COMPARISON OF THE POLLUTANT LEVELS EMITTED BY DIFFERENT FUELS USED FOR COOKING AND THEIR INFLUENCES ON GLOBAL WARMING Show
ResumoGlobal warming is one of the most worrying environmental problems nowadays. A joint effort has been made by many countries to minimize greenhouse gas (GHG) emissions, responsible for global warming. The evidences indicate that global warming is occurring due to anthropogenic activities, mainly caused by the using of fossil or biomass fuels. Although this effect is more directly associated with external emissions, domestic emissions also have their contributions. In this way, cooking activities can have an impact on global warming, since the main fuels used for these purposes are from fossil or biomass origin. This study aimed to evaluate the impact of the most common fuels used for cooking in Brazil on global warming. Among the fuels studied and the data available to date, biogas, followed by natural gas and liquefied petroleum gas were the least polluting, even the latter two being derived from petroleum and currently considered the great villain of air pollution. The results also show that although LPG is the most used fuel (> 90%) in Brazil for cooking, firewood, which accounts for only 3% of consumption, causes the highest emission rates of greenhouse gases. Therefore, more efficient stoves can have a significant impact on the GHG reductions in the country. Keywords: Keywords: INTRODUÇÃOA biomassa foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas pela humanidade,11 Dermibas, A.; Prog. Energy Combust. Sci. 2004, 30,
219. sendo empregada desde a sua descoberta na cocção de alimentos, uma das atividades básicas do ser humano. Com o desenvolvimento tecnológico, novos combustíveis e fogões foram introduzidos para esta finalidade. Atualmente, vários combustíveis são usados para a cocção e são provenientes de biomassa ou fóssil. Biomassa é toda matéria orgânica produzida por fotossíntese, sendo esta considerada uma fonte renovável de energia.22 Energy Explained,
Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration; www.eia.gov, acessada em junho 2018. Os fogões podem ser do tipo tradicional a lenha (p. ex., fogão de três pedras com queima de todo tipo de combustível sólido); fogão a lenha melhorado ou aprimorado ou ecoeficiente (pode ser feito de forma barata a partir dos recursos locais, gerando menos fumaça, menos escurecimento dos utensílios com economia de combustível) e fogões modernos ou eficientes (p. ex., fogão a gás ou a querosene, que consomem menos combustíveis e emitem menores quantidades de poluentes). A cocção de alimentos está associada ao processo de combustão (queima), uma reação química exotérmica que libera calor e luz. Esta reação se dá entre uma substância combustível (p. ex., lenha, metano, querosene, etc.) e um gás comburente, principalmente o oxigênio.44 Russel, A. Em Air pollution and cancer; Straif, K., Cohen, A., Samet J., eds.; IARC Scientific Publications, 161, 2013, cap. 4. Em uma reação estequiométrica há formação apenas de dióxido de carbono (gás carbônico, CO2) e vapor de água. No entanto, a combustão completa e ideal não é sempre possível pela falta de suprimento adequado de oxigênio, resultando na formação de outros gases e partículas. A falta de oxigênio, as impurezas presentes nos combustíveis (p. ex., S, N, Fe, V, Ni, As, Cr, Hg, Pb, Se, etc.) e os diferentes equipamentos e condições usados nos processos de queima acarretam na formação de produtos de combustão incompleta (PCIs), tais como: monóxido de carbono (CO), metano (CH4), óxidos de nitrogênio, NOx (NO + NO2), óxidos de enxofre, SOx (SO2, SO42-), compostos orgânicos voláteis (COV) e partículas variadas (fuligem ou carbono negro (do inglês, black carbon, BC), partículas grossas, finas e ultrafinas).44 Russel, A. Em Air pollution and cancer; Straif, K., Cohen, A., Samet J., eds.; IARC Scientific Publications, 161, 2013, cap. 4. O NOx gerado durante a queima é resultante de dois processos: i) NOx atmosférico, formado a partir da oxidação do N2 do ar atmosférico e altas temperaturas, sendo predominante e o ii) NOx do combustível, formado a partir da quebra das ligações do nitrogênio presente no combustível e reação com o O2. As partículas, chamadas de material particulado (MP, do inglês, particulate matter),
geradas no processo de combustão se destacam por serem as mais tóxicas para a saúde e ter grande influência no clima. As partículas produzidas por fontes de combustão podem variar muito de tamanho e composição química. Estas são classificadas de acordo com seu diâmetro aerodinâmico em partículas totais em suspensão (PTS - até 100 µm), partículas inaláveis grossas (MP10 - até 10 µm) e partículas respiráveis finas (MP2,5 - até 2,5 µm). Atualmente, diâmetros menores de
partículas, chamados de partículas ultrafinas e nanopartículas (MP < 0,1 µm), estão sendo estudadas. Em geral, os componentes químicos predominantes do MP são espécies inorgânicas (sulfatos, nitratos, amônia, sais marinhos), compostos orgânicos (carbono elementar (CE), black carbon (BC), ácidos carboxílicos, aminoácidos, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, HPA) e metais.44 Russel, A. Em Air pollution and cancer; Straif, K., Cohen, A., Samet J., eds.;
IARC Scientific Publications, 161, 2013, cap. 4. A lista da Agência Internacional para Pesquisa do Câncer55 International Agency for Research Cancer; List of IARC Group 1 carcinogens. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/latest_classif.php, acessada em junho 2018. Dentre os combustíveis usados com a finalidade de cocção, a biomassa ainda é a mais empregada mundialmente. Cerca de 3 bilhões
de pessoas fazem uso de combustíveis sólidos e fogões tradicionais para atender às necessidades diárias de cocção e aquecimento.66 World Health Organization; Burning Opportunity: Clean Household Energy for Health, Sustainable Development, and Wellbeing of Women and Children; WHO: Geneva, 2016. Essa combinação de combustível e fogão resulta em uma combustão ineficiente com emissão significativa de PCIs. Essas substâncias contribuem diretamente
para o aumento da morbidade e da mortalidade e dos poluentes climáticos de vida curta.77 Ramanathan, V.; Carmichael, G.; Nat. Geosci. 2008, 1, 221. Estima-se que a poluição do ar doméstica (do inglês, household air pollution, HAP) representa o quarto fator de risco global para a saúde, responsável por 4,3 milhões de mortes anualmente.66 World Health Organization; Burning Opportunity: Clean Household Energy for
Health, Sustainable Development, and Wellbeing of Women and Children; WHO: Geneva, 2016. Em 2010, na América Latina e Caribe, foi estimado a ocorrência de 70.000 mortes prematuras relacionadas à exposição interna ao MP2,5 devido ao uso de combustíveis sólidos na cocção.88 United Nations Environment Programme and Climate and Clean Air Coalition; Integrated assessment of Short-lived climate pollutants in Latin America and the Caribbean.
