Dissertação Mestrado Antonio Freitas

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Ges

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I

Agradecimentos

Ao Professor Doutor Lus Teixeira de Lemos pela orientao, ajuda e todo o apoio

prestado para a realizao deste trabalho.

A toda a minha famlia pela compreenso, confiana e apoio demonstrados e a todos os

que, direta ou indiretamente, contriburam para a realizao deste trabalho

Agradeo tambm a todos aqueles que me tm incentivado e que acreditam em mim.

Muito obrigado

Agradece-se Rede Eltrica Nacional (REN) pela disponibilizao dos dados utilizados

neste trabalho.

III

Prefcio

O aumento continuado do preo dos combustveis fsseis, o agravamento ambiental em

termos de poluio e as alteraes climticas conduzem a novas estratgias de mobilidade.

O desenvolvimento e disseminao do veculo eltrico resultam do amadurecimento de

diversas tecnologias, envolvendo motores eltricos cada vez mais eficientes, recurso a

eletrnica de potncia no controlo dos motores e na gesto das baterias, baterias com melhor

desempenho e outros. Atualmente verifica-se por parte da maioria dos fabricantes de

automveis a explorao deste mercado, cada vez com mais procura por parte da populao.

A capacidade das baterias ainda insatisfatria pelo que a autonomia deste tipo de veculos

um fator que os limita relativamente aos veculos com motor de combusto interna em que a

energia armazenada no depsito de combustvel muito superior. Atualmente o recurso a

veculos eltricos ocorre sobretudo em trajetos em que a autonomia versus tempo de carga

no sejam um problema.

O presente trabalho pretende complementar a informao existente relativa s novas

tecnologias de mobilidade rodoviria, nomeadamente potencial dos veculos eltricos e

respetivos custos energticos refletidos em termos de energia primria e a sua contribuio

para a sustentabilidade energtica.

V

Resumo

Num mercado em que os motores de combusto interna teriam atingido o seu limite quer

em termos de eficincia energtica quer em termos de minimizao das respetivas emisses

gasosas, os fabricantes esto a dar particular ateno aos veculos com motorizao eltrica.

Estes veculos so apresentados como uma soluo sustentvel na reduo da emisso

dos gases com efeito de estufa e na diminuio da dependncia dos combustveis fsseis, dada

a cada vez maior utilizao de energias renovveis na produo de eletricidade.

Neste trabalho estima-se o custo energtico de um veculo na sua deslocao, em termos

de energia primria consumida, considerando, quando aplicveis, custos energticos com a

sua explorao, transporte e refinao, alm do consumo do prprio veculo. Desta forma,

pretendem contabilizar-se vantagens e limitaes dos veculos eltricos face aos veculos com

motor de combusto interna.

Foi desenvolvido um programa de clculo MIX que permite ao utilizador conhecer o

custo em termos de energia primria de um kWh de energia eltrica no dia em que o consome.

Este procedimento baseia-se na atualizao, com periodicidade diria, dos dados

disponibilizados pela REN e no seu tratamento com vista ao conhecimento do mix energtico

na produo de energia eltrica num dado dia.

Assim, facilmente se podem comparar as diversas tecnologias de mobilidade (motores

eltricos e motores de combusto interna) no que respeita aos respetivos consumos em termos

de energia primria (nomeadamente em termos da importncia dos recursos energticos

efetivamente dispendidos na origem) e das emisses de CO2 associadas.

VII

Abstract

In a market where internal combustion engines may have reached their limit in terms of

energy efficiency and minimization of gaseous emissions, manufacturers are giving particular

attention to vehicles with electric motorization.

These vehicles are faced as a sustainable solution in reducing greenhouse gases emissions

and fossil fuels dependence, given the increasing use of renewable energy in electricity

production.

This paper estimates the energy cost in moving a vehicle, in terms of primary energy

consumption, considering, when applicable, energy costs with its extraction, transportation,

refining and the consumption of the vehicle itself. Advantages and limitations of electric

vehicles compared to vehicles with internal combustion engines are considered.

A calculation program was developed - MIX that lets the user know the cost in terms of

primary energy of a kWh of electricity in the day it is consumed. This procedure is based on a

daily update of RENs provided data and their treatment in view of the knowledge of the

energy mix in the production of electricity on a given day.

It can easily compare the various mobility technologies for (electric motors and internal

combustion engines) with respect to their consumption in terms of primary energy

(particularly in terms of the importance of energy resources effectively spent at the origin)

and associated CO2 emissions.

IX

Palavras-chave

Veculo eltrico

Veculo de combusto interna

Veculo hbrido

Rede de distribuio de energia eltrica

Energia Primria

Energia Final

XI

Key-words

Electric vehicle

Internal combustion vehicle

Hybrid vehicle

Network power distribution

Primary energy

Final energy

XIII

ndice Geral

Agradecimentos ..................................................................................................................I

Prefcio ............................................................................................................................ III

Resumo .............................................................................................................................. V

Abstract .......................................................................................................................... VII

Palavras-chave ................................................................................................................. IX

Key-words ........................................................................................................................ XI

ndice Geral ...................................................................................................................XIII

ndice de Figuras ........................................................................................................... XV

ndice de Tabelas .......................................................................................................... XIX

Lista de Abreviaturas ................................................................................................... XXI

1. Introduo .................................................................................................................. 1

1.1. Contexto ............................................................................................................... 1

1.2. Motivao ............................................................................................................. 2

1.3. Estrutura ............................................................................................................... 4

2. Tecnologias de locomoo de veculos ligeiros ........................................................ 5

2.1. Veculos com motor de combusto interna .......................................................... 5

2.2. Veculos hbridos .................................................................................................. 6

2.3. Veculos eltricos ................................................................................................. 9

2.4. Carregamento de veculos eltricos em Portugal ............................................... 15

2.5. Estratgia Nacional para a Energia 2020 ............................................................ 17

3. Energia primria ...................................................................................................... 19

3.1. Combustveis fsseis .......................................................................................... 23

3.1.1. Carvo, petrleo e gs natural ..................................................................... 23

3.1.2. Perdas energticas na explorao e transporte dos combustveis fsseis .... 24

XIV

Carvo ..................................................................................................................... 28

Petrleo ................................................................................................................... 29

Gs natural .............................................................................................................. 30

3.1.3. Perdas energticas associadas obteno da gasolina e do gasleo ........... 32

3.2. Eletricidade ......................................................................................................... 35

3.2.1. Produo de eletricidade em centrais termoeltricas ................................... 36

3.2.3. Eletricidade importada ................................................................................. 41

4. Produo de eletricidade em Portugal.................................................................... 43

4.1. Anlise da correlao do mix energtico na produo de eletricidade ............... 47

5. Emisses de CO2 ....................................................................................................... 61

6. Programa auxiliar .................................................................................................... 63

7. Energia Primria versus Energia Final .................................................................. 69

7.1. Exemplos de casos prticos................................................................................. 73

8. Concluso .................................................................................................................. 79

Bibliografia ....................................................................................................................... 81

XV

ndice de Figuras

Figura 1 - Perdas de energia na locomoo de um automvel (3) ...................................... 5

Figura 2 - Diversas fases da locomoo hbrida (7) ............................................................ 7

Figura 3 - Ford Focus Electric- veculo eltrico sob base j existente (13) ...................... 12

Figura 4 - Nissan Leaf - veculo eltrico de raiz (14) ........................................................ 12

Figura 5 - Mltiplos cenrios para o desenvolvimento dos VE (17) ................................. 15

Figura 6 - Posto de carregamento Mobi.e em Viseu ......................................................... 16

Figura 7 - Integrao da carga de veculos eltricos com a rede de distribuio eltrica

(19) ........................................................................................................................................... 17

Figura 8 Estratgia 20-20-20- metas para Portugal (20) ................................................ 18

Figura 9 - Taxa de dependncia energtica de Portugal (22) ............................................ 20

Figura 10 - Evoluo do consumo de Energia Primria em Portugal (22) ........................ 21

Figura 11 Intensidade energtica dos pases da UE27 (kgep / 1000 de PIB) (23) ......... 22

Figura 12 - Consumo energtico por modo de transporte, UE-28, 1990-2012 (1990 = 100

Tep (23) .................................................................................................................................... 22

Figura 13 - Exemplo dos limites dos vrios EROI (27) .................................................... 25

Figura 14 - Valores anuais do EROIst do petrleo convencional, (27) ............................. 26

Figura 15 - Valores EROIext de diversos combustveis em 2006 (27)............................... 27

Figura 16 Explorao previsvel da produo mundial de petrleo em milhes de barris

/ dia (10) ................................................................................................................................... 30

Figura 17 - Rede Nacional de Gs Natural (37) ................................................................ 32

Figura 18 - Esquema de coluna de destilao, com a indicao dos elementos separados

s diversas temperaturas (36) ................................................................................................... 33

Figura 19 - Produtos finais da refinao do petrleo bruto em refinarias da GALP (36) . 34

Figura 20 - Esquema exemplificativo da eficincia do aparelho refinador aps

reconverso das refinarias nacionais (41) ................................................................................. 34

Figura 21 - Evoluo da potncia instalada entre 2003 e 2012 (REN) ............................. 36

