A análise da pegada de carbono na indústria fundição

Este artigo ilustra como as emissões de CO2 equivalente podem ser calculadas em uma fundição, tomando por base três cenários. No Brasil, a análise da pegada de carbono ainda não é um pré-requisito dos clientes das fundições, mas se trata de uma tendência, que um dia chegará.


Joachim Helber

Data: 20/08/2016

Edição: FS Agosto 2016 - Ano 26 - No 284

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A análise da pegada de carbono avalia o impacto de um produto sobre o clima ao longo do seu ciclo de vida, desde a matériaprima até a sua eliminação ou reutilização.

O resultado avalia se um determinado produto, a sua produção e utilização são ecologicamente vantajosas, quando comparada com outras alternativas. Muitas vezes, isso também é associado a uma vantagem econômica.
Para os fornecedores da indústria de fundição, este instrumento já é uma realidade, em especial no caso dos fabricantes de aditivos. O desenvolvimento do clima no mundo decidirá se este instrumento se tornará uma obrigação legal.

Definição

A análise da pegada de carbono consiste em uma avaliação do ciclo de vida, com uma visão limitada ou seletiva em relação à formação de dióxido de carbono (CO2) e seus efeitos.
Ela é padronizada conforme as normas ISO 14040 e ISO 14044, com base em análises do ciclo de vida.
O aquecimento global é resultante das emissões de gases do efeito estufa. A sua redução é a força motriz desta abordagem.

Limites do sistema

Para entender o ciclo de vida de um fundido, é necessário compreender o processo de fundição como uma etapa de produção e consumo. Ele incorpora os fluxos de materiais e energia.
O termo cadeia de abastecimento é frequente dentro deste contexto. A produção é delimitada como um modelo input/output (entrada/saída).
A entrada inclui materiais, energia, informações, peças sobressalentes e o pessoal operacional. Já a saída compreende os produtos, pessoal, peças de reposição, resíduos, calor perdido etc.
Os fatores decisivos dentro deste sistema são os fluxos de materiais e de energia, as fontes e aterros de resíduos, os processos, as emissões e os serviços (figura 1).
A cadeia de abastecimento (upstream) fornece os insumos para a produção da fundição, enquanto a de abastecimento (downstream) conduz os produtos finais (outputs).
Os resíduos da produção são passados para o aterro ou reciclador, e a energia residual para os utilizadores secundários.
Os portões (gates) entre os quatro segmentos são definidos como interfaces: o portão de saída é simultaneamente o de entrada do segmento seguinte, por exemplo.
Nesta estrutura, são utilizados os seguintes termos:

Métodos de balanço

Os cálculos da pegada de carbono (carbon footprint) são baseados em um esquema rigoroso (tabela 1).
Inicialmente, é identificado um objeto que contribui de maneira específica para a emissão de dióxido de carbono. Isso pode ser uma atividade como a geração de energia, transporte, conversão/ consumo de energia, perda de energia, conversão química e produção, ou um produto, subproduto, resíduo e material de carga.
Em seguida, é realizada a determinação da quantidade. A coluna “fluxo” na tabela contém as unidades de medida padronizadas. O ano civil é geralmente utilizado como período de referência. No transporte de mercadorias, por exemplo, são consideradas as toneladas x quilômetro.
Para matérias recicladas (sucatas), existem métodos alternativos para o cálculo do dióxido de carbono.

Fig. 1 – Este esquema explica o ciclo de vida de uma fundição

Nos fatores de emissão, o problema reside nos pormenores, como o meio de transporte escolhido, a sua eficiência energética, movimentação no trânsito interurbano ou urbano etc.
Na medida do possível, procurase obter fatores padronizados.
A tabela 2 traz um recorte pequeno do grande número de fatores de CO2 equivalente, que é limitado para a produção de energia elétrica e o consumo de combustíveis fósseis.
A emissão de CO2 equivalente em equipamentos estacionários (consumidores) é calculada principalmente por meio do fluxo de energia.
O grande intervalo de dispersão na geração de energia elétrica demonstra como os fatores de equivalência dependem do processo técnico. Portanto, a energia nuclear deve ser prevista como um fator do dióxido de carbono equivalente, ao contrário da energia eólica.

Estudo de caso

Foi escolhido um exemplo fictício, mas os dados apresentados são reais.

