desgastam-se naturalmente pela
ação do tempo, mas isso leva muitos anos, geralmente alguns séculos. A chuva ácida
acelera o processo.
Muitas das pedras usadas na construção de estátuas e edifícios são constituídas por
carbonato de cálcio (granito, calcário) que sofre dissolução na presença do cátion H+,
traduzida pela seguinte equação química:
CaCO3+H+ Ca2++HCO3-+H+ Ca2+ + H2O + CO2(gás).
Em 1984, a Estátua da Liberdade, em Nova Iorque,
Estados Unidos, teve, de ser parcialmente desmontada
para restauração, porque a poluição ácida corroeu a
estrutura metálica e o revestimento de cobre. Milhões de
dólares foram gastos para recuperar o seu antigo
resplendor.
Os países escandinavos reconheceram que a chuva ácida
era uma das causas principais da acidificação de seus
lagos. Muita pesquisa tem sido desenvolvida para mostrar
as relações significativas entre as precipitações de
dióxido de enxofre e os danos ambientais. Aceitando essa
evidência, a maioria dos países concorda em reduzir suas
emissões. Alguns, entretanto, mostram muita má vontade
e afirmam causa de fato um grande malefício ao meio
ambiente.
O enxofre pode ser removido do combustível antes de ser queimado e vendido para a
indústria como subproduto. Isso realmente melhoraria as perspectivas de emprego nas áreas
de mineração, mas somente se o carvão ainda pudesse ser vendido por um preço elevado.
Alternativamente, o enxofre pode ser removido da fumaça antes que esta seja lançada na
atmosfera. Pode-se fazer isso utilizando dispositivos chamados dessulfurizadores, que são
instalados nas chaminés. Sua função é borrifar cal sobre a fumaça.
61
1.4.6. - Poluição dos veículos As fontes de emissão de poluentes primários e dos componentes secundários podem
ser as mais variadas possíveis. A emissão de gases tóxicos por veículos automotores é a
maior fonte de poluição atmosférica.
Nas cidades, esses veículos são responsáveis por 40 % da poluição do ar, porque
emitem gases como o monóxido e o dióxido de carbono, o óxido de nitrogênio, o dióxido
de enxofre, derivados de hidrocarbonetos e chumbo. As refinarias de petróleo, indústrias
químicas e siderúrgicas, fábricas de papel e cimento emitem enxofre, chumbo e outros
metais pesados, e diversos resíduos sólidos.
Os motores dos veículos produzem óxidos de nitrogênio e outros poluentes. Os gases
emitidos pelos motores dos carros podem ser purificados usando gasolina sem chumbo e
adaptando um conversor catalítico. Esses dispositivos convertem 90 % dos gases nocivos
presentes nos escapamentos em dióxido de carbono, nitrogênio e vapor d'água, bem menos
prejudiciais.
Uma alternativa seria desenvolver motores de
combustão branda que são eficientes e poluem
menos. Os motores a diesel são mais econômicos
porque consomem menos combustível do que os
motores a gasolina. Entretanto produz mais
fumaça, duas vezes mais óxido de nitrogênio e seis
vezes mais dióxido de enxofre.
Estudos sobre as emissões veiculares são
relativamente recentes. Em 1982, a Organização
Mundial de Saúde (WHO, 1982) publicou os resultados do estudo "Rapid Assessment of
Sources of Air, Water and Land Pollution". Não temos informações sobre a situação
reinante na Europa antes do acordo das nações da União Européia, de 1991, a partir de
quando foram emitidas as prescrições para motores novos. A Legislação brasileira é
calcada na européia, o que se explica pela preponderância das montadoras de veículos
Diesel, oriundas da Europa (Scania, Volvo e Mercedes Benz) no mercado nacional (Internet
21, 2011).
62
O motor Diesel é dito de "ignição por compressão", o que quer dizer que a mistura
combustível é inflamada quando uma nuvem de óleo é injetada pela bomba de alta pressão
no ar quente contido no cilindro. Ao contrário, no motor do ciclo Otto a ignição é
desencadeada pela centelha que salta entre os eletrodos da vela de ignição. O combustível
do ciclo Otto utiliza derivados leves do petróleo (naftas leves, propano, butano, etc.), gás
natural, gás de água (gerados em gasogênio), álcool e outras substâncias gasosas ou que
possam ser facilmente vaporizadas antes de entrar no cilindro do motor.
No Brasil, que tem consumo de combustíveis automotivos praticamente centrados no
óleo diesel (cerca de 1/3 dos usos de derivados), devido à estrutura do sistema de
transportes coletivos de passageiros e de carga, o número de cetano variou entre amplos
limites, a partir da alta de preço do petróleo na década de 70, refletindo o esforço de
acomodação da balança comercial. A partir do início da década de 90 houve um movimento
de melhoria da qualidade do diesel motivado pela legislação sobre a qualidade do ar. Em
1986, o Ministério Nacional do Meio Ambiente instituiu o PROCONVE, que visava
regulamentar a emissão de poluentes oriundas dos automóveis, já na fabricação.
A emissão de CO2 dos automóveis deve
ser calculada através do balanço de carbono
envolvendo o combustível consumido e as
emissões de CO e HC.
Uma forma simplificada para se
elaborar o balanço de carbono consiste em se
recorrer ao número de cetano, como principal
indicador de qualidade do óleo. A
metodologia do ensaio de cetano parte da referência ao n-hexadecano (C16H34) como o
combustível diesel de excelência (o mais facilmente inflamável por compressão) e ao alfa-
metil-nafteno (C11H10) como o de mais difícil inflamação.
Os hidrocarbonetos emitidos pelo motor Diesel, referidos genericamente como HC,
compreendem o combustível original não queimado e outros hidrocarbonetos resultantes do
termocraqueamento dele, bem como outras substâncias resultantes de reações químicas
com o oxigênio no motor. A legislação não obriga a discriminação desses vários
hidrocarbonetos. Também os diferentes óxidos de nitrogênio que compõem o NOx não são
63
discriminados na determinação do nível de emissão, não sendo possível apresentar índices
específicos para eles.
Assuntos como aquecimento global e efeito estufa fazem, cada vez mais, parte de
nosso cotidiano, embora poucas atitudes assumam uma forma prática e eficiente de
combate a estes males, que podem extinguir a vida como a conhecemos. O que poucos
sabem, ou fingem ignorar, é que os 700 milhões de veículos existentes no planeta são
grandes responsáveis pela situação em que nosso planeta se apresenta (Internet 21, 2011).
1.5. - O efeito estufa, aquecimento global
e mudanças climáticas lguns gases da atmosfera, principalmente
o dióxido de carbono (CO2), funcionam
como uma capa protetora que impede que
o calor absorvido da irradiação solar escape para o
espaço exterior, mantendo uma situação de equilíbrio
térmico sobre o planeta, tanto durante o dia como
durante a noite. Sem o carbono na atmosfera a
superfície da Terra seria coberta de gelo. A essa
particularidade benéfica da camada de ar em volta do
globo se dá o nome de "efeito estufa" (Baird, 2002).
A importância do efeito estufa pode ser mais bem compreendida quando se observa
as condições reinantes na Lua. Lá não há uma atmosfera e, portanto nenhum efeito estufa;
por isso as temperaturas variam de 100 °C durante o dia a -150 °C durante a noite.
O efeito estufa na Terra é garantido pela presença do dióxido de carbono, vapor de
água e outros gases raros. Esses gases são chamados de raros porque constituem uma
parcela muito pequena na composição atmosférica, formada em sua maior parte por
nitrogênio (75 %) e oxigênio (23 %).
A
64
O efeito estufa gerado pela natureza é, portanto, não apenas benéfico, mas
imprescindível para a manutenção da vida sobre a Terra. Se a composição dos gases raros
for alterada, para mais ou para menos, o equilíbrio térmico da Terra sofrerá conjuntamente.
Segundo Moreira (2009) Três conceitos, diferentes entre si, se referem ao clima terrestre:
efeito estufa, aquecimento global e mudança climática. Efeito estufa refere-se ao fenômeno
natural que acontece devido a um aumento nas concentrações dos chamados gases de efeito
estufa (GEE) na atmosfera. Aquecimento global é a elevação da temperatura média da
Terra, causada possivelmente pelo efeito estufa ou pela atividade solar. Já a mudança do
clima é definida, de acordo com os relatórios publicados pelo IPCC4 - Painel
Intergovernamental de Mudanças Climáticas - como: “Mudança no estado do clima que
pode ser identificado (estatisticamente) por mudanças na variabilidade de suas
propriedades, e que persistem por um período extenso, de décadas ou mais. Essa mudança
se refere a qualquer mudança no clima ao longo dos tempos, devido à variabilidade natural
ou ao resultado das atividades humanas” (IPCC, 2007).
A ação do ser humano na natureza tem feito aumentar a
quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, através de
uma queima intensa e descontrolada de combustíveis fósseis
e do desflorestamento. A derrubada de árvores provoca o
aumento da quantidade de dióxido de carbono na atmosfera
pela queima e também por decomposição natural. Além
disso, as árvores aspiram dióxido de carbono e produzem
oxigênio. Uma menor quantidade de árvores significa
também menos dióxido de carbono sendo absorvido.
Existe um consenso de que o aumento do efeito estufa só não é maior atualmente
porque uma grande parte de CO2 é dissolvida nos oceanos e extraída pela vegetação. Sem
esses mecanismos reguladores, há muito o ser humano já teria sozinho, desequilibrado
totalmente o clima da Terra (Figura 22).
O envelope de ar que cobre a Terra contém basicamente nitrogênio (78 %) e oxigênio
(21 %). Embora insignificante em quantidade, algo como 0,03 % do total, o CO2 é
importante porque absorve e retém calor, que de outra forma, escaparia para o espaço,
mantendo constante a temperatura do planeta. As atividades humanas, porém vêm
65
aumentando a concentração de CO2 e de outros gases no ar, o que desequilibra a harmonia
e provoca a elevação da temperatura global. É o chamado efeito estufa. Acredita-se que a
temperatura pode subir até 4,5º C em cinqüenta anos. Alguns destes gases também reagem
com o vapor de água da atmosfera, tornando a chuva ácida. Ela pode contaminar lençóis de
água e oceanos (2/3 das chuvas caem sobre eles).
Figura 22. Representação esquemática do efeito estufa
Fonte: Gazzoni e Estevão, 2011
http://www.biodieselbr.com/i/credito-de-carbono/efeito-estufa.jpg
1.5.1. - O mecanismo do efeito estufa Segundo Lima (2011) na dinâmica atmosférica há uma troca energética entre os
constituintes presentes nesta e que ocorre por diferentes processos físicos (mistura de gases
por ventos e processos meteorológicos, difusão, convecção, radiação, processos
fotoquímicos, etc.), devido a algumas características do meio, tal como distribuição de
constituintes com a variação da densidade e da temperatura em função da altura, latitude,
época do ano, etc.
66
Tão importante quanto estes processos atmosféricos é o processo de transferência
radiativa de energia na atmosfera, sendo a principal fonte de energia radioativa atuante
nesta, aquela de origem solar. Uma parte desta energia é absorvida pelos gases presentes na
atmosfera, outra parte atravessa a camada da superfície, atingindo a superfície da Terra e
ainda outra parte é refletida de volta para o espaço. Este processo gera um aquecimento da
atmosfera, o qual está envolvido com o fenômeno conhecido como efeito estufa. De forma
simplificada, a radiação que chega à atmosfera terrestre é reemitida em todas as direções,
sendo que parte desta, que atinge a superfície terrestre, é parcialmente absorvida por esta
(radiação no infravermelho). Desta forma, a superfície terrestre é aquecida não somente
pela insolação direta, mas também por aquela radiação reemitida pela atmosfera.
A superfície terrestre absorve parte de toda a radiação recebida de diferentes origens,
aquecendo-se e reemitindo parte desta energia para atmosfera. No balanço desta troca
térmica há a produção de vapor d' água e convecção de calor pelos gases na atmosfera
(Figura 23).