Figura 22 - Esquema simplificado de um grupo da central de Sines (45) ......................... 37

Figura 23 - Esquema simplificado de um grupo de central de gs natural (46) ................ 38

Figura 24 - Origem da energia eltrica produzida em 2011 e 2012 (49) .......................... 39

Figura 25 - Evoluo mensal da energia consumida por tecnologia em 2012 (44) .......... 40

XVI

Figura 26 - Evoluo do consumo de eletricidade e o peso das diferentes fontes de

produo de energia eltrica de 2000 a 2012 (49) ................................................................... 40

Figura 27 - Mix energtico de Espanha 2012 (52) ........................................................... 41

Figura 28 - Tratamento dos dados obtidos no stio da REN (54) ..................................... 43

Figura 29 Grfico referente produo de eletricidade a partir de energia trmica

(combustveis fsseis) nos meses de Janeiro e Agosto de 2013 (54)....................................... 45

Figura 30 - Grfico referente produo de eletricidade a partir de energia elica nos

meses de Janeiro e Agosto de 2013 (51) .................................................................................. 46

Figura 31 - Grfico referente produo de eletricidade a partir de energia hdrica nos

meses de Janeiro e Agosto de 2013 (54) .................................................................................. 46

Figura 32 - Grfico referente produo de eletricidade a partir de energia elica, hdrica

e trmica no ms de Janeiro de 2013 (51) ................................................................................ 47

Figura 33 - Grfico de disperso referente energia trmica entre sbado e a sexta-feira

que o antecede .......................................................................................................................... 49

Figura 34 - Grfico referente energia trmica entre sbado e o sbado que o antecede 49

Figura 35 - Grfico referente energia elica entre sbado e a sexta-feira que o antecede

.................................................................................................................................................. 50

Figura 36 Grfico referente energia elica entre sbado e o sbado que o antecede .. 50

Figura 37 - Grfico referente energia trmica entre domingo e o sbado que o antecede

.................................................................................................................................................. 51

Figura 38 - Grfico referente energia trmica entre domingo e o domingo que o

antecede .................................................................................................................................... 52

Figura 39 - Grfico referente energia elica entre domingo e o sbado que o antecede 52

Figura 40 - Grfico referente energia elica entre domingo e o domingo que o antecede

.................................................................................................................................................. 53

Figura 41 - Grfico referente energia trmica entre segunda-feira e o domingo que a

antecede .................................................................................................................................... 54

Figura 42 - Grfico referente energia trmica entre segunda-feira e a sexta-feira que a

antecede .................................................................................................................................... 54

Figura 43 - Grfico referente energia elica entre segunda-feira e o domingo que a

antecede .................................................................................................................................... 55

Figura 44 - Grfico referente energia elica entre segunda-feira e a sexta-feira que a

antecede .................................................................................................................................... 55

XVII

Figura 45 - Grfico referente energia trmica entre um dia til e o dia til que o

antecede (2 feira no considerada) .......................................................................................... 57

Figura 46 - Grfico referente energia trmica entre um dia e o dia que o antecede (todos

os dias da semana) .................................................................................................................... 57

Figura 47 - Grfico referente energia elica entre um dia til e o dia til que o antecede

(2 feira no considerada) ......................................................................................................... 58

Figura 48 - Grfico referente energia elica entre um dia e o dia que o antecede (todos

os dias da semana) .................................................................................................................... 58

Figura 49 Grfico referente correlao dos dados para o perodo de Janeiro de 2013 a

Maro de 2014 .......................................................................................................................... 59

Figura 50 CO2 emitido pela combusto dos diversos combustveis (56) ....................... 62

Figura 51 - Grfico referente ao consumo dirio de energia eltrica e as fontes que lhe

deram origem, disponibilizada pela REN em 19/02/2014 ........................................................ 64

Figura 52 - Software MIX ................................................................................................. 65

Figura 53 - Diagrama de funcionamento do software MIX .............................................. 66

Figura 54 Tendncia de energia primria na produo de energia final nos meses de

Janeiro e Agosto de 2013 ......................................................................................................... 68

Figura 55 - Energia Final e Energia Primria na produo de energia eltrica em 2012 .. 71

Figura 56 Mix Energtico versus Rendimento Marginal na produo eltrica em 2012 72

Figura 57 - Mix Energtico em Portugal no ano de 2013 (59) .......................................... 72

Figura 58 - Comparao entre os diversos tipos de combustveis e tecnologias ............... 74

Figura 59 - Emisses de CO2 dos veculos em anlise ...................................................... 77

XIX

ndice de Tabelas

Tabela 1 Caractersticas de alguns veculos hbridos disponveis no mercado portugus

- dados fornecidos pelas marcas ................................................................................................. 8

Tabela 2 Alguns factos relativos evoluo histrica do mercado dos veculos eltricos

(10) ........................................................................................................................................... 10

Tabela 3 - Tipos de baterias de Ltio e aplicaes (16) ..................................................... 13

Tabela 4 Caracterizao de alguns veculos eltricos vendidos em Portugal - dados

anunciados pelas marcas ........................................................................................................... 14

Tabela 5 Potencial energtico segundo o Despacho n 17313/2008 de 26 de Junho (24)

.................................................................................................................................................. 23

Tabela 6 - Converso do EROIst em percentagem de custo energtico (27) ..................... 27

Tabela 7 - Diferentes tipos de carvo com diferentes nveis de energia (30) .................... 28

Tabela 8 Necessidades energticas associadas produo de gasleo e gasolina

(conforme Tabela 5) ................................................................................................................. 35

Tabela 9 - Indicadores tcnicos de eletricidade de 2008 a 2012 (43) ............................... 35

Tabela 10 - Energia dispendida na produo de energia eltrica em Espanha no ano de

2012 por combustvel e total .................................................................................................... 42

Tabela 11 Coeficientes de correlao entre sbado e a sexta-feira anterior e entre

sbado e o sbado anterior ........................................................................................................ 48

Tabela 12 Coeficientes de correlao entre domingo e o sbado que o antecede e entre o

domingo e o domingo que o antecede ...................................................................................... 51

Tabela 13 Coeficientes de correlao entre segunda-feira e o domingo anterior e entre

segunda-feira e a sexta-feira anterior........................................................................................ 53

Tabela 14 Coeficientes de correlao relativos aos dias teis (dia til, dia til anterior -

2 feira no considerada) e a todos os dias da semana .............................................................. 56

Tabela 15 - Fatores de emisso de CO2 (56) ..................................................................... 61

Tabela 16 - Tabela de estatstica diria disponibilizada pela REN no dia 20/02/2014 ..... 63

Tabela 17 - Valores de cenrios-limite de utilizao de combustveis fsseis versus

energias renovveis no mix energtico nacional (kWh de Energia Primria por kWh de

Energia Final ............................................................................................................................ 67

Tabela 18 - Valores calculados para cada fonte de energia. .............................................. 70

Tabela 19 - Eficincia dos diversos combustveis na produo de eletricidade em 2012 . 70

XX

Tabela 20 - Eficincia dos diversos combustveis na produo de eletricidade em 2013 73

Tabela 21 - Comparao entre diversos tipos de combustveis e tecnologias,

contabilizando os custos energticos de explorao, transporte e refinao de combustveis

fsseis e produo de energia eltrica, dados de 2012 ............................................................. 74

Tabela 22 - Comparao de veculos desportivos contabilizando os custos energticos de

explorao, transporte e refinao de combustveis fsseis e produo de energia eltrica,

dados de 2012........................................................................................................................... 76

XXI

Lista de Abreviaturas

DGEG Direo Geral de Energia

EREV Electric Vehicle with a Range Extender

ERSE Entidade Reguladora dos Servios Energticos

FEV Full Electric Vehicle

GPL Gs de Petrleo Liquefeito

HEV Hybrid Electric Vehicle

Kgep Kg equivalente de petrleo

MOBI-E Rede Nacional de Mobilidade Eltrica

PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle

PIB Produto Interno Bruto

PRE Produo Regime Especial

PRO Produo em Regime Ordinrio

REN Rede Energtica Nacional

SUV Sport Utility Vehicle

Tep Tonelada equivalente de petrleo

VCI Veculo de Combusto Interna / ICEV Internal combustion engine vehicle

VE Veculo Eltrico / EV Electric Vehicle

Contribuio para a Avaliao Energtica da Mobilidade Rodoviria em Portugal

1 Mestrado em Tecnologias Ambientais

1. Introduo

1.1. Contexto

O contexto do presente trabalho insere-se na problemtica da mobilidade decorrente do

aumento da populao e do correspondente incremento do nmero de veculos em circulao.

Esta realidade acarreta cada vez maiores necessidades energticas e implica o aumento de

emisso de gases de combusto.

Neste trabalho, a energia contabilizada desde a fonte energtica primria (recurso

natural) at ao depsito de combustvel ou s baterias (em ingls: well to tank WTT) ou

seja, considerando nomeadamente os custos energticos associados explorao, transporte e

refinao de combustveis ou, no caso da eletricidade, ao custo energtico desde a produo

at disponibilizao ao consumidor final.

