Descarbonização dos transportes de longa distância: uma missão possível?

Atualmente, alguns setores da economia são considerados como “setores de difícil descarbonização” (do inglês “Hard to abate sectors”). Ao falar sobre esta questão, surgem três principais perguntas:

1. Quais são os setores de difícil descarbonização?
2. Por que estes setores possuem desafios adicionais associados à alteração de fontes energéticas?
3. Quais as soluções mais promissoras?

Para responder à primeira pergunta, devemos esclarecer de quais setores estamos falando. São eles: setor de cimento, aço, alumínio, petroquímicos e os transportes aéreo, marítimo e rodoviário de cargas pesadas. Estes são setores energointensivos, ou seja, que utilizam quantidades significativas de energia e/ou matéria prima de origem fóssil. Ademais, são peças fundamentais na economia dos países, pois são as bases da atividade industrial e do comércio doméstico e exterior. São considerados de difícil descarbonização não apenas pelo desafio tecnológico, mas também pelo elevado custo e dificuldade de modificação da infraestrutura estabelecida. Juntos, estes setores são responsáveis por mais de um terço das emissões globais de CO₂, percentual que pode dobrar na ausência de medidas de mitigação. As soluções para esse desafio são diversas e envolvem desde eficiência energética e material, eletrificação, utilização de novos vetores energéticos e economia circular, até a capacidade de captura e uso de CO₂.  Neste artigo, vamos focar nos transportes de longa distância, mais especificamente, nos transportes aéreo e marítimo.

O desafio da descarbonização dos transportes de longa distância

Viajar, comprar produtos de fornecedores localizados do outro lado do oceano, entre outros, são alguns dos diversos benefícios do mundo globalizado e bem conectado em que vivemos. A aviação e o transporte marítimo são peças fundamentais deste sistema, pois permitiram encurtar as distâncias do mundo e contribuíram para o crescimento econômico das nações, movimentando as economias e gerando empregos. A aviação é considerada um meio seguro e conveniente de transporte por longas distâncias, enquanto a navegação permite a movimentação de milhões de toneladas de cargas entre os continentes – desde frutas e grãos até eletrônicos e petróleo. Interessante destacar que, embora o transporte aéreo represente apenas cerca de 0,5% do comércio mundial em volume, corresponde a mais de 35% em valor – o que significa que as mercadorias enviadas por via aérea são produtos de alto valor agregado, muitas vezes perecíveis ou sensíveis ao tempo (ATAG, 2021). Todavia, as facilidades e bem-estar proporcionado por estes modais de transporte têm seus custos: provocam significativos impactos climáticos (pela queima de combustíveis fósseis), ambientais e na saúde humana (pela poluição dos oceanos e do ar).

As emissões internacionais totais de CO₂ da aviação e do transporte marítimo aumentaram mais de 90% entre 1990 e 2018 (MONICA, GABRIEL, et al., 2019). A contribuição da aviação e do transporte marítimo para as emissões globais de CO₂ é de aproximadamente 5%, enquanto representam cerca de 25% das emissões de CO₂ provenientes do setor de transportes (IEA, 2019). De acordo com a Organização Internacional da Aviação Civil (ICAO) e a com Organização Marítima Internacional (IMO), as emissões dos setores de aviação e marítimo podem aumentar em aproximadamente 280% e 85%, respectivamente, entre 2015 e 2050 se medidas severas de mitigação de emissões não forem tomadas (GREGG G., IVAN, 2019). Entretanto, estes setores ficaram fora do Acordo de Paris, firmado em 2015 no âmbito da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre a Mudança do Clima, que rege medidas de redução de emissão de gases estufa para conter o aquecimento global. A justificativa para a omissão destes setores do acordo consiste na dificuldade de atribuição de responsabilidade pelas emissões que ocorrem em território internacional.

Metas de descarbonização

Conscientes das suas contribuições para as emissões globais e potenciais efeitos na mudança do clima, a IATA [1] (Associação Internacional dos Transportes Aéreos) e a IMO definiram metas próprias de redução de emissões de gases de efeito estufa para seus setores. Entre outros objetivos, as metas visam alcançar redução de 50% das emissões de gases de efeito estufa dos setores até 2050 (veja a Figura 1 abaixo).

