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25 e 26 de setembro de 2014 METODOLOGIA DA APLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) NO ETANOL COMBUSTÍVEL POR MEIO DO SOFTWARE SIMAPRO M. W. da SILVA 1* , N. C. PEREIRA 2 e I. D. ZAPPAROLI 3 1 Universidade Estadual de Maringá, Mestrado em Bioenergia 2 Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia de Química 3 Universidade Estadual de Londrina, Departamento de Ciências Econômicas *Autor correspondente E-mail para contato: [email protected] RESUMO: O objetivo deste trabalho é apresentar uma ferramenta metodológica que permite avaliar o ciclo de vida de um produto, neste caso, o biocombustível etanol. Sabe-se que o etanol está inserido no mercado brasileiro, com maior rigor desde a crise mundial do petróleo. O governo desde então, buscando alternativas, promoveu em um primeiro momento o PROALCOOL (Programa Nacional do Álcool) e também tem promovido iniciativas tecnológicas e intensificado a indústria sucroalcooleira. Embora o etanol seja um biocombustível extraído de recursos renováveis, como a cana-de-açúcar, tem-se a necessidade de se observar qual é o impacto causado pelo processo de produção, logo o estudo da ACV – Avaliação do Ciclo de Vida – permite que tais questões possam ser respondidas. O software SimaPro possibilita, por meio de uma coleta de dados, apresentar informações para que se possa avaliar o clico de vida de um produto e seu impacto no meio ambiente. PALAVRAS-CHAVE: etanol; avaliação do ciclo de vida; meio ambiente; simapro. ABSTRACT: The objective of this paper is to present a methodological tool to assess the life cycle of a product, in this case the biofuel ethanol. It is known that ethanol is inserted in the Brazilian market, with greater accuracy since the global oil crisis. The government since then, seeking alternatives, promoted at first PROALCOOL (National Alcohol Program) and has also promoted technology initiatives and intensified the sugar industry. Although ethanol is an extracted biofuel from renewable resources such as sugar cane, has the need to observe what is the impact caused by the production process, so the study of LCA - Life Cycle Assessment - allows that such questions can be answered. The SimaPro software enables, through a data collection provide information so you can evaluate the cyclic life of a product and its impact on the environment. KEYWORDS: ethanol; assessment of the life cycle; environment; simapro. 1. INTRODUÇÃO A poluição atmosférica é uma realidade desde a antiguidade, no entanto, foi na Revolução Industrial no século XVIII que a poluição de origem antropogênica se intensificou com o uso das máquinas movidas por combustível fóssil. A utilização de recursos energéticos como o petróleo e carvão, favoreceu o crescimento da indústria, aumentando a produção e transformando a economia. Contudo, com o avanço tecnológico e mudanças significativas nos processos de produção que dispõem de bens e serviços para a humanidade, o

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Este trabalho busca apresentar pequenas respostas frente a produção do biocombunstível Etanol. Qual é o impacto ambiental gerado na produção do etanol utilizando a cana-de-açúcar como matéria prima. This paper seeks to present small responses to ethanol production biocombunstível. What is the environmental impact in the production of ethanol using sugar cane as raw material.

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METODOLOGIA DA APLICAÇÃO DA AVALIAÇÃO DO CICLODE VIDA (ACV) NO ETANOL COMBUSTÍVEL POR MEIO DOSOFTWARE SIMAPRO

M. W. da SILVA1*, N. C. PEREIRA2 e I. D. ZAPPAROLI3

1 Universidade Estadual de Maringá, Mestrado em Bioenergia2 Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia de Química

3 Universidade Estadual de Londrina, Departamento de Ciências Econômicas*Autor correspondente E-mail para contato: [email protected]

RESUMO: O objetivo deste trabalho é apresentar uma ferramenta metodológica que permiteavaliar o ciclo de vida de um produto, neste caso, o biocombustível etanol. Sabe-se que o etanolestá inserido no mercado brasileiro, com maior rigor desde a crise mundial do petróleo. Ogoverno desde então, buscando alternativas, promoveu em um primeiro momento oPROALCOOL (Programa Nacional do Álcool) e também tem promovido iniciativas tecnológicase intensificado a indústria sucroalcooleira. Embora o etanol seja um biocombustível extraído derecursos renováveis, como a cana-de-açúcar, tem-se a necessidade de se observar qual é oimpacto causado pelo processo de produção, logo o estudo da ACV – Avaliação do Ciclo de Vida– permite que tais questões possam ser respondidas. O software SimaPro possibilita, por meio deuma coleta de dados, apresentar informações para que se possa avaliar o clico de vida de umproduto e seu impacto no meio ambiente.

