Universidade Federal de Santa Catarina
Centro Tecnológico
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental
Avaliação Ambiental de Sistemas
Sebastião Roberto Soares
soares@ens.ufsc.br
www.ens.ufsc.br/~soares
Trimestre 2003/3
Ciclo de vida
Ganhos ambientais
Avaliação de sistemas
Aula 3 : Análise de impactos ambientais
Data : 02/10/2003
Objetivo : Propor procedimentos para analisar impactos ambientais relativos de sistemas.
Atividade 2 :
ƒ
ƒ
ler e discutir o texto fornecido “Choosing materials”.
Entregar as duas atividades solicitadas : lista de exercícios e a análise
ambiental dos materiais de embalagens (anexado a este texto)
1. Introdução
A realização de um balanço de massa (inventário) resulta em uma lista objetiva de substâncias que entram e
que saem do sistema de referência. Entretanto, ele quantifica o fluxo, mas não define os impactos reais sobre
o meio ambiente e é pesado a manipular visto o grande número de parâmetros envolvidos.
Para auxiliar a associação dos impactos ao fluxo de matéria recorre-se freqüentemente a análise de impactos
(impact assessment, em inglês) que tem basicamente dois objetivos :
ƒ
ƒ
Passar dos fatores de impacto aos impactos propriamente ditos ;
Simplificar os resultados.
É importante ressaltar que existem dois problemas para a análise de impactos ambientais. O primeiro é a falta
de dados para avaliação do dano ambiental causado pelo impacto e o segundo, a falta de um procedimento
consensual de quantificação do dano, se este poder ser calculado.
2. Princípios gerais
A avaliação de impactos procura identificar, caracterizar e avaliar, quantitativa e qualitativamente, impactos
potenciais das intervenções ambientais identificadas na etapa de análise do inventário.
Ressalta-se, portanto, que nesta fase do curso a análise dos impactos estará associada somente ao fluxo de
matéria. Em etapas posteriores serão abordados outros elementos de impactos ambientais como a
modificação do espaço natural, riscos, emissões não-materiais, etc..
Alguns conceitos e métodos de avaliação de impacto são recentes e até o momento nenhuma metodologia
consensual foi estabelecida. Algumas linhas gerais estão sendo preconizadas pela ISO 14040 baseada,
sobretudo, nas premissas estabelecidas pelo SETAC1.
ƒ
ƒ
ƒ
Classificação
Caracterização
Avaliação
Na primeira deve-se determinar as categorias que permitem de classificar os fatores de impacto.
A segunda consiste em quantificar e agregar os fatores de impacto nas categorias e na terceira são as
categorias que podem ser agregadas ou hierarquizadas.
2.1. Classificação dos fatores de impacto
Os fatores de impacto levantados durante o inventário devem ser classificados ou agrupados em categorias,
que são os grandes focos de preocupação ambiental.
Esta classificação pode ser abordada segundo dois enfoques :
ƒ
ƒ
Em função dos meios receptores nos quais os poluentes são rejeitados.
Em função dos problemas ambientais : neste caso cada fator de impacto vai ser analisado com relação às
consequências que ele tem sobre o ambiente
2.1.1 Meios receptores
Neste tipo de abordagem, os fatores de impacto são classificados do meio físico no qual eles são rejeitados :
ƒ os efluentes gasosos poluem o ar
ƒ os efluentes líquidos poluem a água
ƒ os resíduos ocupam o solo.
2.1.2 Problemas ambientais
Nesta abordagem, mais recente, o fator de impacto vai ser analisado com relação aos problemas causados ao
meio ambiente, como aqueles citados na tabela 1. Por exemplo, os óxidos de nitrogênio (NOx) rejeitados no
ar participam simultaneamente do aquecimento global e de chuvas ácidas.