DEW/1969/NA, 2016. ISBN: 978-92-807-3549-9. As partículas finas são as mais diretamente associadas a mortes e doenças. No Brasil, cerca de 10 milhões de domicílios ainda fazem uso de lenha, sendo que um percentual significativo usa fogões tradicionais, mais poluentes.99 Gioda, A.; Tonietto, G. B.; Ponce de Leon, A.; Ciências e Saúde Coletiva, 2017, disponível em
http://www.cienciaesaudecoletiva.com.br/artigos/exposicao-ao-uso-da-lenha-para-coccao-no-brasil-e-sua-relacao-com-os-agravos-a-saude-da-populacao/16532?id=16532, acessada em junho 2018. Os produtos e subprodutos da queima de combustíveis residenciais, além de causar danos à saúde, fazem parte das substâncias responsáveis pelo aquecimento global e pelas mudanças climáticas.1010 Shen, G. F.; Hays, M. D.; Smith, K.R.; Williams, C.; Faircloth, J. W.; Jetter, J. J.; Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 904. O aquecimento global é o aumento da temperatura da superfície terrestre (terra e água) e da atmosfera. A causa do aquecimento global é a quantidade crescente de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera produzida por diversas atividades humanas.1111 IPCC; Summary for Policymakers. Cambridge University Press: Cambridge, 2013. A cocção é uma atividade que deve ser considerada no inventário dos GEE, uma vez que faz uso tanto de combustíveis fósseis quanto de biomassa e afeta diretamente nos níveis de desmatamento. Um GEE é aquele que absorve e emite radiação na faixa do infravermelho, comumente chamada de radiação térmica ou calor. O efeito do aquecimento global está sendo percebido de várias maneiras: pelo aumento da desertificação1212 DARA; Climate vulnerability monitor 2010 the state of the climate crisis, DARA/Climate Vulnerable Forum: Madrid, 2010. maior derretimento da neve e do gelo,1313 McMillan, M.; Shepherd, A.; Sundal, A.; Briggs, K.; Muir, A.; Ridout, A.; Hogg, A.; Wingham, D.; Geophys. Res. Lett. 2014, 41, 3899. aumento do nível do mar,1414 Church, J. A.; White, N. J.; Surveys Geophys. 2011, 32, 585. além de furacões e ciclones mais intensos.1515 Elsner, J. B.; Kossin, J. P.; Jagger, T. H.; Nature 2008, 455, 92. Visando a redução dos GEE, em 1997 foi criado o Protocolo de Quioto, que entrou em vigor em 2005. Na primeira fase este Protocolo teve como objetivo reduzir as
concentrações de GEE em, pelo menos, 5,2% em relação aos níveis de 1990 no período entre 2008 e 2012.1616 United Nations Climage Change; Kyoto protocol, disponível em https://unfccc.int/process/the-kyoto-protocol, acessada em junho 2018. O Protocolo de
Quioto faz referência à redução das emissões dos seis gases principais: CO2, CH4, N2O, hidrofluorocarbonos (HFC); perfluorocarbonos (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6).1616 United Nations Climage Change; Kyoto protocol, disponível em https://unfccc.int/process/the-kyoto-protocol, acessada em junho 2018. Para incentivar o uso de formas de energia mais limpas, esforços governamentais e não governamentais mundiais buscam substituir combustíveis e fogões tradicionais por tecnologias menos poluentes visando reduzir a emissão e, com isso, melhorar a qualidade do ar em ambientes residências, proteger a saúde e minimizar os efeitos climáticos.2121 Anenberg, S.; Balakrishnan, K.; Jetter, J.; Masera, O.; Mehta, S.; Moss, J.; Ramanathan, V.; Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 3944. 22 Aung, T. W.; Jain, G.; Sethuraman, K.; Baumgartner, J.; Reynolds, C.; Grieshop, A.; Marshall, J.; Brauer, M.; Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 7228. -2323 World Liquefied Petroleum Gas Association; Accelerating the LPG Transition: Global Lessons from Innovative Business and Distribution Models, http://www.wlpga.org/wp-content/uploads/2015/09/accelerating-the-lpg-transition-2015-light.pdf, acessada em junho 2018.http://www.wlpga.org/wp-content/uploads/... Atualmente, vários países estão fazendo a troca de combustíveis tradicionais, como lenha, carvão, carvão vegetal, resíduos animais para formas mais limpas de cocção, como GLP e biogás.2424 Budya, H.; Arofat, M.; Energy Policy 2011, 39, 7575. 25 United
States Agency for International Development; Evaluating sustained adoption of LPG stoves in rural Ghana, disponível em http://www.tractionproject.org/research-areas/evaluating-sustained-adoption-lpg-stoves-rural-ghana, acessada em junho 2018. 26 Permadi, D. A.; Sofyan, A.; Oanh, N.; Atmos. Environ. 2017, 154, 82. -2727 Lansche, J.; Mueller, J.; J. Cleaner Prod. 2017, 165, 828. De um modo geral, os programas conseguem atingir seus objetivos quando há introdução de subsídios, regulamentações eficientes e boas práticas comerciais.Com base no exposto, este estudo visa estimar os níveis de GEE no país decorrentes da cocção e as taxas de emissões dos diferentes combustíveis utilizados para esta finalidade. Este estudo oferece informações relevantes para avaliar e escolher o combustível para cocção menos poluente, visando atingir as metas de redução dos GEE. PARTE EXPERIMENTALPara estimar as emissões de gases de efeito estufa relativos aos combustíveis usados na cocção no país foram utilizados dados do último Balanço Energético Nacional (BEN, 2017),2828 Empresa de Pesquisa Energética; Balanço Energético Nacional, ano base 2016, relatório