PALAVRAS-CHAVE: etanol; avaliação do ciclo de vida; meio ambiente; simapro.

ABSTRACT: The objective of this paper is to present a methodological tool to assess the lifecycle of a product, in this case the biofuel ethanol. It is known that ethanol is inserted in theBrazilian market, with greater accuracy since the global oil crisis. The government since then,seeking alternatives, promoted at first PROALCOOL (National Alcohol Program) and has alsopromoted technology initiatives and intensified the sugar industry. Although ethanol is anextracted biofuel from renewable resources such as sugar cane, has the need to observe what isthe impact caused by the production process, so the study of LCA - Life Cycle Assessment -allows that such questions can be answered. The SimaPro software enables, through a datacollection provide information so you can evaluate the cyclic life of a product and its impact onthe environment.

KEYWORDS: ethanol; assessment of the life cycle; environment; simapro.

1. INTRODUÇÃO A poluição atmosférica é uma realidade desde a antiguidade, no entanto, foi na Revolução Industrial no

século XVIII que a poluição de origem antropogênica se intensificou com o uso das máquinas movidas porcombustível fóssil. A utilização de recursos energéticos como o petróleo e carvão, favoreceu o crescimento daindústria, aumentando a produção e transformando a economia. Contudo, com o avanço tecnológico emudanças significativas nos processos de produção que dispõem de bens e serviços para a humanidade, o

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meio ambiente passou a sofrer consequências danosas, como por exemplo, o efeito estufa. Os gases de efeitoestufa (GEE) como o dióxido de carbono (CO2) e enxofre (SO2) são liberados na combustão de combustívelfóssil (ARBEX et. al., 2012; POMPELLI et. al., 2012; PEREIRA, 2009).

A partir do século XX, o petróleo se consolidou como principal fonte energética em todo o mundo.Outro agravante é que a utilização do petróleo não se limita em apenas um meio de recurso com fins deprodução de energia, mas também o uso dos seus derivados sustenta um mercado que permite a produção debens de consumo, acarretando assim uma dependência na sua utilização (CORREA et. al., 2011).

Uma realidade para todo o mundo é que apenas uma pequena parte do território mundial possuipetróleo em certa abundância, como é o caso do Oriente Médio que possui 65% de reserva. A Europa e aEurásia concentram 11,7%, a África com 9,5%, a América do Sul e Central com cerca de 8,6%, a Ásia com3,4% e a América do Norte com 5%. A Figura 1 ilustra o percentual das regiões (ESCOBAR et. al., 2009).

Porém, apesar desse índices, as pesquisas apontam que além dos problemas ambientais, a escassez dasreservas mundiais também é preocupante. Diante desta situação, uma medida econômico-ambiental é eminentepara suprir as urgências da sociedade quanto à geração de energia e à produção de bens e serviços. É,portanto, nesta necessidade que se apoia o uso das fontes energéticas adquiridas por meio de recursosrenováveis (ESCOBAR et. al., 2009).

Mesmo diante de conflitos entre meio ambiente e geração de energia, seria imaturo assegurar umaeconomia sem que se possam utilizar os recursos naturais para garantir os meios de produção. Entretanto, aComissão Mundial do Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMD) estabelece uma relação entre os impactosambientais e o sistema econômico, definindo assim o conceito de desenvolvimento sustentável. Este conceitoprevê a garantia de meios para atender as necessidades atuais sem que se prejudique as gerações futuras.Segundo Mueller (2005), em sintonia com o conceito de sustentabilidade está a consciência de preservar acapacidade produtiva por meio de um compromisso ético de toda a humanidade.