2.2. Caracterização
A caracterização consiste em analisar o efeito dos fatores de impacto com relação às duas abordagens
apresentadas na etapa anterior, para as diferentes categorias selecionadas. O objetivo é quantificar os efeitos a
1
Society of environmental toxicology and chemistry. A conceptual Framework for Life-Cycle Impact Assessment. 1993
fim de agregar, se possível, os fatores de impacto. A caracterização supõe a compreensão de dois tipos de
relação : relação entre a emissão de um fator de impacto e a dose recebida pelo receptor sensível (emissãodose) ; relação entre a dose recebida pelo receptor e o efeito que esta provoca sobre ele (dose-efeito). Por
exemplo, os óxidos de nitrogênio provocam uma acidificação da atmosfera, que provoca chuvas ácidas as
quais prejudicam a saúde de certos vegetais. Para quantificar o problema com precisão, será necessário
modelar os trajetos possíveis entre a fonte de óxidos de nitrogênio e os vegetais sensíveis (emissão-dose) e
precisar o efeito de uma quantidade dada de óxido de nitrogênio sobre um vegetal (dose-efeito), atendo para
as interações entre os óxidos de nitrogênio e outros gases.
Tabela 1 : exemplos de problemas ambientais
Problemas ambientais
Escala geográfica
Exemplo
Redução de recursos
Recursos não renováveis
Não recicláveis
recicláveis
Recursos renováveis
Ocupação de espaço
Global
Índices de esgotamento segundo reservas
conhecidas
Global
Regional/local
Kg
Km2
Poluições
Aquecimento global (efeito estufa) Global
Redução da camada de ozônio
Toxicidade (humana e
ecotoxicidade)
Acidificação
Formação de ozônio troposférico
Eutrofização de lagos e cursos
d’água
Resíduos sólidos (classe I, II, III)
Global
Potencial de aquecimento global (em
equivalente CO2)
Potencial de redução de ozônio
(equivalente CFC-11)
Continental/regional
Equitox
Continental/regional
Regional
Equivalente H+
Potencial de oxidação (equivalente etano)
Regional
Equivalente nitrogênio
Regional/local
Volume, espaço ocupado, custo
Pretubações
Desertificação
Degradação de paisagens
Degradação de ecossistemas
Segurança
Regional/local
Regional/local
Regional/local
Local
2.2.1 Meios receptores
Para caracterizar os impactos ambientais segundo a abordagem dos meios receptores, será apresentada uma
proposição que considera as emissões no ar e na água pela utilização de volumes críticos e uma proposição
que considera os volumes de diferentes resíduos sólidos produzidos e destinados a aterro sanitário.
Volume crítico
Este procedimento suíço se apóia sobre os valores regulamentares de concentração de rejeitos no ar e na
água: atribui-se a cada fator de impacto regulamentado (poeiras, cloro, chumbo, compostos orgânicos, etc.) a
quantidade de água ou de ar que seria necessária para "diluir" e atingir o limite de concentração limite
(volume crítico = emissão/valor limite). Por exemplo, se uma regulamentação autoriza um rejeito no ar de 8
mg/m3 de CO ; o ciclo de vida de 1 kg de vidro produz 78 mg de CO. Isto produz um volume crítico de 9,75
m3 de ar (78/8) para o Monóxido de Carbono. O mesmo cálculo é repetido para os demais poluentes. O
volume crítico para um determinado sistema é dado pela equação (4) a seguir :
Volume crítico = Σ (rejeitado mi/Norma mi)
O volume crítico permite simplesmente a comparação entre os impactos dos diferentes materiais na água e no
ar, e mesmo assim, o usuário deve considerar os seguintes aspectos :
•
•
•
•
As normas não são necessariamente científicas ;
As normas são variáveis de uma região a outra ;
Aplicável para rejeitos regulamentados ;
Não considera efeitos de sinergia e antagonismo.
Produção de resíduos sólidos
Pode-se considerar, por exemplo, o volume de resíduos de Classe I, Classe II, Classe III, a necessidade de
tratamentos específicos, etc..
No caso de volume, pode-se recorrer à equação a seguir :
n
Vr = ∑ m i F i
i =1
ρi
Onde,
mi = massa do resíduo i
Fi = fator de compactação do resíduo
ρi = massa específica do resíduo i
2.2.2 Problemas ambientais
Esgotamento de matérias-primas
•
Consumo de matéria-prima
M = Σmi
(1)
Onde mi = massa da matéria-prima i utilizada
•
Contribuição ao Esgotamento de recursos naturais
E = Σ(Consumo/Reserva)i.mi
Onde,
Consumo [Massa/Tempo] da matéria-prima i
Reserva (ou regional) [Massa] da matéria-prima i
mi = consumo da matéria prima [massa] i no sistema considerado.
