Oportunidades e desafios para expansão do gás natural no segmento de transporte rodoviário no Brasil

Introdução

Nos últimos dez anos, o consumo final de energia no segmento transportes cresceu 22% no Brasil. Esse crescimento foi bastante superior aos demais segmentos e, desde 2018, o segmento de transportes tornou-se o maior consumidor de energia do país (32,7% em 2019), ultrapassando o segmento industrial (33,4% em 2019), que foi muito impactado pela crise econômica. O segmento de transporte acomoda em média 70% do total do consumo final energético de derivados do petróleo e gás natural no país, sendo o setor de transporte rodoviário responsável por mais de 90% do segmento. O óleo diesel evoluiu como combustível de maior participação relativa na matriz de combustível veicular, com participação média de 44% nos últimos 10 anos (EPE, 2020).

A relevância do diesel no transporte de cargas no Brasil está associada a uma logística de distribuição de produtos baseada na utilização do modal rodoviário, devido às limitações da malha ferroviária e da infraestrutura dos outros modais. De acordo com dados da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP, 2020), o consumo de diesel no Brasil em 2019 somou pouco mais de 57 bilhões de litros. Desse total, a dependência externa foi de 29% em 2019 (ANP, 2020a).

O crescimento da renda, taxas de juros mais baixas para a aquisição de automóvel, criação de novas linhas de créditos destinadas a financiar a compra de ônibus e caminhões contribuíram para o aumento da demanda por transporte individual e de carga. Os efeitos dessas medidas passam pelo agravamento dos níveis de poluição do ar nas grandes cidades e, principalmente, por uma alteração significativa nas condições de suprimento no mercado brasileiro de combustível. A capacidade de refino não acompanhou o mesmo ritmo do consumo do derivado e, em 2017, a importação de óleo diesel atingiu seu máximo histórico de 12 bilhões de litros (EPE, 2020). O descompasso entre oferta e a demanda gerou impactos significativos sobre o saldo comercial e piora no nível de segurança energética. O saldo da balança comercial do diesel tornou-se cada vez mais deficitária, e no ano de 2017 atingiu US$ 5 bilhões de saldo negativo, de acordo com ANP (2020).

A dependência do diesel no setor de transporte representa um grande desafio econômico e social para o país. A greve dos caminhoneiros de maio de 2018 chamou atenção para a vulnerabilidade do abastecimento doméstico de óleo diesel. Superada a crise atual, o país corre risco de sofrer crise de abastecimento de seu principal suprimento. A Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2020a) estima que se a economia brasileira crescer 20,9% ao ano, em média, entre 2018 e 2029 o consumo de diesel atingirá 190 mil m3/dia em 2029. Como a capacidade de oferta das refinarias domésticas em 2029 somará 150 mil m3/dia, o Brasil terá que importar 39 mil m³/dia de diesel para atender à demanda nacional. Todavia, a infraestrutura logística existente permite importar 34 mil m³/dia.

A substituição do diesel pelo gás natural, pode representar uma solução para a anunciada crise de abastecimento de combustível do segmento de veículos pesados. O Brasil é deficitário em diesel e caminha para ser superavitário em gás. 

GNC/GNL no Segmento de Transporte

O gás natural como combustível de transporte pode ser fornecido como gás natural comprimido (GNC) [1] ou gás natural liquefeito (GNL). No primeiro caso, o gás é comprimido entre 200 e 250 bar enquanto no segundo o gás é resfriado a -162°C quando se torna líquido. O GNL à pressão atmosférica ocupa 1/600 do volume de gás natural em forma de vapor ambiente – ou, em outras palavras, requer 3 vezes menos volume que o GNC a 200 bar (IGU, 2013). Os veículos de GNL terão, portanto, geralmente um alcance maior do que os de GNC. Em termos gerais, o GNL é preferido para o transporte marítimo e aplicações rodoviárias HDV (heavy duty vehicles) de longa distância, enquanto o GNC é mais apropriado para veículos rodoviários de menor dimensão e operações de curta distância de tipo back to depot para veículos comerciais e de transporte público (OIES, 2014).