Considerando esta conjuntura histórica, criou-se o Plano Nacional de Agroenergia (PNA) que tem pormeta ampliar o uso do biocombustível na matriz energética nacional por meio de recursos renováveis. O PNAse fundamenta nessa visão, pois o Brasil apresenta um vasto recurso disponível na biodiversidade, como água,clima e solo favorável (FARIA; FRANTA, 2008).

A produção de etanol, como recurso energético, aparece como um meio de mitigar os problemasambientais por meio das emissões de gases de efeito estufa e uma perspectiva economicamente viável. Oincentivo para a produção deste biocombustível ocorreu na década de 70 com o aumento do preço do petróleona tentativa de diminuir sua dependência. O governo, portanto, lançou o PROALCOOL (Programa Nacional

Figura 1 - Reservas mundiais do petróleo. Adaptação de Escobar (2009)

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do Álcool) e desde então, com a utilização do etanol, o Brasil veem passando grandes transformações nosaspectos econômicos e ambientais (KOHLHEPP, 2010).

A principal matéria-prima para produção de açúcar e etanol, no Brasil, é a cana. As primeiras mudas decana-de-açúcar chegaram ao Brasil vindas da Ilha da Madeira em Portugal, em meados do ano de 1515 . Foina capitania de São Vicente, que hoje pertence ao município de Santos, que o primeiro engenho de açúcar foiconstruído. No entanto, as regiões de Pernambuco e Bahia foram palcos da proliferação dos engenhos. OBrasil sempre se destacou como fornecedor mundial de açúcar (UDOP, 2014; KOHLHEPP, 2010;LERAYER, 2009).

O setor sucroalcooleiro do Brasil é um dos poucos que garante um avanço, além de tecnológico,econômico e social, permitindo uma expressiva geração de emprego. Essa dinâmica própria do cenáriobrasileiro permite que seja atendido o mercado interno e a demanda de exportação, explicam Silva e Zapparoli(2011).

Estima-se que em até 2017 a demanda do etanol deva aumentar em até 150%. A produção do etanol foide 24 bilhões de litros no ano de 2012 e tem uma previsão de 54 bilhões de litros até o ano 2022. Emborapossa haver uma pequena queda na produtividade em curto prazo, esse breve declínio tende a ser minimizadoatravés de investimentos, da redução dos custos de produção e do tratamento das áreas cultivadas (BRASIL,2013).

O incentivo para a produção do etanol foi e ainda é muito marcante, o mercado consumidor sefortaleceu ainda mais com o fomento dos carros flex. Em março de 2003 um modelo de carro com motor flex-fuel foi produzido no Brasil. Os veículos novos produzidos no ano de 2004 ocupavam uma margem de 16%dos motores flex. Em 2007, os motores flex produzidos ultrapassaram a margem de 86% e hoje, mais de 92%dos veículos são bicombustíveis (KOHLHEPP, 2010).

Existe uma perspectiva, conforme a Tabela 1, de que o aumento da frota de veículos flex-fuel venha acrescer, com relação ao mercado dos veículos exclusivamente a gasolina ou a álcool (BRASIL, 2008).

Descrição 2008 2017

Gasolina 63,4% 24,8%

Álcool 7,0% 1,6%

Flex-fuel 29,6% 73,6%

Total 100% 100%

Conforme dados da Única (2014), o consumo do etanol anidro obteve um crescimento significativo noano de 2013, somando um total de 9.686.035,997 litros. Embora os fatores econômicos sejam favoravelmenteatraentes, o Brasil se comprometeu, na conferência de Copenhague, em adotar uma política ambiental com afinalidade de reduzir até 2020 1Gt de CO2 eq em emissões (ABRAMOVAY, 2010).

O etanol anidro é utilizado como mistura para produzir a gasolina tipo C. Conforme a Resolução de n.º1 de 28 de fevereiro de 2013 da CIMA (Conselho Interministerial do Açúcar e do Álcool), que a partir de maiodo mesmo ano o percentual da mistura passou a ser de 25% na gasolina. E foi em 2009, por meio daresolução da ANP de n.º 9 em abril de 2009, estabelecendo que todos os postos alterassem nas bombas onome de “Álcool” para “Etanol”, conforme o estabelecido no padrão internacional (NOVACANA, 2013).

