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Análise exergética e de trabalho útil do Brasil entre
1971 e 2009
Francisco Pinto Leite Vieira de Sá
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia do Ambiente
Júri
Presidente: Professor Doutor Ramiro Joaquim de Jesus Neves
Orientadora: Professora Doutora Tânia Alexandra dos Santos Costa e Sousa
Co-orientador: Engenheiro André González Cabrera Honório Serrenho
Vogal: Professor Doutor Henrique Aníbal Santos de Matos
Maio 2013
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AGRADECIMENTOS
A elaboração da presente dissertação só foi possível graças à colaboração e apoio de diversas
pessoas às quais quero manifestar os meus mais sinceros agradecimentos.
Em primeiro lugar à Professora Doutora Tânia Alexandra dos Santos Costa e Sousa, minha
Orientadora de dissertação de Mestrado, pela oportunidade de realizar este trabalho e do que com
ele aprendi, pelo empenho, rigor, disponibilidade, apoio e paciência que sempre demonstrou e por
todos os conhecimentos que me transmitiu, bem como pelo voto de confiança para realizar este
trabalho.
Ao Engenheiro André González Cabrera Honório Serrenho, meu Co-Orientador de dissertação de
Mestrado, pela sua disponibilidade, boa disposição, acompanhamento, paciência e empenho que
evidenciou e pela sua capacidade de colocar-me sempre no caminho certo para a finalização desta
dissertação.
Aos meus colegas e amigos que sempre tiveram uma palavra de apoio e de calma para os momentos
em que eu estava mais nervoso mas também pelos momentos de descontração que me
proporcionaram em momentos mais stressantes.
Não posso deixar de fazer um agradecimento especial à Marta Mendes, Sofia Graça, Vanessa Seixas
e, sobretudo à Teresa Gouveia, que para além da paciência demonstrada, conseguiram sempre
ajudar-me a arranjar uma solução para os problemas que iam surgindo.
À minha Mãe, irmã, cunhado mas sobretudo ao meu Pai, por todo o apoio, paciência e carinho que
tiveram comigo, foram fundamentais para a conclusão desta “missão”.
A todos, muito obrigado!
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RESUMO
A energia é um fator decisivo no desenvolvimento da economia e da qualidade de vida. Os países
que se incluem nos BRIC têm tido um crescimento económico fulgurante prevendo-se que, em breve,
as suas economias ultrapassem as dos países desenvolvidos. Neste contexto, é importante realizar
estudos energéticos focados nestes países que permitam criar cenários de consumo de energia e
perceber de que modo serão compatíveis com o seu desenvolvimento sustentável.
Esta dissertação centra-se no estudo das necessidades de consumo energético de um dos BRIC, o
Brasil. Utiliza-se uma metodologia melhorada de Serrenho et al. (2013) para o cálculo do trabalho útil,
traduzida na divisão do trabalho mecânico em trabalho mecânico estacionário e transportes.
Concluiu-se que os usos finais que apresentaram maior taxa de crescimento foram o trabalho
mecânico estacionário e o calor de alta temperatura - devido ao crescimento industrial, onde estes
usos são mais comuns – e que a eficiência exergética também cresceu dada a maior eficiência
destes usos. O calor de baixa temperatura representa também um dos usos mais relevantes devido
ao elevado peso da indústria alimentar que necessita de processos de secagem realizando-se a
baixas temperaturas.
Comparando estes resultados com os atingidos para Portugal, constatou-se que os usos finais
energéticos são bastante semelhantes, com exceção dos transportes que em Portugal apresentaram
um crescimento mais acentuado. Também as intensidades exergéticas dos dois países apresentaram
um comportamento semelhante ostentando Portugal valores ligeiramente inferiores. Contudo,
contrariamente a Portugal, a intensidade de trabalho útil brasileira teve um aumento significativo
devido ao crescimento industrial.
Palavras-chaves: Trabalho útil, exergia, energia, eficiência, usos de energia.