Figura 1 – Metas Climáticas da IATA e IMO

Fonte: Elaboração própria.

Para atingir suas metas de descarbonização, a IATA aposta em uma estratégia de quatro pilares, baseados no desenvolvimento tecnológico, eficiência operacional, melhorias na infraestrutura e mecanismos de mercado. O pilar de desenvolvimento tecnológico engloba o desenvolvimento de combustíveis alternativos e aeronaves mais eficientes. As medidas de eficiência operacional focam na redução do peso das aeronaves, mudança de materiais, entre outros. As melhorias na infraestrutura são alcançadas pela otimização no controle de tráfego aéreo, enquanto os mecanismos de mercado são representados por um esquema de compensação e comércio de carbono estabelecido pela ICAO, denominado CORSIA (do inglês Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation).

Por outro lado, a IMO conta com a adoção de medidas de curto, médio e longo prazo para atingir suas metas de mitigação. Alguns instrumentos para redução de emissões de CO₂ já foram implementados, como o EEDI (do inglês Energy Efficiency Design Index) e o SEEMP (Ship Energy Efficiency and Management Plan). O EEDI é um índice que exige um nível mínimo de eficiência energética para navios construídos a partir de 2013. Este nível deve ser aumentado a cada cinco anos e espera-se que estimule a inovação contínua e o desenvolvimento técnico de todos os componentes do navio, de forma a reduzir o consumo de combustível. Recentemente, entrou em discussão a implementação de um instrumento similar ao EEDI, mas aplicável às embarcações existentes, o EEXI (Energy Efficiency Existing Ship Index). Sujeito à aprovação em 2021, o novo instrumento deve entrar em vigor em 2023. Já o SEEMP é uma medida operacional que visa aumentar a eficiência energética dos navios de forma custo-efetiva e auxiliar as empresas de navegação no gerenciamento do desempenho dos navios e da frota ao longo do tempo. O SEEMP é aplicável aos navios novos e existentes. Outras medidas abordadas pela estratégia da IMO são a redução da velocidade dos navios (slow steaming), otimização das atividades portuárias, investimento em combustíveis e embarcações com baixas ou zero emissões de carbono e mecanismos de redução de emissões.

Os combustíveis do século XXI

Ainda que as medidas de eficiência energética, de otimização das operações e os mecanismos de compensação de carbono possam contribuir para reduções significativas das emissões de GEE destes setores, avalia-se que estas não sejam suficientes para garantir o cumprimento das metas até 2050. Para viajar em direção à descarbonização, os setores de transporte de longa distância deverão repensar suas fontes energéticas. As alternativas para ambos os setores são diversas e englobam desde combustíveis drop-in[2] derivados da biomassa até hidrogênio, amônia e eletrocombustíveis. As fontes energéticas alternativas para ambos os setores muitas vezes são derivadas do mesmo processo produtivo, mas as particularidades de cada caso implicam em desafios bastante distintos.

O querosene de aviação (ou QAV) é o combustível utilizado pelas aeronaves comerciais e produzido a partir do refino do petróleo. O QAV possui todas as propriedades necessárias para ser utilizado como combustível de aviação. Primeiramente, ele permanece líquido e estável em uma ampla faixa de temperaturas, o que significa que ele suporta as baixíssimas temperaturas atingidas durante o voo e não entra em autoignição em elevadas temperaturas. Em segundo lugar, é um combustível altamente energético. Sua densidade de energia é elevada tanto em base mássica, como volumétrica. Como o peso total da aeronave deve ser o menor possível, a densidade energética por massa é muito importante. Igualmente importante é a densidade energética por volume, pois quanto menor o espaço ocupado pelo tanque de combustível, maior o espaço para carga útil e mais fácil a otimização da configuração aerodinâmica. Todas estas características fazem do QAV um excelente vetor energético para as aeronaves. Sua substituição por alternativas que requerem maior espaço de armazenamento ou aumentem a massa total carregada pela aeronave, implica em modificações aerodinâmicas e no aumento de custos (seja pelo investimento em novas tecnologias ou por redução na receita pela perda de espaço útil). Em terceiro lugar, o QAV é um combustível altamente especificado, ou seja, suas propriedades físico-químicas devem atender padrões internacionais estabelecidos, de forma a garantir a operação segura das aeronaves. Isto representa um desafio técnico e econômico para o desenvolvimento de soluções energéticas alternativas considerando sua utilização na infraestrutura existente.

