Introdução à metodologia de LCA-Life Cycle Analysis (Análise de Ciclo de Vida). Estudo de caso:...
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Introdução à
AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA(ACV)*
F. Antunes PereiraProfessor Catedrático
DAO/UA, 2005
*LCA (Life Cycle Analysis)
O que vamos tratar nesta aula:
O que é a Avaliação de Ciclo de Vida (ACV)?
Para que serve a ACV?
Metodologia típica de execução duma ACV: fases duma ACV
Dois exemplos simples de execução duma ACV: (1)Metodologia de Leiden, (2) Eco-indicator 99
Estudos de caso: (1)Gestão integrada de RSU, (2) Produção de electricidade em Portugal
Modelos matemáticos e Bases de Dados para execução de ACVs
Limitações da ACV
Eco-Indicator 99
Sacos de papel ou plástico (LDPE) ?!…
• Inventariação e sistematização dos impactos
ambientais dum sistema (processo, produto) ao
longo de todo o seu ciclo de vida (“from craddle
to grave”)
• Ciclo de vida inclui todos os estados consecutivos
e interligados do sistema, desde a extracção e
transformação de matérias primas e recursos
energéticos, até à deposição final no ambiente
O que é a Avaliação de Ciclo de Vida?
Unidade funcional:
produção de 1KWhe
Fronteira do
sistema
Pré-combustão
CombustãoTransporte
Impactos calculados a partir das emissões para atmosfera, água e solo através da “fronteira” do sistema
Executa-se em 4 fases:• Contextualização (Objectivos e Âmbito)
• Análise de Inventário de Emissões (ICV)
• Avaliação de Impactos (AICV)
• Interpretação
Metodologia obedece às Normas ISO 14040
Aplicações da ACV:
É uma metodologia que permite:
Aos “decision-makers” definir as melhores estratégias de mercado para:
• Produtos (p.ex. embalagens de papel ou de plástico?)
• Serviços (p.ex. produção de energia eléctrica a partir de carvão, fuel ou gás natural?)
Estabelecer regulamentação ambiental (p.ex. o “Rótulo Ecológico”)
Melhorar o “design” de produtos (p.ex. monitores de LCD ou de CRT?)
A ACV permite-nos responder a perguntas
como: o que é menos danoso para o
Ambiente:
Usar sacos de papel ou de plástico?
Produzir energia eléctrica a partir de carvão, fuel ou gás?
Eco-Indicator 99
Exemplo 1-Sacos de papel ou plástico (LDPE) ?!…
Unidade funcional:
produção de 1KWhe
Fronteira do
sistema
Pré-combustão
CombustãoTransporte
Exemplo 2 - Uma central térmica: a carvão, fuel ou gás ?!…
Rótulo Ecológico
Atribuído pela EU a produtos cujo “ciclo de
vida de fabrico” é mais “amigo do
Ambiente”.
Existem cerca de 300 produtos, distribuídos
por 17 grupos
A atribuição do
Rótulo
Ecológico
é feita mediante
uma Avaliação
do Ciclo de
Vida do produto
ou serviço
(LCA-Life
Cycle Analysis)
Metodologias de execução de ACVs
Há várias metodologias para realizar ACVs
Basicamente são de 2 tipos:
Orientadas para temas, ou categorias ambientais (“mid-points”): convertem o conjunto de dados de inventário de emissões em“categorias ambientais” (aquecimento global, eutrofizaçã, ecotoxicidade, toxicidade humana, etc).
• Exemplo: metodologia de Leiden
Orientadas para danos ambientais (“end-points”): convertem o conjunto de dados de inventário de emissões em “danos ambientais” (saúde pública, ecossistemas, recursos)
• Exemplo: Eco-indicator 99
Começaremos por utilizar aqui a
metodologia de Leiden
No final descrevemos a do Eco-indicator
99 • Esta constitui um bom ponto de partida para o
estudo da Análise de Custos Benefícios Sociais –
ACBS, que se aborda na próxima aula
A “magia” da ACV consiste provavelmente em conseguir agregar num pequeno número de parâmetros (Categorias de Impacto), tipicamente 3-15, um grande número de dados (Inventário de Emissões)
Por exemplo:
E como se
consegue isso
?