O aquecimento da superfície terrestre e da atmosfera adjacente, por este processo é
um fenômeno normal, cujas características tais como sua periodicidade, podem ser
observadas e estimadas se as condições de equilíbrio energético na atmosfera forem
mantidas substancialmente inalteradas em uma determinada escala de tempo.
Entretanto, quando este equilíbrio é prejudicado, como pelo aumento na atmosfera da
presença de gases que modificam a sua condição de transparência e de reabsorção do calor
emitido pela superfície terrestre, tal como, por exemplo, o dióxido de carbono (gás presente
como resultado de queimadas e de queima de combustível fóssil), há um desequilíbrio de
temperatura com o aumento desta na região atmosférica adjacente à superfície terrestre.
Dos 342 watts/m² que penetram a atmosfera, 235 watts/m² são absorvidos pela
atmosfera e superfície e deve ser reemitido para o espaço. 155 watts/m² são refletidos de
volta para a superfície terrestre causando o efeito estufa.
De toda radiação proveniente do sol que incide sobre a Terra, cerca de 50 % alcança a
superfície e é absorvida (região visível), 20 % é absorvida por pelos gases da estratosfera,
O3, O2 (ultravioleta) e CO2 e H2O (infravermelho). O restante é refletido como radiação
infravermelha na forma de calor.
67
Alguns gases presentes no ar podem absorver temporariamente radiação
infravermelho em um comprimento de onda específico, portanto nem toda radiação
infravermelha emitida pela superfície sai da atmosfera.
A absorção da radiação infravermelha ocorre por gases que ocorrem naturalmente na
atmosfera, que são principalmente o CO2, vapor de água, metano, óxido nitroso e ozônio.
Derivados de halogênios também causam esse efeito, mas sua origem está ligada a
atividade antropogênica.
Figura 23. Mecanismo do efeito estufa
Fonte: Adaptado de environment-clean-generations.blogspot.com, 2011.
Estima-se que, se a taxa atual de aumento desses gases no planeta continuar pelo
próximo século, as temperaturas médias globais subirão 0,3oC por década, com uma
incerteza de 0,2 oC a 0,5 oC por década (Cotton & Pielke, 1995), de modo que, no ano
2100, o aquecimento global estaria compreendido na faixa de 1,0 a 3,5 oC (European
Comission, 1997).
A mudança na radiação líquida média no topo da troposfera, decorrente de uma
alteração na radiação solar ou infravermelha, é designada forçante radiativa
68
Segundo Moreira (2009), sabe-se hoje que as fontes dos gases de efeito estufa podem
se originar em qualquer parte do planeta, motivo pelo qual há uma grande dificuldade em
determinarmos, de forma correta, o local de origem destes gases. Deste modo, ao nos
debruçarmos sobre a problemática da alteração do clima, notamos que uma das facetas da
preocupação global reside no fato de que as emissões dos gases de efeito estufa provêm de
múltiplos e diversos locais.
1.5.2. - Os gases que provocam o efeito estufa Segundo Santos (2006) a atmosfera, camada de ar que envolve o planeta Terra, é
constituída por vários gases. Os principais são o Nitrogênio (N2) e o Oxigênio (O2) que,
juntos compõem de 99 % da atmosfera. Outros gases encontram-se presentes em pequenas
quantidades. Dentre estes, estão os gases de efeito estufa (GEE) como, dióxido de carbono
(CO2), o metano (CH4), o óxido nitroso (N2O) e o vapor d’água (H2O). Estes gases são
assim denominados, por terem a capacidade de reter o calor na atmosfera, do mesmo modo
que o revestimento de uma estufa para cultivo de plantas. O efeito estufa é um fenômeno
natural.
É importante ressaltar que as previsões de mudanças climáticas, associadas às ações
antrópicas, não se referem propriamente ao efeito estufa que é uma propriedade natural da
atmosfera, mas sim à intensificação deste efeito, quando, pelas atividades antrópicas, gases
estufa são lançados na atmosfera, reforçando o bloqueio à saída da radiação infravermelha
para o espaço. A questão é se a injeção destes gases na atmosfera, pela ação do homem,
promoveria o aquecimento do planeta (Steinke, 2007).
O vapor d’água e o dióxido de carbono têm a propriedade de permitir que as ondas
eletromagnéticas que chegam do Sol atravessem a atmosfera e aqueçam a superfície
terrestre e dificultar a saída da radiação infravermelha emitida pela Terra. Isto impede que
ocorra uma perda demasiada de calor irradiado para o espaço, especialmente à noite,
mantendo, assim, a Terra aquecida.
De acordo com Cortez (2004), o aumento da utilização de combustíveis fósseis
(derivados de petróleo, carvão, turfa, gás natural) libera CO2 aumentando a sua
concentração na atmosfera com consequente aumento da temperatura mundial (Figura 24).
69
As queimadas e a destruição das florestas também contribuem para o aumento do
CO2 na atmosfera. Na prática, pela queima dos combustíveis fósseis e das florestas, libera-
se carbono que a natureza havia estocado ao longo do tempo. Uma planta, durante o seu
processo de crescimento, captura CO2 da atmosfera pela fotossíntese e também acumula
carbono, sendo que a partir de sua maturidade passa a mantê-lo estocado, porque se
mantém em equilíbrio dinâmico na absorção e liberação de CO2.
Figura 24. Variação da temperatura global período 1860-2000.
Fonte: Adaptado de Baird, 2002.
1.5.3. - Emissões de CO2, e suas conseqüências
ambientais Os processos envolvendo o CO2 atmosférico são
uma função complexa de processos geoquímicos e
biológicos. A concentração de gás carbônico na
atmosfera aumentou de aproximadamente 280 ppmv em
tempos pré-industriais para 370 ppmv em 2001, um
aumento de 32 % (IPCC, 2001 e Blasing e Jones, 2003).
70
Segundo Lisboa (2007) grande parte do aumento da contribuição antropogênica para
o CO2 atmosférico se deve aos combustíveis fósseis, onde material animal e vegetal
contendo carbono foram cobertos por depósitos geológicos, até então ser oxidado nos
motores a combustão interna. Como resultado da absorção da energia infravermelha, principalmente por CO2 e
água, apenas radiação entre 8-13 µm escapam da atmosfera eficientemente. Esta região é
chamada de janela.
As concentrações normais do monóxido de carbono (CO) na atmosfera são de,
aproximadamente 0,1 ppm. Muito do CO está aí presente como intermediário da oxidação
do metano. As emissões antropogênicas contribuem com cerca de 6 % do total de CO
presente no ar, principalmente como resultado da queima de combustíveis fósseis a partir
de fontes fixas e móveis. Em horários de congestionamento ou de pico, por exemplo, as
concentrações de CO no meio urbano podem atingir até 100 ppm (Manahan, 2000).
O dióxido de carbono (CO2) é o gás mais associado ao aquecimento global, pela
grande absorção da radiação infravermelha. A concentração de CO2 na atmosfera tem
aumentado ao longo dos anos (Figura 25).
Figura 25. Evolução da concentração de CO2 na atmosfera
Fonte: Baird, 2002
71
As moléculas de CO2 presentes no ar (nas concentrações atuais)
absorvem praticamente metade da radiação infravermelha térmica
na região com comprimento de onda entre 14 e 16 µm, acrescido
de parcelas em regiões compreendidas entre 12 e 14 e 16 a 18
µm. Sozinho, o CO2 chega ser responsável por quase 50 % do
calor retido na atmosfera da Terra, daí o motivo de tanta
preocupação na contenção da concentração desse gás.
O CO2 Absorve as radiações solares provocando um aumento da
temperatura da Terra; é essencial ao processo de fotossíntese e tem uma alta solubilidade
em água.
As principais reservas de carbono da natureza são a biota, o solo e os oceanos. A
biota que consiste em toda vida sobre a superfície da Terra, dominada em termos de
volume, pela vida vegetal, absorve 102 Gt (Gigatonelada = 1 bilhão de toneladas), de
carbono por ano do CO2 liberado durante a fotossíntese, isto representa cerca de 14 % do
teor total de CO2 da atmosfera. Em contrapartida a biota devolve anualmente cerca de 30 Gt
de carbono à atmosfera. A decomposição bacteriana de matéria vegetal morta acrescenta
mais 50 Gt de carbono ao CO2 devolvido à
atmosfera. Há, portanto certo equilíbrio no
carbono trocado entre a biota terrrestre e a
atmosfera, sendo retidas por ano talvez 2
Gt de carbono na biota terrestre.
Nos oceanos o CO2, também é
absorvido da atmosfera em decorrência de
processos tanto químicos, como
biológicos. O dióxido de carbono é recebido em solução sob a forma de íons de bicarbonato
de, enquanto os fitoplânctons são sorvedores de dióxido de carbono em decorrência da
fotossíntese. Um total de 92 Gt de carbono por ano é absorvido da atmosfera desta maneira.
Das águas superficiais, perto de 90 Gt de carbono são devolvidas à atmosfera a cada ano.
Por processos físicos e biológicos: liberação de dióxido de carbono diretamente das águas
72
marinhas por difusão em decorrência da respiração dos fitoplânctons, ficando cerca de 2 Gt
retidas anualmente nos oceanos.
Quando se fala em mudança climática e em aquecimento global, refere-se ao
incremento, além do nível normal, da capacidade da atmosfera em reter calor. Isto vem
acontecendo devido a um progressivo aumento na concentração dos gases do efeito estufa
(GEE) na atmosfera nos últimos 100 anos. Tal aumento tem sido provocado pelas
atividades humanas que produzem emissões destes gases. Este aumento no efeito estufa
poderá ter conseqüências sérias para a vida na Terra (Fláquer & Alves, 2007).
Entre os GEE que estão aumentando de concentração, o dióxido de carbono, CO2, é o
que tem maior contribuição para o aquecimento global. Suas emissões representam
aproximadamente 55 % do total das emissões mundiais de GEE. O tempo de permanência
do gás carbono na atmosfera é, no mínimo, de cem anos. Isto significa que as emissões de
hoje têm efeitos de longa duração, podendo resultar em impactos no regime climático ao
longo de séculos. Por sua vez, a quantidade de metano emitida para atmosfera é bem
menor, mas seu poder estufa (potencial de aquecimento) é vinte vezes superior ao do CO2
(Moreira, 2003). O CO2 responderia por mais da metade de um aumento de 1º C.
Em termos de reações químicas, o dióxido de carbono possui baixa reatividade, tanto
por sua baixa concentração na atmosfera, quanto pela baixa reatividade fotoquímica. A
única reação fotoquímica que o CO2 sofre é a fotodissociação do CO2 pela radiação
ultravioleta na estratosfera: CO2 + hν → CO + O. O ciclo do CO2 é um dos mais
importantes, pois é o que garante a existência da vida na Terra (Figura 26).
A decomposição do corpo de animais mortos também participa do ciclo, pois nesse
processo os microorganismos oxidam a matéria orgânica, liberando CO2.
As fontes de liberação de CO2 envolvem a exalação deste gás pelos vulcões; a falta de
temperatura de rochas, principalmente as carbonáticas; a queima de combustíveis fósseis, a
respiração dos seres vivos e a oxidação da matéria orgânica. Segundo Moreira (2009) a
biosfera é um grande reservatório de carbono que participa do ciclo de carbono global em
conjunto com os oceanos e a atmosfera.
As florestas desempenham um importante papel para o equilíbrio do carbono global
pelo fato de retirarem da atmosfera parte do carbono existente na atmosfera, via
fotossíntese. O desmatamento das florestas pelo corte libera parte da biomassa original
73
(folhas vivas, toras, raízes, húmus, folhas mortas) que ao ser queimada lança CO2 na
atmosfera.
Figura 26. Ciclo do carbono
Fonte: Adaptado de windows2universe.org, 2011.
