5º CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRÓLEO E GÁS

ANÁLISE DA INCLUSÃO DE UMA NOVA TECNOLOGIA NO MERCADO DE GÁS NATURAL

Juliana Hissae Tanaka Miguel Edgar Morales Udaeta

IEE – Instituto de Eletrotécnica e Energia, Universidade de São Paulo. Programa de Recursos Humanos, PRH-04/ANP

Este Trabalho foi preparado para apresentação no 5° Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Petróleo e Gás- 5° PDPETRO, realizado pela a Associação Brasil eira de P&D em Petróleo e Gás-ABPG, no período de 15 a 22 de outubro de 2009, em Fortaleza-CE. Esse Trabalho foi selecionado pelo Comitê Científico do evento para apresentação, seguindo as informações contidas no documento submetido pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho, como apresentado, não foi revisado pela ABPG. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões da Associação Brasileira de P&D em Petróleo e Gás. O(s) autor(es) tem conhecimento e aprovação de que este Trabalho seja publicado nos Anais do 5°PDPETRO.

ANÁLISE DA INCLUSÃO DE UMA NOVA TECNOLOGIA NO MERCADO DE GÁS NATURAL

Abstract

This article aims to analyse the possibility of developing the market of natural

gas through the introduction of a new technology of the use of this input, the fuel cell. For this, the methodology analyses the current natural gas market with practical example of a fuel spread (“PROÁLCOOL”) and the microeconomic theory related to some cases that the market is inefficient. As a result, it will show the presence of the external fact and the character of public and merit goods of the process of developing new technologies. For developing the market of natural gas through the introduction of a new technology, it is necessary a strategic, developmental and environmental politic.

Key Words: natural gas, fuel cell, energy, new technology, state policy.

1. Introdução

A contínua descoberta de reservas de gás natural no território brasileiro amplia de forma significativa a oferta deste bem, somando-se ainda ao gás importado via Gasbol (e mais recentemente via GNL), a disponibilidade deste energético à população brasileira apresenta forte tendência positiva, como pode ser visto no Gráfico 1 (dados da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, ANP), que mostra a ascensão da importação de gás, e no Gráfico 2 (dados do Balanço Energético Nacional de 2008, BEN 2008), que mostra a evolução das reservas brasileiras de gás natural. Gráfico 1: Importação de Gás Natural no Brasil durante a primeira década

deste 2000

Gráfico 2: Tendência das Reservas Provadas de Gás Natural no Brasil

Grandes montantes de investimentos são vitais para a descoberta destas

reservas, e a fim de continuar o trabalho de exploração, é imprescindível a recuperação destes investimentos, portanto, é plausível a expectativa da monetização das reservas, ou seja, da venda aos consumidores do gás natural já descoberto.

Para tanto, há a necessidade do desenvolvimento do mercador consumidor para

tal produto, não esquecendo de que se trata de um produto não-renovável, este desenvolvimento seria de forma responsável, ou seja, considerando o médio e o longo prazo.

Uma alternativa para difusão do uso do gás natural de forma responsável é via

desenvolvimento da célula a combustível (uma nova tecnologia) usando o gás como insumo de primeira instância. Isto porque a célula combustível trabalha a energia de forma eficiente e limpa (já tendo impacto positivo num primeiro momento), e sua evolução de desenvolvimento tende ao uso de insumos mais sustentáveis ainda, como o álcool e a água, alcançando, deste modo, o viés de responsabilidade de médio e longo prazo.

Como há observância de experiência válida de caso de introdução de uma nova

tecnologia no mercado brasileiro de combustíveis automotivos, este setor terá mais enfoque no presente trabalho.

2. CARACTERIZAÇÃO DO MERCADO DE GÁS NATURAL, CONTEXTO ATUAL Através dos gráficos 4 e 5 extraídos do BEN 2008, pode-se analisar a matriz

energética mundial e brasileira em dois momentos, em 1973 e num período mais recente. Nota-se a precocidade internacional na utilização do gás natural que ocupa o terceiro lugar na matriz. Mas também se observa a evolução da utilização do gás no Brasil que sai da última posição em 1973 para a quarta em 2007.