2017. preparado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), vinculada ao Ministério de Minas e Energia (MME), e os cálculos sugeridos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática (do inglês, Intergovernamental Panel on Climate Change, IPCC)2929 Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F. M.; Collins, W.; Fuglestvedt, J.; Huang, J.; Koch, D.; Lamarque, J. F.; Lee, D.; Mendoza, B.; Nakajima, T.; Robock, A.; Stephens, G.; Takemura, T.; Zhang,
T.; Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Cambridge University Press: Cambridge, 2013.,3030 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories - Vol. 3 - Industrial Processes and Product Use, disponível em http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol3.html, acessada em junho 2018. tCO2e=consumo×fatordeconversãoparaTJ×toneladadegásemitidapor TJdeenergia×PAGdogás onde: tCO2e=toneladasde CO2equivalente Consumo = consumo residencial do combustível (p. ex., GLP, lenha, etc) registrado no Brasil no ano de 2016 e publicado no Balanço Energético Nacional (BEN, 2017)2828 Empresa de Pesquisa Energética; Balanço Energético Nacional, ano base 2016, relatório 2017. Fator de conversão = conversão de toneladas para terajoule (TJ = 1012 joules) de energia, usando os fatores citados no BEN, 20172828 Empresa de Pesquisa Energética; Balanço Energético Nacional, ano base 2016, relatório 2017. tonelada de gás emitida por TJ de energia = Valores padrões disponibilizados pelo IPCC 20063030 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories - Vol. 3 - Industrial Processes and Product Use, disponível em
http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol3.html, acessada em junho 2018. PAG = potencial de aquecimento global para cada gás: onde o PAG do CO2 foi considerado 1, do CH4 28 e do N2O 265, valores atualizados em 20132929 Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F. M.; Collins, W.; Fuglestvedt, J.; Huang, J.; Koch, D.; Lamarque, J. F.; Lee, D.; Mendoza, B.; Nakajima, T.; Robock, A.; Stephens, G.; Takemura, T.; Zhang, T.; Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Cambridge University Press: Cambridge, 2013. Como no Brasil não há estudos consistentes sobre poluição do ar doméstica causada pelos diferentes combustíveis utilizados na cocção, assim como os efeitos à saúde,99 Gioda, A.; Tonietto, G. B.; Ponce de Leon, A.; Ciências e Saúde Coletiva, 2017, disponível em
http://www.cienciaesaudecoletiva.com.br/artigos/exposicao-ao-uso-da-lenha-para-coccao-no-brasil-e-sua-relacao-com-os-agravos-a-saude-da-populacao/16532?id=16532, acessada em junho 2018. RESULTADOS E DISCUSSAOEmissões de gases de efeito estufa gerados pelo setor residencial no BrasilAs mudanças climáticas e o aquecimento global são causados por gases e partículas emitidos, principalmente, pelos processos de combustão usados para geração de energia. Para avaliar a influência de um determinado produto no aquecimento global é usada a medida conhecida como Potencial de Aquecimento Global, comumente chamada de "Pegada de Carbono", (PAG, do inglês, Global Warming Potential, GWP).1111 IPCC; Summary for Policymakers. Cambridge University Press: Cambridge, 2013. O PAG de um gás é o impacto que ele causa no aquecimento global em relação a uma unidade equivalente de dióxido de carbono (CO2e) durante um determinado período de tempo (normalmente, 20, 100 ou 500 anos).1111 IPCC; Summary for Policymakers. Cambridge University Press: Cambridge, 2013. Valores negativos de PAG indicam reduções líquidas no potencial de retenção de calor atmosférico e valores positivos indicam aumentos líquidos no potencial de retenção de calor atmosférico. Por definição, ao CO2 é atribuído um PAG de 1 para qualquer unidade de tempo.1111 IPCC; Summary for Policymakers. Cambridge University Press: Cambridge, 2013. Para outros gases, varia em função do tempo. No Quinto Relatório de Avaliação (AR5) do IPCC estão os valores atualizados e são estes os recomendados para os cálculos.2929 Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F. M.; Collins, W.; Fuglestvedt, J.; Huang, J.; Koch, D.; Lamarque, J. F.; Lee, D.; Mendoza, B.; Nakajima, T.; Robock, A.; Stephens, G.; Takemura, T.; Zhang, T.; Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Cambridge University Press: Cambridge, 2013. Os valores do PAG para 100 anos para o CH4 é 28 e para o N2O é 265.2929 Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F. M.; Collins, W.; Fuglestvedt, J.; Huang, J.; Koch, D.; Lamarque, J. F.; Lee, D.; Mendoza, B.; Nakajima, T.; Robock, A.; Stephens, G.; Takemura, T.; Zhang, T.; Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Cambridge University Press: Cambridge, 2013. Por outro lado, o PAG do GLP é zero, ou seja, emissões diretas de GLP não contribuem para as alterações climáticas, enquanto que as do GN, cujo principal componente é o metano, são 28 vezes maiores. O GLP passa a ter efeito quando queimado, pois gera CO2 e outros gases. Outros poluentes não têm seu PAG definido pelo IPCC, mas alguns pesquisadores sugerem valores, embora não haja concordância entres os mesmos. Por exemplo, considerando um período de 100 anos o PAG do black carbon global, sugerido por Bond et al.,3232 Bond, T. C.; Doherty, S. J.; Fahey, D. W.; Forster, P. M.; Berntsen, T.; DeAngelo, B. J.; Flanner, M. G.; Ghan, S.; Kärcher, B.; Koch, D.; Kinne, S.; Kondo, Y.; Quinn, P. K.; Sarofim, M. C.; Schultz, M. G.; Schulz, M.; Venkataraman, C.; Zhang, H.; Zhang, S.; Bellouin, N.; Guttikunda, S. K.; Hopke, P. K.; Jacobson, M. Z.; Kaiser, J. W.; Klimont, Z.; Lohmann, U.; Schwarz, J. P.; Shindell, D.; Storelvmo, T.; Warren, S. G.; Zender, C. S.; J. Geophys. Res. Atmos. 