Este desequilíbrio tem consequências diretas na biosfera, como o aumento do nível do
mar, resultante de um aumento de seu volume, por dilatação térmica em função de seu
aquecimento, e por um gradual derretimento das calotas polares terrestres. Este
aquecimento do mar, por sua vez, diminuirá a sua capacidade de absorção de dióxido de
carbono, contribuindo, no mínimo, para a manutenção do desequilíbrio térmico da
atmosfera adjacente à superfície terrestre até que outro fenômeno consiga interromper ou
reverter este efeito.
Além dessa consequência quanto à absorção do CO2, um aquecimento do mar
modificará a distribuição alimentar deste, afetando suas cadeias alimentares. Outra
consequência do aumento da temperatura próximo à superfície terrestre é o aumento de
vapor d' água nesta região, aumentando a precipitação pluviométrica e a umidade relativa
do ar, o que propicia a proliferação de determinadas doenças e pragas, enchentes,
desmoronamentos e outros problemas.
74
O desequilíbrio energético do efeito estufa, com um aumento de temperatura
atmosférica na região adjacente à superfície terrestre pode também modificar as fases
processuais de cultivos agrícolas, e exigir uma
readaptação das culturas às novas condições
térmicas existentes e/ou a uma readaptação
alimentar, em função da impossibilidade de
manutenção de determinados cultivos.
O aumento da temperatura altera o ciclo das
chuvas em diversos continentes, porque o ciclo
de evapotranspiração (evaporação da água mais
a transpiração das plantas) será acelerado. Em uma região pode ocorrer o agravamento e
intensidade de tempestades e do período de enchentes, furacões, tufões e nevascas. Em
Nova Orleans, o furacão Katrina devastou a cidade (Figura 27).
Figura 27. Nova Orleans depois da passagem do furacão Katrina
Fonte: amistadresource.org, 2011
75
As áreas mais devastadas pelo furacão Katrina foram Louisiana, Mississippi e
sudoeste do Alabama. Deixou um prejuízo de dezenas de bilhões de dólares em danos
materiais e mais de mil vidas perdidas, foi o maior desastre natural da história dos EUA.
Ao mesmo tempo, outras regiões podem estar submetidas às vigorosas secas, com
índices pluviométricos inferiores ao que seria normal na mesma época e estação do ano.
Portanto, o grande desafio é investigar se o aumento global da temperatura média da
atmosfera já afetou as condições climáticas regionais e locais e em que ordem de
magnitude.
De forma geral, o termo “variabilidade climática” é utilizado para as variações de
clima em função dos condicionantes naturais do planeta e suas interações, daí a
denominação de variabilidade natural do clima. Já as “mudanças climáticas” seriam as
alterações na variabilidade natural do clima devido às atividades humanas. Desta forma, é
necessário identificar se está ocorrendo alteração na variabilidade natural para se poder
afirmar que está havendo mudança climática (Steinke, 2007).
1.5.4. - Outras substâncias que afetam o
aquecimento global Além do CO2 outros gases são responsáveis pelo efeito estufa e o aumento da sua
concentração na atmosfera também contribui para o aquecimento global (Tabela 5).
Tabela 5. Outros gases causadores do efeito estufa
Gases Concentração atual (ppb)
Aumento (%)
Tempo de residência (anos)
Eficiência relativa no aquecimento global
Instantâneo 100 anos CO2 365000 0,4 50-200 1 1 CH4 1720 0,5 12 21 9 N2O 312 0,3 120 206 320 CFC-11 0,27 0 50 12400 12500 Halon-1301 0,002 7 65 16000 19000 HCFC-22 0,11 5 12 11000 3300 HFC-134a 0,002 15 9400 3000
Fonte: Baird, 2002
76
O vapor d’água é o mais abundante causador do efeito estufa. Moléculas de água
absorvem energia térmica infravermelha devido à oscilação do ângulo H-O-H. O pico de
absorção está em 6,3 µm. Então grande parte da radiação emitida entre 5,5-7,5 µm é
absorvida pelas moléculas de água.
Segundo Tubelis e Nascimento (1986), as fontes naturais do vapor d’água são as
superfícies de água, gelo e neve, a superfície do solo, as superfícies vegetais e animais. A
passagem para a fase de vapor é realizada pelos processos físicos de evaporação e
sublimação, e pela transpiração. Segundo Ometto (1981), o vapor d’água é um dos dois
constituintes variáveis do ar atmosférico, chegando a ter até 4 % em volume.
Tubelis e Nascimento (1986) citam que este volume e extremamente variável e que
esta variabilidade provém da extrema facilidade com que consegue mudar de fase, nas
condições atmosféricas reinantes. Essas mudanças de fase são acompanhadas por liberação
ou absorção de calor latente, que associadas com o transporte de vapor d’água pela
circulação atmosférica, atuam na distribuição do calor sobre o globo terrestre. Por
apresentar estas características o vapor d’água é considerado o mais importante gás-estufa,
além disso, com a ação do efeito estufa a atmosfera se tornará mais quente contendo uma
quantidade maior de vapor d’água em decorrência de índices mais altos de evaporação.
Segundo Sousa (2011) o metano é o segundo gás-estufa em importância, absorve em
7,7 µm, produzido durante a decomposição anaeróbica. As principais fontes de metano são
arrozais, pântanos, animais domésticos ou não, cupins, gás natural e outros meios
anaeróbicos (Figura 28). A taxa de metano na atmosfera aumenta 1 % ao ano, sendo pouco
conhecidas as causas deste aumento. Algumas delas podem ser o aumento dos rebanhos
domésticos, a expansão de cultura de arroz e principalmente os vazamentos de gás natural
ou aterros. A permanência do metano na atmosfera é pequena (menos de 10 anos), sendo
consumido na atmosfera e em menor escala no solo (Internet 22, 2011).
O metano tem um potencial de aquecimento global de 63 vezes em um período de 20
anos, ou seja, 1 kg de metano nesse período produzirá 63 vezes o aquecimento global de 1
kg de dióxido de carbono, portanto o metano é 20 vezes mais potente que o dióxido de
carbono. As emissões globais de metano provenientes dessa fonte são estimadas em cerca
de 25 milhões de toneladas por ano (IPCC, 1995), correspondendo a 7 % das emissões
77
totais de metano. A maior parte do metano oriundo das atividades agropecuárias no Brasil é
devido à criação de gado (Figura 29).
Figura 28. Fontes globais de emissão de metano
Fonte: Adaptado de USEPA, 2000.
http://www.beefpoint.com.br/cadeia-produtiva/sustentabilidade/producao-de-metano-em-bovinos-e-sua-contribuicao-para-o-aquecimento-global-video-slides-e-artigo-57061n.aspx
No Brasil, 68 % da pecuária são representadas por bovinos (87 % de corte e 13 % de
leite, aproximadamente), com pouco mais de 163 milhões de animais em 1998 (IBGE,
2000), sendo considerado o maior rebanho bovino do mundo com fins comerciais.
Ruminantes manejados extensivamente podem ter suas emissões reduzidas por meio da
melhoria da digestão fermentativa no rúmen, administrando-se dietas a base de uréia e de
proteínas e fornecendo nutrientes vitais.
Como gás-estufa o óxido nitroso é ainda mais potente que o metano, e sua eficácia é
cerca de 230 vezes superior à do CO2. O óxido nitroso é produzido nos solos, acredita-se
virem dos solos 90 % das emissões de N2O. É grande a possibilidade de o N2O concorrer
para o aquecimento global, por ser um absorvente eficaz de radiação infravermelha e
permanecer muito tempo na atmosfera. O principal meio de dissipação deste óxido é a luz
ultravioleta estratosférica, que o destrói, porém essa dissipação e bastante lenta podendo
demorar até 150 anos. De maneira geral pouco se sabe sobre a quantidade real de N2O que
existe e quais seriam seus efeitos sobre o aquecimento do planeta. É produzido pelo ciclo
do nitrogênio e absorve em 8,3 µm.
78
Os CFCs que absorvem na região de 8 a 13 µm e o ozônio troposférico (O3) que
absorve entre 9 e 10 µm também contribuem com o aquecimento global.
Figura 29. Fontes de emissão de metano no Brasil
Fonte: MCT, 2004.
http://www.beefpoint.com.br/cadeia-produtiva/sustentabilidade/producao-de-metano-em-bovinos-e-sua-contribuicao-para-o-aquecimento-global-video-slides-e-artigo-57061n.aspx
1.5.5. - Dados sobre o aquecimento global Em média cada pessoa em países industrializados libera anualmente 5 toneladas de
CO2 a partir de combustíveis fósseis. Na Tabela 6 é apresentada uma lista dos países que
mais emitem CO2.
Aumentos recentes na concentração de gases traço na atmosfera, devido à atividade
antrópica, têm levado a um impacto no balanço de entrada e saída de radiação solar do
planeta, tendendo ao aquecimento da superfície da terra.
A contribuição brasileira para o aquecimento global (fontes de CO2) está apresentada
na Figura 30.
Ao mesmo tempo em que constitui uma atividade potencialmente influenciável pela
mudança do clima, a agricultura também contribui para o efeito estufa, com emissões de
gases como o metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxido
nitroso (N2O) e óxidos de nitrogênio (NOx) (Lima, 2000). Estima-se que 20 % do
79
incremento anual da forçante radiativa global são devidos ao setor agrícola considerando-se
o efeito dos gases metano, óxido nitroso e gás carbônico (baseado em IPCC, 1996),
excluída a fração correspondente às mudanças do uso da terra relacionadas com as
atividades agrícolas (15 %).
Tabela 6. Contribuição dos países na emissão de CO2 (anual)
País Bilhões de toneladas de CO2 por ano1
Fração do total mundial de CO2 emitido
Meta de redução
EUA 5,36 17 % X China 3,43 10,87 % -
Indonésia 2,85 9 % -
Brasil 1,70 5,39 % -
Rússia* 1,60 5 % 0*
Japão 1,23 3,9 % 6 % Índia 0,97 3 % -
Alemanha 0,84 2,66 % 8 %
Malásia 0,82 2,61 % -
Canadá 0,59* 1,86 % 6 % 1: Inclui emissões causadas por desmatamentos -: Esses países ratificaram o protocolo, mas não possuem metas de redução **: A Rússia tem como meta apenas estabilizar suas emissões para, em uma segunda etapa, possivelmente estabelecer uma meta de redução. É bom lembrar que as porcentagens de emissões de cada país nem sempre correspondem à parceria real de sua responsabilidade no aquecimento global, já que existem diferenças de população e desenvolvimento econômico, entre outros fatores Fonte: Adaptado de blogecovida.blogspot.com, 2011 e Baird, 2002
O metano e o óxido nitroso são os principais gases emitidos pelo setor agropecuário,
e contribuem com 15 % e 6 %, respectivamente, para a forçante radiativa global (Cotton &
Pielke, 1995). As fontes agrícolas de gases de efeito estufa são o cultivo de arroz irrigado
por inundação, a pecuária, dejetos animais, o uso agrícola dos solos e a queima de resíduos
agrícolas.
O cultivo de arroz irrigado por inundação, a pecuária doméstica e seus dejetos, assim
como a queima de resíduos agrícolas promovem a liberação de metano (CH4) na atmosfera.
80
Estima-se que 55 % das emissões antrópicas de metano provêm da agricultura e da
pecuária juntas (IPCC, 1995).
Figura 30. Contribuição brasileira para o aquecimento global Fonte: Adaptado de blogecovida.blogspot.com, 2011.
Os solos agrícolas, pelo uso de fertilizantes nitrogenados, fixação biológica de
nitrogênio, adição de dejetos animais, incorporação de resíduos culturais, entre outros
fatores, são responsáveis por significantes emissões de óxido nitroso (N2O).