Até recentemente, o uso do gás natural em motores diesel não era tecnicamente viável. A adoção do gás natural em caminhões ou sistemas de geração de energia elétrica distribuída exigia a substituição do motor ciclo diesel pelo motor ciclo Otto. Esta substituição do motor representava um grande empecilho econômico para adoção do gás em substituição ao diesel em motores ciclo diesel. Adicionalmente, a dificuldade da oferta do gás natural fora dos grandes centros urbanos representava um obstáculo importante para adoção do gás em motores de caminhões de transporte rodoviários.

O desenvolvimento de tecnologias de conversão de motores ciclo diesel através de kits de conversão diesel gás, por meio do desenvolvimento de novas tecnologias de injeção e controle de mistura gás-diesel eliminou a necessidade de substituição do motor ciclo diesel para a adoção do gás natural em substituição ao diesel. Este desenvolvimento tecnológico permite a adoção do gás natural com custos de conversão de motores relativamente baixo nas aplicações no setor de transporte (caminhões, ônibus, locomotivas e tratores) e na geração distribuída através de motores diesel.

Novas tecnologias de conversão superam os problemas de falta de confiabilidade e baixo desempenho encontrados na tecnologia de motores a gás de primeira geração. A conversão para bicombustível (gás-diesel) é tecnicamente possível em qualquer tipo de motor a diesel. Os motores diesel podem ser divididos, basicamente, em dois grupos: i. Motores sem turbocompressor – podem usar um sistema simples de redutor/ misturador (CIMS); e ii. Motores com turbocompressor – devem usar injeção eletrônica de combustível (ECM).

Um motor bicombustível é baseado em um motor diesel tradicional, trabalhando no princípio de ignição por compressão (ciclo diesel). A tecnologia é baseada no motor diesel convencional equipado com injetores para gás, um tanque criogênico com um isolamento térmico de altíssima eficiência que mantém o gás liquefeito e resfriado a -162º Celsius, e um conversor catalítico. Nos caminhões com o kit gás-diesel, o diesel é injetado para iniciar a ignição da combustão. Este sistema permite a economia de combustível diesel, mantendo a confiabilidade e as características dos motores a diesel. 

Além disso, o gás em estado liquefeito permite armazenar mais combustível nos tanques em comparação com o gás natural comprimido. Isto proporciona ao caminhão a GNL uma autonomia muito maior do que a dos caminhões tradicionais movidos a gás que fazem uso da tecnologia de velas de ignição.

Como os motores a diesel têm uma vida útil de até 20 anos, converter motores a diesel para gás além de permitir maior flexibilidade de combustível e economia no consumo de diesel, permite uma combustão interna mais limpa. Além disto, a produção seriada de caminhões movidos a GN original de fábrica bicombustível (gás-diesel) ou gás dedicado vem aumentando – IVECO, SCANIA, Volvo e Mercedes-Benz são algumas das marcas mais conhecidas.

Na Europa, a maioria das montadoras conta com opções para gás natural. Um grande exemplo é a SCANIA, cuja unidade em São Bernardo (SP) prevê produzir caminhões a gás a partir de 2020. Já a italiana IVECO apresentou na Europa um modelo para longas distâncias, o Stralis NP 460. Este modelo foi eleito o Caminhão de Baixo Carbono do Ano de 2018, o Stralis NP 460 bateu novo recorde de autonomia ao viajar, sem reabastecer, de Londres a Madri usando tanques de Gás Natural Liquefeito (GNL).  Na América do Sul, países como Chile, Peru e Colômbia já adotam em suas capitais — com sucesso — o gás natural em veículos pesados. 

No Brasil, vale destacar o lançamento do GrandSiena pela Fiat, que vem com GNC de fábrica; o incentivo do aplicativo de transporte Uber para que seus motoristas convertam seus veículos para o GNC; e a oferta de veículos movidos a gás em grandes locadoras de automóveis como Localiza e Unidas. 

