Biodiesel de girassol ou microalgas para Portugal: Uma avaliação comparativa de ciclo de vida

Abstract

A crescente pressão por parte da União Europeia (UE), para que os seus estados membros estabeleçam metas de incorporação de energias provenientes de fontes renováveis, tanto no consumo final bruto de energia, como no sector do transporte, impõe que sejam avaliadas as implicações ambientais relativas à produção de biocombustíveis. A presente dissertação tem como principal objectivo avaliar comparativamente o ciclo de vida (CV) de biodiesel produzido com base em dois tipos distintos de matéria-prima cultivável em Portugal (girassol e microalgas), através da metodologia científica de avaliação de ciclo de vida (ACV).

Neste contexto foi desenvolvido um modelo e inventário de CV para dois sistemas em análise: biodiesel de girassol e biodiesel de microalgas. O modelo avalia os impactes de ciclo de vida (AICV) para os dois tipos de biodiesel utilizando os métodos de avaliação de impactes ambientais ReCiPe e CML. Na ACV do biodiesel de girassol foram consideradas duas formas de cultivo, em regadio e em sequeiro, sendo ainda analisada a influência do método de alocação aos co-produtos (mássica e energética). Os resultados obtidos pelo método ReCiPe, permitiram comparar o biodiesel produzido com girassol cultivado em regadio e sequeiro, tendo-se verificado que, não é possível concluir qual dos tipos de cultivo tem melhor performance ambiental, pois os resultados são diferentes para as diferentes categorias de impacte. Em particular, verificou-se que o biodiesel produzido com girassol cultivado em sequeiro apresenta impactes ambientais superiores para as categorias alterações climáticas (AC), eutrofização marinha (EM) e depleção fóssil (DF) e o em regadio para as categorias acidificação terrestre (AT) e eutrofização de água doce (EAD). A fase de CV que mais contribui para os impactes ambientais é o cultivo. Na ACV do biodiesel de microalgas, consideraram-se duas formas de garantir as necessidades de CO2: i) com captura de CO2 da central termoeléctrica de Sines ou ii) sem captura, utilizando o CO2 atmosférico, com produtividades, respectivamente, 30 g/(m2.dia) e 15g/(m2.dia), foi ainda avaliada a influência do método de alocação aos co-produtos. Os resultados mostram que o biodiesel com captura de CO2 apresenta menores impactes ambientais para todas as categorias de impacte ambiental avaliadas (AC, AT, EAD, EM e

DP) e que para a maioria das categorias a fase de CV com maiores impactes ambientais é o cultivo.

Comparando os dois tipos de biodiesel (girassol e microalgas), conclui-se que o biodiesel de microalgas com captura de CO2 da central apresenta, para todas as categorias, impactes mais reduzidos. Os impactes mais elevados verificam-se para o biodiesel de girassol em sequeiro nas categorias AC, EM e DP e para o biodiesel com cultivo em regadio nas categorias AT e EAD, o biodiesel sem captura de CO2 obtém sempre resultados intermédios.

Os resultados calculados com o método ReCiPe foram comparados com os resultados obtidos com o método CML tendo-se concluído que nas categorias aquecimento global, não há diferenças significativas (0,1 - 0,33%), nas categorias depleção da camada do ozono e acidificação há algumas variações nos resultados (0,4 - 11,9%) e para as categorias toxicológicas verifica-se uma elevada variação dos resultados (-99,9 – 405%).

Foi ainda elaborada uma análise de sensibilidade relativa às emissões de N2O para o sistema biodiesel de girassol, avaliando a sensibilidade dos resultados aos factores de emissão e intervalos de incerteza definidos pelo IPCC. Os resultados mostram uma variação entre os factores máximos e mínimos de 35% para o biodiesel de girassol com cultivo em regadio e 26% com cultivo em sequeiro.

Avaliaram-se ainda as quantidades de área necessárias para substituir 10% do consumo de gasóleo no sector rodoviário, por biodiesel de girassol ou microalgas. Verificou-se assim, que a área que Portugal tem disponível para cultivo de girassol ou microalgas representa, entre 0,66% - 5% das necessidades.

Abstract

The European Union’s (EU) increasing pressure on its member states to set targets for the incorporation of energy from renewable sources, both in the gross final energy consumption and in the transport sector, requires an assessment of the environmental implications of the production of biofuels. This thesis aims to comparatively assess the biodiesel life cycle (LC) produced using two distinct types of raw materials grown in Portugal (sunflower and microalgae), through the life cycle assessment (LCA) scientific methodology.

In this context, a LC model and inventory for the two systems has been developed: sunflower and microalgae biodiesel. For each type of biodiesel, the model assesses the life cycle impacts using ReCiPe and CML environmental impact assessment methods. In the LCA of biodiesel from sunflower two types of cultivation were considered, irrigation and dry land, and the influence of the co-product allocation method (mass and energy) was also analysed. The ReCiPe results allowed to compare the biodiesel produced from sunflower grown under irrigation and under dry land. It was not possible to conclude which type of crop has better environmental performance, because different results were obtained for different impact categories. In particular, it was found that biodiesel produced from sunflower grown in dry land has higher environmental impacts in the categories of climate change (CC), marine eutrophication (ME) and fossil fuel depletion (FD), and the irrigated one in the categories of terrestrial acidification (TA) and fresh water eutrophication (FE). The LC phase that contributes the most to the environmental impacts is the cultivation In the LCA of biodiesel from microalgae, two ways to ensure the needs of CO2 were considered: i) CO2 capture from the Sines power plant and ii) using the atmospheric CO2 with productivity of 30 g/(m2.d) and 15 g/(m2.d), respectively. The influence of the co-products allocation method was also evaluated. The results show that the biodiesel with CO2 capture has lower environmental impacts in all environmental impact categories assessed (CC, TA, FE, ME and FD) and that, for most of the LC categories, the phase with greatest environmental impacts is the cultivation.

Comparing the two types of biodiesel (sunflower and microalgae), it was concluded that for all categories the biodiesel from microalgae with CO2 capture shows lower impacts. For the dry land sunflower biodiesel, higher impacts were found at the CC, ME and FD categories. For the biodiesel grown under irrigation less impacts were obtained for TA and FE categories. Biodiesel without CO2 capture always got intermediate results.

The results calculated from the Recipe method were compared with the results obtained with the CML method. It was concluded that the global warming categories do not present significant differences (0.1 - 0.33%), the acidification and ozone layer depletion categories present some variations in the results (0.4 - 11.9%) and there is a high variation of results in the toxicological categories (-99,9 - 405%).

For the sunflower biodiesel system, a sensitivity analysis to the NO2 emissions was also conducted to evaluate the sensitivity of the results to the emission factors and the uncertainty intervals defined by the IPCC. The results show a variation between the maximum and minimum factors of 35% and 26% for sunflower biodiesel grown under irrigation and under dry land, respectively,

The amount of area needed to replace 10% of diesel consumption in the highway sector for sunflower or microalgae biodiesel was also assessed. It was shown that the area available in Portugal for cultivation sunflower or microalgae represents 0,66% to 5% of the needs.

keywords

Life cycle assessment, sunflower biodiesel, microalgae biodiesel, cultivation of raw materia, oil extraction, transesterification.