Através de
“factores de
equivalência”
Sequência de cálculo típica duma ACV
OBJECTIVO E ÂMBITO
ICV
INVENTÁRIO DE CICLO DE VIDA
Classificação
Caracterização
Normalização AICV(Op)
ANÁLISE DE IMPACTOS
DE
CICLO DE VIDA
Ponderação(Op)
Agregação(Op)
INTERPRETAÇÃO
Unidade
funcional
1
Emissões
2
3
4
Inventário de
emissões
Alocação a
Categorias
de Impacto
Indicadores
Indicadores
normalizados
Categorias de
Impacto
ponderadas
Categorias
agregadas
Interpretação
Perfil ambiental
Valores de
referência
(totais)
Factores de
equivalência
Tabelas de
categorias
de impacto
Emissões
Perfil ambiental
normalizado
Factores de
ponderaçãoINDICE
AMBIENTAL
(anos, mPt, etc)
•ADP (Abiotic Depletion Potential) - DEPLEÇÃO ABIÓTICA
•EDP (Energy Depletion Potencial) - DEPLEÇÃO DE ENERGIA
•GWP (Global Warming Potencial) - AQUECIMENTO GLOBAL
•POCP (Photochemical Oxidant - FORMAÇÃO DE
Formation Potencial) OXIDANTES FOTOQUÍMICOS
•AP (Acidification Potencial) - ACIDIFICAÇÃO
•HT (Human Toxicity) - TOXICIDADE HUMANA
•ECA (Ecotoxicity, Aquatic) - ECOTOXICIDADE AQUÁTICA
•NP (Nutrification Potencial) - EUTROFIZAÇÃO
•ODP (Ozone Depletion Potencial) - DEPLEÇÃO DE OZONO
(estratosférico)
Um pouco mais sobre as CATEGORIAS DE
IMPACTO:
As substâncias que servem de referência para o
cálculo de factores de equivalência
(na fase de caracterização)
Exercício 1
Metodologia de Leiden
Perfil ambiental
12,5
8,12
6,8
0
2
4
6
8
10
12
14
GWP HT AP
Categoria de impacto
kg
eq
uiv
Perfil ambiental (não normalizado)
1,5
11
2 1,8
65
0,12
0
2
4
6
8
10
12
14
GWP HT AP
Categoria de impacto
kg
eq
uiv
CO
SO2
NOx
CH4
CO2
Perfil ambiental (normalizado)
5
10
20
0
5
10
15
20
25
GWP HT AP
Categoria de impacto
100*[
an
os]
Perfil ambiental (Ponderado)
45
5
10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
GWP HT AP
Categoria de impacto
1000*[
an
os]
Exercício 2
Metodologia do Eco-Indicator 99
ESTUDO DE CASO 1:
Alternativas para o tratamento biológico de RSU
Directiva 1999/31/CE limita a deposição da
fracção orgânica dos RSU no solo (aterro)
[devido aos problemas ambientais resultantes da sua decomposição e lixiviação]
O tratamento biológico tornou-se portanto uma
alternativa de peso na futura gestão integrada
de RSU
Aterro: com 90% de recuperação do gás (10% de perdas para a atmosfera), e queima em regime de co-geração
Biometanização: digestão húmida (15% de SS, termófila, reactor CSTR); queima do biogás em regime de cogeração
Compostagem (em pilha): com remeximento periódico, tratamento de gases com biofiltro
Compostagem (em reactor): com arejamento forçado, reactor tipo túnel, tratamento de gases com biofiltro
“Fronteira” de ACV para um aterro sanitário
“Fronteira” de ACV para a compostagem
“Fronteira” de ACV para a biometanização
Balanço de energia
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
Ate
rro
Bio
meta
niz
ação
Co
mp
osta
gem
(pil
ha)
Co
mp
osta
gem
(reacto
r)
Opção
TJ Produzida
Consumida
Comparação de ciclos de vida: deplecção de energia
Unidade funcional: tratamento integrado de 1 ton RSU
Aquecimento Global (só tratamento)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Ate
rro
Bio
me
tan
iza
çã
o
Co
mp
os
tag
em
(pilh
a)
Co
mp
os
tag
em
(re
ac
tor)
Opção
To
n C
O2 e
qu
iv.