A queima de resíduos agrícolas nos campos libera, além do metano (CH4), também
óxido nitroso (N2O), óxidos de nitrogênio (NOx) e monóxido de carbono (CO). Os
processos envolvendo o CO2 atmosférico são uma função complexa de processos
geoquímicos e biológicos. A concentração de gás carbônico na atmosfera aumentou de
aproximadamente 280 ppmv em tempos pré-industriais para 370 ppmv em 2001, um
aumento de 32 % (IPCC 2001 e Blasing e Jones 2003).
A conservação de florestas e recuperação de áreas desmatadas é de suma importância
para a mitigação da mudança climática, pois através de atividades de plantio de árvores e
reflorestamento é possível diminuir a concentração do CO2 da atmosfera, uma vez que as
árvores promovem o “seqüestro” desse gás através do processo da fotossíntese - processo
pelo qual a árvore produz o seu próprio alimento.
Na fotossíntese, as plantas absorvem o CO2 da atmosfera e conforme crescem
armazenam o carbono em suas folhas, troncos, galhos e raízes. Um metro cúbico de
madeira armazena quase uma tonelada de CO2, sendo cerca de 50 % da biomassa vegetal é
constituída de carbono. As florestas são os grandes sumidouros de CO2 do planeta.
81
Dos 8.511.960 km2 do Brasil, quase 2,9 milhões eram cobertos pela floresta
Amazônica até o final da década de 60. Hoje, a extensão florestal do país foi reduzida a
cerca de 2.200.000 km2. Mesmo com essa redução, o Brasil ainda é o responsável por 27,5
% de todas as florestas tropicais do mundo. De maneira geral a Amazônia teve seu
desmatamento acentuado a partir de 1980. Em 1975 foi estimado que 29.000 km2 tinham
sido desmatados, passando para 125.000 km2 em 1980 e 400.000 km2 em 1988, ou seja, 69
% dos desmatamentos ocorreram a partir de 1980.
O desmatamento leva a liberação de grandes quantidades de carbono proveniente da
biomassa na atmosfera da terra, onde se transforma no dióxido de carbono, que é o gás
responsável por quase metade de efeito estufa. Além disso, são liberadas grandes
quantidades de outros gases causadores do efeito estufa como o metano e o óxido nitroso.
A atual liberação de carbono proveniente de qualquer tipo de floresta tropical deve
ser comparada ao total de emissões de carbono provenientes da queima de combustíveis
fósseis no mundo inteiro (principalmente nos países menos desenvolvidos), estimadas em
5,6 bilhões de toneladas métricas em 1989. Portanto, as florestas tropicais são responsáveis
por 30 % da concentração de dióxido de carbono na atmosfera global, concentração que por
sua vez é responsável por metade do aquecimento global.
Quando outros gases-estufa emitidos pelo desmatamento das florestas tropicais são
levados em consideração, como o metano e o óxido nitroso, a contribuição geral do
desmatamento das florestas para o aquecimento global pode ser estimada entre 18 a 19 %,
talvez mais. Além disso, a contribuição dos desmatamentos para a concentração de CO2
parece estar crescendo mais do que a dos combustíveis fósseis. Extrapolando essa
tendência, no início do próximo século as florestas tropicais poderiam alcançar um pico de
5 bilhões de toneladas métricas de dióxido de carbono, diminuindo a partir dai, pois não
haveria mais florestas para serem destruídas.
Deste total de dióxido de carbono, liberado na atmosfera pela queima das florestas
tropicais, atualmente a floresta Amazônica representa 32,1 % ou seja, o maior percentual
entre todas as florestas tropicais do mundo. Kirchhoff (1992) afirma que as queimadas em
todo mundo representam 25 % do CO2 produzido por todas as fontes de produção, sendo as
queimadas da região tropical responsáveis por apenas 11,2 %, deste total de combustíveis.
A percentagem de 30 % do CO2, produzido pelas florestas tropicais representa metade do
82
aquecimento global, enquanto que para o outro autor as queimadas contribuem de maneira
global para o efeito estufa, porém não de forma expressiva.
1.5.6. - Medidas para a redução das emissões
de gases de efeito estufa Medidas para a redução das emissões de gases de efeito estufa
1. Pecuária
Herbívoros ruminantes, como bovinos, ovinos, bubalinos e caprinos produzem
metano através da fermentação entérica, um processo digestivo que ocorre no rúmen.
As emissões globais desse gás geradas a partir dos processos entéricos são estimadas
em 80 milhões de toneladas anuais, correspondendo a 22 % das emissões totais de metano
geradas por fontes antrópicas (USEPA, 2000).
A produção de metano dá-se também a partir dos dejetos animais, principalmente
quando manipulados na forma líquida, em condições de anaerobiose.
2. Agricultura
Não praticar desmatamento e queimadas em florestas. Pelo contrário, deve-se efetuar o
plantio de mais árvores como forma de diminuir o aquecimento global.
Uso de técnicas limpas e avançadas na agricultura para evitar a emissão de carbono.
Os solos são um importante reservatório de carbono ativo, orgânico e inorgânico, e
desempenham um importante papel no ciclo do carbono global. A agricultura tem
sido responsável por significativas perdas de carbono pelo solo, através de práticas
agrícolas de baixa sustentabilidade ambiental. Entre essas práticas, citam-se a aração
excessiva, gradeação e desmatamentos, que expõe os solos a processos de erosão e
compactação e, por conseguinte, à redução dos níveis de matéria orgânica no solo.
Outros fatores como: a fertilização inadequada, a queima de restos culturais e o
cultivo intensivo das terras, contribuem para o aumento dessas perdas.
Em contraste, práticas agrícolas que restauram a capacidade dos solos como reservatório de
carbono incluem: reflorestamento, cultivo de culturas perenes (culturas extrativistas,
como seringueira, cacau, castanhas, fruticultura, etc.), uso adequado de fertilizantes
83
químicos e adubos orgânicos, pastagens bem manejadas, agrofloresta e práticas de
conservação do solo (Embrapa, 1999).
Entre as ações e estratégias possíveis de ser empregadas como contribuição à redução de
gases de efeito estufa destaca-se:
recuperar áreas degradadas, com o objetivo adicional de fixar carbono atmosférico;
adotar política agrícola orientada para a conversão de terras degradadas ou
abandonadas para uso florestal e regeneração de florestas, assim como para propiciar
meios e recursos para a adoção de boas práticas agropecuárias e tecnologias;
incentivar atividades agroflorestais sustentáveis, como alternativa de exploração de
floresta de forma não predatória e que, ao mesmo tempo, favoreçam o estoque de
carbono nos solos e na vegetação;
desenvolver tecnologias que integrem objetivos de produtividade e redução das
emissões de gases;
fomentar o desenvolvimento de pesquisa para a compreensão dos processos que
influenciam o fluxo de gases entre sistemas agropecuários e a atmosfera;
promover a melhoria de informação técnica, social e econômica, que subsidiem o
delineamento das características dos sistemas de produção agrícola e animal
geradores de gases traço, permitindo ações de monitoramento.
Mudanças no cultivo do arroz em campos inundados
melhoramento vegetal - desenvolvimento de novas cultivares, seleção e geração de
plantas de arroz com baixas taxas de emissões de metano.
aceleração da decomposição de metano através da oxidação por breves interrupções
da inundação.
modificação do manejo de fertilização, de forma que se opte pela adição de material
orgânico compostado, onde a matéria orgânica facilmente mineralizável encontra-se
já de composta e humificada.
Mudanças no processo de queima de biomassa na agricultura
Leva à produção de metano, óxido nitroso (N2O), óxidos de nitrogênio (NOx) e
monóxido de carbono (CO), além do dióxido de carbono (CO2). O fogo libera
carbono da biomassa durante a combustão e acentua diretamente a liberação de
carbono do solo do qual a vegetação foi queimada.
84
No Brasil é freqüente a queima de cana-de-açúcar na pré-colheita e, em menor escala,
a queima dos resíduos da cultura do algodão, para controle fitossanitário.
Embora ocorra liberação de CO2 durante a queima da cana-de-açúcar, as emissões
desse gás não são consideradas como uma emissão líquida ao longo do tempo por
esses sistemas, pois, no ciclo seguinte da cultura, o CO2 emitido é reabsorvido
(Internet 2, 2011).
3. Mudanças nos processos tecnológicos
Diminuir o uso de combustíveis fósseis (gasolina, diesel, querosene) e aumentar o uso
de biocombustíveis (exemplo: biodíesel) e etanol.
Os automóveis devem ser regulados constantemente para evitar a queima de
combustíveis de forma desregulada. O uso obrigatório de catalisador em escapamentos
de automóveis, motos e caminhões.
Instalação de sistemas de controle de emissão de gases poluentes nas indústrias.
Ampliar a geração de energia através de fontes limpas e renováveis: hidrelétrica,
eólica, solar, nuclear e maremotriz. Evitar ao máximo a geração de energia através de
termoelétricas, que usam combustíveis fósseis.
Sempre que possível, deixar o carro em casa e usar o sistema de transporte coletivo
(ônibus, metrô, trens) ou bicicleta.
Colaborar para o sistema de coleta seletiva de lixo e de reciclagem.
Recuperação do gás metano nos aterros sanitários.
Usar ao máximo a iluminação natural dentro dos ambientes domésticos.
Construção de prédios com implantação de sistemas que visem economizar energia
(uso da energia solar para aquecimento da água e refrigeração).
4. Mudança de comportamento e aplicação de modelos de desenvolvimento sustentável.
Os protocolos como o de Kyoto tentam regulamentar e minimizar os efeitos das
emissões atmosféricas no mundo.
Cada país industrializado tem sua cota de redução de suas emissões de CO2, baseadas
na quantidade registrada em 1997.
Países em desenvolvimento como Brasil, México, Índia e China podem acumular
créditos de carbono caso reduzam emissões, que podem ser vendidos.
85
Por exemplo, se a França, que tem como meta 8 %, conseguir diminuir 5 %, ela pode
comprar do Brasil créditos equivalentes à quantidade de gás carbônico
correspondente aos 3 % restantes.
O primeiro período de compromisso de limitação e redução de emissões vai de 2008
a 2012.
Para a redução de emissão de outros gases de efeito estufa será calculada a
equivalência em dióxido de carbono, para efeito de quantificação.
Os signatários que não conseguirem atingir sua meta não sofrerão sanções ou multas.
1.6. - Recursos energéticos - Fontes
Alternativas de Energia o conjunto de meios com os quais os países do mundo tentam atender às suas
necessidades de energia. As principais fontes energéticas são o petróleo e o gás
natural, o carvão, os combustíveis sintéticos, energia nuclear, energia solar,
biomassa e energia geotérmica.
O petróleo cru e o gás natural são encontrados em quantidades comerciais em
reservas sedimentais situadas em mais de 50 países de todos os continentes. As maiores
jazidas se encontram no Oriente Próximo, onde se concentram mais da metade das reservas
conhecidas de petróleo cru e quase um terço das reservas conhecidas de gás natural.
O carvão é um termo genérico para designar uma grande variedade de materiais
sólidos com um alto conteúdo de carbono. A maioria é queimada em centrais térmicas para
gerar vapor d'água destinado a impulsionar os geradores elétricos. Também se usa parte do
carvão nas fábricas para proporcionar calor aos prédios e aos processos industriais; Uma
variedade especial de carvão de alta qualidade é transformada em coque metalúrgico para a
fabricação de aço.
Os combustíveis sintéticos são fabricados a partir de substâncias existentes na
natureza. Os dois combustíveis sintéticos mais utilizados são o gasóleo e aqueles fabricados
a partir do carvão.
É
86
A energia nuclear é gerada através da fissão de átomos de urânio. O calor deste
processo de fissão é empregado para impulsionar uma turbina que gera eletricidade. O
reator nuclear e o equipamento de geração elétrica são apenas parte de um conjunto de
atividades interrelacionadas. A produção de um fornecimento seguro de eletricidade a partir
da fissão nuclear exige processos industriais muito complexos e interativos, e
conhecimentos muito especializados.