Gráfico 4: A Matriz Energética Brasileira há Mais de Três Décadas

Gráfico 5: Matriz Energética Brasileira na Atualidade

Essa evolução do uso do gás natural no Brasil resulta principalmente da política

de maior utilização deste produto advindo da importação predominantemente boliviana através do Gasbol (o gasoduto Brasil-Bolívia, que começou a ser construído em 1997 e iniciou sua operacionalização comercial em 1999). A evolução das importações do gás natural pode ser observada no gráfico 6 (dados da ANP).

Gráfico 6: A Importação de Gás Natural no Brasil na Última Década.

O gráfico 7 a seguir, extraído do BEN 2008, mostra o aumento do consumo de

gás em diferentes setores.

Gráfico 7: Uso Final do Gás Natural desde 1970

Unidade tep1 No setor de transportes, mais especificamente no rodoviário (uma vez que não

se observa consumo exprecivo em ferrovias e na aviação), também se observa uma evolução no consumo e na importância do produto em questão, como pode ser visto no gráfico 3.

1 Unidade tep: Tonelada Equivalente de Petróleo, unidade de medida de consumo de energia equivalente a 7,4 barris equivalentes de petróleo ou 10.000 Mcal.

Gráfico 3: Evolução da Estrutura de Consumo dos Combustíveis no Transporte Rodoviário Brasileiro.

3. ANÁLISE PROÁLCOOL COMO VETOR DO ÁLCOOL COMBUSTÍVEL Atualmente, o álcool combustível possui uma participação de mais de 16% no consumo de energia no setor de transportes rodoviário (como visto no gráfico 8, extraído do BEN 2008), antes de 1975 este energético não tinha participação expressiva (o que pode ser constato no gráfico 3).

Gráfico 8: Distribuição do Consumo de Combustíveis no Setor Transportes

O consumo de álcool combustível tem seus primórdios no Programa Nacional do Álcool (Proálcool), sendo este programa o responsável pela massificação deste insumo no setor de transportes. A difusão do uso do álcool foi principalmente através de uma nova tecnologia, a de combustão de somente álcool em carros leves.

O principal objetivo do PROÁLCOOL era atenuar os problemas ocasionados

pelos choques do petróleo, uma vez que a matriz energética brasileira em torno de 1970 tinha grande participação do petróleo e seus derivados, principalmente no setor de transportes (como visto nos gráficos 4 e 3). Com isso, houve a intervenção do Estado no sentido de diversificar a matriz energética brasileira na direção de não dependência externa com relação ao petróleo.

O programa foi extremamente amplo, uma vez que não se restringiu em

resolver o problema da balança comercial e de estratégia de não dependência externa de petróleo, mas também colocou em prática políticas de desenvolvimento tecnológico e ambientais, uma vez que auxiliou a introdução da nova tecnologia no mercado (o carro a álcool) e ajudou a massificar um combustível não fóssil e menos poluente, o álcool tanto o anidro2 como o etílico3.

Na primeira fase do programa, em 1975, passou-se a usar o álcool anidro

misturado na gasolina comum (na proporção de 20% de álcool na gasolina), sem que houvesse necessidade de alteração nos motores dos veículos.

Somente na segunda fase, em 1979, o carro movido a álcool entrou em cena,

com o uso do álcool etílico, o álcool hidratado carburante4, exigindo adaptações na linha de produção do setor automobilístico, na rede de distribuição e no comportamento dos consumidores, que passaram a aceitar um produto novo, ainda em fase de desenvolvimento.

2 O álcool anidro (sem água) é miscível com a gasolina em qualquer proporção. 3 O álcool etílico hidratado possui 96% de pureza e 4% de água (96° GL). 4 Posteriormente, para evitar o uso indevido do álcool, foi iniciada a mistura de 3% de gasolina no álcool hidratado.

4. ARCABOUÇO ECONÔMICO ANALÍTICO

4.1. MICROECONÔMICO

A representação de um mercado é obtida com a junção da curva de demanda

(que representa as preferências e restrições orçamentárias do consumidor frente às variações de preço e de quantidade do bem analisado) e da curva de oferta (que representa o nível ótimo de produção pela firma considerando a maximização do lucro, a minimização dos custos e as considerações de tempo – curto ou longo prazo).