CO2
NOx
COVs
N2O
Comparação de ciclos de vida: aquecimento global (só fase de tratamento)
Aquecimento global: contribuição de todos os
processos
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Ate
rro
Bio
meta
niz
ação
Co
mp
osta
gem
(pilh
a)
Co
mp
osta
gem
(reacto
r)Opção
To
n C
O2 e
qu
ival.
Tratamento
Produção energia
Colecta+Transporte
Comparação de ciclos de vida: aquecimento global (todos os processos)
Avaliação de Impactos
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Aq
ue
cim
en
to
Glo
ba
l
Eu
tro
fiza
çã
Ac
idif
ica
çã
o
Sa
úd
e
Hu
ma
na
Categoria de impacto
Índ
ice
Aterro
Biometanização
Compostagem (pilha)
Compostagem (reactor)
Comparação de ciclos de vida de 4 opções de gestão de resíduos: avaliação de impactos
Introdução à
AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA(ACV)*
Conclusão!...F. Antunes Pereira
DAO/UA, 2005
*LCA (Life Cycle Analysis)
Relembrando…
A “magia” da ACV consiste provavelmente em conseguir agregar num pequeno número de parâmetros (Categorias de Impacto), tipicamente 3-15, um grande número de dados (Inventário de Emissões)
As substâncias que servem de referência para o
cálculo de factores de equivalência
(na fase de caracterização)
ESTUDO DE CASO 2
Alternativas à produção de electricidade em Portugal:
carvão, fuel, ou gás?
CO
N2O
SO3
Dioxinas/Furanos
Unidade funcional:
produção de 1KWhe
Fronteira do
sistema
Pré-combustão
CombustãoTransporte
Emissões (ar) Kg/KWh
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
1,E+11
1,E+12
1,E+13
NH3
C6H
6Cd P
bCO
CO2
H13
01
HC to
t
HC a
rom
HC h
al
COV (n
m)
HCl
HF
Mn
Hg
CH4
N2O N
i
NOx
PAH
sSO2 Zn
Par
t.
Substância
Kg
/KW
h x
E13
Outeiro Sines Setubal
Unidade funcional: produção de 1 kWh eléctrico
Gás Carvão Fuel
Emissões (água)
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
1,E+09
1,E+10
Al
AO
X (
Cl-
)
As
N o
rg
N t
ot
Ba
BO
D
Cd
Pb
Cl-
CN
-
Cu
CO
D Cr
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C
Fe
nó
is
HC
aro
m
HC
ha
l
Fe
nó
is Hg
NH
4+ Ni
NO
3-
PA
Hs
PO
43
-
S2
-
Sa
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no
rg.
SO
42
-
Só
l. d
iss
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Só
l.s
us
p.
TO
C
To
lue
no
Zn
Óle
os
/Go
rd.