Já os navios utilizam dois tipos de combustível: o bunker, nome dado ao óleo combustível marítimo (destilado residual composto pela fração mais pesada do petróleo) e o diesel marítimo, semelhante ao diesel utilizado nos transportes rodoviários. Por serem derivados de petróleo, os combustíveis marítimos possuem as mesmas vantagens já descritas para o QAV: são líquidos à temperatura ambiente, estáveis e possuem elevada densidade energética. Sua substituição por outras fontes energéticas impõe não somente desafios técnicos, mas também macroeconômicos. Ao utilizar um combustível de densidade energética inferior e que requer maior espaço de armazenamento nos navios, perde-se espaço de carga útil, onerando as transações comerciais. Além disso, aumenta-se o consumo de combustível e a necessidade de abastecimento durante a viagem. Finalmente, os combustíveis marítimos convencionais possuem baixos custos (se comparado aos derivados mais especificados como o QAV e a gasolina, por exemplo), reduzindo a competitividade das fontes energéticas alternativas.

Em ambos os casos, o ideal é que se desenvolvam combustíveis drop-in e que possuam baixa ou zero emissão de carbono. Dentre os biocombustíveis, as opções convencionais chamadas de biocombustíveis de primeira geração como o etanol, biodiesel ou óleos vegetais puros, não são elegíveis para a aviação e requerem algumas modificações nos motores e sistemas de combustível para utilização nos navios. Já os biocombustíveis avançados são substitutos diretos do bunker e do QAV. Existem diferentes rotas tecnológicas para sua produção, que utilizam desde óleos vegetais e etanol, até resíduos de biomassa e resíduos sólidos urbanos. Embora pareçam soluções promissoras, questões associadas à sustentabilidade podem comprometer o desenvolvimento dos biocombustíveis. Isto porque os biocombustíveis de primeira geração podem competir recursos com a produção de alimentos, aumentar a demanda de água e provocar alterações no uso da terra (levando ao desmatamento, por exemplo). Contudo, o desenvolvimento de biocombustíveis avançados, produzidos com matéria-prima residual, eliminam tais preocupações, reduzindo a demanda por recursos naturais específicos ou disponibilidade de terras.

Atualmente, seis categorias de biocombustíveis estão aprovadas para misturas com o QAV seguindo os critérios da American Society for Testing and Materials (ASTM), responsável pela especificação do QAV:

• ATJ-SPK: Querosene Parafínico Sintético produzido a partir de álcoois;
• HEFA-SPK: Querosene Parafínico Sintético produzido a partir de óleos vegetais ou gorduras residuais;
• FT-SPK: Querosene Parafínico Sintético produzido pelo processo de Fischer-Tropsch;
• FT-SPK/A: Variação do FT-SPK na qual processos adicionais levam à formação de um combustível com maior teor de aromáticos;
• SIP: Querosene Isoparafínico Sintético produzido pela fermentação de açúcares; e
• HC-SPK: Querosene sintético produzido a partir da Hidrotermólise Catalítica.

Até o presente momento, não existem especificações aplicadas exclusivamente aos combustíveis marítimos sintéticos drop-in. A norma que especifica os combustíveis marítimos (ISO 8217:2017) permite a utilização de combustíveis sintéticos nos navios, desde que atendam às especificações requeridas (DNV GL, 2019). No entanto, as especificações vigentes permitem o teor de biodiesel máximo de 7% (em volume) nos combustíveis marítimos.