2013, 118, 5380. é de 900 (120 a 1800) e o de matéria orgânica -46;3333 Bond, T.; Zarzycki, C.; Flanner, M.; Koch, D.; Atmos. Chem. Phys., 2011, 11, 1505. para COV global, Fuglestvedt et al.3434 Fuglestvedt, J. S.; Shine, K. P.; Berntsen, T.; Cook, J.; Lee, D.S.; Stenke, A.; Skeie, R. B.; Velders, G. J. M.; Waitz, I. A.; Atmos. Environ. 2010, 44, 4648. sugeriram 4,5 e para o CO global de 2 a 3,3. O PAG é, geralmente, expresso em kg ou toneladas de CO2e. No Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE),3535 Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios, http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/pesquisas/pesquisa_resultados.php?id_pesquisa=40, acessada em junho 2018. Tabela 1 Com base nos resultados, os combustíveis sólidos, como a lenha e o carvão vegetal, apresentaram as maiores taxas de emissão de GEE, como já observado em outros estudos.3636 Grieshop, A. P.; Marshall, J. D.; Kandlikar, M. K.; Energy Policy 2011, 39, 7530.,3737 Smith, K.; Science 2002, 298, 1847. Embora o consumo de lenha, em terajoule, seja da mesma magnitude ao do GLP, a emissão de GEE foi duas ordens de grandeza maior. Da mesma forma que o carvão vegetal, que teve seu consumo em uma ordem de grandeza menor que o GLP, mas emitiu a mesma proporção de GEE. De acordo com a avaliação do governo, a predominância do uso do GLP no país (> 90%) tem influenciado na redução da emissão de GEE.3838 Objetivos de desenvolvimento do Milênio, Relatório Nacional de Acompanhamento, Ipea: Brasília, 2010. Um dos fatores determinantes para o aumento da eficiência energética tem sido a substituição gradativa da lenha e do carvão vegetal pelo GLP no preparo de alimentos.3838 Objetivos de desenvolvimento do Milênio, Relatório Nacional de Acompanhamento, Ipea: Brasília, 2010. Estudos têm mostrado que fogões a lenha tradicionais emitem grandes quantidades de GEE, com valores de PAG que podem variar em até 10 vezes de acordo com as combinações de fogão e combustíveis.3636 Grieshop, A. P.; Marshall, J. D.; Kandlikar, M. K.; Energy Policy 2011, 39, 7530. Por outro lado, fogões a GLP e querosene apresentaram os menores valores de PAG, sendo até mais limpos que fogões a lenha eficientes que utilizam biomassa renovável. Com base nestes estudos, muitos pesquisadores acreditam que as opções de combustíveis fósseis podem ser as mais adequadas, tanto para a saúde, quanto para as mudanças climáticas.3636 Grieshop, A. P.; Marshall, J. D.; Kandlikar, M. K.; Energy Policy 2011, 39, 7530.,3737 Smith, K.; Science 2002, 298, 1847. O somatório anual das emissões de lenha, carvão vegetal e querosene no Brasil correspondem a 2,54 x 109 t de CO2e. Se estes combustíveis fossem substituídos por GLP o total das emissões seria de 6,24 x 107 t de CO2e, ou seja, haveria uma redução significativa na emissão de GEE. Considerando o preço médio por
tCO2e de US$ 15 e apenas os GEE, a troca de fogão e combustível pode gerar receitas de US$ 15 a US$ 90 por fogão por ano. Os custos médios anuais relativos aos diferentes combustíveis foram estimados em US$ 20 - US$100 para GLP, US$ 10 - US$ 20 para o querosene, e US$ 3 a US$ 24 para fogões a lenha.3939 Smith, K. R.; Uma R.; Kishore, R. R.; Lata, K.; Joshi, V.; Zhang, J.; Rasmussen, R. A.; Khalil, M. A.;
http://www.kirkrsmith.org/publications/2000/06/23/greenhouse-gases-from-small-scale-combustion-devices-in-developing-countries-phase-iia-household-stoves-in-india, acessada em junho 2018. A Tabela 2 apresenta os valores das emissões de GEE para outro estudo realizado com dados brasileiros de 2014.1818 Estimativas anuais de emissões de gases de efeito estufa no Brasil, 3a ed, Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações, Secretaria de Políticas e Programas de Pesquisa e Desenvolvimento, Coordenação Geral do Clima, 2016. Os resultados apontam uma diferença significativa quando se incluem as emissões de biomassa. A Tabela 3 compara os diversos setores no país que usam biomassa e combustíveis fósseis como fontes de energia, as mesmas usadas na cocção. Neste caso, não foram incluídos gasolina, óleo diesel ou eletricidade por não terem relação com as formas de cocção. A lenha, mais uma vez, teve grande destaque, não somente no setor residencial, como agropecuário e industrial. Tabela 2 Tabela 3 Estimativas mundiais de gases de efeito estufa gerados pela cocçãoMuitas pesquisas têm sido
realizadas para estimar os fatores de emissão dos combustíveis e assim avaliar seu impacto no aquecimento global. Por exemplo, Smith e colaboradores3939 Smith, K. R.; Uma R.; Kishore, R. R.; Lata, K.; Joshi, V.; Zhang, J.; Rasmussen, R. A.; Khalil, M. A.; http://www.kirkrsmith.org/publications/2000/06/23/greenhouse-gases-from-small-scale-combustion-devices-in-developing-countries-phase-iia-household-stoves-in-india, acessada em junho