A tabela 2 fornece alguns dados referentes ao período de abundância (Reserva mundial/Consumo mundial)
de algumas matérias primas.
anos
Tabela 2 : Período de abundância de certas matérias-primas
Matérias-primas energéticas
Urânio
Carvão
Petróleo
50
220
40
Gás
50
Estanho
70
anos
•
Matérias-primas não energéticas
Zinco
Cobre
20
50
Biomassa
Infinita
Não renovabilidade das matérias primas
R = Σ(mi.(1-1/ti))/Σmi
(3)
R = índice de não “renovabilidade” das matérias primas consumidas pelo sistema considerado (tabela 3)
mi = massa por unidade funcional da matéria prima i, consumida pelo sistema considerado
ti = tempo relativo de “renovabilidade” da matéria prima i
Σm = consumo por unidade funcional das matérias primas
Tabela 3 : Tempos relativos de renovabilidade de matérias-primas
Matérias-primas
Matérias minerais
Matérias físseis
Matérias fósseis
não fósseis
Tempo relativo
de renovação
infinita
10000
infinita
Biomassa não
fóssil e água
1
Potencial de aquecimento global : (PAG ou GWP de Global Warming Potential) – Medida em relação
ao efeito de 1 kg de CO2
Tabela 4 : Potencial de aquecimento global em um horizonte de 100 anos
Composto
PAG
Composto
PAG
CO2
1
CFC 12
7300
CH4
21
CFC 113
4200
N2O
290
CFC 114
6900
CO
2
CFC 115
6900
COV
3
Halon 1301
5800
CCl4
1300
HCFC 22
1500
CH3CCl3
100
HCFC 123
85
CFC 11
3500
HCFC 124b
440
Potencial de acidificação equivalente (PAE) : a unidade escolhida para a medida da contribuição de
uma substância gasosa à acidificação é o PAE (potential acid equivalent) que é igual a massa molar da
substância x/ número de moles de H+ liberáveis por mol de x. A tabela x apresenta alguns valores de PAE.
NH4+
NO2
SO2
HCl
Tabela 5 : Potencial de acidificação equivalente (PAE)
Composto
PAE
18,0
46,0
32,0
36,5
Potencial de redução da camada de ozônio : (PRCO ou ODP de Ozone Depletion Potential) –
Medida em relação ao efeito de 1 kg de CFC-11
CFC 11
CFC 12
CFC 113
CFC 114
CFC 115
Halon 1211
Halon 1301
Tabela 6 : Potencial de redução da camada de ozônio
1,00
Halon 2402
1,00
HCFC 22
0,80
HCFC 123
1,00
HCFC 124
0,60
HCFC 124b
3,00
HCFC 142b
10,00
CCl4
6,00
0,06
0,05
0,05
0,10
0,06
1,10
Estes índices significam que, por exemplo, no caso do aquecimento global deve-se converter a contribuição
de todos os gases que causam o aquecimento do planeta tomando-se o CO2 como substância de referência.
Em outras palavras, o efeito de aquecimento do metano é expresso em termos da quantidade equivalente de
CO2 que causaria o mesmo efeito de aquecimento global.
Potencial de eutrofização : Medida em relação a 1 kg de fosfato
Observação.
•
Os critérios aqui apresentados, como já mencionado, não constituem uma lista exaustiva. Outros podem
fazer parte da avaliação como, por exemplo, ruído, odor, toxicologia, ecotoxicologia, etc..
•
Até o momento, não existe um consenso sobre a utilização dos índices aqui apresentados.
2.2.3 Exemplo
Tabela 7 : exemplo de passos de caracterização de um pequeno inventário.
As emissões são multiplicadas pelos fatores correspondestes antes do somatório por classe.
Emissão
CO2
CO
NOx
SO2
Pontuação dos efeitos
Quantidade (kg) Efeito estufa Redução da camada Toxicidade Acidificação
de ozônio
humana
1.792
x1
0.000670
x 0.012
0.001091
x 0.78
x 1.43
0.000987
x 1.2
x1
1.792
0
0.00204
0.0025
No caso de uma avaliação comparativa os resultados da caracterização obtidos podem ser apresentados sob a
forma de eco-perfis. A figura 1 apresenta um exemplo hipotético comparando embalagens de papel e
polietileno de baixa densidade. Neste exemplo as pontuações foram apresentadas em percentuais, sendo as
maiores pontuações (piores desempenhos) referenciadas em 100%.