A difusão do GNC no Brasil foi bastante rápida no período 2000 a 2007. Nesse intervalo, o mercado automotivo passou a ser considerado uma alternativa frente à frustração do mercado termelétrico.  A crise do gás da Bolívia gerou incerteza quanto à disponibilidade de gás no Brasil e o mercado automotivo deixou de ser priorizado. A participação do gás natural na demanda do modal rodoviário, que alcançou 4% em 2008, se reduziu até estacionar no intervalo 2,0 a 2,5% recentemente (EPE, 2020).

Hoje, o Brasil conta com 2,5 milhões de automóveis convertidos e 1.570 postos de abastecimento de GNC, que atingiram um consumo médio de 6 milhões de m³/dia em 2018 (Abegas, 2019). O Rio de Janeiro é o Estado líder de difusão e representa mais de 50% do mercado nacional. No Estado, a participação do GNC na frota de veículos leves alcança 19% (Detran-RJ, 2020).

A perspectiva atual de incremento significativo da oferta de gás natural no Brasil, a partir de recursos do pré sal e de importações de GNL, possibilita uma retomada da difusão do GNC no Brasil. Essa retomada do GNC/GNL pode ocorrer com a penetração do combustível no segmento de veículos pesados – ônibus e caminhões. A possibilidade de substituição do diesel representa uma oportunidade importante para ganhos econômicos e ambientais.

Desafios e Benefícios do GNC/GNL no Transporte

O requisito crítico de infraestrutura dos sistemas de combustível alternativo é uma rede de reabastecimento suficientemente dispersa. A “range anxiety” – o receio de que o veículo fique sem combustível antes que haja uma oportunidade de reabastecimento – é um grande impedimento para todas as formas não convencionais de combustível de transporte. A solução gás-diesel oferece o mesmo nível de confiabilidade operacional aos caminhões que o motor diesel convencional, com a mesma dirigibilidade. E, caso o gás acabe, o sistema automaticamente passa para o diesel.

Outra questão relevante é o chamado fenômeno “chicken-and-egg”; a decisão de compra ou conversão do veículo a gás depende da capilaridade da infraestrutura de abastecimento, ao mesmo tempo que os proprietários de postos de abastecimento e fabricantes de veículos decidirão investir dada a demanda existente e expectativa de cliente potencial.  Ou seja, o mercado de veículos pesados movidos a GN sofre de externalidade de rede devido à interdependência entre a adoção de veículos e o investimento em estações de abastecimento.

Portanto, a disponibilidade e o acesso aos postos de abastecimento de GNC/GNL são fundamentais para o desenvolvimento do gás no transporte. Na maioria dos países do Pacífico Asiático com alta participação de GNC/GNL como Paquistão, Irã, China e Índia, as taxas de abastecimento variam de 600 (China) a 1.800 (Irã), enquanto na Europa variam de 303 (Suécia) a 1.194 (Ucrânia). Para um posto de abastecimento com GNC/GNL ser lucrativo, a taxa de abastecimento deve ser pelo menos entre 200 e 800 (Sharafian et al, 2017).

Para viabilizar a inserção de veículos movidos a gás-diesel, muitos países europeus e da América do Norte vêm criando corredores logísticos que contam com postos ao longo das rodovias, todos estruturados para abastecer veículos pesados. 

Entretanto, o Brasil, especialmente Rio de Janeiro e São Paulo, já contam com uma infraestrutura de abastecimento de gás natural veicular (GNC) capilarizada. Tais postos podem ser convertidos em uma estação L-CNG (Liquefied-compressed natural gas), o GNL é convertido em GNC usando um vaporizador de alta pressão para atender à demanda de veículos movidos a GNC. (Sharafian et al, 2017). Em estações L-CNG, ambos os dispensadores de GNL e GNC podem estar disponíveis, conforme ilustrado na Figura 1.

Figura 1 – Dispensadores de GNL e GNC

Fonte: Elaborado a partir de Sharafian et al (2017).