2018. Tabela 4 De acordo com os resultados obtidos, cada refeição preparada com carvão vegetal tem um efeito de 2 a 10 vezes maior no aquecimento global do que quando preparadas com lenha; e de 5 a 16 vezes maior quando comparada com querosene ou GLP (Tabela 4). Estes resultados são influenciados pelo número de gases incluídos na estimativa e o grau em que a lenha usada é de reflorestamento. Outro estudo incluiu, além dos gases, o BC, para diferentes combustíveis (Tabela 5).4242 Edwards, R. D.; Smith, K. R.; Zhang, J.; Ma, Y.; Energy Policy 2004, 32, 395. De acordo com a Tabela 5, tanto o PAG do carvão quanto o da lenha são alterados substancialmente quando o BC é incluído. Por outro lado, a contribuição do BC pelo GLP é insignificante. Tabela 5 Um estudo mais abrangente foi realizado por Singh e colaboradores,4343 Singh, P.; Gundimeda, H.; Stucki, M.; Int. J. Life Cycle Assess 2014, 19, 1036. os quais investigaram o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, tais como GLP (obtidos do GN e do petróleo), querosene, carvão, eletricidade, lenha, carvão vegetal e biogás desde a produção até seu uso. A Figura 1 mostra as emissões totais destes combustíveis. Figura 1 Considerando o total de gases e partículas emitidos por energia gerada, o GLP e o biogás foram os que apresentaram as menores taxas de emissão desde a produção até seu uso e as menores emissões de GEE (CO2 e CH4). Todos os combustíveis utilizados para cocção, disponíveis até o momento, emitem, por menor que seja, poluentes para o ar. A lenha, para fins de cocção, é considerada uma fonte de energia renovável. Se a lenha for de reflorestamento, o PAG pode ser reduzido em até 88%.4343 Singh, P.; Gundimeda, H.; Stucki, M.; Int. J. Life Cycle Assess 2014, 19, 1036. Porém, estudos mostram que a taxa de desmatamento, para esta finalidade, é maior que a taxa de reflorestamento.4444 Sanga, G. A.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brasil, 2004. Atualmente, mais de 90% da lenha utilizada nas atividades domésticas mundiais é proveniente de fontes não renováveis, portanto, o uso deste combustível nas atividades culinárias contribui significativamente para o impacto no aquecimento global.4343 Singh, P.; Gundimeda, H.; Stucki, M.; Int. J. Life Cycle Assess 2014, 19, 1036. Por outro lado, o GN, considerado um combustível menos poluente, apresenta grandes problemas de vazamento durante o processo de extração, compressão e armazenamento.4545 Tollefson, J.; Nature 2013, 493, 12. 46 Pétron, G.; Miller, B. R.; Hirsch, A. I.; Montzka, S. A.; Karion, A.; Trainer, M.; Sweeney, C.; Andrews, A. E.; Miller, L.; Kofler, J.; Bar-Ilan, A.; Dlugokencky, E. J.; Patrick, L., Moore Jr., C. T.; Ryerson, T. B.; Siso, C.; Kolodzey, W.; Lang, P. M.; Conway, T.; Novelli, P.; Masarie, K.; Hall, B.; Guenther, D.; Kitzis, D.; Miller, J.; Welsh, D.; Wolfe, D.; Neff, W.; Tans, P.; J. Geophys. Res. 2012, 117, D04304. -4747 Johnson, D.; Covington, A.; Clark, N.; Energy Technol. 2014, 2, 1027. Medidas de campo mostraram que as emissões de metano "fugitivo" durante estes processos variam de 1 a 9% do total das emissões do ciclo de vida. Em estações de compressão e instalações de armazenamento as taxas de vazamento variaram de 0,7 a 4,5 kg h-1, ao passo que as perdas variaram de 4,3 a 23,8 kg h-1. Usando uma estimativa de 100 anos, as emissões de CO2e para estes locais resultarão em mais de 24.000 toneladas por ano. Há também emissões de GN residencial causadas por vazamentos e uso de equipamentos. Nos EUA foi estimado que 500.000 toneladas métricas de CO2e vazam anualmente das residências.4848 Merrin, Z.; Gloss, S. L.; Francisco, P. W.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016. Estas fontes são responsáveis por cerca de 2% das emissões de metano doméstico.4848 Merrin, Z.; Gloss, S. L.; Francisco, P. W.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016. Esses vazamentos de metano podem diminuir boa parte dos benefícios climáticos do uso de GN em relação aos demais combustíveis.A facilidade de acesso à energia elétrica, bem como as novas tecnologias, tem favorecido o aumento no uso de fogões elétricos. No Brasil, o uso de eletricidade para a cocção ainda é limitado (0,05%),3333 Bond, T.; Zarzycki, C.; Flanner, M.; Koch, D.; Atmos. Chem. Phys., 2011, 11, 1505. sendo bem maior em países industrializados. Estudos mostram que a emissão de poluentes para os ambientes internos gerados pelo uso de eletricidade é menor que para muitos outros combustíveis usados para cocção.4949 Naeher, L. P.; Leaderer, B. P.; Smith, K. R.; Indoor Air 2000, 10, 200. 50 Jiang, R.; Bell, M. L.; Environ. Health Perspec. 2008, 116, 907. -5151 Pokhrel, A. K.; Bates, M. N.; Acharya, J.; Valentiner-Branth, P.; Chandyo, R. K.; Shrestha, P. S.; Atmos. Environ. 2015, 113, 159. Isto se deve pelo fato de que todos os impactos ambientais causados pela eletricidade resultam da fase de produção, uma vez que o uso para cocção não envolve nenhuma combustão química. Como pode ser observado na Figura 1, os níveis de SO2 e NOx foram mais elevados para a eletricidade do que para todos os outros combustíveis usados na cocção, além da emissão de quantidades significativas de GEE (CH4 e CO2). Estas emissões se devem, principalmente, pelo fato da energia ser gerada utilizando combustíveis fósseis. Por outro lado, a produção de energia elétrica gerada por hidrelétricas, embora considerada uma fonte limpa por não emitir poluentes para a atmosfera, acarreta grandes danos ao meio ambiente. Para a construção de hidrelétricas é necessário inundar imensas áreas, destruindo rios, matas, flora, fauna e interferindo na ocupação humana.5252 Inatomi, T. A. H.; Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, 2000.,5353 Leite, M. A.; II Semana do Meio Ambiente da Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2005. Com isso, a degradação da biomassa destruída libera grandes quantidades de metano e causa a rarefação da camada de ozônio.5252 Inatomi, T. A. H.; Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil, 2000.Na Indonésia, em torno de 46% dos domicílios usam GLP para cocção, 39% lenha em fogões tradicionais, 12% querosene e 3% carvão.2626 Permadi, D. A.; Sofyan, A.; Oanh, N.; Atmos. Environ. 