A energia solar não é apenas uma tecnologia energética, mas também um termo que
se aplica a diversas tecnologias de energias renováveis. Sua característica comum é que, ao
contrário de quase todas as demais, é inesgotável. Este tipo de energia se divide em três
grandes grupos: aplicações para calefação e refrigeração, geração de eletricidade e
produção de combustíveis a partir da biomassa, que incluem formas diferentes, entre elas os
combustíveis de álcool, o esterco e a lenha.
A energia geotérmica se baseia no fato de que a Terra fica mais quente quanto mais
profundamente se perfura. A energia geotérmica pode originar-se de vapor de água
encontrado em grandes profundidades sob a superfície terrestre. Fazendo com que chegue
até a superfície, pode mover uma turbina para gerar eletricidade. Outra possibilidade é o
aquecimento de água pelo bombeamento através de rochas quentes profundas. Ainda que
essa fonte de energia seja uma teoria ilimitada, na maior parte das áreas habitadas do
planeta as rochas aquecidas estão situadas em camadas profundas demais, fazendo com que
não seja rentável perfurar poços para sua utilização.
Sabe-se que o aumento na concentração dos gases causadores do efeito estufa, como
o dióxido de carbono (CO2) e o metano (CH4) tem acarretado sérias mudanças climáticas
no planeta. Efeitos como o aumento da temperatura média global, as alterações no perfil
das precipitações pluviométricas e a elevação do nível dos oceanos poderão ser
catastróficos frente à contínua tendência de aumento da população mundial (Peterson e
Hustrulid, 1998; Shay, 1993). Nesse sentido, a inserção de combustíveis renováveis em
nossa matriz energética precisa ser incentivada para frear as emissões causadas pelo uso
continuado de combustíveis fósseis.
As principais pesquisas estão voltadas para o desenvolvimento de novas fontes de
energia que possam substituir os combustíveis não renováveis (petróleo e carvão mineral).
Vamos conhecer algumas dessas fontes de energia alternativa.
87
1.6.1. - Energia hidrelétrica É a energia obtida pela queda da água para um nível inferior, provocando o
movimento de rodas hidráulicas (aproveitamento mecânico) ou turbinas. A energia
hidrelétrica exige a construção de represas, canais de desvio de rios e a instalação de
grandes turbinas e equipamentos para gerar eletricidade (ver Geração e transmissão de
eletricidade). A preocupação com o ambiente vem concentrando atenções nessa fonte de
energia renovável.
Há algumas centrais baseadas na queda natural da água, quando a vazão é uniforme.
Estas instalações se chamam de água fluente. A energia hidrelétrica representa cerca de um
quarto da produção total de eletricidade no mundo e sua importância vem aumentando. Em
alguns países, foram instaladas centrais pequenas, com capacidade para gerar entre um
kilowatt e um megawatt. Muitas nações em desenvolvimento estão utilizando esse sistema
com bons resultados.
No Brasil, a energia hidrelétrica tem um papel preponderante, haja vista, o grande
potencial hidráulico que o país. A Amazônia assume a função de grande produtor de
energia no quadro nacional, onde a princípio a formação de represas e grandes açudes tinha
objetivos voltados para a reserva de água potável, irrigação, perenização de rios, entre
outros. Hoje somente na Amazônia Brasileira, existem 6 (seis) usinas hidrelétricas em
operação cujos reservatórios formados situam-se em diferentes áreas e apresentam
características ambientais peculiares. Uma quantidade considerável de represas, que se
apresentam nas mais variadas dimensões, sendo que, nas últimas décadas, a formação de
grandes reservatórios artificiais foi voltada basicamente à geração de energia elétrica
(Eletrobrás, 1992).
Para Tundisi et al. (1993) a presença de reservatórios na região Amazônica,
reconhecida como a maior reserva de florestas tropicais do planeta, tem gerado muita
polêmica, pois há questionamento quanto ao planejamento dessas obras, principalmente
pelo fato de os reservatórios terem encoberto vastas áreas florestais, desperdiçando muita
madeira e ocasionando possíveis perdas de patrimônio genético, além dos prejuízos a
qualidade da água.
O estudo ecológico desses ecossistemas é de grande importância porque após a
construção dá-se o seccionamento no curso natural dos rios, ocorrendo assim à formação de
88
águas paradas. Estes obstáculos ocasionam as mais importantes transformações nas bacias
hidrográficas e ainda sérios impactos no meio físico, biológico e sócio-econômico (Santos,
2003).
Entre os problemas ambientais mais comuns podemos destacar: mudanças na
hidrologia, qualidade da água, sedimentologia, vida aquática, aumento na evaporação
produzindo mudanças climáticas, deslocamento de populações humanas e o aumento de
doenças endêmicas. O sistema aquático formado passa por um período de enorme
instabilidade e periódicas transformações, nos reservatórios da região Amazônica esta fase
pode durar muitos meses ou anos, em função das condições do lago formado (grande
extensão, tempo de residência e quantidade de fitomassa inundada (Evangelista, 1993).
As grandes usinas hidrelétricas, assim como todo grande empreendimento criado para
atender a necessidade do desenvolvimento, trazem uma série de retornos à sociedade. Paiva
(1983) cita: a produção de energia elétrica, estocagem de água, criação de áreas de
recreação, aumento da descarga mínima, controle de descargas, aumento da produção de
fitoplâncton, melhoria do potencial pesqueiro e economia de recursos naturais.
A construção de grandes barragens e a conseqüente formação de reservatórios, em
geral, provoca sérias alterações no meio ambiente, com efeitos positivos ou negativos. Daí
a necessidade de se realizarem estudos prévios das possíveis repercussões ecológicas do
barramento de rios, tendo em vista a utilização múltipla das represas e as medidas de
conservação da flora e fauna dos respectivos sistemas hidrográficos, além das medidas de
proteção do novo ecossistema aquático implantado.
A Usina Hidrelétrica Tucuruí cuja etapa inicial foi construída e é operada pela
Eletronorte e está situada no rio Tocantins, no estado do Pará com coordenadas geográficas
de 3º 45’ de latitude sul e 49º 41’ de longitude oeste (Figura 31).
De propriedade da Eletronorte, a usina Hidrelétrica de Tucuruí é quarta maior do
mundo em potência instalada. Capaz de produzir 4.245 MW de energia atende a 87 % do
mercado de energia elétrica do Pará. Para aumentar a capacidade energética da usina, as
obras de Tucuruí foram retomadas em 1998. Estão sendo instaladas mais onze unidades
geradoras de 375 Mega Watts cada uma totalizando 8.375 MW. Toda a infra-estrutura
necessária à retomada das obras, tais como canteiro de obras industrial e vias de transporte,
já está disponível. É importante ressaltar que a complementação de Tucuruí não provocará
89
novos impactos ambientais. A segunda casa de força se utilizará do mesmo reservatório já
implantado há mais de 17 anos. Não haverá necessidade de se aumentar a área alagada,
nem de se derrubar florestas ou deslocar populações (Internet 23, 2011).
Figura 31. Represa de Tucuruí
Fonte: Acervo fotográfico do LAQUANAM
1.6.2. - Álcool O álcool vem sendo usado em substituição à gasolina e outros combustíveis derivados
do petróleo. No Brasil, a cana-de-açúcar tornou-se a principal fonte de produção de álcool
hidratado. Para tanto muitas usinas foram implantadas em vários Estados brasileiros.
Todas as atividades ligadas à pesquisa, à produção e à distribuição do álcool em
nosso país são coordenadas pelo Programa Nacional do Álcool - o Proálcool.
O Brasil ocupa uma posição privilegiada na produção de álcool, pois é o primeiro
produtor mundial de cana-de-açúcar e de mandioca.
A principal vantagem do uso do álcool como combustível é a redução das
importações de petróleo pelo país.
90
O Proálcool foi um programa bem-sucedido de
substituição em larga escala dos derivados de petróleo.
Foi desenvolvido para evitar o aumento da dependência
externa de divisas quando dos choques de preço de
petróleo. De 1975 a 2000, foram produzidos cerca de 5,6
milhões de veículos a álcool hidratado. Acrescido a isso,
o Programa substituiu por uma fração de álcool anidro
(entre 1,1 % a 25 %) um volume de gasolina pura
consumida por uma frota superior a 10 milhões de
veículos a gasolina, evitando, assim, nesse período,
emissões de gás carbônico da ordem de 110 milhões de
toneladas de carbono (contido no CO2), a importação de
aproximadamente 550 milhões de barris de petróleo e,
ainda, proporcionando uma economia de divisas da ordem de 11,5 bilhões de dólares.
O Programa Nacional do Álcool ou Proálcool foi criado em 14 de novembro de 1975
pelo decreto n° 76.593, com o objetivo de estimular a produção do álcool, visando o
atendimento das necessidades do mercado interno e externo e da política de combustíveis
automotivos. De acordo com o decreto, a produção do álcool oriundo da cana-de-açúcar, da
mandioca ou de qualquer outro insumo deveria ser incentivada por meio da expansão da
oferta de matérias-primas, com especial ênfase no aumento da produção agrícola, da
modernização e ampliação das destilarias existentes e da instalação de novas unidades
produtoras, anexas a usinas ou autônomas, e de unidades armazenadoras.
No entanto, a utilização desse combustível também traz desvantagens, pois grandes
áreas, antes reservadas à produção de alimentos, estão sendo destinadas ao cultivo da cana-
de-açúcar. Além disso, a produção de álcool está provocando sérios desequilíbrios nos
ecossistemas de rios, uma vez que neles são lançados resíduos altamente tóxicos como o
vinhoto (Internet 24, 2011).
91
1.6.3. - Energia nuclear É a energia liberada durante a fissão ou fusão
dos núcleos atômicos. As quantidades de energia
que podem ser obtidas mediante processos
nucleares superam em muito as que se pode obter
mediante processos químicos, que só utilizam as
regiões externas do átomo.
O átomo é formado por um pequeno núcleo, carregado positivamente, rodeado de
elétrons. O núcleo, que contém a maior parte da massa do átomo, é composto de nêutrons e
prótons, unidos por intensas forças nucleares, muito maiores que as forças elétricas que
ligam os elétrons ao núcleo. O número de massa A de um núcleo expressa o número de
núcleos (nêutrons e prótons) que o núcleo contém; o número atômico Z é o número de
prótons, partículas com carga positiva. A energia de ligação de um núcleo é a intensidade
com que as forças nucleares mantêm ligados os prótons e nêutrons. A energia de ligação
por núcleon, isto é, a energia necessária para separar do núcleo um nêutron ou um próton,
depende do número de massa A.
A fusão de dois núcleos leves libera milhões de elétronvolts (MeV). Também se
libera energia nuclear quando se induz a fissão de um núcleo pesado.
A procura da tecnologia nuclear no Brasil começou na década de 50, com o pioneiro nesta
área, Almirante Álvaro Alberto, que entre outros feitos criou o Conselho Nacional de
Pesquisa, em 1951, e que importou duas ultra-centrifugadoras da Alemanha para o
enriquecimento do urânio, em 1953.
A decisão da implementação de uma usina termonuclear no Brasil aconteceu de fato
em 1969, quando foi delegado a Furnas Centrais Elétricas SA a incumbência de construir
nossa primeira usina nuclear. É muito fácil concluir que em nenhum momento se pensou
numa fonte para substituir a energia hidráulica, da mesma maneira que também após alguns
anos, ficou bem claro que os objetivos não eram simplesmente o domínio de uma nova
tecnologia. Estávamos vivendo dentro de um regime de governo militar e o acesso ao
conhecimento tecnológico no campo nuclear permitiria desenvolver não só submarinos
nucleares, mas armas atômicas. O Programa Nuclear Paralelo, somente divulgado alguns
92
anos mais tarde, deixou bem claro as intenções do país em dominar o ciclo do combustível
nuclear, tecnologia esta somente do conhecimento de poucos países no mundo.