Geralmente, o equilíbrio deste mercado, quando este é considerado

competitivo, é obtido via sinalização de preços, sendo um ponto ótimo de Pareto5. Mas existe situações em que o governo pode aumentar o bem estar da população interferindo no mercado, nas chamadas falhas de mercado, duas delas são: a presença de bens públicos e quando há externalidades.

4.1.1. Bens Públicos e Semipúblicos

Os bens públicos e semipúblicos (também chamados de meritórios), devido a

suas características diferenciadas dos bens privados acabam que seus preços não conseguem sinalizar adequadamente aos consumidores e aos produtores no mercado (dado como competitivo), com isso aparece a ineficiência de mercado. Nos dois tipos de bens, o público e o semipúblico, o mercado geralmente produz uma quantidade menor do que a quantidade socialmente ótima.

Os bens públicos possuem duas características importantes que os difere dos

bens privados: a não-rivalidade e a não-exclusividade. A primeira característica relaciona-se ao custo marginal6 igual a zero, o que permite o uso do bem por um indivíduo sem impedir ou reduzir seu uso simultâneo por outro indivíduo. A segunda característica se relaciona a impossibilidade de impedir o consumo do bem por qualquer indivíduo, ou seja, há a impossibilidade de exclusão do consumo deste bem, com isso o bem pode ser usufruído sem a necessidade de pagamento direto, dificultando a sinalização via mercado.

Um exemplo de bem público é um programa que visa combater a poluição

ambiental. Os bens semipúblicos ou meritórios caracterizam-se pela certa não-rivalidade e

por serem parcialmente excludentes. Geralmente são produzidos publicamente devido à importância que a sociedade atribui a sua produção, que normalmente não é a quantidade socialmente desejada.

Um exemplo de bem semipúblico ou meritório é o desenvolvimento de novas

tecnologias, uma vez que o sistema autoral e de patentes não garante aos inventores o direito de cobrar pelo uso de sua invenção para sempre, passado algum tempo, a nova tecnologia é considerada como um conhecimento/tecnologia de domínio público.

5 Situação que não pode ser melhorada sem degradar a situação de outro agente econômico. 6 Custo de uso/aquisição de um bem a mais por um consumidor.

4.1.2. Externalidades

Quando os preços de mercado não refletem as atividades dos produtores ou consumidores, outra possível causa para este problema pode ser a existência de uma externalidade.

Uma externalidade acontece quando alguma atividade de produção ou de

consumo possui um efeito indireto sobre as atividades de consumo ou produção que não estejam diretamente refletidas nos preços de mercado. Ou seja, externalidades são efeitos realizado por um agente econômico e que atinge outros agentes, sem que estes tenham oportunidade de impedi-lo ou a obrigação de pagá-los.

Existem externalidades negativa (quando a ação de uma das partes impõe

custos sobre a outra) e externalidades positivas (quando a ação de uma das partes beneficia a outra).

Um exemplo de externalidade positiva é o caso de uma nova tecnologia,

também chamada de externalidade tecnológica, pois embora haja o sistema de patentes, este é temporário, o que faz com que outras pessoas ou empresas adquiram gratuitamente o conhecimento não criado por eles. Ocorre desta forma, certo desincentivo à produção tecnológica, podendo ocorrer uma produção tecnológica menor do que seria a quantidade ótima.

Outro exemplo de externalidade positiva, observado no setor de gás, é o caso

dos consumidores que converteram seus carros para utilizar gás natural, observa-se que quanto maior o número de conversões, ou seja, quanto maior o número de consumidores, mais postos de distribuição deste combustível tornam-se economicamente viáveis, ocorrendo a disseminação pelos centros urbanos de novos postos de distribuição de gás, o que por sua vez leva outros consumidores a converterem seus carros, já que estes não observam só o preço mas também a facilidade do abastecimento, fator positivo que não é captado pelo preço de mercado do gás natural. Este tipo de externalidade é denominada externalidade de rede, a demanda exercida por uma pessoa é influenciada pelo número de outros consumidores que já tenha adquirido a mesma mercadoria.