2017, 154, 82. Neste país houve um incentivo governamental para trocar o querosene pelo GLP. Esta troca resultou em uma redução significativa de GEE (31%) e de poluentes tóxicos (COV, SO2, NOx, CO e partículas) (40%), sendo esperada uma redução ainda maior até o final do programa.2626 Permadi, D. A.; Sofyan, A.; Oanh, N.; Atmos. Environ. 2017, 154, 82. Em Gana, aproximadamente 73% da população ainda faz uso de combustíveis sólidos para a cocção, que resultam na morte prematura de aproximadamente 13 mil pessoas anualmente.5454 Obeng, G. Y.; Mensah, E.; Ashiagbor, G.; Energies 2017, 10, 641. Neste país, diferentes modelos de fogão são usados para a queima de combustíveis sólidos, com diferentes taxas de emissões. Os resultados do estudo mostraram que usando fogão a carvão Gyapa (fogão com revestimento cerâmico com eficiência de queima 50% maior) o impacto no aquecimento global poderia ser reduzido em cerca de 75% em comparação à lenha.5454 Obeng, G. Y.; Mensah, E.; Ashiagbor, G.; Energies 2017, 10, 641. Em países pobres, principalmente em áreas rurais, é comum o uso de esterco como combustível para a cocção.2727 Lansche, J.; Mueller, J.; J. Cleaner Prod. 2017, 165, 828.,5555 Rahman, K. M.; Melville, L.; Fulford, D.; Waste Manage. Res. 2017, 35, 1023. A queima de esterco gera o aumento dos níveis de poluentes, tais como N2O e MP, tendo impacto direto na saúde dos ocupantes, além de aumentar os níveis externos de GEE. O esterco pode ser melhor aproveitado se for usado para a produção de biogás e o resíduo pode ser usado como fertilizante. Estudos realizados no interior da Etiópia mostraram que a substituição de esterco por sistemas de biogás reduziu significativamente os níveis de GEE.2727 Lansche, J.; Mueller, J.; J. Cleaner Prod. 2017, 165, 828. Em outro estudo realizado em Bangladesh utilizando esterco como fonte de biogás, o PAG global do digestor resultante foi zero e dos materiais de construção foi inferior a 1%.5555 Rahman, K. M.; Melville, L.; Fulford, D.; Waste Manage. Res. 2017, 35, 1023. Quando o biogás foi usado como combustível para cozinhar, o PAG foi reduzido em 83% em comparação com o uso de biomassa.5555 Rahman, K. M.; Melville, L.; Fulford, D.; Waste Manage. Res. 2017, 35, 1023. No Brasil, um estudo realizado no Semiárido estimou as emissões de GEE a partir da simulação de antes e depois da implantação de biodigestor em residências rurais da agricultura familiar.5656 Santiago, F.; Jalfim, F.; Freitas, R.; Gomes-Silva, N.; Blackburn, R.; Azevedo, M. A.; Nanes, M. E Dias, I.; X Congresso Nacional de Meio Ambiente, Poços de Caldas, Brasil, 2013. O uso de biodigestor apresentou uma redução significativa das emissões de GEE quando comparado com outras fontes energéticas. Além disso, terá a longo prazo outros benefícios, como a redução do desmatamento da Caatinga, aliando a sustentabilidade econômica com a conservação dos recursos naturais.5656 Santiago, F.; Jalfim, F.; Freitas, R.; Gomes-Silva, N.; Blackburn, R.; Azevedo, M. A.; Nanes, M. E Dias, I.; X Congresso Nacional de Meio Ambiente, Poços de Caldas, Brasil, 2013. Embora haja um incentivo para substituir fogões tradicionais por fogões a GLP, devido à queima mais limpa, é importante que a produção de fogões tenha um protocolo bem definido que deve ser seguido por todos os fabricantes, pois produções inadequadas podem acarretar em emissões indesejadas.1010 Shen, G. F.; Hays, M. D.; Smith, K.R.; Williams, C.; Faircloth, J. W.; Jetter, J. J.; Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 904. Além do modo de produção e uso, a composição do GLP também influencia. Fogões bem projetados podem mitigar de 1,5 a 3,6 toneladas de CO2e, reduzindo assim as emissões de GEE.5757 Ekouevi, K.; Freeman, K. K.; Soni, R.; Understanding the Differences Between Cookstoves, LiveWire, A Knowledge Note Series for the Energy and Extractive Global Practice, World Bank Group, Washington D. C. , 2014. Comparação dos níveis de emissão dos combustíveisOs tipos de
fogões e combustíveis usados para cocção influenciam diretamente na qualidade do ar de uma residência e nas taxas de emissão de poluentes. O desempenho de um fogão é caracterizado pela eficiência de combustão, ou seja, a energia armazenada no combustível convertido a calor e a eficiência de transferência de calor para a panela que é influenciada pelo modelo do fogão.4343 Singh, P.; Gundimeda, H.; Stucki, M.; Int. J. Life Cycle Assess 2014, 19,
1036. Em termos de eficiência energética, os fogões a combustíveis sólidos apresentam uma eficiência entre 13 e 17%, o de querosene 47%, biogás 55%, GLP 57% e eletricidade 70%.3939 Smith, K. R.; Uma R.; Kishore, R. R.; Lata, K.; Joshi, V.; Zhang, J.; Rasmussen, R. A.; Khalil, M. A.; http://www.kirkrsmith.org/publications/2000/06/23/greenhouse-gases-from-small-scale-combustion-devices-in-developing-countries-phase-iia-household-stoves-in-india,