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ABSTRACT
Energy is crucial to the improvement of social and economic welfare. Developed countries are the
ones which have most influence in the World’s economic growth but, it is predicted that these are
going to be substituted by the BRIC. That is why we need to elaborate energy studies focus in the
countries with the aiming its consumption of energy and sustainable developing.
This work aims to study the need of energy consumption in one of the BRIC country, Brazil. We used
an improved methodology of Serrenho et al. (2013) to make an useful work accounting, with the
division of mechanical work in stationary mechanical work and transport.
We concluded that the final uses with the higher growing rate were stationary mechanical work and
high temperature heat – due to the big investment of Brazil in the industrial sector, which these are the
most common uses – and also that the exergy efficiency has also grown due to the higher efficiencies
of these energy uses. Also, low temperature heat is one important final use due to the importance of
the food industry in Brazil that mostly uses drying processes.
Comparing these results with those obtained for Portugal in Serrenho et al. (2013) we concluded that
the final energy uses are quite similar, with the exception of transports which have presented an
increase in Portugal. Also, exergy intensities in both countries have a similar behavior except that
Portugal presents lower values. However, contrarily to Portugal, useful work intensity had a major
growth which is natural in developing countries.
Keywords: Useful work, exergy, energy, efficiency, energy uses, energy carriers.
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ÍNDICE
AGRADECIMENTOS .............................................................................................................................. iii
RESUMO ..................................................................................................................................................v
ABSTRACT ............................................................................................................................................ vii
ÍNDICE ..................................................................................................................................................... ix
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................................... xi
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................................. xiii
LISTA DE ABREVIATURAS ................................................................................................................... xv
1 INTRODUÇÃO............................................................................................................................. 1
1.1 Motivação ............................................................................................................................ 1
1.2 Objetivos e estrutura do trabalho ........................................................................................ 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................................ 5
2.1 Análise Energética ............................................................................................................... 5
2.1.1 Energia Primaria, Final e Útil .............................................................................................. 5
2.1.2 Exergia e Trabalho útil ........................................................................................................ 6
2.1.3 Eficiência ............................................................................................................................ 8
2.2 Transição energética ......................................................................................................... 11
2.2.1 Transição energética ao nível dos vetores energéticos ................................................... 11
2.2.2 Transição energética ao nível do uso de energia ............................................................ 13
2.3 Balanço Energético Nacional ............................................................................................ 14
2.3.1 Delimitação do BEN ......................................................................................................... 15
2.3.2 Produtos Energéticos ....................................................................................................... 15
2.3.3 Fluxos Energéticos ........................................................................................................... 15
2.3.4 Estrutura geral .................................................................................................................. 16
2.4 Intensidade energética ...................................................................................................... 17
3 ASPETOS HISTÓRICOS DO SISTEMA ENERGÉTICO DO BRASIL...................................... 19
3.1 Energia Primária ...................................................................................................................... 19
3.2 Carvão ..................................................................................................................................... 22
3.3 Gás Natural ............................................................................................................................. 24
3.4 Petróleo ................................................................................................................................... 27
3.5 Combustíveis Renováveis ....................................................................................................... 29
x
3.6 Eletricidade .............................................................................................................................. 32
3.7 Alimentação ............................................................................................................................. 33
4 METODOLOGIA ........................................................................................................................ 35
4.1 Conversão de energia final para exergia final ................................................................... 35