O setor dos transportes era, em 2012, responsvel por cerca de um quarto das emisses de

gases com efeito de estufa na Unio Europeia (1). Com o crescente custo da energia e as

alteraes climticas, aumenta a presso para se encontrarem solues que mitiguem as

emisses de gases com efeito de estufa. A indstria automvel um dos setores que apresenta

maiores investimentos em investigao e desenvolvimento com vista a reduzir emisses e a

dependncia dos combustveis fosseis (2).

A disseminao dos motores eltricos no setor automvel vem sendo tentada desde o

incio do sculo XX, mas o baixo custo da energia proveniente dos combustveis fsseis ditou

o seu fracasso (2). Atualmente esta situao tende a inverter-se lentamente: os

desenvolvimentos tecnolgicos e o aumento do custo dos combustveis fsseis esto a dar

mais vantagens aos veculos movidos a eletricidade, embora ainda no sejam competitivos

face aos veculos com motor de combusto interna (VCI). A autonomia a maior limitao

dos veculos movidos a eletricidade, devido reduzida capacidade de armazenamento

energtico das suas baterias, relativamente aos combustveis fsseis. A autonomia de uma

carga completa permite, na melhor das situaes, percorrer cerca de 200 quilmetros, ao

passo que, os veculos de combusto interna apresentam autonomias na ordem dos 1000

quilmetros ou mais, sendo ainda possvel reabastec-los em poucos minutos.

Em situaes em que as distncias a percorrer esto dentro dos limites da autonomia

eltrica, os EV tm vantagens significativas, tanto em termos de consumo energtico como

em termos de emisses poluentes, sendo ideais para circular em cidade ou em percursos

pendulares, como na deslocao diria para o trabalho.



O aumento da autonomia e a diminuio do tempo de carga das baterias merecem toda a

ateno em termos de investigao e desenvolvimento. Por outro lado, a eficincia deste tipo

de locomoo e a forma de obter a energia torna-o apetecvel para combater problemas

relacionados com as emisses de gases com efeito de estufa, a poluio e a crise energtica.

Outro problema relacionado com os veculos eltricos o elevado custo de aquisio pelo que

h, em geral, incentivos governamentais para a aquisio deste tipo de veculos, estimulando

o respetivo mercado com o objetivo de retirar os veculos de combusto interna das ruas,

melhorando a qualidade do ar dos grandes centros urbanos e, dessa forma, a qualidade de vida

da populao.

1.2. Motivao

Torna-se clara a necessidade de mudar o comportamento do Homem na sua relao com

a natureza, no sentido de promover, sob um modelo de desenvolvimento sustentvel, a

compatibilizao de prticas econmicas com a necessidade de garantir a qualidade de vida

dos cidados. A educao ambiental constitui um importante instrumento de sensibilizao

dos cidados, procurando incutir na populao em geral uma conscincia crtica sobre a

problemtica ambiental. A informao muito importante em todo este processo de

desenvolvimento sustentvel.

A mobilidade uma das mais importantes questes ligadas sustentabilidade nos centros

urbanos, constituindo um desafio que todas as cidades enfrentam. O problema tem vindo a

agravar-se devido ao aumento da populao e consequente aumento do nmero de automveis

em circulao, contribuindo para o aumento de gases na atmosfera, nomeadamente: CO2

(dixido de carbono), NOx (xidos de azoto), SO2 (dixido de enxofre), CO (monxido de

carbono) e HC (hidrocarbonetos).

Os veculos eltricos surgem como resposta a considerar; o objetivo do desenvolvimento

de veculos eltricos por parte das marcas automveis relaciona-se com a eficincia superior

deste tipo de veculos comparativamente aos veculos com motor de combusto interna, dado

que precisam de menos energia para o seu deslocamento e acarretam uma menor emisso de

gases poluentes (na componente de produo termoeltrica). Alm disso, contribuem para a

diminuio da explorao de combustveis fsseis, pois a energia eltrica utilizada poder vir

da produo de eletricidade a partir de fontes renovveis.



Com o presente trabalho pretende avaliar-se a contribuio dos veculos eltricos no

panorama rodovirio em Portugal. Trata-se, de comparar as diversas tecnologias existentes em

termos de veculos automveis e tambm as tecnologias utilizadas na produo de energia

para o seu abastecimento. A componente de educao ambiental tambm est presente na

divulgao das vantagens deste tipo de tecnologia; abordam-se temas to importantes como a

sustentabilidade energtica e as emisses poluentes na mobilidade e na produo de energia.

So abordadas as diversas transformaes energticas desde que a energia primria

retirada do meio natural at sua utilizao no veculo automvel, considerando-se os

combustveis fsseis utilizados em veculos com motor de combusto interna e as fontes que

do origem eletricidade utilizada nos veculos eltricos. Esta abordagem requer a

contabilizao de todos os consumos nos processos de explorao, transporte e refinao dos

combustveis fsseis e tambm a discriminao do mix energtico que origina a energia

eltrica em Portugal, fazendo-se uma abordagem aos processos de explorao dos

combustveis utilizados.

Foi desenvolvido um software - MIX, com o objetivo de calcular o valor do kWh de

energia final em termos da energia primria que lhe deu origem. Tambm fornece a indicao

da quantidade de CO2 emitida na produo desse kWh. A mais-valia deste programa a

obteno imediata do consumo de energia primria para a produo de eletricidade em

Portugal, tornando-se uma ferramenta importante, que fornece dados, para que facilmente se

possam comparar as diversas tecnologias existentes em termos de mobilidade, no que diz

respeito eficincia energtica e emisso de CO2.

So analisados vrios modelos de automveis existentes no mercado com vista a

determinar as diferenas, em termos energticos e de emisses de CO2, entre os diversos tipos

de energia de propulso do automvel. Tambm se tenta, desta forma, desmistificar a viso

muito comum em parte da populao acerca dos veculos eltricos, de que estes no poluem.

De facto, h que considerar a poluio decorrente da produo de energia eltrica necessria.

Ao longo deste trabalho analisam-se todas as variveis para se chegar a uma concluso

objetiva.



1.3. Estrutura

O presente documento composto por oito captulos.

No primeiro captulo que serve de introduo ao documento, descrito o contexto em

que surge este trabalho e apresentada a motivao para a sua execuo.

No captulo 2, realiza-se uma retrospetiva mobilidade rodoviria, caracterizando

sucintamente as diversas tecnologias existentes (veculos de combusto interna, veculos

hbridos e veculos eltricos) e as vantagens e desvantagens de cada uma delas.

O objetivo do captulo 3 identificar os diversos tipos de energia primria, tanto na

produo de combustveis para os veculos de combusto interna, como no mix energtico

para a produo de eletricidade. efetuada tambm uma caracterizao desses combustveis e

de todas as transformaes que sofrem.

No captulo 4 procede-se caracterizao da produo de eletricidade em Portugal com

base nos dados fornecidos pela REN sendo tambm determinado o coeficiente de correlao

entre os diversos dados disponveis.

No captulo 5 efetuada uma abordagem s emisses de CO2 relacionadas com os

veculos e tambm com a produo de eletricidade em Portugal.

O captulo 6 descreve o modo de funcionamento do software MIX. Este programa faz a

aquisio dos dados dirios do mix energtico na produo de eletricidade disponibilizados

pela REN e fornece os dados pretendidos em termos de energia primria e emisses de CO2.

No captulo 7 realiza-se um estudo acerca de diversos veculos, com diferentes

tecnologias de propulso, existentes no mercado e comparando-se entre si, no que se refere

aos consumos energticos, e libertao de CO2.

As concluses do trabalho so apresentadas no captulo 8.



2. Tecnologias de locomoo de veculos ligeiros

Existem no mercado diversas tecnologias de locomoo de veculos ligeiros de

passageiros, nomeadamente motores de combusto interna, sendo os mais usuais de ciclo Otto

e ciclo Diesel, sistemas hbridos que conjugam motores de combusto interna com motores

eltricos e diversas opes de veculos de locomoo exclusivamente assegurada por motores

eltricos.

2.1. Veculos com motor de combusto interna

Num veculo convencional, do potencial energtico do combustvel s uma parte

relativamente reduzida (17 a 21%) transmitida s rodas, assegurando o deslocamento do

veculo e que corresponde resistncia ao rolamento, resistncia aerodinmica e

dissipao em travagem.

No motor ocorrem perdas da ordem de 70 a 72% resultantes maioritariamente da

converso da energia trmica em energia mecnica (dissipadas no sistema de refrigerao e

nos gases de escape) mas tambm da combusto, do atrito e outras. Globalmente podem ainda

referir-se perdas na transmisso e outras (bomba de gua, alternador) da ordem dos 5 a 6 %

cada (Figura 1).

Figura 1 - Perdas de energia na locomoo de um automvel (3)

Os motores de combusto interna funcionam segundo os ciclos trmicos de Otto ou de

Diesel com recurso a combustveis fsseis, gerando energia mecnica que transmitida s



rodas dos veculos. Ultimamente tem-se assistido ao amadurecimento deste tipo de

motorizaes com o aumento da sua eficincia e consequente reduo das emisses poluentes.

No entanto, o aumento significativo do nmero de veculos em circulao e, por sua vez, das

emisses totais geradas representam ameaas ao ambiente e sade pblica. Da combusto da

mistura ar-combustvel, surgem produtos (dixido de carbono, xidos de azoto, monxido de

carbono e hidrocarbonetos) que degradam a qualidade do ar e contribuem para o efeito de

estufa (4).