acessada em junho 2018. De acordo com a Tabela 6, o GLP apresenta o maior poder calorífico quando comparado com os demais combustíveis usados para cocção, o que significa que necessita de uma quantidade menor de combustível para atingir o mesmo resultado em termos energéticos. Devido à queima incompleta dos combustíveis utilizados para cocção, diferentes poluentes são emitidos tanto para os ambientes internos quanto externos. Alguns estudos estimaram fatores de emissão por quantidade de energia útil produzida por combustível (Tabelas 7 e 8), enquanto outros fizeram medidas in loco dos níveis de poluentes gerados (Tabela 9). Os fatores de emissão (FE) são uma métrica que quantifica a magnitude das emissões normalizadas pelo combustível ou energia consumida. A massa indica a emissão de um poluente por unidade de combustível seco que é consumido (g poluente por kg de combustível) e a energia indica as emissões de poluentes por unidade de energia combustível durante a combustão em base líquida calorífica (g MJ-1 ou kg TJ-1) de emissão.5454 Obeng, G. Y.; Mensah, E.; Ashiagbor, G.; Energies 2017, 10, 641. Tabela 7 Tabela 8 Tabela 9 Com base nos estudos das Tabelas 7 e 8, é possível observar que os fatores de emissão variam muito de acordo com a tecnologia e combustíveis empregados, além do sistema de ventilação. De um modo geral, as emissões de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP) são menores frente aos demais combustíveis (lenha e carvão) com relação a partículas (PTS, black carbon e MP2,5) e alguns gases (CO, CH4, carbono orgânico). Por outro lado, a lenha e o carvão emitem menos CO2 e hidrocarbonetos excluindo o metano (HCNM). Vários estudos in loco têm sido realizados para avaliar os níveis de poluentes emitidos pelos diferentes combustíveis usados na cocção (Tabela 9). Muitos destes estudos fazem comparação entre os diferentes combustíveis e fogões. A maioria das pesquisas tem sido realizada em países da África e da Ásia, onde o uso de combustíveis sólidos é uma das principais causas de mortes prematuras. No Brasil, ainda não há pesquisas consistentes. Os estudos mostram que níveis de PTS tão elevados quanto 18.300 µg m-3 foram obtidos durante a cocção em fogões que utilizavam combustíveis sólidos.4444 Sanga, G. A.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brasil, 2004.,6161 Ezzati, M.; Mbinda, B. M.; Kammen, D. M.; Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 578.,6262 Smith, K. R.; Annual Rev.Energy Environ. 1993, 18, 529. O fogão a lenha tradicional (3.764 µg m-3) emitiu mais PTS que o fogão a lenha eficiente (1.942 µg m-3). O mesmo comportamento foi observado para o fogão tradicional a carvão vegetal (823 µg m-3) e o fogão eficiente a carvão vegetal (316 µg m-3), como era esperado.4444 Sanga, G. A.; Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brasil, 2004.,6161 Ezzati, M.; Mbinda, B. M.; Kammen, D. M.; Environ. Sci. Technol. 2000, 34, 578.,6262 Smith, K. R.; Annual Rev.Energy Environ. 1993, 18, 529. Embora ocorra uma redução, os níveis de PTS continuam elevados mesmo com os fogões mais eficientes. Com relação às partículas inaláveis grossas (MP10), as maiores concentrações foram medidas para a lenha (3.764 µg m-3) e as menores para o GLP (133 µg m-3) e eletricidade ou GN (67 µg m-3).5050 Jiang, R.; Bell, M. L.; Environ. Health Perspec. 2008, 116, 907. As concentrações de MP2,5 foram maiores em fogões que utilizavam casca de arroz (759 µg m-3) e fogões a lenha (630 µg m-3) do que para fogões elétricos (80 µg m-3), a GLP (101 µg m-3) ou a querosene (169 µg m-3).5151 Pokhrel, A. K.; Bates, M. N.; Acharya, J.; Valentiner-Branth, P.; Chandyo, R. K.; Shrestha, P. S.; Atmos. Environ. 2015, 113, 159. Concentrações de MP2,5 tão altas quanto 11.000 µg m-3 foram medidas em fogões a lenha tradicionais enquanto que tão baixas quanto 4,69 µg m-3 para o GLP.6363 Joon, V.; Kumari, H.; Chandra, A.; Bhattacharya, M.; International Conference on Chemistry and Chemical Process, vol. 10, IACSIT Press, Singapore, 2011. Os níveis de MP2,5 nas residências que usam combustíveis sólidos também foram influenciados pela estação do ano, sendo geralmente mais baixas no verão (80 µg m-3) do que no inverno (169 µg m-3) e também maiores na estação chuvosa que nas demais, ultrapassando 100 µg m-3.6464 Ni, K.; Carter, E. M.; Schauer, J. J.; Ezzati, M.; Zhang, Y.; Niu, H.; Lai, A. M.; Shan, M.; Wang, Y.; Yang, X.; Baumgartner, J.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016.,6565 Bond, T. C.; Lam, N. L.; Thompson, R.; Upadhyay, B.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016. Já para residências que usavam outro tipo de combustível, a qualidade do ar externo teve maior influência. Nos EUA, desde 1992, somente dispositivos à lenha certificados podem ser comercializados. Com isso, reduções médias de partículas finas superiores a 50% podem ser alcançadas.6666 Houck, J. E.; Tiegs, P.; McCrillis, R.; Keithley, C.; Crouch, J.; The Proceedings of a U. S. EPA and Air Waste Management Association Conference, Washington, D. C., 1998. Os níveis de gases também são influenciados pelo tipo de fogão e combustível. As concentrações de CO durante o cozimento variaram de 0,44 ppmv a 693 ppmv, sendo as mais baixas registradas para o GLP e GN. Com relação ao NOx as concentrações mais elevadas foram medidas para os combustíveis sólidos (10 ppmv). No Brasil, estudos comparando as emissões causadas por GLP e lenha são escassos. Em um destes estudos foram avaliados os níveis de HPA, PTS e NO2 em cozinhas com fogões a lenha e a GLP.6767 Hamada, G. S.; Kowalski, L. P.; Murata, Y.; Matsushita, H.; Matsuki, H.; Tokai J. Experim. Clin. Med. 