A iniciativa da mistura do etanol na composição da gasolina permitiu evitar a emissão de 110 milhõesde toneladas de gás carbônico e ainda que se importasse uma quantidade significativa de 550 milhões debarris de petróleo, o que seria correspondente a mais de US$ 11,5 bilhões. (MASIERO; LOPES, 2008).

Diante dessas circunstâncias, o biocombustível se apresenta como uma alternativa relevante na reduçãode GEE, podendo ser gerado por meio da biomassa favorecendo o meio ambiente por ser um recursorenovável. Este biocombustível pode ser produzido de praticamente qualquer matéria orgânica. Mesmo oetanol possuindo aspectos positivos e proporcionando um menor impacto no meio ambiente, seu processo

Tabela 1 - Perfil da frota de veículos por combustível. Adaptado de EPE, (2008)

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produtivo pode causar impactos negativos como, por exemplo, o desgaste do solo e a utilização de água emabundância. Para que se possa então avaliar qual seria o impacto ambiental, na produção do etanol, aAvaliação do Ciclo de Vida (ACV) pode ser uma ferramenta para mensurar e avaliar os impactos da produçãodeste biocombustível (POMPELLI et. all, 2011).

O principal objetivo deste trabalho é avaliar os impactos decorrentes da produção do etanol,desconsiderando a etapa do plantio e transporte até a usina. Basicamente o processo de produção de açúcar eálcool passa por etapas como o tratamento do caldo, a fermentação e a de desidratação do álcool hidratadopara a produção do etanol anidro. A etapa de tratamento do caldo se destina a sua clarificação, que pode serfeito por meio da caleação (CaO) com a finalidade de clarear o caldo e a sulfitação (SO2) tem por finalidadediminuir microrganismos e amarelamento do caldo. A adição de ureia é utilizada como suplemento para asleveduras. A fermentação por meio das leveduras também resulta na liberação de CO 2. No processo dedesidratação do etanol hidratado pode ser realizada de várias formas, entre elas a utilização do hexano oubenzeno. Todavia, cada uma destas entradas no processo são contaminantes, são poluentes para o meioambiente e para as pessoas (SILVA e CAMPOS, 2013; ANDRADE e CASTRO (2006) apud GROFF et al.,2010).

Além dos insumos químicos que entram no processo de fabricação do açúcar/etanol, outro resultante,agora como saída da destilação do vinho para a fabricação do etanol, é a vinhaça. Dependendo do processo ede outros fatores, para cada litro de etanol, são gerados de onze a treze litros de vinhaça. A vinhaça éaltamente poluente, um contaminante de recursos hídricos e do solo (CRUZ et al., 2008).

Os fatores ambientais, sociais e econômicos passaram a tomar uma maior força em nossos tempos, poisse percebeu o problema eminente da escassez dos recursos que podem inviabilizar a situação econômicamundial, além das consequências ambientais que podem tornar a natureza inadequada para os seres vivos. Foipor meio das pesquisas do matemático Georgescu-Roegen que se introduziu o conceito de economia ecológica.A economia convencional considera o sistema econômico como um ciclo onde os meios econômicos giram emtorno de si. Georgescu-Roegen (1976) propõe uma visão de maneira mais sistêmica ao analisar a economiacomo um sistema aberto, onde há entrada de matéria e energia e saída de resíduos, que voltam à natureza dealguma forma. Considerando, desta sorte, os feitos de entrada (input) e de saída (output) têm-se uma reaçãoeconômica e ecológica. O princípio da economia ecológica de Georgescu-Roegen se fundamenta na segundalei da termodinâmica, a entropia. Esta lei considera que toda a energia empregada em um trabalho tende a sedissipar em calor que não será aproveitado (GEORGESCU-ROEGEN, 1976 apud SILVA e ZAPPAROLI,2011; MAY, 2010).

Por meio de uma Avaliação do Ciclo de Vida do produto, pode entender em qual das etapas do processohá mais impacto no meio ambiente, permitindo tomadas de decisões para garantir uma produção com menorimpacto e otimização dos processos. A Figura 2 representa as entradas e saídas, por meio de um balaço demassa para um estudo de (ACV).