Os motores de combusto interna a gasolina e a gasleo tm eficincias trmicas volta

de 30% e de 38% respetivamente, o que significa que, quando estes motores operam em

condies de mxima eficincia, cerca de 62 a 70% da energia contida na gasolina ou no

gasleo rejeitada sob a forma de calor, sem produo de trabalho til. Cerca de metade desta

energia rejeitada nos gases de escape e a restante no arrefecimento do motor (5).

A maioria dos veculos ligeiros que circula em Portugal possui motores de combusto

interna a gasleo, gasolina ou GPL.

2.2. Veculos hbridos

Segundo a United Nations Economic Commission for Europe (UNECE), o veculo

hbrido utiliza pelo menos duas fontes diferentes de energia, um motor de combusto e um

motor eltrico, para movimentar o veculo (6). Assim, o veculo hbrido possui dois sistemas

de armazenamento de energia, um depsito de combustvel e uma ou mais baterias.

Este tipo de veculos, alm de contribuir para a reduo do consumo de combustveis

fsseis e consequentemente das emisses de gases para a atmosfera, contribui para o

desenvolvimento da mobilidade sustentvel.

As marcas pioneiras neste tipo de veculos foram a Toyota e a Honda, com veculos de

diferentes gamas no mercado h j alguns anos.

Parte da eficincia de um veculo hbrido resulta da possibilidade de armazenar energia

nas baterias, ao desacelerar ou ao travar, ao contrrio dos veculos convencionais em que toda

a energia cintica desperdiada. Num veculo hbrido, parte dessa energia movimenta o

motor eltrico que funciona como gerador eltrico, carregando as baterias. Essa energia

poder ser posteriormente utilizada para que o motor eltrico assista o motor de combusto

em situaes em que seja necessria potncia extra, economizando combustvel.

Conforme se pode observar na Figura 2, da direita para a esquerda, o veculo quando

necessita de mais energia (em subidas) recorre carga das baterias para auxiliar o motor de



combusto (barra azul a indicar assistncia conforme se requer mais ou menos potncia do

conjunto). Esta assistncia provem da carga disponvel nas baterias que alimenta o motor

eltrico acoplado ao motor de combusto. Com a inverso do plano do terreno, o motor

eltrico passa a funcionar como gerador, aproveitando a energia disponvel nas descidas,

carregando as baterias e repondo assim energia gasta nas subidas. Esta situao pode ser

aproveitada tambm em travagens de reduzida intensidade, em que a carga das baterias

efetuada de forma mais clere - travagem regenerativa (7).

Figura 2 - Diversas fases da locomoo hbrida (7)

Podem considerar-se trs classes de veculos hbridos:

i) o veculo hbrido srie, em que o motor de combusto interna (ICE) est acoplado a um

gerador de eletricidade que por sua vez alimenta o motor eltrico movimentando o veculo;

este sistema muito utilizado nas locomotivas diesel-eltricas e, no caso dos automveis,

utilizado no hbrido Opel Ampera;

ii) o veculo hbrido paralelo, em que o motor de combusto est mecanicamente

acoplado ao motor eltrico, rodando sempre agregados, ou seja, quando necessria potncia

funcionam os dois em conjunto debitando a potncia necessria; nas desaceleraes ou



travagens, o motor eltrico tem a sua funo invertida funcionando como gerador eltrico e

carregando as baterias; este sistema utilizado pelos automveis hbridos da marca Honda;

iii) o veculo hbrido srie/paralelo conjuga as duas possibilidades anteriores. Possui,

alm do motor de combusto interna, dois motores eltricos que tambm podem funcionar

como geradores (juntos ou separadamente em qualquer uma destas funes); permite fornecer

energia para a movimentao do veculo e gerar eletricidade simultaneamente; tem a

vantagem de se poder movimentar em modo eltrico exclusivamente com a energia

acumulada nas baterias; este sistema utilizado em todos os veculos hbridos da marca

Toyota.

Com base na forma de trao, podem referir-se: o veculo hbrido total (full hybrid), o

veculo hbrido mnimo (mild hybrid) e o veculo hbrido micro (micro hybrid).

O veculo hbrido total pode, em determinadas situaes, movimentar-se exclusivamente

com trao eltrica, sendo ainda possvel o modo motor de combusto e o modo simultneo

de ambos os motores. No veculo hbrido mnimo, embora seja possvel utilizar a energia das

baterias para trao motora, no possvel a trao em modo exclusivamente eltrico devido

s reduzidas dimenses do motor eltrico. Em ambos os casos, o arranque do motor de

combusto interna efetuado com energia proveniente das baterias. O sistema micro utiliza a

energia acumulada na bateria exclusivamente para o arranque do motor de combusto, o qual

se desliga sempre que o veculo se imobiliza.

Na Tabela 1 podem observar-se diversos exemplos de veculos com tecnologia hbrida

disponveis no mercado portugus.

Tabela 1 Caractersticas de alguns veculos hbridos disponveis no mercado portugus - dados fornecidos

pelas marcas

Marca/Modelo Motor CI

(cilindrada/potncia)

Motor eltrico

(kW)

Consumo

L\100km

(circuito

misto)

Segmento Disposio motriz

Peugeot 3008 Hybrid 4

2000 cm3 diesel

120 kW 27

3,4 SUV Srie/paralelo

Peugeot 508 Hybrid 4 3,4 D Srie/paralelo

Peugeot 508 RXH 3,4 SUV Srie/paralelo

Honda Jazz Hybrid

1400 cm3 gasolina

72 kW 10 4,5 B Paralelo



Honda CRZ

1500 cm3 gasolina

89 kW 15 4,7 Coup Paralelo

Toyota Yaris HSD

1500 cm3 gasolina

55 kW 45 3,5 B Srie/paralelo

Toyota Auris HSD

1800 cm3 gasolina

99 kW 60 4 C Srie/paralelo

Toyota Prius

1800 cm3 gasolina

99 kW 60 4 C Srie/paralelo

Toyota Prius Plug-in

1800 cm3 gasolina

99 kW 60 2,1 C Srie/paralelo

Opel Ampera 1400 cm

3 gasolina

63 kW 111 1,2 C Srie

A tecnologia hbrida sendo intermdia entre o veculo com motor de combusto e o

veculo eltrico, permite s marcas abordarem as tecnologias eltricas sem comprometerem a

sua fiabilidade. Trata-se de uma estratgia importante no desenvolvimento de novas

tecnologias, quando estas ainda no esto devidamente testadas pelos consumidores.

Desenvolvem-se controladores, motores eltricos e baterias, obtendo-se um saber fazer que,

de outra maneira, seria muito mais dispendioso em termos financeiros.

O desenvolvimento tecnolgico das baterias tornou possvel a existncia do veculo

hbrido Plug-in, que possui maior autonomia em modo totalmente eltrico, e deslocaes mais

extensas graas ao motor de combusto interna. O Toyota Prius Plug-in tem uma bateria

suplementar de ies ltio que pode ser carregada a partir de uma tomada eltrica normal em

cerca de hora e meia, aumentando a autonomia em modo eltrico de dois para vinte e cinco

quilmetros (8).

2.3. Veculos eltricos

Segundo o artigo 4. do capitulo I do Decreto-Lei n170/2012 de 1 de Agosto, so

considerados veculos eltricos, o automvel, o motociclo, o ciclomotor, o triciclo ou o

quadriciclo, dotados de um ou mais motores principais de propulso eltrica que transmitam

energia de trao ao veculo, cuja bateria seja carregada mediante ligao rede de

mobilidade eltrica ou a uma fonte de eletricidade externa, e que se destinem, pela sua funo,

a transitar na via pblica, sem sujeio a carris.



Os veculos eltricos so considerados como uma forma de mobilidade sustentvel na

medida em que contribuem para a diminuio da dependncia do petrleo e da emisso de

gases poluentes. A retirada gradual dos veculos de motorizao convencional do meio

urbano representa um importante contributo para diminuir significativamente o volume das

emisses de gases com efeito de estufa e a poluio sonora e atmosfrica locais. O aumento

do preo dos combustveis de origem fssil favorece o desenvolvimento da mobilidade

eltrica no mercado automvel (9), (10).

O veculo eltrico apresenta-se pois como uma alternativa vivel aos veculos com motor

de combusto interna. Segundo um estudo da IPSOS APEME em 2012, cerca de 6% dos

entrevistados admitem fazer mais de 100 quilmetros diariamente, estando a utilizao do

automvel para percursos superiores a 160 quilmetros fundamentalmente associada a

viagens de lazer, turismo ou frias, com frequncia espordica (11).

Desde meados do sculo XIX que a disseminao do veculo eltrico (Tabela 2) foi

contrariada pela abundncia de combustveis fosseis que conduziu ao desenvolvimento dos

motores de combusto interna em detrimento dos eltricos.

Tabela 2 Alguns factos relativos evoluo histrica do mercado dos veculos eltricos (10)

1888 O engenheiro alemo Andreas Flocken,, construiu o primeiro veculo de quatro rodas eltrico.

1897 O primeiro veculo comercial eltrico entrou ao servio da frota de txis de Nova Iorque. O fabricante de automveis Pope Manufacturing Co. foi o primeiro construtor de veculos eltricos de grande escala nos Estados Unidos.