Emissões diretas

Os princípios básicos mencionados são aplicados aqui. Para isso, é necessário conhecer as taxas de atividade anuais, que geralmente são definidas pelos consumos.
Quando se trata de etapas de processo diferenciadas, como a energia de fusão ou o aquecimento do edifício com gás natural, é pos sível recor r er a fator es d e emissão padronizados.

No entanto, se estes dados não estão disponíveis, como o consumo de combustível dos funcionários no caminho para o trabalho, é possível escolher entre um exame muito diferenciado dos comportamentos individuais ou valores médios ponderados, obtidos em outros estudos.
Os cálculos feitos levaram ao resultado de 19.050 t de CO2 para 40 mil t de tampas de bueiro. Isso corresponde a 0,48 t de CO2 /t de ferro fundido.
Para peças fundidas mais complexas, é possível adotar um valor aproximado de 0,5 t de CO2 /t de ferro fundido, enquanto para peças usinadas, como as automotivas, considerase 0,6 a 0,7 t de CO2 /t de ferro fundido. Neste caso, no entanto, é possível produzir muitas vezes com fatores de emissão bem mais favoráveis, em virtude das grandes séries.
Aproximadamente 94,5% das emissões diretas de CO2 desta fundição estão associadas ao consumo de combustíveis fósseis e à sua combustão.
As emissões oriundas do calcário e de aplicações de dióxido de carbono contribuem com menos de 6%.
O consumo de energia resulta em emissões de CO2 nos produtores de energia elétrica, mas não nas fundições. Portanto, ele não será considerado aqui.
As emissões de CO2 da fundição com equipamentos de fusão elétricos, portanto, não são comparáveis neste nível. Isso muda quando as emissões indiretas são incorporadas no balanço.

As emissões indiretas

Os fluxos de matéria e de energia (upstream) são avaliados de acordo com os seus custos de extração ou produção, assim como conforme as despesas de transporte para o consumidor. Isso é feito de acordo com aspectos individuais ou dados generalizados.
A tabela 3 contém uma relação de materiais de carga típicos de uma fundição e as fontes de energia de acordo com os custos de extração e de transporte/fornecimento. Os fatores de emissão provêm principalmente de estatísticas oficiais.
Para gerar valores estimativos, é possível recorrer à areia de fundição.
O volume de 13.500 t de CO2 /ano, baseado em algumas avaliações, é um valor de referência, mas contém dados adequados para os grandes fluxos de material. Este número é particularmente sensível em relação ao fator de emissão para a eletricidade e a distância de transporte da sucata.
Para muitos materiais de carga utilizados, ainda não existem dados da pegada de carbono. As exceções são o oxigênio, os aglomerantes de poliuretano, as ligas de ferro e lubrificantes.

A determinação se torna difícil em pinturas, massalotes, aditivos e materiais refratários, principalmente por causa da grande variedade utilizada nas fundições.
A contabilização posterior envolve a entrega, instalação, inspeção e o sucateamento das tampas de bueiro.
Assumiu-se que as tampas devem ser inspecionadas visualmente uma vez por ano, por segurança. Para isso, é necessário percorrer milhares de quilômetros.
Elas são instaladas na estrada, a uma distância média entre si de 50 m.
A seguir, serão desenvolvidos três cenários, que se referem a diferentes hipóteses de transporte ou locais de utilização.
O dióxido de carbono equivalente estipulado apenas para a utilização alcança ±510 t, sendo calculado até o depósito da sucata.
O cenário 1 assume uma distribuição do produto dentro de um raio de 800 km do local de produção, com uma distância média de transporte de 400 km.
Já o cenário 2 considera uma entrega para a China. A rota marítima de Hamburgo para Xangai é de 31 mil km em navios grandes.
O cenário 3 também consiste em uma entrega para Xangai. Neste caso, porém, o transporte é realizado em navios de carga convencionais, acionados com óleo bruto pesado.
Os cenários 2 e 3 demonstram a possibilidade de se economizar 2 mil t de CO2 com frete por ano.

Resultado final da análise da pegada do carbono – Cenário 1

A base de tempo de um ano será alterada e o horizonte de tempo estendido para todo o tempo de vida do produto (40 anos).
A soma de todos os dados resulta em 0,846 t de CO2 /t de peça fundida.
Se não estão disponíveis, os dados de produção devem ser levantados. Aqueles que não se referem à própria produção devem ser providenciados na literatura ou bancos de dados eletrônicos.
O manuseio de lacunas de dados é regulamentado pelas normas, sendo permitido usar os denominados valores padrão.