Um exemplo de externalidade negativa é a poluição do ar produzida por uma

usina ou mesma por carros, isto ocorre porque a usina ou os motoristas dos carros (responsáveis pelos carros poluidores) não têm nenhum incentivo para responder adequadamente aos custos externos que eles estão impondo a outros cidadãos. Há, neste caso, uma diferença entre o custo marginal privado e custo marginal social. Uma medida para correção desta diferença é a imposição de um ônus ou imposto pelo Estado, encarado como um tributo corretivo. Este tributo é considerado um instrumento pigouviano podendo ser representado genericamente na figura 1.

Figura1: Representação genérica de instrumento pigouviano

Fonte própria

No caso de concorrência perfeita e sem externalidades tem-se a curva de oferta considerando tão somente o custo marginal privado, com equilíbrio em A (figura 1), onde se observa o ótimo de Pareto. Entretanto, na presença de uma externalidade negativa, t = BF por unidade produzida, há saída do ponto ótimo, pois agora não há mais igualdade entre preço e custo marginal, agora há a necessidade de considerar também o custo marginal da sociedade. Diante disso, o Estado, através da autoridade ambiental, impõe um tributo (por unidade produzida) igual ao valor da externalidade. Neste momento a curva de custo marginal é “corrigida” e tem-se uma nova curva de oferta que reflete os custos marginais privados (CMP) mais o custo marginal social (CMS).

Mas devido à dificuldade em saber o valor exato da externalidade, esse

instrumento pigouviano tem pouca aplicação prática. Esta dificuldade envolve principalmente o problema de se dar valores a bens que não são transacionáveis (por exemplo, o ar poluído e a água poluída).

Outra medida que pode ser tomada para correção da ineficiência de mercado,

ou mesmo da diferença entre custo marginal privado e custo marginal social, é o uso de instrumentos de “Second-Best”.

Esses instrumentos de controle, aplicado a uma externalidade causada pela

poluição, por exemplo, não necessariamente conduziriam ao nível ótimo de Pareto, mas são eficientes para resolução do problema, uma vez que se alcança um menor custo social da emissão de poluentes. Uma das principais vantagens dessas políticas, o que permite sua aplicabilidade prática, é que se elimina a necessidade de se conhecer as funções de custo ambiental e, conseqüentemente, de valoração monetária da qualidade ambiental. Taxas, subsídios, direitos de poluição e “Comand and Control” (controle direto de poluição por meio da especificação da tecnologia e/ou da quantidade permitida de emissão em cada fonte) são alguns exemplos instrumentos de políticas de “Second Best”. 4.2. ECONOMIA DOS RECURSOS NATURAIS

No século passado, a diminuição da importância dos recursos naturais na

análise econômica foi justificada pela relativa abundância da maioria dos recursos naturais, sendo assim considerados economicamente gratuitos e mesmo bens públicos.

Foi a partir dos anos 70 do século XX que os recursos naturais foram novamente reintroduzidos no escopo principal da teoria econômica, através do famoso “Clube de Roma” e outros fóruns que debateram intensamente sobre os limites do crescimento econômico.

Os recursos naturais podem ser classificados em renováveis (ou reprodutíveis)

ou em não-renováveis (também chamados de exauríveis, esgotáveis ou não-reprodutíveis), sendo a capacidade de recomposição de um recurso no horizonte de tempo humano o principal critério para a classificação dos recursos naturais.

Os solos, o ar, as águas, as florestas, a fauna e a flora são considerados

recursos naturais renováveis, já que seus ciclos de recomposição são compatíveis com o horizonte de vida do ser humano. Os minérios em geral e os combustíveis fósseis (petróleo e gás natural) são considerados como não-renováveis, uma vez que são necessárias eras geológicas para sua formação.