1900 Os carros movidos a eletricidade passaram a ser os modelos mais vendidos nos Estados Unidos.

1908 Surge, no mercado, o Ford Model T, a gasolina.

1912 O stock global de veculos eltricos atinge o valor mximo de 30 000 unidades.

1935 Os veculos eltricos quase no existem, predominando os de motor de combusto interna devido ao petrleo muito barato.

1947 O racionamento de petrleo no Japo leva o fabricante japons Tama a fabricar um veculo eltrico de 4,5 CV.

1973 Os preos elevados do petrleo renovam o interesse nos veculos eltricos.

1976 O governo francs lana o programa PREDIT, de investigao e desenvolvimento de veculos eltricos.

1996 Para complementar os requisitos do estado da Califrnia de 1990 no programa de veculos de zero emisses, a General Motors produz e comercializa em leasing o modelo eltrico EV1.

1997 No Japo, a Toyota comea a comercializar o Prius, o primeiro carro hbrido comercializado mundialmente. Foram vendidas 18000 unidades no primeiro ano.

2010 lanado o Nissan Leaf.



2011 O stock de veculos eltricos atinge 50000 unidades.

2012 O stock de veculos eltricos atinge 100000 unidades.

Conforme referido, a diminuio das reservas de petrleo contribui para o aumento da

importncia da mobilidade eltrica. A transio do atual sistema de transportes, assente em

produtos derivados do petrleo para um sistema de transportes eltrico, baseado em fontes de

energia renovveis beneficiaria tambm o setor da energia, pois os veculos eltricos

poderiam aproveitar os recursos eltricos atuais para reduzirem a dependncia de petrleo e

impulsionar o setor das fontes de energia renovveis. Tm tambm a possibilidade de poder

ajudar a resolver alguns problemas relacionados com a intermitncia da produo eltrica nas

horas de vazio associado a algumas das fontes de energia renovveis, por exemplo, a energia

elica, atravs de um carregamento em horas de reduzida procura (12).

Algumas desvantagens em relao aos veculos de combusto interna, nomeadamente a

sua autonomia e tempo de recarga, fazem com que a tipologia mais corrente dos veculos

eltricos seja a de pequenas dimenses, leve e alimentada por baterias que podem ser

recarregadas atravs da rede ou por travagem regenerativa (regenerative braking). So ideais

para deslocaes curtas em meio citadino. Possuem como caractersticas o elevado

rendimento energtico e a no emisso de poluentes e de rudo no local em que circulam.

Podem distinguir-se, partida, dois tipos de abordagem nos novos veculos fabricados:

converso de um veculo existente com motor de combusto interna em veculo eltrico

(Figura 3) ou um veculo eltrico concebido de raiz (Figura 4).

A primeira abordagem tem a vantagem de tornar o seu fabrico bastante mais econmico,

pois partilha peas, materiais e linhas de produo com os restantes modelos e a desvantagem

de no proporcionar o mesmo equilbrio na distribuio de pesos devido colocao das

baterias.



Figura 3 - Ford Focus Electric- veculo eltrico sob base j existente (13)

A segunda abordagem, atualmente a mais comum, permite uma conceo flexvel,

coordenando e integrando vrios subsistemas do veculo, aumentando a eficincia total do

sistema. Tambm se podem utilizar materiais mais leves de modo a compensar o aumento de

peso devido s baterias. Alm disso, como o veculo pensado de raiz para este tipo de

motorizao, os aspetos de segurana so tambm mais bem elaborados. Assim sendo, as

marcas comeam a produzir modelos eltricos de raiz, com eficincia crescente, mais seguros

e com melhor preo, pois o efeito de escala proveniente do aumento de vendas deste tipo de

veculos permite diluir os custos de investigao e desenvolvimento.

Figura 4 - Nissan Leaf - veculo eltrico de raiz (14)

Refiram-se outros fatores a ter em conta no desenvolvimento de um veculo eltrico:



Motores devem ter elevadas densidades de binrio e de potncia, elevado rendimento

sob um grande intervalo de velocidades, robustez, segurana e custo reduzido. Os mais

utilizados so os de corrente alternada (AC) (2).

Conversores de potncia so desenvolvidos retificadores, inversores e conversores

DC/DC que possibilitam a gesto do binrio, potncia e velocidade a ser entregue s rodas do

veculo (2).

Armazenamento de energia as baterias mais promissoras no mercado so as baterias

de ltio, no txicas e com matria-prima no muito dispendiosa, comparativamente com os

restantes tipos de baterias. As baterias mais utilizadas nos veculos eltricos so as de ies de

ltio, que apresentam uma energia especfica superior a 300 Wh/Kg e uma potncia especfica

superior a 10 kW/Kg (2).

Alem disso, quando estas baterias deixam de corresponder s elevadas exigncias da

utilizao em veculos, podero ter ainda interesse tcnico e comercial noutro tipo de

situaes menos exigentes, nomeadamente como unidades de armazenamento associadas a

equipamentos de energias renovveis (clulas fotovoltaicas ou aerogeradores). Este

procedimento aumenta o perodo de vida til das baterias (15).

Existem diferentes tipos de baterias de ltio para as diversas aplicaes (Tabela 3).

Tabela 3 - Tipos de baterias de Ltio e aplicaes (16)

Qumica Material Abreviatura Sigla Observaes

xido de

Cobalto-

Ltio

LiCoO2

(60% Co) LCO Li-cobalt

Alta capacidade; utilizado em

telemveis, portteis, cmaras,

veculos eltricos (Tesla),

xido de

Ltio-

Mangans

LiMn2O4 LMO Li-manganese

As mais seguras, menos capacidade

do que as de LCO, mas maior

potncia especfica e longevidade,

utilizados em ferramentas, veculos

eltricos, medicina,

Ltio-

Fosfato de

Ferro

LiFePO4 LFP Li-phosphate

Ltio

Nquel

xido de

Mangans

Cobalto

LiNiMnCoO2

(10-20% Co) NMC NMC

xido de LiNiCoAIO2 NCA NCA Comeam a ganhar importncia em



Cobalto de

Alumnio e

Ltio de

Nquel

(9% Co) veculos eltricos e armazenagem de

rede.

Ltio-

Titanato Li4Ti5O12 LTO Li-titanate

J existem veculos eltricos em todos os segmentos do mercado, nomeadamente em

Portugal: desde o segmento A (automveis de pequenas dimenses, tambm denominados de

citadinos) ao segmento D (automveis de luxo), conforme se pode verificar na Tabela 4, com

alguns exemplos. As condies para aferir os consumos e autonomia respeitam os

procedimentos das diretivas da Unio Europeia, Regulamento (CE) n692/2008 da Comisso

de 18 de Julho de 2008, alterado pelo Regulamento (CE) n136/2014 da Comisso de 11 de

Fevereiro de 2014.

Tabela 4 Caracterizao de alguns veculos eltricos vendidos em Portugal - dados anunciados pelas marcas

Marca/Modelo Autonomia

(Km)

Potncia

(kW)

Consumo

(kWh/100km) Segmento

Velocidade

mxima

(Km/h)

Nissan Leaf 199 80 15 C 145

Mitsubishi i-MIEV 150 49 13,5 A 120

Smart Fortwo EV 110 30 12 A 110

Tesla Roadster 350 216 13,3 Roadster 209

Ford Focus Electric 122 107 19 C 135

Renault Zoe 210 65 11 B 135

A UE considera trs cenrios relativamente possvel evoluo no mercado dos vrios

tipos de VE em substituio parcial dos veculos convencionais (Figura 5), (17):

Cenrio 1: baseia-se nas estimativas atuais de custos e de desenvolvimento de veculos

eltricos e nos incentivos governamentais e polticas fiscais e considerado o cenrio mais

realista. Estima cerca de 3,3 milhes de veculos eltricos na UE em 2020, com um rpido

aumento nos anos seguintes, atingindo um nmero superior a 50 milhes em 2030



Cenrio 2: embora o veculo eltrico ganhe quota de mercado, esta continuar a ser

relativamente reduzida. Os veculos de combusto interna permanecero em destaque a longo

prazo, facto sustentado num elevado aumento da eficincia. Prev cerca de 2 milhes de

veculos eltricos em 2020 na UE, aumentando para 20 milhes em 2030.

Cenrio 3: pressupe um avano significativo na tecnologia das baterias na prxima

dcada, levando a redues de custo rpidas e, portanto, sua mais fcil aceitao pelo

mercado aps 2020. Os VE tornam-se competitivos relativamente aos VCI, tanto em termos

de preo como em relao ao desempenho. Chegaro aos 5,5 milhes em 2020 e a 98 milhes

em 2030; as vendas de veculos eltricos ultrapassaro as dos veculos de combusto interna a

partir de 2025.

Figura 5 - Mltiplos cenrios para o desenvolvimento dos VE (17)

2.4. Carregamento de veculos eltricos em Portugal

Os veculos eltricos podem ser carregados em qualquer tomada vulgar. No entanto, para

garantir o carregamento dos veculos eltricos necessrio que exista uma rede dedicada,

quer para possibilitar deslocaes maiores quer para quem no tenha a possibilidade de

carregar o veculo em casa.