Substância
em
issão
x E
12
Kg
/KW
h
gas carvão fuel
Emissões (água): metais
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
1,E+04
1,E+05
1,E+06
1,E+07
1,E+08
Al As Ba Cd Pb Cu Cr Hg Ni Zn metais
metal
Kg
/KW
h x
E12
gas carvão fuel
Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica
Gás
Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica
Carvão
Contribuição de cada actividade para o perfil ambiental da central térmica
Fuel
CO2
docombustível
Emissões líquidas da depuração gasosa [Me
pesados, PAHs e fenois ]
COVs
NOx e SOx
[oxid. N e S do combustível]
Gás Carvão Fuel oil
Emissões com maior significado:
•Liquidas. Me pesados (Ni, Cd, Hg, Cr), PAHs, fenois [na
depuração dos gases] Ecotoxicidade
•Gasosas. CO2 (do C), NOx (do N) e SOx (do S), COVs
(da matéria orgânica) Aquecimento Global; Smog
Índice ambiental (Ponderado)
9,52697E-15
2,36139E-14
6,27257E-14
0
1E-14
2E-14
3E-14
4E-14
5E-14
6E-14
7E-14
Tapada do Outeiro (Gás) Sines (Carvão) Setúbal (Fuel)
Central térmica (Combustível)
an
o
Comparação dos Índices Ambientais
Gás < Carvão < Fuel
9.4 10 -15 2,4 10 -14 6,3 10 -14
Vimos anteriormente que:
Há várias metodologias para realizar ACVs
Basicamente são de 2 tipos:
Orientadas para temas, ou categorias ambientais (“top-down”)
• Exemplo: metodologia de Leiden
Orientadas para danos ambientais (“bottom-up”)• Exemplo: Eco-indicator 99
Fizemos um
exercício simples de
calcular os pontos
ecológicos com o
Eco-indicator 99
Mas não sabemos exactamente o que está por detrás destes pontos ecológicos
Esta é a aparente falta de transparência dos métodos orientados para os danos ecológicos
..Que não existe no método de Leiden, que é
aparentemente mais simples, intuitiva e transparente para quem começa a estudar este assunto
Bases da metodologia do Eco-indicator 99
Utiliza o conceito de “damage function”: uma relação entre o impacto e o dano para o ambiente
Considera um número mais reduzido de impactos a avaliar: Saúde Humana, Qualidade dos Ecossistemas, Recursos
Deverá ser portanto mais fácil a fase de avaliação(ainda que subjectiva)
Exprime o impacto global apenas por um número: o Eco-indicador (já normalizado e ponderado)
Danos para a Saúde Pública: Aquecimento global
Deplecção camada de ozono
Efeitos cancerígenos
Efeitos respiratórios
Radiações ionizantes
Danos para a Qualidade dos Ecossistemas: Ecotoxicidade
Acidificação
Eutrofização
Gestão do solo
Danos para a Quantidade de Recursos: Terreno agrícola
Florestal
Minérios
Minerais, etc
O que está dentro das categorias de dano?
A utilização duma “damage function” complica
consideravelmente a complexidade
matemática dos cálculos pois envolve a
utilização de modelos tipo “fate analysis” para
descrever o roteiro dos contaminantes entre a
fonte (emissão) e o receptor (impacto)
Em contrapartida torna os cálculos mais realista
pois quantifica os efeitos finais no receptor (“end
points”), em vez de no emissor (emissões, ou
efeitos “potenciais”, ou “mid points”, como
acontecia na metodologia de Leiden)
Como são calculados os “eco-pontos”?
(1)Efeitos na Saúde Humana: São medidos em unidades DALY (“Disability Adjusted
Life Years”), ou seja, idade corrigida para disfunções e morte prematura (provocadas por agressões ambientais)
(2)Qualidade dos Ecossistemas: Medida como perda de espécies por unidade de área
e de tempo
(3)Recursos: Medida como a energia adicional para extracção
futura de minérios e de combustíveis fósseis
O indicador final (Eco-indicador) é uma simples soma aritmética do indicadores parciais, correspondentes a cada actividade dentro do ciclo de vida (valores tabelados)
Ele representa o impacto ambiental global dum determinado processo ou produto
É um valor arbitrário, pois só interessa para efeitos de comparações entre ciclos de vida de vários produtos, ou entre possíveis ciclos de vida do mesmo produto (“eco-design”)