A existência dos recursos não-renováveis já demonstra a necessidade de

introduzir uma dimensão intemporal na análise econômica, uma vez que aquilo que é extraído hoje não estará disponível amanhã. Sendo que decisões intertemporais implicam opções feitas no presente, mas que apresentam conseqüências no futuro. No caso de recursos exauríveis, também envolvem decisões sobre a época adequada de sua exploração. Devido o esgotamento de um recurso finito, a dimensão intertemporal implica em um “custo de uso”, que representa o valor que as gerações presentes devem pagar, ou reduzir de sua renda, de forma a compensar as gerações futuras pelo esgotamento desses recursos.

Com isso, o desenvolvimento do mercado consumidor do gás natural, que se

trata de um recurso-não renovável, deve ser planejado de forma responsável antevendo a futura substituição deste energético por outra fonte de energia mais sustentável. Deste modo, se evidencia o arcabouço analítico econômico energético visando uma nova tecnologia, a célula combustível no caso, que poderá ser primeiramente desenvolvida usando o gás natural e mais tarde, num médio e longo prazo, utilizar outras fontes de energia mais sustentáveis.

5. CÉLULAS COMBUSTÍVEIS MAIS UMA OPÇÃO DE USO DO GÁS NATURAL Célula combustível (Fuel Cells) é uma tecnologia que gera eletricidade por meio

de reações químicas. A importância da célula está na sua alta eficiência (não há relação com o ciclo de Carnot7), na ausência de emissão de poluentes (pois utiliza o hidrogênio puro) e por ser silenciosa.

Um sistema de célula de combustível pode usar o hidrogênio contido em

qualquer combustível hidrocarboneto – como o gás natural, a gasolina e o álcool. Já que a célula a combustível depende da química e não da combustão, as emissões de um sistema deste tipo são muito menores que os processos de combustão de combustíveis.

Há diversos usos para as células de combustível. Elas podem fornecer energia

para ônibus, barcos, trens, aviões, scooters e também bicicletas. Atualmente, grandes

7 ciclo termodinâmico, utilizado em motores de combustão interna com ignição por faísca, usado na maioria dos automóveis de passeio

empresas fabricantes de automóveis estão trabalhando para comercializar um automóvel com células a combustível.

Em menor tamanho, células podem ser usadas em telefones celulares, laptops e

equipamentos eletrônicos portáteis e em maior tamanho podem fornecer energia para instalações hospitalares e bancos. Plantas de tratamento de águas residuais e aterros sanitários, também podem usá-las, bastando converter o gás metano que produzem, e assim gerar eletricidade.

A célula a combustível apresenta um maior grau de eficiência do que os

motores à combustão interna. Deste modo, o uso de células a combustível significa uma maior economia de recursos e uma maior eficiência energética quando comparada a motores de combustão interna.

O uso de veículos a células de combustível também dará um grande auxílio à

defesa do meio ambiente uma vez que diminuirão as emissões de gases poluentes e principalmente de gases de efeito estufa. Lembrando que os gases de efeito estufa estão diretamente ligados ao Aquecimento Global, causa fundamental nas Mudanças Climáticas Globais que são foco evidente dos sistemas econômicos modernos.

Como os veículos com células a combustível funcionam com motores elétricos,

os quais têm poucas partes móveis (somente bombas e ventiladores necessárias para fornecer combustível e a refrigeração), as vibrações no veículo e o barulho serão reduzidos na maior parte e a manutenção de rotina (troca de óleo, substituição das velas do motor) serão desnecessários.

Observa-se, deste modo, que a adoção da célula a combustível deve ser

analisada como uma real alternativa para implementação, uma vez que o uso do gás natural seria otimizado e sua introdução ampliaria os horizontes de obtenção de energia não só via gás natural, como também, futuramente, via álcool e outros hidrocarbonetos (e até mesmo da água).

6. A CÉLULA COMBUSTÍVEL E AS CONSIDERAÇÕES POLÍTICO ECONÔMICAS

A introdução da célula a combustível contemplaria não só a eficiência

energética como também a necessidade do desenvolvimento do mercado de gás de forma responsável, uma vez que inicialmente as células teriam como insumo o gás natural, que é um combustível mais limpo que os atualmente usados (a gasolina e o óleo diesel, por exemplo). Sendo que futuramente, com o avanço técnico e consolidação de mercados, fontes mais sustentáveis, tais como álcool e água, serão opções na obtenção do hidrogênio, como combustível desta nova tecnologia.