1992, 17, 145. As concentrações de HPA e PTS foram mais elevadas nas cozinhas que utilizavam lenha, porém, as concentrações de NO2 na cozinha, bem como a exposição pessoal, foram ligeiramente mais elevadas em casas com fogões a GLP.6767 Hamada, G. S.; Kowalski, L. P.; Murata, Y.; Matsushita, H.; Matsuki, H.; Tokai J. Experim. Clin. Med. 1992, 17, 145. Um outro estudo mostrou que a concentração média de MP2,5 durante o período de cocção nas residências que usavam GLP foi bem menor (3,0 ± 3,6 µg m-3) que nas residências que queimavam lenha na parte externa (151,1 ± 114,8 µg m-3) ou interna (230,0 ± 157,0 µg m-3) da casa.6868 Silva, L. F. F.; Saldiva, S. R. M.; Saldiva, P. H. N.; Dolhnikoff, M.; Environ. Res. 2012, 112, 111. Os estudos realizados no país com fogões melhorados (ecoeficientes) mostraram que os níveis de CO não excederam 20 mg m-3, porém níveis tão altos quanto 3.000 µg m-3 para MP2,5 e 1.400 µg m-3 para MP10 foram medidos.6969 Santiago, N. A.; de Carvalho, R. L. T.; da Silva, A. C.; de Sousa, K. P.; Congresso Técnico Científico da Engenharia e da Agronomia, Fortaleza, Brasil, 2015.,7070 Carvalho, L. T.; Jensen, O. M.; Tarelho, L. A. C.; Cabral da Silva, A.; Proceedings Indoor Air, Hong Kong, 2014. Mesmo as soluções melhoradas de fogões podem resultar em níveis altos, principalmente de partículas, sendo muito maiores que os valores sugeridos pela Organização Mundial da Saúde (OMS). A OMS recomenda que os níveis de CO não ultrapassem 10 mg m-3 para 8 h de exposição e para MP10 50 µg m-3 e MP2,5 25 µg m-3 para 24 h.66 World Health Organization; Burning Opportunity: Clean Household Energy for Health, Sustainable Development, and Wellbeing of Women and Children; WHO: Geneva, 2016. Os estudos apontam que o GLP e o GN são menos poluentes que a biomassa. Os níveis de poluentes decorrentes da queima de biomassa dependem das suas características, assim como do tipo de fogão usado e da ventilação. CONCLUSÕESA cocção de alimentos está entre as principais atividades diárias do ser humano. O desenvolvimento tecnológico tem aperfeiçoado os fogões (a gás, elétrico, micro-ondas, etc), e novos combustíveis têm sido usados. No Brasil, o combustível mais usado é o GLP (> 90%), seguido pela lenha (3%). Como em todo processo de combustão, há geração de gases e partículas, como produto ou subprodutos, que são lançadas no ar interno e externo. Os resultados deste estudo apontam que as emissões e os níveis de exposição são maiores para os fogões tradicionais que usam combustíveis sólidos. Quando estes fogões são aprimorados ou melhorados o nível de emissão diminui, mas ainda são superiores as emissões de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP). No que concerne ao impacto ambiental, os combustíveis usados para cocção têm também impacto no aquecimento global. Comparando o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, o combustível que apresentou o menor impacto ambiental em toda a cadeia foi o biogás, seguido do GLP, querosene e carvão vegetal. Com base no consumo da população brasileira, a lenha é a maior responsável pela emissão de gases de efeito estufa seguida pelo carvão vegetal. Como a queima de combustível com fins residenciais, assim como o tipo de fogão utilizado, influencia tanto no bem estar dos ocupantes, quanto no meio ambiente (mudanças climáticas e aquecimento global), uma forma de mitigar as emissões de carbono e os problemas de saúde é a substituição de fogões tradicionais por fogões mais eficientes. Fogões com queima mais eficiente podem ser usados como base para projetos de redução de carbono, reduzindo a emissão de CO2 e de alguns produtos da combustão incompleta (BC, CH4 e N2O). AGRADECIMENTOSAo CNPq pela Bolsa de Produtividade e à FAPERJ pela auxilio Cientista do Nosso Estado. REFERÊNCIAS
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Histórico
Por que o petróleo e o carvão continuam sendo os combustíveis mais utilizados no mundo mesmo causando elevado impactos ambientais?Combustíveis fósseis e impactos ambientais
Outro problema ambiental é a questão da emissão de gases de efeito estufa por meio da queima dos combustíveis fósseis. O dióxido de carbono é um dos principais gases que intensificam o efeito estufa e provoca alterações climáticas.
Porque motivos ainda se usa tanto petróleo e carvão no mundo?No âmbito mundial, apesar dos graves impactos sobre o meio ambiente, o carvão é uma importante fonte de energia. As principais razões para isso são as seguintes: a) abundância das reservas; b) distribuição geográfica das reservas; c) baixos custos e estabilidade nos preços, relativamente a outros combustíveis.
Por que o petróleo é o principal combustível utilizado no mundo todo?A larga utilização do petróleo como fonte de energia e matéria-prima ocorreu devido a diversos fatores como seu alto poder calorífico, o fato de ser uma matriz energética em estado líquido, o que facilita seu transporte, o de ser relativamente abundante e possuir vários usos como matéria prima.
Por que o carvão mineral é o combustível mais poluente do mundo?O carvão mineral possui alto teor de metano (CH4). A combustão do carvão mineral libera o metano na atmosfera, que pode se associar ao vapor d'água e ao dióxido de carbono e é considerado um dos principais gases do efeito estufa. O metano é formado a partir do processo de decomposição da matéria orgânica.
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