As estações de GNL podem ser abastecidas a partir de outro terminal de GNL utilizando caminhões ou instalação de liquefação de pequena escala no local. Vale ressaltar que a tecnologia do transporte do GNL em pequena escala (small scale LNG – ssLNG) por caminhões, locomotivas, barcaças e navios de pequeno porte também vem experimentando inovações e reduções de custos significativas. Em vários países a distribuição do GNL através do ssLNG passou a ser uma via importante de desenvolvimento do mercado de gás (China, Estados Unidos, Suécia, e Rússia, entre outros).

A introdução do gás natural (GN) como combustível alternativo para o transporte também é uma importante estratégia para aumentar a sustentabilidade do uso de energia no setor. A vantagem do uso de gás natural no transporte deriva de custos mais baixos e melhor desempenho de emissões quando comparado ao diesel e gasolina.

O setor de transporte é o segundo maior setor emissor de gases de efeito estufa (GEE), e o Brasil ocupa o décimo primeiro lugar no ranking mundial dos países que mais emitem CO2 na queima de combustíveis fósseis (Boden e Andes, 2017). Veículos movidos a diesel, que são usados principalmente no transporte de carga, emitem a maior quantidade de CO2 por litro em relação aos demais modais motorizados [2] (Carvalho, 2011).

No plano ambiental, a escolha do GNC/GNL diminuiria as emissões de gases causadores do efeito estufa (GEE). Além das emissões de GEE, a excessiva dependência do diesel no modal de transporte rodoviário implica na deterioração da qualidade do ar. Os poluentes locais afetam especificamente os grandes centros urbanos, onde estão concentradas a maior parte da população brasileira (80%). As emissões veiculares somam mais de 70% da poluição do ar urbano em grandes cidades, provocando um aumento do índice de mortalidade prematura, mortalidade por doenças respiratórias, perda de produtividade dos cidadãos e trabalhadores, aumento dos custos do seguro-saúde e perda significativa da qualidade de vida urbana (BIGIO, 2001). Todos estes aspectos negativos podem provocar significativas perdas monetárias, como constatado por Saldiva et al (2007) na Região Metropolitana de São Paulo, que contabiliza cerca de 3 mil mortes por ano relacionadas à poluição do ar, representando um custo anual de cerca de R$ 1,5 bilhão para a cidade.

A introdução do gás natural veicular na matriz energética do transporte também se constitui em uma política importante para redução dos poluentes locais e globais. A principal vantagem do gás natural como combustível é sua combustão mais limpa, com emissões reduzidas de material particulado (MP), óxidos de enxofre (SOx), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx). O uso de gás natural proporciona grande benefício para a população, reduzindo drasticamente a emissão de poluentes locais. A redução das emissões de MP pode atingir 88%, 75% para NOx e as emissões de HCs são eliminadas, uma vez que o gás natural não emite (Mouette et al, 2019). Estima-se que veículos movidos a GNC emita cerca de 20% menos CO2 na atmosfera (Carvalho, 2011).

Também pode ocorrer sinergia entre o GNC/GNL e o Hidrogênio para impulsar a entrada de veículos com combustível a célula de hidrogênio (HFCVs) no mercado.  Como o hidrogênio pode ser obtido de forma eficiente a partir do metano, pode-se realizar uma expansão modular nas estações de abastecimento de GNC/GNL e criar postos de armazenamento e abastecimento de hidrogênio (Sharafian et al, 2017).

Quase todos os países bem-sucedidos na promoção de GNL/GNCs tiveram algum tipo de incentivo e criaram condições favoráveis, principalmente, no período inicial de difusão da tecnologia para impulsionar a demanda com instrumentos de política; políticas baseadas no mercado (como isenções fiscais) e políticas baseadas em regulamentação (como o controle rigoroso de emissões) (Sharafian et al, 2017). Além disso, a comunicação contínua entre os principais decisores e as autoridades locais são essenciais para a inserção bem sucedida do gás no segmento de transporte.