Foi implementada legislao que regulamenta todas as atividades desta rede atravs da

Resoluo do Conselho de Ministros n20/2009 que veio, mais tarde, a dar origem ao

Decreto-lei n39/2010 de 6 de Abril, republicado no Decreto-lei n170/2012 de 1 de Agosto,



dando incio rede Mobi.e. No artigo 2 referido que a rede de mobilidade eltrica (Mobi.e)

compreende o conjunto integrado de pontos de carregamento e demais infraestruturas, de

acesso pblico e privativo, relacionadas com o carregamento de baterias de veculos eltricos,

em que intervm os agentes que desenvolvem as atividades previstas no artigo 5, o qual se

destina a permitir o acesso dos utilizadores de veculos eltricos mobilidade eltrica. Esta

uma rede integrada e aberta que assume o carregamento de veculos eltricos, permite ao

utilizador localizar e selecionar locais de carregamento, planear trajetos e saber o estado de

carregamento do veculo (18). A Mobi.e assegura em Portugal 1300 pontos de carregamento

normal e 50 pontos de carregamento rpido em espaos de acesso pblico (18).

Figura 6 - Posto de carregamento Mobi.e em Viseu

Refira-se que a utilizao de veculos eltricos durante o dia implica o seu carregamento

durante a noite, o que contribui para uma melhoria significativa da gesto da eletricidade em

Portugal, levando a uma menor oscilao no consumo da rede e a um melhor encaixe da

energia eltrica produzida a partir de fontes renovveis (18). Conforme se pode verificar no

grfico seguinte, a carga dos veculos eltricos d-se maioritariamente em alturas em que o

consumo na rede de distribuio mais reduzido, minimizando dessa forma os impactos que

baixos consumos tm na rede eltrica.



Figura 7 - Integrao da carga de veculos eltricos com a rede de distribuio eltrica (19)

2.5. Estratgia Nacional para a Energia 2020

Em 2010, atravs da Resoluo do Conselho de Ministros n29/2010, de 15 de Abril, foi

aprovada a Estratgia Nacional para a Energia 2020 (ENE 2020) que define uma agenda para

a competitividade, para o crescimento e diminuio da dependncia energtica do pas,

atravs da aposta nas energias renovveis e na promoo da eficincia energtica,

assegurando a segurana do abastecimento energtico e a sustentabilidade econmica e

ambiental do modelo energtico nacional.

A estratgia define as polticas e medidas de maior relevncia para a rea da energia, as

quais assentam em cinco prioridades fundamentais:

Competitividade, crescimento e independncia financeira;

Aposta nas energias renovveis;

Promoo da eficincia energtica;

Garantia da segurana do abastecimento energtico;

Promoo da sustentabilidade da Estratgia Nacional para a Energia 2020.



Figura 8 Estratgia 20-20-20- metas para Portugal (20)

Como se pode verificar pela Figura 8, expectvel uma reduo de 10% no consumo de

energia final nos transportes, o que s possvel com o aumento da eficincia destes, tendo a

eletrificao do parque automvel em Portugal um papel importante.

Foi tambm criado o j referido Programa para a Mobilidade Eltrica atravs da

Resoluo do Conselho de Ministros n20/2009, que pretende introduzir o veculo eltrico

enquanto meio de transporte e contribuir para o cumprimento das metas nacionais de reduo

da dependncia energtica e combate s alteraes climticas atravs da substituio

progressiva dos combustveis fosseis por eletricidade e consequente reduo das emisses de

gases com efeito de estufa proveniente do setor dos transportes rodovirios.

Na Europa, o setor dos transportes um setor fundamental, tanto para a economia, como

para a sociedade. A mobilidade essencial para a realizao do mercado interno e para a

qualidade de vida dos cidados. Atendendo a que este setor representa uma fonte de

crescimento econmico atravs da criao de riqueza e de emprego, crucial promover a sua

sustentabilidade. Por outro lado, sendo esta uma atividade intrinsecamente internacional,

qualquer interveno significativa neste domnio, para ser eficaz, requer uma forte cooperao

entre as partes (21).

As importaes de petrleo custaram UE, em 2010, cerca de 210 mil milhes de euros

(21). importante diminuir esta dependncia, caso contrrio, as possibilidades de mobilidade

e a segurana econmica da Unio Europeia podem vir a ser seriamente afetadas. So por isso

absolutamente necessrias alternativas ao petrleo. Prosseguindo este, objetivo, a Comisso

Europeia apresentou a Proposta de Diretiva destinada a assegurar a criao de infraestruturas

para combustveis alternativos em toda a Europa, com normas comuns de conceo e de

utilizao (21).



3. Energia primria

Tendo como objetivo determinar o valor da energia primria correspondente a uma dada

quantidade de energia final consumida no abastecimento de veculos, considerar-se-o os

casos da gasolina, do gasleo e da eletricidade. Ao passo que a gasolina e o gasleo resultam

do processamento do petrleo bruto, a eletricidade pode ser produzida com base em

combustveis fsseis, em fontes energticas renovveis ou de origem nuclear.

Com vista a uma melhor sistematizao do texto que se segue, abordam-se em primeiro

lugar diversos aspetos relativamente aos combustveis fsseis e ao seu processamento,

nomeadamente a refinao do petrleo, necessria obteno de gasolina e gasleo. De

seguida dedica-se particular ateno eletricidade, nomeadamente em termos da sua

produo e caractersticas associadas importao.

O conceito de energia primria corresponde aos recursos energticos na sua forma

natural, na natureza, antes de qualquer converso ou transformao, tais como o carvo, o

petrleo e o gs natural na origem, a energia hdrica, solar, elica, ocenica, geotrmica e da

biomassa.

A energia final corresponde forma de energia disponibilizada ao consumidor final.

As fontes de energia podem ser renovveis ou no renovveis: as renovveis possuem a

capacidade de se regenerar a uma escala de tempo reduzida; as no renovveis provm do

subsolo, resultando da decomposio da matria orgnica ao longo de milhes de anos, no se

renovando escala de tempo humano, pelo que, considerando o consumo, a sua

disponibilidade cada vez menor.

Dado que Portugal no possui recursos energticos fsseis endgenos, muito importante

a contribuio das energias renovveis na atenuao da sua forte dependncia da importao

de energia (Figura 9), (22).



Figura 9 - Taxa de dependncia energtica de Portugal (22)

As variaes observadas na Figura 9 decorrem da intermitncia de disponibilidade das

energias renovveis: em anos com pluviosidade muito reduzida, a energia hdrica apresenta

baixa produtividade obrigando a maior importao de energia, como aconteceu, por exemplo,

no ano de 2005, facto que se repetiu em 2012, como se ver adiante.

Na energia primria consumida em Portugal, a quota-parte das energias renovveis tem

vindo a aumentar, sendo que a utilizao de derivados de petrleo tem vindo a diminuir,

conforme se pode verificar na Figura 10.



Figura 10 - Evoluo do consumo de Energia Primria em Portugal (22)

O petrleo mantm um papel relevante na estrutura de abastecimento, tendo representado

45,9% do consumo total de energia primria em 2011, contra 48,7% em 2010. O gs natural

que contribui para diversificar e reduzir a dependncia em relao ao petrleo, apresentou

uma evoluo positiva no contexto energtico, representando em termos de energia primria

em 2011, 19,9% do total do consumo contra 19,5% em 2010. O carvo que representou em

2011, 9,9% do consumo total de energia primria, dever ver reduzida progressivamente a sua

importncia na produo de eletricidade, devido ao seu impacto nas emisses de CO2 (22).

A eficincia energtica determinante em todos os processos, no sector domstico e dos

servios, na indstria e nos transportes. A intensidade energtica um indicador de eficincia

energtica correspondente importncia do consumo de energia final relativamente ao PIB

(Produto Interno Bruto). Quanto menor for a intensidade energtica, maior a eficincia

energtica de uma economia. A intensidade energtica maior nos pases menos

desenvolvidos conforme se pode observar na Figura 11; nos pases mais desenvolvidos, os

processos energticos so mais eficientes, nomeadamente devido aplicao de tcnicas e

tecnologias mais adequadas.



Figura 11 Intensidade energtica dos pases da UE27 (kgep / 1000 de PIB) (23)

No caso especfico do sector dos transportes, a energia consumida em funo do modo de

transporte registou uma queda a partir de 2008 (Figura 12), facto atribudo crise econmica

no espao europeu (23).

Figura 12 - Consumo energtico por modo de transporte, UE-28, 1990-2012 (1990 = 100 Tep (23)



3.1. Combustveis fsseis

Os combustveis fsseis apresentam como vantagem significativa a sua elevada

densidade energtica (Tabela 5). A sua combusto disponibiliza uma importante quantidade

de energia trmica, originando igualmente impactes ambientais significativos.

Tabela 5 Potencial energtico segundo o Despacho n 17313/2008 de 26 de Junho (24)

(MJ/Kg) (MJ/L)

Gasolina 44,5 34,90

Gasleo 42,8 36,38

Gs Natural 45,1 37,9*

Carvo

(antracite) 26,7

*a PTN

Pode estimar-se, para uma dada utilizao, o correspondente consumo de energia final.