Exprime-se arbitrariamente em pontos [Pt] ou milipontos [mPt), em que 1 [Pt] representa arbitrariamente a milésima parte carga anual total ambiental dum europeu médio:
O indicador final (global, Eco-indicador) é já um valor normalizado e ponderado de acordo com um valor de referência (total) para a Europa e de acordo com um painel de especialistas (Ver figura a seguir)
europeus habitantes deN
Europeia ambiental anual argaC(Pt) 1
º1000
1
Principais modelos matemáticos e bases de dados
para execução de ACVs
Ver: http://www.epa.gov/ORD/NRMRL/lcaccess/resources.htm
LCA and and LCI Software Tools
Name Vendor URL
1. ECO-it 1.0 PRé Consulting http://www.pre.nl/eco-it.html
2. BOUSTEAD 4 Boustead Consulting Ltd http://www.boustead-consulting.co.uk/products.htm
3. EcoPro 1.5 EMPA http://www.sinum.com/
4. GaBi 4.0 IPTS http://www.gabi-software.com/
5. IDEMAT Delft Univ. of Technology http://www.io.tudelft.nl/research/dfs/idemat/index.htm
6. KCL-ECO 3 KCL http://www.kcl.fi/eco/index.html
7. LCAiT 4.0 CIT EkoLogik http://www.lcait.com/01.html
8. LCAPIX V2.0 KM Limited http://www.kmlmtd.com/demodld/index.html
9. SimaPro 5 PRé Consulting http://www.pre.nl/simapro.html
10. TEAM 3.0 Ecobalance http://www.ecobalance.com/software/team/gb_teamidx.html
11. Umberto 3.0 IFEU http://www.ifu.com/software/umberto-e/
Boustead Consulting Database and Software
ECO-it: Eco-Indicator Tool for environmentally friendly design - PRé Consultants
EcoPro - sinum Corporate Environmental Management
EDIP - Environmental design of industrial products - Danish EPA
EIOLCA - Economic Input-Output LCA at Carnegie Mellon University
GaBi 4 - (Ganzheitlichen Bilanzierung - holistic balancing) - Five Winds International/University of Stuttgart (IKP)/PE Product Engineering
IDEMAT - Delft University Clean Technology Institute Interduct Environmental Product Development
KCL-ECO 3.0 - KCL LCA software
LCAiT - CIT EkoLogik (Chalmers Industriteknik)
LCNetBase - Life cycle assessment using traceble US data - Sylvatica
SimaPro 5.0 for Windows - PRé Consultants
SPOLD - Society for the Promotion of Life-cycle Assessment Development
TEAM(TM) (Tools for Environmental Analysis and Management) -Ecobalance, Inc.
Umberto - An advanced software tool for Life Cycle Assessment - Institut für Umweltinformatik
Principais modelos:
Principais Bases de Dados de Inventário de processos e
produtos:
ECOINVENT (Suíça): http://www.ecoinvent.ch/
SPINE: http://www.globalspine.com/
ExternE: http://www.externe.info/faq.html
BUWAL: http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/de/index.html
GEMIS: http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm
TEAM: http://www.ecobalance.com/uk_team.php
SPOLD: http://lca-net.com/spold/
ECOINVENT (Suíça): http://www.ecoinvent.ch/
SPINE: http://www.globalspine.com/
SPOLD: http://lca-net.com/spold/
BUWAL: http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/de/index.html
GEMIS: http://www.oeko.de/service/gemis/en/index.htm
TEAM: http://www.ecobalance.com/uk_team.php
ExternE: http://www.externe.info/faq.html
Limitações da ACV
Considera apenas o critério ecológico: não entra em conta com os aspectos económico e social
Fase de Avaliação de Impactos (Normalização, Agregação, Ponderação) ainda tem um carácter subjectivo
Não pode servir para propaganda comercial de comparação entre dois produtos concorrentes
Não pode servir de base para regulamentação legislativa sobre limites de emissão
VANTAGENS E DESVANTAGENS RELATIVAS DA ACV
Metodologia Vantagens Desvantagens
ACV
Base
científica
quantitativa
Só critério ecológico
Resultado não
sobreponível (1) com
análise de custos
financeiros (2)
Subjectividade na fase
agregação
(ponderação)
(1) adicionáveis, ou subtraíveis (2) em unidades monetárias
Do Engenheiro do Ambiente espera-se
uma postura permanente de “life cycle
thinking”.
FIM