Oportunidades para o gás natural doméstico

A partir do desenvolvimento tecnológico da conversão de motores a diesel para gás natural (GNC e GNL) via kits gás-diesel, uma nova fronteira de mercado se abre ao gás natural. O desenvolvimento de novos mercados também pode contribuir para um novo momento da indústria de gás natural do país. A substituição do diesel pelo GNL, representa uma enorme oportunidade para o desenvolvimento do mercado de gás natural. A oferta tem perspectiva de expansão e diversificação de origem de suprimento e de fornecedores, tanto nacional, quanto internacional.

A prevista expansão da produção nacional de gás natural sustentada principalmente pelas acumulações do Pré-sal, proporcionará ao mercado oportunidades de acesso a volumes significativos de gás a custos competitivos e poderá ampliar significativamente a contribuição do gás natural na matriz energética brasileira. A EPE (2020) estima que a produção de gás duplicará em 2029, passando dos atuais 130 para 253 milhões de m³/dia. A produção proveniente dos recursos contingentes é sustentada principalmente pelas acumulações do Pré-sal na Bacia de Santos e Campos, pelas descobertas em águas profundas na Bacia de Sergipe-Alagoas e pela produção em terra nas bacias do Parnaíba e Solimões [3].

O desenvolvimento do Small Scale LNG (ssLNG) – novas tecnologias para o transporte de GNL através de novos modais (caminhões, trens e pequenas embarcações), além do uso direto do GNL no segmento do transporte – abre uma nova janela de oportunidade de crescimento do mercado de gás. Conforme ilustrado na Figura 2, o gás pode ser levado por caminhão, embarcações marítimas e trem para além das redes de transporte e distribuição de gás.  O transporte de GNL via caminhão se tornou uma alternativa para venda de gás natural em países com baixo nível de desenvolvimento da rede de transporte e distribuição.

Figura 2 – Modelo simplificado das rotas alternativas de suprimento de gás natural

Fonte: elaborado a partir de Prade (2020).

O tracejado em destaque (cor escura) exemplifica as possibilidades de rotas alternativas de oferta e distribuição do gás natural até chegar ao segmento de transporte e seus diferentes usos finais. Os diferentes modelos de negócios e estruturas estão detalhados em Prade (2020).

Considerando que 95% dos municípios brasileiros não possuem gasodutos, a possibilidade de crescimento do mercado de gás por meio de GNL, a partir de instalação de plantas ssLNG, pode viabilizar a capilaridade do energético no país. Várias empresas já estão se posicionando para explorar este mercado. Caso da Golar Power em Sergipe (SE) e da Eneva no Amazonas.

Conclusão

Atualmente, o setor de transporte pesado (ônibus e caminhões) é fortemente dependente de diesel importado. A adição de novos combustíveis alternativos ao mix de energia garantiria a segurança do fornecimento, reduziria a dependência externa, utilizaria recursos domésticos e maximizaria a receita de exportação.

A redução do uso de diesel, boa parte dele importado, em substituição ao gás natural terá reflexos positivos para a balança comercial do país, além de diversificar a matriz energética do setor de transportes. Estimular o aumento da participação do gás natural na mobilidade, principalmente urbana, gera benefícios em termos de poluição global e local, melhorando a qualidade do ar e a saúde da população. Além de ampliar a possibilidade de monetização de grandes volumes de gás natural do pré-sal, da Bacia de Sergipe-Alagoas, e onshore. Bem como desenvolverá toda a cadeia produtiva que gira em torno dos veículos pesados, gerando empregos e renda.

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Notas

[1] Mais conhecido no Brasil como Gás Natural Veicular (GNV).

[2] O diesel tem ainda uma capacidade de formar aerossóis orgânicos secundários (AOS), 6,7 vezes superior à gasolina (GENTNER et al., 2012). AOS são partículas nocivas à saúde, formados na atmosfera a partir dos gases liberados pelo cano de descarga dos veículos. 

[3] Juntas essas acumulações contribuem com 80% do total dos recursos contingentes no ano de 2029 (EPE, 2020a).

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Sugestão de citação: Rodrigues, N. (2020). Oportunidades e Desafios para Expansão do Gás Natural no Segmento de Transporte Rodoviário no Brasil. Ensaio Energético, 28 de setembro, 2020.

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