Figura 2 - Representação de um balanço de massa para estudo de ACV (COLTRO, 2007)

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Um dos primeiros a considerar um estudo de avaliação do ciclo de vida de um produto foi a Coca-Colaem 1965 com a intenção de descobrir qual tipo de embalagem seria de menor impacto para o meio ambiente(SILVA e ZAPPAROLI, 2011).

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Tendo em vista o que foi exposto neste trabalho, busca-se apresentar um modelo metodológico quepermite avaliar por meio de um balanço de massa, a avaliação do ciclo de vida, considerando as entrada esaídas do sistema da produção de etanol de uma usina. A metodologia a ser aplicada está prevista na norma daABNT NBR ISO 14040:2009.

A aplicação da metodologia da Avaliação do Ciclo de Vida é dividida em fases, sendo a Definição doEscopo, a Análise do Inventário e a Avaliação de Impacto e por fim a Interpretação dos dados. A Figura 3representa o modelo metodológico proposta pela ISO 14040:2009.

Na etapa do escopo serão elencados todos os itens a ser estudado como a unidade funcional, ea fronteira do sistema. Para a etapa de análise de inventário, conforme os objetivos do escopo, seestabelecem a coleta de dados e o entendimento do fluxo do processo definido. A etapa de avaliaçãode impacto se destina na categorização das variáveis de impacto de questões ambientais. (NBR ISO,14040:2009).

Os dados primários a serem analisados serão coletados in loco para se obter as entradas esaídas no processo de industrialização do etanol. Os dados secundários serão balizados por meio deum software o SimaPro 7. Este software permite caracterizar, analisar e monitorar os dados deforma metodológica. O SimaPro possui uma biblioteca com metodologias que são aceitasmundialmente para que se possa avaliar o impacto de um produto em seu ciclo de vida. Estasbibliotecas distinguem-se em: o Ecoindicator 95; o Ecoindicator 99; o EDIP; o TRACI e o CML2000 (SILVA e ZAPPAROLI, 2011).

A metodologia que será aplicada neste trabalho será o Centre for Environmental Science ofLeiden University (CML 2000) que caracteriza e avalia o impacto das seguintes categorias: a)Acidificação; b) Eutrofização; c) Aquecimento Global; d) Depleção da Camada de Azônio; e)toxicidade humana e f) ecotoxidade de águas doces.

Para definição da unidade funcional será considerado 1.000 litros de etanol com relação àsafra de 2013.

2.1. Limite de Abrangência da Aplicação Metodológica

Figura 3 - Fases do estudo da ACV. (ISO, 2009)

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Os dados coletados foram adquiridos em uma usina de açúcar e etanol na região do noroestedo Paraná. A cobertura tecnológica do estudo desta ACV está limitada a partir do início da moagem,o processamento, resultado no produto final, o etanol. A Figura 4 representa a abrangência e afronteira do sistema.

De acordo com a norma NBR ISO 14040 (2009) é necessário que seja estabelecido umparâmetro de referência para quantificar os dados que serão coletados, este parâmetro é chamado deunidade funcional, que para a elaboração deste trabalho será de 1m3. Sendo assim, cada entrada dematéria ou energia será quantificada para equivaler ao resultado de 1m3 de etanol.

Neste trabalho foi desconsiderado as saídas, da vinhaça, torta de filtro e bagaço. Uma parte davinhaça é vendida juntamente com a torta de filtro para uma empresa que servirá como insumo naprodução de biogás. A outra parte da vinhaça será utilizada na fertirrigação da lavoura juntamentecomo restante da torta de filtro. O bagaço é utilizado para a cogeração de energia em uma UTE(Usina Termelétrica) com capacidade para gerar 50 MW/h, o bagaço também é destinado à alimentaras caldeiras. Dos 50 MW gerados pela UTE cerca de 13 MW/h é consumido pela planta da usina, orestante é transmitido para a rede elétrica da COPEL.

2.2 Coleta de DadosDe acordo com o limite da fronteira do sistema estabelecido para este trabalho, foram

levantado os dados primários que estão apresentados na Tabela 2, observado a unidade funcionalestabelecida de 1m3 de etanol produzido.