4.2 Colocação de cada consumo de exergia final nas diferentes categorias de trabalho útil 36
4.2.1 - Definição das categorias de trabalho útil ....................................................................... 36
4.2.2 - Colocação dos consumos de exergia final nas respetivas categorias de trabalho útil .. 38
4.2.2.1 Carvão & derivados, petróleo & derivados e gas natural ........................................... 38
4.2.2.2 Usos da biomassa ...................................................................................................... 40
4.2.2.3 Usos da Eletricidade ................................................................................................... 42
4.3 Definição das eficiências de Segunda Lei ......................................................................... 43
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................................................. 51
5.1 Energia final e Exergia Final ................................................................................................... 51
5.2 Trabalho útil ............................................................................................................................. 57
5.3 Eficiência de Segunda Lei ....................................................................................................... 59
5.4 Comparação entre Brasil e Portugal ....................................................................................... 60
5.5.1 Energia e exergia final ...................................................................................................... 60
5.5.2 Trabalho útil ...................................................................................................................... 65
5.5.3 Eficiência de Segunda Lei ................................................................................................ 66
5.5.4 Intensidade energética primária, exergética final e trabalho útil ...................................... 68
6 CONCLUSÕES ......................................................................................................................... 71
7 TRABALHOS FUTUROS .......................................................................................................... 75
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................. 77
ANEXOS ............................................................................................................................................ 83
A - Usos dos combustíveis fósseis no setor económico brasileiro ............................................... 83
B - Usos energéticos dados aos combustíveis renováveis ........................................................... 87
C - Percentagens do uso da Eletricidade no setor residencial brasileiro ...................................... 89
D - Eficiência de Segunda Lei (em %) considerando os usos finais dados à Eletricidade no Brasil
....................................................................................................................................................... 91
E - Usos energéticos para cada vetor energético ......................................................................... 93
F - Evolução do PIB do Brasil e de Portugal ................................................................................. 97
xi
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Teor exergético de diferentes fluxos de energia. Fonte: Serrenho et al., 2013. ................. 7
Tabela 2.2- Eficiências de Segunda Lei para alguns equipamentos utilizados frequentemente. Nota
que T1>T2>To>T3. Fonte: Ford et al., 1975; Serrenho et al., 2013. .................................................... 10
Tabela 4.1 - Fatores exergéticos relativos aos portadores de energia. Fonte: Chen et al., 2006;
Serrenho et al., 2013; Wall et al., 1994. ................................................................................................ 36
Tabela 4.2 - Distribuição dos usos energéticos para os combustíveis fósseis no Brasil ...................... 39
Tabela 4.3 - Distribuição dos usos energéticos para os combustíveis renováveis no Brasil ............... 41
Tabela 4.4 - Eficiências de Segunda Lei para as diferentes fontes energéticas e categorias de
trabalho útil. ........................................................................................................................................... 44
Tabela 4.5 - Temperaturas assumidas para as diferentes sub-categorias de calor. Fonte: Serrenho et
al., 2013 e Ayres & Warr, 2010 ............................................................................................................. 49
Tabela C 1 - Percentagem de uso no setor residencial brasileiro de 1971 a 2009. Fonte: PROCEL,
2008c; PROCEL, 1989. 89
Tabela C 2 - Percentagens de uso de energia na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: PROCEL,
2008b; Shaeffer & Wirtshafter, 1992. .................................................................................................... 89
Tabela C 3 - Percentagens do uso da eletricidade no setor comercial brasileiro de 1971 a 2009.
Fonte: PROCEL, 2008a; Shaeffer & Wirthshafter, 1992. ...................................................................... 89
Tabela D 1 - Eficiência de Segunda Lei (em %) consideradas para as diferentes categorias de
trabalho útil tendo como vetor energético a eletricidade de 1971 a 2009 no Brasil. Fonte: Ayres et al.,
2005………………………………………………………………………………………………………………91
xii
xiii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Fluxos de energia e exergia primária a útil. Fonte: Serrenho et al., 2013 ........................... 7
Figura 2.2 - Consumo de energia global e respetivas transições. Adaptado de (Fouquet & Pearson,
2012) ...................................................................................................................................................... 12
Figura 3.1 - Produção de energia primária no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA ............................... 19
Figura 3.2 - Consumo de energia primária no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA ............................... 20
Figura 3.3 - Razão entre a produção e consumo de petróleo & derivados no Brasil de 1971 a 2009.