Para se ter uma ideia da quantidade de energia primria realmente utilizada, necessrio ter

em conta todo o processo que ocorre desde a explorao do combustvel at sua

disponibilizao ao consumidor final, passando pelo seu transporte, refinao e distribuio.

3.1.1. Carvo, petrleo e gs natural

O carvo uma complexa e variada mistura de componentes orgnicos slidos,

fossilizados ao longo de milhes de anos.

O petrleo explorado desde o sculo XIX, sendo o combustvel mais utilizado a nvel

global. Gera problemas de diversa ordem: i) econmica, referentes ao aumento do custo de

explorao; ii) ambiental, com o aumento da concentrao de poluentes na atmosfera; iii)

social, com o aumento de doenas, relacionadas com a poluio atmosfrica.

O gs natural resulta da decomposio de sedimentos orgnicos de origem vegetal e

animal, acumulados ao longo de milhes de anos em jazidas naturais subterrneas. destas

bolsas que o gs natural convencional extrado e transportado, sendo consumido sem sofrer

qualquer processo de transformao. o combustvel fssil de queima mais limpa, emitindo

menores quantidades dixido de carbono, bem como de xidos de enxofre e de azoto (25).



3.1.2. Perdas energticas na explorao e transporte dos

combustveis fsseis

Antes de serem disponibilizados aos consumidores finais sob a forma de energia final, os

combustveis fsseis sofrem, desde a sua extrao do meio natural, uma srie de

transformaes que envolvem perdas energticas. No sentido da contabilizao destas perdas,

alguns autores introduziram o conceito de EROI, definido como sendo a relao entre a

energia que se obtm de um determinado recurso energtico e a energia que necessrio

consumir para o obter. Este valor indicativo se determinado combustvel ou fonte energtica

contribui ou no para o aumento da energia lquida na Sociedade e determina em que medida

isso acontece (26). A primeira parcela de energia a considerar corresponde fase de

explorao e extrao e denomina-se retorno energtico da energia investida - Energy Return

On Energy Investment standard (EROEIst) ou Energy Return On Investment standard

(EROIst). Dado que as grandes empresas que exploram o crude no divulgam os respetivos

custos de explorao, para atribuir um valor ao custo energtico correspondente explorao

de combustveis fsseis, torna-se necessrio recorrer a estudos realizados a tal propsito como

o caso de Energy Return on Investment por Charles A.S. Hall (26).

Existem vrios conceitos associados determinao do valor do retorno energtico: i)

EROI social - Societal EROI (EROIsoc): o EROI global do custo da energia at ser utilizada

pela Sociedade em geral; pode ser obtido a partir de todos os ganhos de energia e dos custos

necessrios a obt-la; este clculo terico j que difcil, seno impossvel, incluir todas as

variveis necessrias sua determinao; ii) EROI padro - EROI standard (EROIst): este tipo

de abordagem considera apenas a energia utilizada direta e indiretamente na explorao da

energia primria, ou seja, diretamente, os custos energticos no local de explorao e,

indiretamente, os custos dos produtos utilizados nessa explorao; iii) EROI ponto de uso -

EROI point of use (EROIpou): consiste numa forma mais abrangente que inclui os custos

associados refinao e ao transporte do combustvel; como os limites da anlise se

expandem, o custo da energia correspondente aumenta, diminuindo dessa forma o valor do

EROI; iv) EROI estendido - extended EROI (EROIext): considera a energia necessria desde a

explorao (energia primria) at se atingirem os vrios setores da Sociedade (27).



Figura 13 - Exemplo dos limites dos vrios EROI (27)

No presente trabalho, utiliza-se nos clculos o valor correspondente ao EROIst, ou seja, o

valor de retorno energtico at chegar refinaria; da em diante ser considerado o valor de

eficincia das refinarias existentes em Portugal.

Para determinar o valor de retorno de energia (EROIst) necessrio dividir a energia

resultante do processo de produo pela energia consumida nesse mesmo processo. Obtm-se

o desempenho energtico relativo obteno de determinada fonte de energia.

A determinao do valor que figura no numerador da equao normalmente simples,

bastando multiplicar a quantidade de energia produzida pela energia unitria. A determinao

do valor do denominador geralmente mais difcil: a energia utilizada diretamente, ou seja,

no local, por exemplo, utilizada para rodar o bit de perfurao num poo de petrleo ou a

energia utilizada para escavar na minerao de carvo, entre outros (26).

O EROIst para a maioria de fontes de energia de origem fssil tem vindo a diminuir, o

que indica que a depleo vai sendo mais importante que os avanos tecnolgicos (26).

Em termos globais, o EROIst correspondente explorao do petrleo e do gs natural

tem vindo a diminuir: era de 30:1 em 1995 e de 17:1 em 2006. O valor do EROIst para o gs

natural est por norma agregado ao do petrleo devido idntica forma de explorao e

custos energticos similares. Os valores acima indicados significam que, em 1995, uma

unidade de petrleo (por exemplo, um barril) continha energia suficiente para explorar trinta

unidades; j em 2006, a energia de um barril apenas permitiria explorar dezassete barris (27).



Relativamente ao petrleo registou-se na ltima dcada e meia (desde 2000), um declnio

do seu valor de cerca de 50%: as novas tecnologias e mtodos de explorao (plataformas

petrolferas e perfurao horizontal) embora permitam manter a produo, so insuficientes

para contrariar a queda do EROIst (27).

Figura 14 - Valores anuais do EROIst do petrleo convencional, (27)

No caso do carvo, o panorama um pouco diferente: no sculo XX, o EROI baixou de

80:1 para 30:1 at ao incio dos anos 80, voltando a subir at quase atingir os mesmos 80:1

logo no incio da dcada de 90, mantendo-se em queda desde ento: em 2006, o EROI do

carvo rondava os 28:1 (27).

No grfico da Figura 15 apresentam-se as diferenas de custos energticos entre os

diversos combustveis fsseis. Verifica-se que, mesmo sendo referente ao EROIext (custo

energtico desde a explorao at entrega dessa energia sociedade) o retorno energtico do

carvo, embora tenha vindo a diminuir, mantem-se muito acima dos restantes combustveis,

tornando-o muito apetecvel em termos de mercado.



Figura 15 - Valores EROIext de diversos combustveis em 2006 (27)

Com base no valor do EROIst que reflete o consumo energtico do processo,

contabilizando as perdas ao longo do mesmo, podem calcular-se tambm valores de eficincia

em termos percentuais, conforme figura na Tabela 6.

Tabela 6 - Converso do EROIst em percentagem de custo energtico (27)

EROIst

Custo

energtico

(%)

Eficincia

(%)

Carvo 28 3,57 96,43

Petrleo 17 5,88 94,12

Gs Natural 17 5,88 94,12

Existem outras abordagens relativamente ao custo energtico de explorao de recursos

naturais de origem fssil (28). Neste estudo, os valores no diferem muito da abordagem

anterior, sendo indicados os valores relativos s fases de explorao e transporte at

refinaria (correspondentes ao EROIst no caso anterior): para o petrleo, 4,2 % de perdas na

extrao e transporte at refinaria; 2.6 % para o carvo e 10 % para o gs natural.

Optou-se pelos valores do estudo anteriormente referido por se tratar de dados mais

recentes.



Carvo

O poder calorfico do carvo aumenta com o teor de carbono, conforme exposto na tabela

de classificao da American Society for Testing and Materials (Tabela 7). O carvo, alm

de carbono contm hidrognio, oxignio, azoto e quantidades variveis de enxofre sendo que,

quando o teor em carbono aumenta, o teor em oxignio e em hidrognio, diminui e vice-versa

(29).

Tabela 7 - Diferentes tipos de carvo com diferentes nveis de energia (30)

O carvo o combustvel fssil mais abundante, sendo a sua extrao menos exigente em

termos de capital que a do petrleo ou do gs natural (31).

Segundo dados da BP, depois do petrleo, o carvo o segundo combustvel com o

crescimento mais lento em termos de procura, com esta aumentando em mdia, 1,1% ao ano

at 2035. Durante o perodo, o crescimento estabiliza-se em apenas 0,6% ao ano a partir de

2020. Quase todo o crescimento lquido (87%) da procura em 2035 provm da China e da

ndia, cuja participao combinada no consumo mundial de carvo passar de 58% em 2012

para 64% em 2035 (32).

, necessrio utilizar o carvo de forma eficiente e sustentvel nas centrais termoeltricas

mediante opes tecnolgicas como a combusto de carvo pulverizado em condies

supercrticas o que permite atingir nveis de eficincia da ordem dos 45% (33), (31).



Petrleo

O incremento da explorao do crude tem como resultado o esgotamento de muitos poos

de petrleo ou o aumento dos custos da sua extrao.

Em jazidas de petrleo, a elevao do crude at superfcie pode ser natural, quando o

fluxo a chega espontaneamente devido presso dos fludos no interior das jazidas, ou pode

ser artificial. Existem vrios processos de elevao artificial, nomeadamente atravs do

recurso a gs comprimido ou bombagem (33).

Com a diminuio das reservas de petrleo procuram-se novas formas de explorao.

Assim, alm da explorao convencional, tambm se extrai crude no convencional, como o

caso das areias betuminosas do Canada, tipo de extrao que apresenta custos acrescidos e

maiores impactes ambientais.