Insumos Qtd Unidade

Cana processada 11,2 T

Água 30,2 M3

Energia Elétrica Consumida 1.000 Kw

Fermento 2,6 Kg

Uréia 10 Kg

Cal 0,280 Kg

Os dados coletados estão relacionados aos processos de moagem, lavagem da cana,embebição e de mais processos que utilizam água, clarificação do caldo e a fermentação. Os dados

Figura 4 – Fronteira do Sistema

Tabela 2 - Dados com base na produção

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secundários são obtidos pela biblioteca ecoinvent do software SimPro.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Apresentação dos ResultadosA Figura 5 apresenta o resultado da caracterização do ciclo de vida do etanol, gerado pelo

software SimaPro, do início da moagem até sua destilação. Os dados coletados foram aferidosconforme a fronteira do sistema estabelecida e a unidade funcional de 1m3.

As categorias do impacto para a avaliação do ciclo de vida foram estabelecidas nametodologia de acordo com o resultado apresentado na figura 5. Destaca-se de maneira notória quea cana-de-açúcar se apresenta em quase todas as categorias como principal fonte de impactoambiental.

Este trabalho não abordou na fronteira do sistema as etapas do preparo da terra, plantação,colheita e transporte da cana-de-açúcar, no entanto o software SimaPro utiliza-se da bibliotecaecoinvent que traça por meio da sua matriz de dados uma estimativa para estes e outros elementosque não foram abordados. A cana-de-açúcar, como insumo principal para a produção do etanol estáentre os níveis mais altos de impacto ambiental com exceção da caracterização do AquecimentoGlobal.

Conforme Ometto (2005) a cana-de-açúcar implica em grande parte do impacto ambiental,embora este seja um recurso renovável os processos que se iniciam no plantio e colheita até achegada na usina se valem de recursos não renováveis, como por exemplo o óleo diesel, nostratores, caminhões, colhedeiras. A acidificação se justifica, ainda pelo uso das queimadas, quefacilitam o corte da cana, porém libera um grande volume de óxido de nitrogênio. Já eutrofizaçãoprovém da utilização dos resíduos, como vinhaça, torta de filtro e água residual que são utilizados

Figura 5: Caracterização do impacto do ciclo de vida da produção do etanol

kg SO2 eq kg PO4--- eq kg CO2 eq kg CFC-11 eq kg 1,4-DB eq kg 1,4-DB eqAcidificação Eutrofização Aquecimento Global

(GWP100)Depleção da Camada de Ozônio

Toxicidade Humana Ecotoxicidade em Águas Doce

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Energia com Bagaço Urea como insumo p/ o fermento Clarificação Fermentação Cana-de-Açúcar Etanol Hidratado

Figura 5 – Caracterização do impacto da industrialização do etanol

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na fertirrigação da lavoura. Na figura 5 a categoria de aquecimento global apresenta o etanol comosendo o de maior impacto, isso porque na coleta de dados primários foi constatado que para cada1m3 de etanol, no processo de fermentação é liberado 450 kg de CO2. Também conforme Ometto(2005) a depleção da camada de ozônio, conforme apresentado na figura 5, devido ao consumo euso de recursos não renováveis como o já mencionado óleo diesel e a liberação de CO2 pelasmáquinas de transporte e trato da área agrária. A cana-de-açúcar apresenta ainda um grande impactona toxicidade humana e ecotoxicidade de água doce, devido a utilização de defensivos agrícolas,queimadas, que emitem grande quantidade de gases e particulados, além da lixiviação que possibilitaa contaminação das águas.

4. CONCLUSÃOO etanol pode ser um meio pelo qual se pode favorecer a economia e a mitigação de gases de

efeito estufa. Embora haja grande fomento para sua produção e utilização como recurso renováveleste trabalho buscou apresentar uma metodologia que permite avaliar o ciclo de vida da produçãodo etanol em uma usina no noroeste do estado do Paraná. O etanol e sua cadeia produtiva favoreceem grande proporção a economia gerando emprego o desenvolvimento tecnológico. No entanto osresultados mostram, por meio da metodologia da ACV e a utilização do software SimaPro, que aindustrialização da cana-de-açúcar para a obtenção do etanol apresenta desafios a serem superadosquanto a questão de impacto ambiental.

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