O Gás Natural Liquefeito (GNL), foi considerado nos últimos anos como o futuro combustível do setor marítimo, devido ao baixo teor de emissões de poluentes atmosféricos e emissões reduzidas de CO₂, se comparado aos combustíveis marítimos tradicionais.  De fato, sua utilização no setor vem crescendo recentemente, não se restringindo apenas aos navios utilizados para a comercialização de gás natural. Entretanto, mesmo sendo um combustível mais limpo e com emissões reduzidas de CO₂, pode comprometer os esforços de mitigação do setor, devido às emissões fugitivas de metano, gás de efeito estufa com potencial de aquecimento global 28 vezes superior ao CO₂.

Outras alternativas de descarbonização como baterias, hidrogênio, amônia e biometanol apresentam grandes desafios associados à baixa densidade energética, segurança operacional e necessidade de modificação da infraestrutura de abastecimento, navios e aeronaves. Baterias tem baixo potencial de implementação para aviação e navegação, devido à baixa densidade de energia, o que implica em elevado peso e volume. A possibilidade de utilização de eletricidade renovável para produção de hidrogênio, vem fazendo deste vetor energético um protagonista nas discussões sobre a descarbonização do setor de transportes, sobretudo, dos transportes marítimos. O hidrogênio renovável (produzido a partir da água ou biomassa, por exemplo) pode ser utilizado diretamente como combustível ou como insumo para produção dos seus derivados, como a amônia e os eletrocombustíveis [3].  O biometanol não é uma alternativa para a aviação, mas pode ser utilizado em motores de navios adaptados, cada vez mais comuns nos transportes marítimos.

Avanços e perspectivas futuras

A indústria de aviação vem se comprometendo com o desenvolvimento de combustíveis sustentáveis. O primeiro voo com biocombustíveis ocorreu em 2008 e desde então, mais de 250 mil voos utilizaram biocombustíveis no mundo (IATA, 2021). Atualmente, cinco aeroportos possuem distribuição regular de biocombustível: Bergen, Brisbane, Los Angeles, Oslo e Estocolmo; e diversos acordos de compra de longo prazo entre companhias aéreas e produtores de biocombustíveis, que investem diretamente em projetos de biocombustíveis para aviação, foram firmados. A produção de biocombustível para aviação totalizou 15 milhões de litros em 2018, entretanto isto representa menos de 0,1% do consumo total de combustível do setor (IATA, 2020). Embora cinco rotas de produção de biojet estejam aprovadas para mistura com o QAV fóssil, apenas o HEFA-SPK está tecnicamente maduro e comercializado. Neste contexto, é fundamental que esforços em pesquisa e desenvolvimento sejam empregados para viabilizar a produção de biocombustíveis avançados e combustíveis sintéticos produzidos a partir de eletricidade renovável.

No âmbito da navegação, a IMO implementou um sistema de coleta de dados (DCS) para o consumo de óleo combustível dos navios com o objetivo de criar uma base de dados sólida para rastrear e monitorar o consumo de energia e emissões da navegação internacional. Adicionalmente às metas de redução de emissões de gases de efeito estufa, o setor possui regulamentações para a emissão de poluentes atmosféricos (a partir da limitação global do teor de enxofre dos combustíveis e definição de áreas de emissões controladas – ECAs) e para os padrões de eficiência energética dos navios (EEDI e SEEMP). Em resposta ao número crescente de políticas de incentivo à descarbonização do setor de transporte marítimo, o setor privado está adotando estratégias para se alinhar ao novo quadro regulatório. Em 2019, um grupo de bancos representando em conjunto cerca de US$ 150 bilhões em financiamento de transporte marítimo assinou o Poseidon Principles, se comprometendo a incluir o risco climático na tomada de decisões financeiras no setor marítimo. Ainda, vários agentes do setor formaram a Getting to Zero Coalition– dedicada à comercialização de navios de emissão zero (ZEVs) até 2030.