Figura 1: exemplo de classificação. As maiores pontuações foram notadas em 100%. As classes podem ser : efeito
estufa, degradação da camada de ozônio, metais pesados, substâncias carcinogênicas, smog de verã, etc..
Se todas as pontuações para um produto são maiores do que outro, é fácil concluir qual é o mais ecocompatível (mais ambientalmente amigável). Mas se para um critério de avaliação um produto tem uma
pontuação maior e em outro critério uma pontuação menor que o seu concorrente a conclusão já se torna mais
difícil.
A interpretação depende de dois fatores.
ƒ A dimensão relativa de um critério com relação a outros. Isto é a normalização, na avaliação.
ƒ A importância relativa associada aos vários efeitos ambientais. Isto é a ponderação, na avaliação final
2.3. Avaliação
2.3.1 Nomatização
Os resultados obtidos na caracterização dos impactos ambientais, em geral apresentados sob a forma de ecoperfil (figura 2), podem ser apresentados em relação a uma referência. Esta referência pode ser, por exemplo :
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Um determinado produto ou substância
Uma determinada condição de referência (uma área geográfica ou uma média de indústria)
Um determinado valor crítico (determinado valor legal de limite de poluição)
Uma expressão econômica da importância do par6ametro (custo de prevenção)
Figura 2 : pontuação normatizada. O gráfico mostra,para os dois produtos e para cada critério de classificação,
distância da pontuação normatizada (no caso, referência zero)
2.3.2 Ponderação dos impactos sobre o meio ambiente
A normatização acrescenta novos elementos de decisão no eco-perfil de avaliação. Entretanto, no julgamento
final2 nem sempre os critérios de caracterização têm igual importância. Assim, a pontuação dos efeitos
normatizados é multiplicada pelo peso que representa a importância relativa do efeito ambiental (figura 3).
Figura 3. Efeitos relativos das pontuações normatizadas (ponderação)
Os resultados ponderados para cada critério são finalmente agregados para obtenção de uma avaliação
comparativa. Para o exemplo, um método de agregação pode ser aquele apresentado na figura 4.
2
O julgamento final em geral vai além das etapas até aqui apresentadas, pois envolve processos de análise multicritério mais elaborados
que a soma ponderada.
Figura apresentação da pontuação ponderada
3. Considerações finais
Os critérios apresentados não são exaustivos, ou melhor, eles não necessariamente avaliam a totalidade dos
impactos ambientais de um sistema. Outros critérios são apresentados na introdução desta aula. Caberá ao
responsável pela análise a definição do conjunto de critérios (e parâmetros) mais pertinentes às suas
necessidades. Entenda-se por "necessidade" não o direcionamento dos resultados, mas o atendimento de uma
precisão suficientemente elevada para justificar a tomada de decisão.
Após a definição dos critérios de avaliação ambiental, estes devem ser tabulados em uma Matriz de
Avaliação ambiental.
No caso de uma avaliação relativa, esta matriz deverá conter as avaliações de todas as ações (opção)
consideradas (figura 1). Na sequência deste curso, um método de avaliação multicritério será empregado
(aula 4) para seleção da melhor (ou melhores) ações.
A1
A2
An
C1
C2
Cm
P1
P2
Pm
1
2
E1m
E2m
Enm
E1
E21
En1
E1
E22
En2
Figura 1 : Matriz de avaliação multicritério
Cj : Critério
Ai : Opção ou Ação
Pj :
Eij :
Coeficiente de ponderação
Avaliação
É importante desde já ressaltar que uma análise ambiental fornece resultados SEMPRE associados a um
conjunto de critérios, ou seja, qualquer afirmação ambiental sobre o sistema deverá fazer menção aos
critérios considerados.