Não seria a primeira vez que no Brasil o uso de uma nova tecnologia

incentivaria e ampliaria o uso de um combustível, um exemplo é a introdução do carro movido exclusivamente a álcool pelo Programa Nacional do Álcool – PROÁLCOOL, que teve papel fundamental para a massificação deste combustível no mercado automotivo brasileiro.

A intervenção do Estado parece inevitável, já que há a presença de duas fontes

de desvio de eficiência do mercado: a externalidade e a presença de bem público e semipúblico.

A externalidade a ser corrigida é a negativa advinda da poluição dos automóveis, por exemplo, que utilizam combustíveis mais ofensivos ao meio ambiente (gasolina e óleo diesel, por exemplo). Uma conseqüência, que apareceria com a atuação do Estado no sentido de introduzir a nova tecnologia, seria outra externalidade, mas esta seria uma positiva, a externalidade tecnológica.

O bem meritório, que necessitaria da atuação do Estado para garantir sua

oferta ótima, é o processo de desenvolvimento da nova tecnologia. E o bem público seria o próprio programa, que visaria combater a poluição ambiental.

Essa intervenção do Estado seria com o uso de instrumentos de “Second-Best”,

que alcançam um menor custo social da externalidade negativa causada pela poluição. Exemplos desta política seriam os subsídios e outros procedimentos de proteção e incentivo ao desenvolvimento da nova tecnologia. Um programa como o utilizado para desenvolver o mercado consumidor de álcool combustível, o PROÁLCOOL, seria uma maneira de desenvolver o mercado de gás natural via célula a combustível.

7. CONCLUSÃO As possibilidades para um mercado de gás natural maduro incluem estudo e

avaliação, dentro da economia da energia, da inclusão de uma nova tecnologia de uso deste combustível, que no caso deste trabalho trata-se da célula a combustível. Nesse sentido, assumi-se a percepção pragmática de difusão de uso do álcool combustível através do PROÁLCOOL, permitindo a constatação do caráter benéfico do desenvolvimento de novas tecnologias num caso brasileiro. A identificação ao longo do trabalho das externalidades e das características específicas de certos bens define a necessidade da atuação do Estado no empreendimento de massificar o uso do gás natural no caso específico da célula combustível. Evidencia que o amadurecimento do mercado consumidor de gás natural via introdução da tecnologia de célula a combustível implica numa política de caráter não só estratégico mas também uma política desenvolvimentista e ambiental.

Uma política que apoiasse o desenvolvimento do mercado consumidor de gás

natural via introdução da tecnologia de célula a combustível se configuraria em uma política de caráter não só estratégico, aproveitando a oferta abundante de um insumo energético e diversificando a matriz energética (conferindo maior segurança energética ao país), como também uma política desenvolvimentista (por introduzir uma nova tecnologia no mercado) e ambiental (por adotar uma tecnologia mais limpa).

Com isso, este trabalho contribui por oferecer informações e auxílio para a

discussão sobre a relevância do gás natural como uma fonte energética útil e pertinente para diversificação de nossa matriz energética, com vantagens nos aspectos de eficiência, segurança e redução da poluição ambiental. Este trabalho serve, portanto para estudiosos no tema e para formuladores de políticas públicas como substrato para pesquisa e tomada de decisões referentes a incentivos no setor energético.

8. AGADECIMENTO

Os autores Agradecem ao PRH-ANP/MCT/MME (Programa de Recursos Humanos da Agencia Nacional de Petróleo) e a FINEP pela concessão da bolsa de Iniciação Científica que possibilitou o desenvolvimento deste trabalho (através do PRH-ANP/04). 9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Varian, H. R. Microeconomia - 6ª Edição. Rio de Janeiro: Elsevier, 2003. [2] Pindick, R. S.; Rubinfield, D. L. Microeconomia - Quinta Edição. São Paulo: Predice Hall,

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