Em junho de 1974, as obras civis da Usina Nuclear de Angra 1 estavam em pleno
andamento quando o Governo Federal decidiu ampliar o projeto, autorizando Furnas a
construir a segunda usina.
Mais tarde, no dia 27 de junho de 1975, com a justificativa de que o Brasil já
apontava escassez de energia elétrica para meados dos anos 90 e início do século 21, uma
vez que o potencial hidroelétrico já se apresentava quase que totalmente instalado, foi
assinado na cidade alemã de Bonn o Acordo de Cooperação Nuclear, pelo qual o Brasil
compraria oito usinas nucleares e obteria toda a tecnologia necessária ao seu
desenvolvimento nesse setor.
Angra 1 encontra-se em operação desde 1982 e fornece ao sistema elétrico brasileiro
uma potência de 657 MW. Angra 2, após longos períodos de paralização nas obras, inicia
sua geração entregando ao sistema elétrico mais 1300 MW, o dobro de Angra 1 (Internet
25, 2011). Os tipos de energia elétrica consumida no Brasil estão mostrados na Figura 32.
Figura 32. Distribuição da matriz energética brasileira
Fonte: http://www.nuctec.com.br/educacional/enbrasil.html
93
1.6.4. - Energia solar Energia radiante produzida no Sol como resultado de reações nucleares de fusão,
chega a Terra através do espaço em blocos de energia chamados fótons, que interagem com
a atmosfera e a superfície terrestre.
A intensidade da radiação solar na borda
exterior da atmosfera, caso se considere
que a Terra está a certa distância média do
Sol, é chamada de constante solar e seu
valor é de 1,37 × 106 erg/s/cm2, ou cerca
de 2 cal/min/cm2. Mesmo assim, esta
quantidade não é exatamente constante, já
que parece haver cerca de 0,2 % de
variação a cada 30 anos. A intensidade de
energia real disponível na superfície
terrestre é menor do que a constante solar, por causa da absorção e da dispersão da radiação
que origina a interação dos fótons com a atmosfera. A absorção natural de energia solar
acontece na atmosfera, nos oceanos e nas plantas. Além disso, esta energia pode ser
captada, de modo artificial, com o uso de dispositivos que recebem o nome de coletores
solares. A energia, uma vez absorvida, é empregada em processos térmicos, fotoelétricos ou
fotovoltaicos. Pode ser convertida em energia elétrica sem nenhum dispositivo mecânico
intermediário.
A superfície terrestre recebe constantemente a radiação solar e o fluxo da radiação
térmica. Os dois tipos de radiação contribuem para a formação do clima, mas apenas uma
fração da radiação solar é que pode ser convertida pela fotossíntese em energia potencial. A
luz solar que atinge a terra pode ser medida através do pireliômetro ou solarímetro, e em
condições favoráveis corresponde a apenas 67% do total que sai do sol. A sua distribuição é
alterada à medida que passa através das nuvens, vapor d'água, da vegetação, dos gases e
poeira atmosféricos fazendo assim com que haja uma enorme variação do fluxo de
incidência da radiação solar no diversos ecossistemas, influenciando dessa maneira na
distribuição dos organismos sobre a superfície terrestre. Como foi dito, a radiação ao
94
penetrar na atmosfera é atenuada por vários fatores, a camada de ozônio é responsável por
"interromper" grande parte dos raios ultravioletas letais aos seres vivos.
A atmosfera ainda reduz amplamente a luz visível e a radiação infravermelha de
forma que a energia que chega a superfície compreende 10 % de raios ultravioletas, 45 %
de luz visível e 45 % de infravermelho. Dentre todas as radiações a luz visível é a que
menos sofre a atenuação, sendo que é possível ocorrer fotossíntese em dias nublados ou
embaixo d'água até certa profundidade. A sombra fresca observada em florestas decorre da
absorção da radiação visível e dos raios infravermelhos pela folhagem. A clorofila absorve
a luz azul e vermelha, enquanto que a água presente nas folhas absorve a energia térmica
dos raios infravermelhos. Já as radiações térmicas provem de qualquer superfície ou objeto
que esteja com a temperatura acima do zero absoluto, incluindo solo, água, vegetação,
assim também como as nuvens. É possível encontrar o seu valor numa determinada região
através do radiômetro.
O fluxo de radiação térmica incide a toda hora e de todas as direções na superfície
terrestre, enquanto que a radiação solar é direcional e está presente somente numa
determinada hora do dia. Vale ressaltar que a biomassa absorve com maior facilidade a
radiação térmica, contudo é a radiação solar que é assimilada pelos organismos.
A diferença entre o fluxo de radiação que sobe (radiação térmica) e o fluxo que desce
(radiação térmica e solar) é chamada de radiação líquida, e esta é dissipada na evaporação e
geração de eventos térmicos, passando então para o espaço em forma de calor. E qualquer
fator que atrase esse processo, tem conseqüências significativas no aumento da temperatura
terrestre. Da energia solar total que entra na biosfera apenas 0,8 % é direcionada para a
fotossíntese, enquanto que 0,2 % são dissipadas em vento, ondas e correntes de ar; 23 %
são dissipadas na evaporação e precipitação; a maior parte. 46%% são convertidas
diretamente em calor enquanto os restantes 30 % é refletida. Apesar de ser tão pequena a
parte que é convertida em alimento, o restante dos processos é importante para criar um
ambiente apropriado para a vida, como controle da temperatura, ciclo d'água e fenômenos
meteorológicos.
Quase todas as fontes de energia - hidráulica, biomassa, eólica, combustível fóssil e
energia dos oceanos - são formas indiretas de energia solar. Além disso, a radiação solar
pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos
95
e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida
diretamente em energia elétrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os
quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico.
O aproveitamento da iluminação natural e do calor para aquecimento de ambientes,
denominado aquecimento solar passivo, decorre da penetração ou absorção da radiação
solar nas edificações, reduzindo-se, com isso, as necessidades de iluminação e
aquecimento. Assim, um melhor aproveitamento da radiação solar pode ser feito com o
auxílio de técnicas mais sofisticadas de arquitetura e construção.
A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelos efeitos da
radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores
(Figura 33). Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro
caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela junção de
dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons contidos na luz solar são
convertidos em energia elétrica, por meio do uso de células solares.
Figura 33. Conversão da energia solar em elétrica
Fonte: Adaptado alternative-energy-news.info, 2011.
96
Além dos processos térmicos descritos anteriormente, a radiação solar pode ser
diretamente convertida em energia elétrica, por meio de efeitos da radiação (calor e luz)
sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. Entre esses, destacam-se
os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro se caracteriza pelo surgimento de uma
diferença de potencial, provocada pela junção de dois metais, quando tal junção está a uma
temperatura mais elevada do que as outras extremidades dos fios. Embora muito
empregado na construção de medidores de temperatura, seu uso comercial para a geração
de eletricidade tem sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos
elevados dos materiais.
Para a geração de eletricidade em escala comercial, o principal obstáculo tem sido o
custo das células solares. Atualmente os custos de capital variam entre 5 e 15 vezes os
custos unitários de uma usina a gás natural que opera com ciclo combinado. Contudo, nos
últimos anos tem-se observado redução nos custos de capital. Os valores estão situados na
faixa de US$ 200 a US$ 300 por megaWatt-hora e entre US$ 3 e US$ 7 mil por quilowatt
instalado (Internet 26, 2011).
1.6.5. - Biogás Na tentativa de reduzir os fortes riscos e ameaças de escassez de energia que, por
ventura, podem até paralisar o país, têm-se buscado várias técnicas e métodos alternativos
para geração de energia, como a utilização de subprodutos agro-industriais que, na
atualidade, são descartados no meio ambiente.
Pretendemos mostrar que essas pesquisas, que estão em pleno desenvolvimento, de
uma maneira geral ajudam na busca do desenvolvimento sustentável, utilizando como
material energético os rejeitos agro-industriais, sendo uma alternativa de geração viável.
Tal viabilidade pode ser constatada não só pelo fato da produção de energia, mas, sobretudo
pelo ponto de vista do meio ambiente.
Na atualidade, os diversos tipos e características dos subprodutos existentes têm, em
alguns casos, se tornado um grande problema sócio-econômico-ambiental. Como já citado
anteriormente, nossas pesquisas visam à utilização desses subprodutos agro-industriais, na
forma de biogás, como combustível alternativo em unidades co-geradoras.
97
Permite-se destacar que muitos subprodutos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos,
podem ser utilizados com combustível, sem que para tal sejam previamente transformados
em biogás.
Dentre os vários tipos de subprodutos agro-industriais existentes, se estudam, até o
momento, somente aqueles provenientes de agro-indústrias de laticínios, como o lodo
anaeróbio, o soro, a gordura, e uma massa pastosa (quase idêntica ao iogurte).
O processo industrial característico dos laticínios produz um rejeito primário que é
colocado em um biodigestor industrial, gerando um lodo anaeróbio e um biogás primário.
Esse biogás possui um poder calorífico médio de 5600 kcal/kg.
Sem deixar de lado a importância do biofertilizante para o meio agrícola, ressalta-se
que o biogás produzido possui 24,28 % de CO2; 74,30 % de CH4; 0,12 % de O2; 1,30 % de
H2, ocasionando um poder calorífico médio de 6200 kcal/kg.
Portanto, o biogás secundário, produzido a partir da mistura lodo anaeróbio com
esterco bovino fresco, possui poder calorífico maior que o biogás primário (Avelar et al.,
2000).
1.6.6. - Biodiesel Segundo Ramos et al., (2011) por definição, biodiesel é um substituto natural do
diesel de petróleo, que pode ser produzido a partir de fontes renováveis como óleos
vegetais, gorduras animais e óleos utilizados para cocção de alimentos (fritura).
Quimicamente, é definido como éster monoalquílico de ácidos graxos derivados de lipídeos
de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina, através da reação
de triacilgliceróis (ou triglicerídeos) com etanol ou metanol, na presença de um catalisador
ácido ou básico (Schuchardt et al., 1998; Zagonel et al., 2003; Ramos, 1999). Embora essa
tenha sido a definição mais amplamente aceita desde os primeiros trabalhos relacionados
com o tema, alguns autores preferem generalizar o termo e associá-lo a qualquer tipo de
ação que promova a substituição do diesel na matriz energética mundial, como nos casos do
uso de: (a) óleos vegetais in natura, quer puros ou em mistura; (b) bioóleos, produzidos
pela conversão catalítica de óleos vegetais (pirólise); e (c) microemulsões, que envolvem a
injeção simultânea de dois ou mais combustíveis, geralmente imiscíveis, na câmara de
combustão de motores do ciclo diesel (Ma e Hanna, 1999).
98
O Brasil, apesar de não ser um grande emissor de
gases poluentes, vem promovendo medidas
condizentes com essa nova conjuntura, através do
desenvolvimento e da atualização periódica de
inventários nacionais sobre o tema (Ministério da
Ciência e Tecnologia, 2002). No momento em que
o mercado de carbono estiver regulamentado, esses
inventários terão uma importância vital para que o
país possa conquistar espaço e usufruir dessa nova
estratégia de redistribuição de riquezas e de
inclusão social.
Sabe-se que as metas estabelecidas pelo Protocolo de Kyoto somente poderão ser
alcançadas pelo uso sustentado da biomassa para fins energéticos. No entanto, recentes
levantamentos demonstram que apenas 2,2 % da energia consumida no mundo são
provenientes de fontes renováveis (Pessuti, 2003), o que evidencia um extraordinário
potencial para a exploração de outras fontes. Considerando-se apenas a biomassa
proveniente de atividades agroindustriais, ou seja, resíduos agrícolas, florestais e
agropecuários, calcula-se que o potencial combustível desse material seja equivalente a,
aproximadamente, 6.587 milhões de litros de petróleo ao ano (Staiss e Pereira, 2001).