A forma como os combustveis so explorados pode ter impacte significativo nas

emisses de gases com efeito de estufa ao longo do seu ciclo de vida. Por exemplo, a

produo de gasolina a partir de areias betuminosas emite mais 18 a 49% de gases com efeito

de estufa que a produo convencional na Unio Europeia, devido ao menor grau de pureza

do recurso natural (34).

Dado que a produo de combustveis com base em petrleo convencional tem emisses

na ordem de 87,5 g CO2/MJ e a sua produo com origem nas areias betuminosas emisses da

ordem de para 107g CO2/MJ (34), a Comisso Europeia alerta para que os valores de

referncia da emisso de CO2 tenham em conta estes pressupostos porque, se assim no for,

haver distoro do mercado em prejuzo do ambiente (35).

Conforme exposto na Figura 16, a Agncia Internacional de Energia estima um aumento

na produo de petrleo nos pases que exploram areias betuminosas como matria-prima,

como os Estados Unidos e o Canad (10).



Figura 16 Explorao previsvel da produo mundial de petrleo em milhes de barris / dia (10)

Em Portugal, apenas a GALP Energia, SA produz gasolina e gasleo, nas refinarias de

Sines e de Matosinhos, com uma capacidade de refinao total de cerca de 330 mil barris de

petrleo bruto por dia (36).

Gs natural

O gs natural menos denso que o ar, apresenta um teor de metano, em geral, superior a

70% e um poder calorifico entre 8000 e 10000 kcal/m3, dependendo do teor de gases pesados,

sobretudo etano e propano e de inertes, nomeadamente, azoto e dixido de carbono (25).

O transporte de gs por gasoduto expandiu-se aps a Segunda Guerra Mundial, sobretudo

devido aos avanos tecnolgicos em metalurgia, soldadura e metalomecnica. Em

consequncia, as redes de transporte e de distribuio expandiram-se, com a indstria e as

centrais termoeltricas a serem importantes consumidoras de gs natural (37).

Como as infraestruturas necessrias distribuio e armazenamento do gs natural

implicam avultados investimentos, no sendo adequado fomentar a concorrncia atravs da

duplicao das mesmas, as atividades de transporte e distribuio de gs natural so

normalmente exercidas em regime de monoplio (37).

A utilizao do gs natural em Portugal relativamente recente, data de 1997, tendo

vindo diversificar os recursos energticos utilizados, diminuindo a dependncia do petrleo



(37). Atualmente, Portugal importa gs natural da Arglia (por gasoduto) e da Nigria (GNL)

por via martima. O gs natural proveniente da Arglia entra em territrio nacional na zona de

Campo Maior e transportado atravs de gasodutos de alta presso da Rede Nacional de

Transporte de Gs Natural (RNTGN) que se ligam, atravs de estaes de medio e de

reduo de presso, aos gasodutos de mdia presso operados pelas empresas de distribuio

(Figura 17) (38). Nas instalaes de armazenamento subterrneo, no concelho de Pombal

(Carrio), o gs em alta presso armazenado sob a forma gasosa em cavidades preparadas

no interior de um macio salino, a profundidades superiores a mil metros (38). O gs natural

importado por via martima chega ao terminal de Sines onde rececionado sob a forma de

Gs Natural Liquefeito (GNL). Aps o descarregamento dos navios metaneiros, o GNL

enviado para tanques de armazenamento intermdio at que seja posteriormente regaseificado.

No final deste processo, o gs natural (j sob a forma gasosa) comprimido e injetado na rede

de alta presso. (38).

Em Portugal, a GALP Energia, SA que opera a atividade regulada de armazenamento

subterrneo de gs natural. Tem atualmente uma capacidade de armazenamento de 40 milhes

de m3. Dada a sua importncia para a segurana energtica do pas, por se tratar de uma

reserva de energia, as cavernas de armazenamento subterrneo de gs natural so operadas em

regime de concesso de regime pblico. No final de 2013, com a concluso de mais uma

caverna, a capacidade de armazenamento de gs natural em Portugal passou para cerca de 130

milhes de m3 (39).



Figura 17 - Rede Nacional de Gs Natural (37)

3.1.3. Perdas energticas associadas obteno da gasolina e do

gasleo

O processo de refinao do petrleo bruto consiste na separao dos diversos

hidrocarbonetos que o compem. um processo de separao que assenta nos diferentes

pesos, volatilidades e temperaturas de ebulio dos hidrocarbonetos que constituem o crude,

para os separar, dando origem a produtos intermdios e a produtos finais (36). Da refinao

do crude resultam vrios produtos, como gases de petrleo liquefeito (GPL), gasolina,

gasleo, querosene e alcatro, entre outros (Figura 18).



Figura 18 - Esquema de coluna de destilao, com a indicao dos elementos separados s diversas temperaturas

(36)

O processo tem incio com o aquecimento do petrleo bruto. Os vapores que se libertam

sobem pela coluna de fracionamento (Figura 18), ocorrendo a separao dos diversos

constituintes. A coluna est equipada com diversos compartimentos a diferentes alturas,

fazendo com que componentes mais volteis e com menores pontos de ebulio subam ao

topo dessa coluna, enquanto nas camadas mais baixas ficam os componentes com ponto de

ebulio mais elevado. Esta tcnica de separao fsica das fraes o ponto de partida para o

processo de refinao do petrleo, sendo tambm designada por destilao fracionada (36).

Em Portugal, com o objetivo de maximizar a sua eficincia, as refinarias da GALP

Energia, SA so geridas de forma integrada, como se de uma nica unidade se tratasse. As

caractersticas de cada uma delas permitem um mix de produo equilibrado com predomnio

dos destilados mdios, como o gasleo e a gasolina (36). Com vista a otimizar a utilizao da

capacidade instalada, iniciou-se em 2008 o processo de reconverso tecnolgica das

refinarias. Teve como objetivo ajustar o perfil de produo s necessidades do mercado

ibrico, onde atualmente existe um dfice de gasleo, maximizando a produo de diesel em

detrimento da produo de fuelleo (40).



Em 2012, concludo o processo de reconverso, deu-se o arranque das refinarias com

maior produo de gasleo cujo valor no mercado superior (39). Conforme se pode observar

na Figura 19, o gasleo, corresponde a 33% da produo.

Figura 19 - Produtos finais da refinao do petrleo bruto em refinarias da GALP (36)

Aps a reconverso das refinarias, o rendimento energtico do processo espectvel era da

ordem de 87% (Figura 20), (40). Tal significa que 13% da energia da matria-prima inicial

consumida no processo de refinao dos combustveis.

Figura 20 - Esquema exemplificativo da eficincia do aparelho refinador aps reconverso das refinarias

nacionais (41)



Assim, para a gasolina e para o gasleo, o processo de refinao envolve perdas

energticas de cerca de 13% que acrescem aos 5,88% de perdas de energia na explorao e

transporte do crude. A correspondente perda energtica global de 18,12% da energia da

matria-prima inicial, valor que ser considerado posteriormente no presente trabalho.

Tabela 8 Necessidades energticas associadas produo de gasleo e gasolina (conforme Tabela 5)

Energia final kWh/L Energia primria kWh/L

Gasolina 8,87 10,83

Gasleo 9,82 11,99

3.2. Eletricidade

A eficincia energtica relevante na produo e consumo de eletricidade, no sentido da

sustentabilidade energtica e ambiental. importante aproveitar o potencial das energias

renovveis que em Portugal assinalvel, com destaque para a energia solar, elica, hdrica e

da biomassa, reduzindo a dependncia dos combustveis fsseis na produo de eletricidade

(42).

No transporte da eletricidade, desde a produo, at ao consumidor final, existem perdas,

devido resistncia interna dos cabos que fazem parte da rede, e tambm nos transformadores

de abaixamento de tenso (Tabela 9), que em 2012 foram da ordem dos 1,56%. Estas perdas,

independentes do modo de produo, no sero consideradas neste trabalho, tal como

acontece com as perdas energticas associadas ao transporte dos combustveis lquidos entre

as refinarias e os postos de abastecimento.

Tabela 9 - Indicadores tcnicos de eletricidade de 2008 a 2012 (43)

A eficincia energtica associada produo de eletricidade depende do processo

utilizado. Assim, necessrio conhecer o mix energtico na sua origem e tambm a eficincia



de cada um dos modos na produo de eletricidade em Portugal. A eletricidade produzida por

via trmica baseia-se no consumo de carvo e de gs natural.

A potncia instalada em Portugal tem vindo a aumentar, como se pode verificar na Figura

21.

Figura 21 - Evoluo da potncia instalada entre 2003 e 2012 (REN)

A legislao portuguesa prev dois regimes na produo de eletricidade:

1. Produo em regime ordinrio (PRO), relativa produo de eletricidade a partir de

fontes trmicas no renovveis e em grandes aproveitamentos hidroeltricos.

2. Produo em regime especial (PRE), relativa produo de energia eltrica a partir

de fontes renovveis e endgenas, como o caso da cogerao, elica e solar.

Entre 2003 e 2012, verificou-se um aumento de potncia instalada em equipamentos de

produo elica e em centrais termoeltricas a gs natural, sendo

Dissertação Mestrado Antonio Freitas

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