Atividade
Estabelecer a análise ambiental (classificação/caracterização) de materiais utilizados para embalagem de um
líquido alimentar
Considerar
PVC Æ 100 garrafas de 1 litro – 2,9 kg
PE Æ 100 garrafas de 1 litro – 3,5 kg
Alumínio Æ 300 latas de 333 ml – 4,5 kg
Vidro Æ100 garrafas de 1 litro – 48 kg
Tabela 1: Inventário para produção de 1 kg de PE
Matérias –primas
Petróleo bruto (obter 1900 g de nafta)
Aditivos
Água
50000g
10 g
1 litro
Subprodutos
Da destilação
Do craqueamento
45600 g
860 g
Efluentes líquidos
Matérias sólidas inorgânicas
Fenol
25 g
4g
Efluentes gasosos
CO
HC
NOx
SO2
CO2
670 mg
11300 mg
1090 mg
990 mg
800 g
Resíduos sólidos
De processo : Massa
Volume
4g
4 cm3
Entradas (exceto água)
Saídas
Entradas – Saídas/Saídas
50010 g
48307 g
4%
Energia consumida
Elétrica
580 Wh
Tabela 4 : Inventário para produção de 1 kg vidro
Reciclagem de
0%
Matérias –primas
Rocha Calcária
Rocha dolomítica
Rocha feldspática
Rocha portland
Rocha salina
Apatita
Areia bruta
Vidro moído bruto
Água
Reciclagem de
30%
290g
120g
180g
40g
240g
15g
670g
0g
1 litro
200g
85g
120g
30g
170g
10g
470g
320g
1 litro
Efluentes gasosos
Poeiras
HCl
28g
6mg
19g
4mg
Resíduos sólidos
De minas
De processo
240g
220g
170g
150g
Entradas (água excluída)
Saídas
Entradas –Saídas/Saídas
1553g
1488g
4%
1405g
1339g
5%
Energia consumida
Carvão
Óleo
Gás natural
Eletricidade
10Wh
1190Wh
280Wh
60Wh
5Wh
1120Wh
185Wh
55Wh
Efluentes líquidos
Tabela 3 : Inventário para produção de 1 kg de alumínio
Matérias –primas
Rocha Calcária (para obter 170 g de CaCO3)
210g
Rocha bauxítica (para obter 4750g de bauxita)
17000g
Rocha salina (para obter 290g de NaCl)
320g
Água
28 litros
Efluentes líquidos
DBO
DQO
Pb
Efluentes gasosos
Poeiras
CO
HC
Nox
SO2
HCl
Cl2
FHF
CO2(de origem fóssil)
CO2(de origem não fóssil)
2g
37g
1mg
230000mg
12000mg
400mg
3000mg
8200mg
200mg
0,2mg
250mg
260mg
1600g
100g
Resíduos sólidos
De minas
De processo
12kg
3,5g
Entradas (água excluída)
Saídas
Entradas –Saídas/Saídas
17500g
18454g
5%
Energia consumida
Carvão
Óleo
Gás natural
Eletricidade
60Wh
4300Wh
600Wh
17000Wh
Tabela 2 : Inventário para produção de 1 kg de PVC
Matérias –primas
Petróleo bruto (obter 870 g de nafta)
Rocha salina
Aditivos
Água
23700g
1400 g
10 g
6 litros
Subprodutos
Da destilação
Da eletrólise
Do craqueamento
Da cloração
21600 g
690 g
400 g
50 g
Efluentes líquidos
MES
Matérias sólidas inorgânicas
HC
Fenol
Fluoreto
Hg
DBO
DQO
Pb
62 mg
18700 mg
524 mg
5 mg
2 mg
0.02 mg
1.2 mg
3 mg
3,6 mg
Efluentes gasosos
Poeiras
CO
HC
Nox
SO2
Cl2
Hg
CO2
630 mg
1060 mg
10520 mg
3440 mg
5960 mg
0,3 mg
0.3 mg
800 g
Resíduos sólidos
De minas
De processo
Massa
Volume
28 g
28 cm3
Entradas (exceto água)
Saídas (DBO e DQO excluídas)
Entradas – Saídas/Saídas
25110 g
24909 g
1%
Energia consumida
Carvão (extração e preparação do sal gema)
Óleo (extração e preparação do sal gema)
Gás (extração e preparação do sal gema)
Eletricidade (eletrólise e polimerização)
1150 wh
300 g