No caso do Brasil, um significativo potencial existe para todas as alternativas. A experiência nacional na produção de biocombustíveis e a elevada disponibilidade de recursos de biomassa, tornam o país candidato a grande produtor de biocombustíveis avançados. A participação crescente de fontes renováveis na geração elétrica favorece a produção de alternativas como hidrogênio e seus derivados. Adicionalmente, a perspectiva de eletrificação do setor de transportes rodoviários pode redirecionar nicho de mercado do etanol e biodiesel, reestruturando sua cadeia tecnológica para atender a demanda de outros setores.

Neste contexto, entende-se que a descarbonização dos transportes aéreos e marítimos irá contar com diversas opções de combustíveis de baixa ou zero emissão e novas tecnologias. As especificidades de cada região e os nichos de atuação do transporte tornarão mais elegíveis diferentes alternativas de mitigação, de acordo com a disponibilidade das matérias-primas, insumos e custos. Para cada caso, ainda há de se considerar as vantagens associadas ao desenvolvimento de novas cadeias energéticas renováveis. Além dos benefícios climáticos, os combustíveis de baixa ou zero emissões contribuem para o desenvolvimento social e econômico, reduzindo a poluição local e promovendo a geração de emprego e renda.

Referências

ATAG. “Facts and Figures”, 2021. Disponível em: https://www.atag.org/facts-figures.html.

DNV GL. “Comparison of Alternative Marine Fuels”, 2019. Disponível em: https://sea-lng.org/wp-content/uploads/2019/09/19-09-16_Alternative-Marine-Fuels-Study_final_report.pdf.

GREGG G., F., IVAN,  de L. “Environmental Trends in Aviation to 2050”, ICAO, p. 17–23, 2019. Disponível em: https://www.icao.int/environmental-protection/pages/envrep2019.aspx.

IATA. “Developing Sustainable Aviation Fuels (SAF)”, International Air Transport Association, 2021. Disponível em: https://www.iata.org/en/programs/environment/sustainable-aviation-fuels/.

IATA. “Sustainable Aviation Fuels Fact Sheet”, International Air Transport Association, 2020. Disponível em: https://www.iata.org/contentassets/23eca4effcf0495d8434b7274d272428/fact-sheet-alternative-fuels.pdf.

IEA. “Transport sector CO2 emissions by mode in the Sustainable Development Scenario, 2000-2030”, 2019. Disponível em: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/transport-sector-co2-emissions-by-mode-in-the-sustainable-development-scenario-2000-2030.

MONICA, C., GABRIEL, O., DIEGO, G., et al. Fossil CO2 and GHG emissions of all world countries. [S.l: s.n.], 2019.

Notas

[1] A ICAO é uma organização das Nações Unidas, cujos membros são nações (geralmente representadas pelo departamento de aviação do país ou pelo Ministério das Relações Exteriores). A ICAO considera as questões políticas e técnicas da aviação e adota padrões e práticas recomendadas que os estados membros implementam em lei ou regulamento.

A IATA é uma organização não governamental composta pela associação das companhias aéreas. Tem como responsabilidade coordenar a adoção de padrões da indústria e facilitar a cooperação entre companhias aéreas, sujeita às leis nacionais.

[2] Combustíveis alternativos são considerados drop-in se são compatíveis com toda a cadeia existente para seu aproveitamento. Assim, um combustível perfeitamente drop-in substitui um combustível convencional sem requerer qualquer mudança nos motores e na infraestrutura presente de logística, armazenamento e abastecimento.

[3] Eletrocombustíveis são combustíveis sintéticos idênticos aos fósseis produzidos a partir do hidrogênio e CO₂.

Sugestão de citação: Carvalho, F. M. (2021). Descarbonização dos transportes de longa distância: uma missão possível?. Ensaio Energético, 01 de março, 2021.

Francielle Mello de Carvalho

Engenheira química pela PUC-Rio e mestre em planejamento energético pela COPPE/UFRJ. É doutoranda e pesquisadora no PPE (Programa de Planejamento Energético) da mesma instituição. Atualmente, desenvolve sua tese na área de mitigação de emissões no setor de transportes marítimos.