Diante de todo esse potencial, tem havido
uma crescente disseminação de projetos e de
ações voltados para o uso de óleos vegetais e
de resíduos urbanos e agroindustriais para a
geração de energia, particularmente por meio
de projetos de co-geração (CENBIO, 2003).
Por se tratar de uma fonte de energia
renovável e por seu uso sustentado não
provocar danos ao meio ambiente, a biomassa tem atraído muita atenção nos últimos
tempos (Ministério da Indústria e do Comércio, 1985; Ministério da Ciência e Tecnologia,
2002; US Department of Energy, 1998).
99
Dentre as fontes de biomassa prontamente disponíveis, os óleos vegetais têm sido
largamente investigados como candidatos a programas de energia renovável, pois
proporcionam uma geração descentralizada de energia e um apoio à agricultura familiar,
criando melhores condições de vida (infra-estrutura) em regiões carentes, valorizando
potencialidades regionais e oferecendo alternativas a problemas econômicos e sócio-
ambientais de difícil solução.
A utilização de óleos vegetais in natura como combustível alternativo tem sido alvo
de diversos estudos nas últimas décadas (Nag et al., 1995; Piyaporn et al., 1996). No Brasil,
já foram realizadas pesquisas com os óleos virgens de macaúba, pinhão-manso, dendê,
indaiá, buriti, pequi, mamona, babaçu, cotieira, tingui e pupunha (Barreto, 1982; Ministério
da Indústria e do Comércio, 1985; Serruya, 1991) e nos testes realizados com esses óleos
em caminhões e máquinas agrícolas, foi ultrapassada a meta de um milhão de quilômetros
rodados (Ministério da Indústria e do Comércio, 1985). No entanto, esses estudos
demonstraram a existência de algumas desvantagens no uso direto de óleos virgens: (a) a
ocorrência de excessivos depósitos de carbono no motor; (b) a obstrução nos filtros de óleo
e bicos injetores; (c) a diluição parcial do combustível no lubrificante; (d) o
comprometimento da durabilidade do motor; e (e) um aumento considerável em seus custos
de manutenção.
Em termos ambientais, a adoção do biodiesel, mesmo que de forma progressiva, ou
seja, em adições de 2 % a 5 % no diesel de petróleo (Ministério da Ciência e Tecnologia,
2002) resultarão em uma redução significativa no padrão de emissões de materiais
particulados, óxidos de enxofre e gases que contribuem para o efeito estufa (Mittelbach et
al., 1985). Sendo assim, sua difusão, em longo prazo, proporcionará maiores expectativas
de vida à população e, como conseqüência, um declínio nos gastos com saúde pública,
possibilitando o redirecionamento de verbas para outros setores, como educação e
previdência. Cabe aqui ainda ressaltar que a adição de biodiesel ao petrodiesel, em termos
gerais, melhora as características do combustível fóssil, pois possibilita a redução dos
níveis de ruído e melhora a eficiência da combustão pelo aumento do número de cetano
(Gallo, 2003).
De uma forma geral, pode-se afirmar que monoalquil-ésteres de ácidos graxos podem
ser produzidos a partir de qualquer tipo de óleo vegetal, mas nem todo óleo vegetal pode
100
(ou deve) ser utilizado como matéria-prima para a produção de biodiesel. Isso porque
alguns óleos vegetais apresentam propriedades não ideais, como alta viscosidade ou alto
número de iodo, que são transferidas para o biocombustível e que o tornam inadequado
para uso direto em motores do ciclo diesel. Portanto, a viabilidade de cada matéria-prima
dependerá de suas respectivas competitividades técnica, econômica e sócio-ambiental, e
passam, inclusive, por importantes aspectos agronômicos, tais como: (a) o teor em óleos
vegetais; (b) a produtividade por unidade de área; (c) o equilíbrio agronômico e demais
aspectos relacionados com o ciclo de vida da planta; (d) a atenção a diferentes sistemas
produtivos; (e) o ciclo da planta (sazonalidade); e (f) sua adaptação territorial, que deve ser
tão ampla quanto possível, atendendo a diferentes condições edafoclimáticas (Ramos,
1999).
Além da soja, várias outras oleaginosas, que ainda se encontram em fase de avaliação
e desenvolvimento de suas cadeias produtivas, podem ser empregadas para a produção do
biodiesel (Parente, 2003). A região norte, por exemplo, apresenta potencial para uso de
dendê, babaçu e soja; a região nordeste, de babaçu, soja, mamona, dendê, algodão e coco; a
região centro-oeste, de soja, mamona, algodão, girassol, dendê e gordura animal; a região
sul, de soja, colza, girassol e algodão; e a região sudeste, de soja, mamona, algodão e
girassol (Campos, 2003; Peres e Junior, 2003). Várias dessas oleaginosas já tiveram as suas
respectivas competitividades técnica e sócio-ambiental demonstradas para a produção de
biodiesel, restando, na maioria dos casos, um estudo agronômico mais aprofundado que
ratifique os estudos de viabilidade.
Vários estudos têm demonstrado que a substituição do diesel de petróleo por óleos
vegetais transesterificados reduziria a quantidade de CO2 introduzida na atmosfera. A
redução não se daria exatamente na proporção de 1:1, pois cada litro de biodiesel libera
cerca de 1,1 a 1,2 vezes a quantidade de CO2 liberada na atmosfera por um litro de diesel
convencional. Todavia, diferentemente do combustível fóssil, o CO2 proveniente do
biodiesel é reciclado nas áreas agricultáveis, que geram uma nova partida de óleo vegetal
para um novo ciclo de produção. Isso acaba proporcionando um balanço muito mais
equilibrado entre a massa de carbono fixada e aquela presente na atmosfera que, por sua
vez, atua no chamado efeito estufa. Portanto, uma redução real no acúmulo de CO2 somente
será possível com a diminuição do uso de derivados do petróleo. Para cada quilograma de
101
diesel não usado, um equivalente a 3,11 kg de CO2, mais um adicional de 15% a 20%,
referente à sua energia de produção, deixará de ser lançado na atmosfera. Foi também
estimado que a redução máxima na produção de CO2, devido ao uso global de biodiesel,
será de, aproximadamente, 113-136 bilhões de kg por ano (Peterson e Hustrulid, 1998).
A utilização de biodiesel no transporte rodoviário e urbano oferece grandes vantagens
para o meio ambiente, tendo em vista que a emissão de poluentes é menor que a do diesel
de petróleo (Masjuk e Sapuan, 1995; Clark et al., 1984). Chang et al. (1996) demonstraram
que as emissões de monóxido e dióxido de carbono e material particulado foram inferiores
às do diesel convencional, enquanto que os níveis de emissões de gases nitrogenados (NOx)
foram ligeiramente maiores para o biodiesel. Por outro lado, a ausência total de enxofre
confere ao biodiesel uma grande vantagem, pois não há qualquer emissão dos gases
sulfurados (e.g., mercaptanas, dióxido de enxofre) normalmente detectados no escape dos
motores movidos a diesel.
Outro aspecto de interesse ambiental está relacionado com as emissões de compostos
sulfurados. Sabe-se que a redução do teor de enxofre no diesel comercial também reduz a
viscosidade do produto a níveis não compatíveis com a sua especificação e que, para
corrigir esse problema, faz-se necessária a incorporação de aditivos com poder lubrificante.
Consumada a obrigatoriedade na redução dos níveis de emissão de compostos sulfurados a
partir da combustão do diesel, a adição de biodiesel em níveis de até 5% (B5) corrigirá esta
deficiência viscosimétrica, que confere à mistura propriedades lubrificantes vantajosas para
o motor.
Trabalhos já desenvolvidos no Brasil na década de 80, quando foram utilizados vários
óleos vegetais transesterificados, também demonstraram bons resultados quando utilizados
em motores de caminhões e tratores, tanto puros quanto em misturas do tipo B30
(Ministério da Indústria e do Comércio, 1985). Mais recentemente, foram realizados testes
no transporte urbano da cidade de Curitiba com ésteres metílicos de óleo de soja (Laurindo,
2003). Cerca de 80 mil litros de biodiesel foram cedidos pela American Soybean
Association (EUA) e testados na forma da mistura B20, apresentando resultados bastante
satisfatórios em relação ao controle. Os testes foram realizados em 20 ônibus de diferentes
marcas durante três meses consecutivos, no primeiro semestre de 1998; ao final dos
102
trabalhos, os resultados obtidos mostraram uma redução média da fumaça emitida pelos
veículos de, no mínimo, 35% (Laurindo e Bussyguin, 1999).
O caráter renovável do biodiesel está apoiado no fato de as matérias-primas utilizadas
para a sua produção serem oriundas de fontes renováveis, isto é, de derivados de práticas
agrícolas, ao contrário dos derivados de petróleo. Uma exceção a essa regra diz respeito à
utilização do metanol, derivado de petróleo, como agente transesterificante, sendo esta a
matéria-prima mais abundantemente utilizada na Europa e nos Estados Unidos. Isso
significa que a prática adotada no Brasil, isto é, a utilização do etanol, derivado de
biomassa, torna o biodiesel um produto que pode ser considerado como verdadeiramente
renovável (Zagonel, 2000). Assim, por envolver a participação de vários segmentos da
sociedade, tais como as cadeias produtivas do etanol e das oleaginosas, a implementação do
biodiesel de natureza etílica no mercado nacional abre oportunidades para grandes
benefícios sociais decorrentes do alto índice de geração de empregos, culminando com a
valorização do campo e a promoção do trabalhador rural. Além disso, há ainda as demandas
por mão-de-obra qualificada para o processamento dos óleos vegetais, permitindo a
integração, quando necessária, entre os pequenos produtores e as grandes empresas
(Campos, 2003).
O Brasil deve produzir 2,4 bilhões de litros de biodiesel em 2011, contra 400 milhões
de litros em 2007. A produção nacional do biocombustível fechou este ano em 1,6 bilhão
de litros. Os dados são da Agência Nacional do Petróleo (ANP). "O mercado de biodiesel
no Brasil está consolidado. O estado do Pará desponta como grande produtor de biodiesel a
partir do dendê (Internet 27, 2011).
1.6.7. - Energia eólica Denomina-se energia eólica a energia cinética contida nas massas de ar em
movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética
de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas, também
denominadas aerogeradores, para a geração de eletricidade, ou cataventos (e moinhos), para
trabalhos mecânicos como bombeamento d’água.
103
Assim como a energia hidráulica, a energia
eólica é utilizada há milhares de anos com as
mesmas finalidades, a saber: bombeamento de
água, moagem de grãos e outras aplicações que
envolvem energia mecânica. Para a geração de
eletricidade, as primeiras tentativas surgiram no
final do século XIX, mas somente um século
depois, com a crise internacional do petróleo
(década de 1970), é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o
desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial.
A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi instalada em
1976, na Dinamarca. Atualmente, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no
mundo. Em 1991, a Associação Européia de Energia Eólica estabeleceu como metas a
instalação de 4.000 MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e 11.500 MW até o
ano 2005. Essas e outras metas estão sendo cumpridas muito antes do esperado (4.000 MW
em 1996, 11.500 MW em 2001). As metas atuais são de 40.000 MW na Europa até 2010.
Nos Estados Unidos, o parque eólico existente é da ordem de 4.600 MW instalados e com
um crescimento anual em torno de 10 %. Estima-se que em 2020 o mundo terá 12 % da
energia gerada pelo vento, com uma capacidade instalada de mais de 1.200GW
(Windpower; Ewea; Greenpeace, 2003; Wind Force, 2003).
A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) confirmou que o Brasil já atingiu 1
gigawatt por hora (GWh) de energia eólica - a geração só vem crescendo e atualmente os
ventos estão produzindo 1,073 GWh. O volume se aproxima do potencial da Usina Angra 2
(que tem capacidade de 1,35 GWh), e pode abastecer uma cidade com 1,5 milhão de
habitantes. O mapa do potencial eólico no Brasil está mostrado na Figura 34.
Segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (Abeeólica), o aumento reflete a
procura dos últimos anos por energia limpa, já que a força dos ventos é menos poluente que
outras fontes. Isso fez com que os custos de geração, como a instalação e a compra de
equipamentos diminuíssem, tornando a alternativa mais competitiva. A energia eólica não
emite gás (do efeito estufa), não usa água doce nem para limpeza, nem para resfriamento, e
104
a instalação de uma usina causa um impacto ambiental muito pequeno, que em dois ou três
anos, é recuperado (Internet 28, 2011).
Figura 34. Atlas do potencial eólico brasileiro Fonte: http://2.bp.blogspot.com/-s0Zm8Sl_i24/Ti35OP-
31NI/AAAAAAAAAEY/_8iRag3Qm4A/s1600/atlas.png.
A Central Eólica de Prainha - CE: localizada no Município de Aquiraz - CE, é o
maior parque eólico do País, com capacidade de 10 MW (20 turbinas de 500 kW). O
projeto foi realizado pela Wobben Windpower e inaugurado em abril de 1999. As turbinas
utilizam geradores síncronos, funcionam com velocidade variável e com controle de
potência por pitch (ângulo de passo das pás) (Figura 35).
105
Figura 35. A Central Eólica de Prainha - CE Município de Aquiraz - CE
Fonte: Acervo fotográfico do LAQUANAM
1.7. - Resolução 382-06 CONAMA -
Limites máximos de emissão de poluentes
atmosféricos m padrão de qualidade do ar define legalmente um limite máximo para a
concentração de um componente atmosférico que garanta a proteção da saúde e
do bem estar das pessoas. Os padrões de qualidade do ar são baseados em
estudos científicos dos efeitos produzidos por poluentes específicos e são fixados em níveis
que possam propiciar uma margem de segurança adequada.
Segundo Lisboa e Kawano, (2007) o nível de poluição do ar é medido pela
quantificação das substâncias poluentes presentes neste ar. Considera-se poluente qualquer
substância presente no ar e que pela sua concentração possa torná-lo impróprio, nocivo ou
U
106
ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à
flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da
comunidade.
Segundo Lisboa e Kawano (2007) a determinação sistemática da qualidade do ar deve
ser, por problemas de ordem prática, limitada a um restrito número de poluentes, definidos
em função de sua importância e dos recursos materiais e humanos disponíveis. De uma
forma geral, a escolha recai sempre sobre um grupo de poluentes que servem como
indicadores de qualidade do ar, consagrados universalmente: dióxido de enxofre (SO2),
poeira em suspensão, monóxido de carbono (CO), ozônio (O3) e dióxido de nitrogênio
(NO2). A razão da escolha destes parâmetros como indicadores de qualidade do ar está
ligada à sua maior freqüência de ocorrência e aos efeitos adversos que causam ao meio
ambiente.
A Resolução CONAMA Nº 382, de 26/12/2006, estabelece os limites máximos de
emissão de poluentes atmosféricos para fontes fixas. A resolução estabelece uma base de
referência nacional nas emissões de poluentes atmosféricos, como óxidos de nitrogênio,
óxidos de enxofre, monóxido de carbono e material particulado. Além disso,
instrumentaliza os órgãos ambientais para aprimorar o controle desse tipo de poluição.
Com a aprovação da resolução, as emissões geradas nos processos de combustão
externa de óleo combustível, de gás natural, de bagaço de cana-de-açúcar e de derivados da
madeira serão limitadas. Também haverá limites para emissão de poluentes provenientes
das turbinas a gás para geração elétrica e de processos de refinarias de petróleo. O mesmo
acontecerá para as emissões geradas a partir da fabricação de celulose, da fusão secundária
de chumbo, da indústria de alumínio primário, dos fornos de fusão de vidro, da indústria do
cimento portland, da produção de fertilizantes, de ácido fosfórico, de ácido sulfúrico e de
ácido nítrico. Os limites também serão aplicados aos poluentes gerados por indústrias
siderúrgicas integradas e semi-integradas e usinas de pelotização de minério de ferro.
A resolução ainda permite que sejam estabelecidos limites para novas fontes fixas, a
partir da revisão dos tipos de fontes e poluentes. Ela também define padrões mais rígidos na
concessão de licenças para empresas que atuam em setores onde há geração de emissões de
chumbo, que trabalham com celulose, e para indústrias siderúrgicas.
107
De acordo com o artigo 1º do CONAMA 382/2006 os limites máximos de emissão
são fixados por poluentes e por tipologia de fonte (Figura 36).
Figura 36 - Estrutura do limites máximos de emissão do CONAMA 382/2006.
Fonte: Lisboa e Kawano, 2007
Tabela 7 - Limites máximos de emissão para processos de geração de calor a partir da
combustão externa de óleo combustível.
Fonte: Lisboa e Kawano, 2007
A Resolução não define ainda limites máximos de emissão por poluentes.
Futuramente ao serem elaborados limites de emissão para outras fontes específicas (ou por
poluentes), pretende-se que estes sejam incluídos como novos anexos nesta Resolução.
108
Como exemplo dos limites estabelecidos por esta Resolução tem-se as Tabelas 7 e 8, com
os limites definidos respectivamente para processos de combustão externa de óleo
combustível e derivados de madeira.
Tabela 8 - Limites de emissão para processos de geração de calor a partir da combustão de
derivados da madeira.
Fonte: Lisboa e Kawano, 2007
De acordo com o CONAMA 382/2006, a critério do órgão ambiental licenciador,
para processos de combustão externa de derivados de madeira com potência de até 10 MW,
alternativamente aos limites da Tabela 8, poderá ser aceito o monitoramento periódico de
monóxido de carbono. Neste caso, o limite máximo de emissão para este poluente será o
estabelecido na Tabela 9.
Tabela 9 - Limites de emissão de CO para processos de geração de calor a partir da
combustão de derivados da madeira.
Fonte: Lisboa e Kawano, 2007
109
1.8. - Problemas selecionados de química
atmosférica 1. A parte da Terra na qual os humanos vivem e donde eles extraem a maioria dos seus
alimentos, minerais e combustíveis é conhecido como:
a) Ambiente
b) Geosfera
c) Atmosfera
d) Biosfera
2. O processo através do qual, as plantas fixam energia solar e carbono do CO2 atmosférico
na forma de energia da biomassa, representado por (CH2O), é conhecido como:
a) Fixação
b) Carbonização - solar
c) Transpiração
d) Fotossíntese
3. Quando uma mistura de gases entra em contacto com uma superfície líquida, a
solubilidade de referido gás no líquido:
a) É proporcional à temperatura do líquido;
b) É proporcional à pressão parcial do gás em contacto com o líquido;
c) É proporcional à pressão total exercida pela mistura de gases;
d) Nenhum.
4. Qual é o produto gasoso formado na combustão completa de um combustível fóssil?
a) Gás carbônico
b) Monóxido de carbono
c) Carbono
d) Nitrogênio
5. Qual é o gás que na atmosfera contribui majoritariamente para o efeito estufa?
a) Hidrogênio
b) Nitrogênio
c) Gás carbônico
110
d) Monóxido de carbono
6. Qual destes fenômenos causa uma redução na camada de ozônio?
a) Aumento da queima de combustíveis fósseis;
b) Aumento do smog fotoquímico em cidades;
c) Aumento da temperatura do mar devido ao efeito estufa;
d) Aumento do uso de substâncias químicas em refrigeradores e aerossol.
7. Qual dos fenômenos evidencia um provável efeito estufa?
a) Aumento da seca em regiões de África;
b) Aumento de área de gelo nas regiões polares do Sul;
c) Crescimento defeituoso das folhas de árvores da Europa do norte;
d) Diminuição do banco de peixe no Oceano Atlântico.
8. O padrão de qualidade do ar para monóxido de carbono (baseado em 8hr de medida) é 9
ppm. Quando este padrão é expresso em mg/m3 a 1 atm e 25 0C, o seu valor será:
a) 0,01 mg/m3
b) b) 37 mg/m3
c) c) 0,009 mg/m3
d) d) 10,3 mg/m3
9. A atmosfera terrestre é uma camada de gases que cercam o planeta Terra e se mantém
por gravidade da Terra. Qual dos gases seguintes é proporcionalmente maior?
a) Oxigênio
b) Nitrogênio
c) Hidrogênio
d) Gás carbônico
10. Qual dos seguintes fenômenos é a razão para a preocupação da redução das
concentrações de ozônio da estratosfera?
a) Câncer adicional devido a radiações UV adicionais que alcançam a superfície da terra;
b) Aumento de ozônio na troposfera, que é um risco para a saúde dos humanos;
c) O efeito de radiação de UV que alcança a superfície da terra em cianobactérias, bactérias
das quais várias espécies de planta economicamente importantes dependem para a retenção
de nitrogênio;
d) Todas as alternativas.
111
11. A causa global da degradação da camada de ozônio é associada com:
a) A presença de clorofluorcarbonetos e relacionado à halocarbonetos que servem de fonte
de gases de cloro;
b) Um aumento dos gases de efeito estufa;
c) Um aumento da radiação UV solar;
d) A presença de óxidos que servem de fontes de oxigênio.
Respostas
1. b) Geosfera
2. d) Fotossíntese
3. b) É proporcional à pressão parcial do gás em contacto com o líquido.
4. a) Gás carbônico
5. c) Gás carbônico
6. d) Aumento no uso de substâncias químicas em refrigeradores e aerossol
7. a) aumento da seca em partes de África
8. d) 10,3 mg/m3
9. b) Nitrogênio
10. d) Todas as alternativas
11. a) A presença de clorofluorcarbonetos e relacionado a halocarbonetos que servem de
fonte de gases de cloro.
112
Perguntas para a fixação do conhecimento
1. A parte do geosfera que entra em contacto direto com a atmosfera é:
a) Camada exterior
b) Manto mais baixo
c) Manto superior
d) Nenhuma
2. A camada da geosfera que é a mais afetada pela atividade humana é:
a) Litosfera
b) Manto superior
c) Manto mais baixo
d) Camada exterior
3. A zona relativamente fina da atmosfera, geosfera e hidrosfera que é capaz de suportar a
vida é conhecida como:
a) Troposfera
b) Biosfera
c) Ambiente
d) Litosfera
4 Qual dos seguintes fatores não contribui para o efeito estufa?
a) Desflorestamento
b) Reflorestamento
c) Uso de combustíveis fósseis como fonte de energia
d) a & b
5. Uma degradação global do ambiente pode resultar em:
a) Super população
b) Existência de grandes áreas cobertas por florestas naturais
c) Agricultura intensiva
d) Proteção da vida selvagem
6. Comparando as concentrações descentralizadas humanas, qual dos seguintes fatores
constitui vantagem da urbanização com respeito ao ambiente?
a) Reduzir a pressão sobre os recursos naturais e aumentar a eficiência energética
b) Maior exigência das infra-estruturas básicas por pessoa
113
c) Conversão das principais terras agrícolas em parques de estacionamento e ruas
d) Rápida industrialização e aumentado do parque automóvel
7. As principais emissões que causam as chuvas ácidas em muitas partes o mundo são:
a) Oxigênio e dióxido de carbono
b) Dióxido de enxofre e óxido de nitrogênio
c) metano e dióxido de carbono
d) monóxido de carbono e dióxido de carbono
8. Hoje, a principal fonte de smog na maioria das regiões é:
a) Fertilizantes e praguicidas usados nas práticas agrícolas modernas
b) Gases poluentes que evaporam de grandes correntes de água
c) Disposição insegura de poluentes orgânicos voláteis
d) Combustão da gasolina em automóveis
9. Qual dos seguintes fatores não é um efeito do smog?
a) Torna difícil a respiração
b) Causa dores de cabeça
c) Pode causar morte
d) Nenhum
10. A exposição da Pirita ao ar conduz à formação de:
a) Enxofre
b) Ácido sulfúrico
c) Ácido nítrico
d) Ácido clorídrico
Fonte: Tessema, 2011