Fonte: IEA .............................................................................................................................................. 22
Figura 3.4 – Consumo final de carvão nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte: IEA 23
Figura 3.5 – Consumo final de carvão na indústria do Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA .................. 24
Figura 3.6 - Consumo de gás natural final nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte:
IEA ......................................................................................................................................................... 26
Figura 3.7 - Consumo de gás natural final na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: IEA ........... 26
Figura 3.8 - Consumo de petróleo e derivados finais nos diferentes setores brasileiros de 1971 a
2009. Fonte: IEA .................................................................................................................................... 28
Figura 3.9 – Consumo final de petróleo e derivados finais na indústria brasileira de 1971 a 2009.
Fonte: IEA .............................................................................................................................................. 29
Figura 3.10 – Consumo final de combustíveis renováveis nos diferentes setores brasileiros de 1971 a
2009. Fonte: IEA .................................................................................................................................... 31
Figura 3.11 - Consumo final de combustíveis renováveis na indústria brasileira de 1971 a 2009.
Fonte: IEA .............................................................................................................................................. 32
Figura 3.12 - Oferta interna de energia elétrica por fonte em 2009. Fonte: Relatório final do BEN 2010;
EPE ........................................................................................................................................................ 33
Figura 3.13 - Uso de exergia final da alimentação no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: FAO, 2013a,
2013b, 2013c; IBGE, 1991. ................................................................................................................... 34
Figura 4.1 - Mapa do Brasil dividido em Regiões. Fonte: IBGE............................................................ 48
Figura 5.1 - Consumo de energia final por setor no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA. ..................... 51
Figura 5.2 - Estrutura energética brasileira por setor de 1971 a 2009. Fonte: IEA. ............................. 51
Figura 5.3 - Energia final consumida no setor dos usos próprios da energia no Brasil por vetor
energético de 1971 a 2009. Fonte: IEA ................................................................................................. 52
Figura 5.4 - Consumo de energia final no setor residencial brasileiro de 1971 a 2009. ....................... 53
Figura 5.5 - Estrutura energética final do setor residencial brasileiro de 1971 a 2009. ........................ 53
Figura 5.6 - Consumo brasileiro de exergia final por fonte de 1971 a 2009. ........................................ 54
xiv
Figura 5.7 - Consumo de exergia final no Brasil por fonte em termos relativos. .................................. 55
Figura 5.8 - Consumo brasileiro de exergia final por categoria de trabalho útil.................................... 56
Figura 5.9 - Estrutura do consumo de exergia final no Brasil por categoria de trabalho útil. ............... 56
Figura 5.10 - Consumo de trabalho útil por categoria no Brasil em termos cumulativos. .................... 58
Figura 5.11 - Trabalho útil por categoria no Brasil em termos relativos. .............................................. 58
Figura 5.12 - Consumo de exergia final e de trabalho útil no Brasil de 1971 a 2009. .......................... 59
Figura 5.13 - Eficiência agregada de Segunda Lei para o Brasil de 1971 a 2009................................ 59
Figura 5.14 - Consumo de energia final por setor no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. Fonte: IEA
............................................................................................................................................................... 61
Figura 5.15 - Estrutura do consumo de energia final por sector no Brasil e em Portugal de 1971 a
2009. Fonte: IEA .................................................................................................................................... 61
Figura 5.16 - Consumo de trabalho útil no setor residencial brasileiro entre 1971 a 2009. ................. 63
Figura 5.17 - Estrutura de exergia final no Brasil e em Portugal por categoria útil de 1971 a 2009.
Fonte para o caso português: Serrenho et al., 2013 ............................................................................. 64
Figura 5.18 - Estrutura do trabalho útil no Brasil e em Portugal por categoria de 1971 a 2009. Fonte
para o caso português: Serrenho et al., 2013 ....................................................................................... 65
Figura 5.19 – Consumo de energia final no setor dos transportes per capitano Brasil e em Portugal de
1971 a 2009. Fonte: IEA. ……………………………………………………………………………………..66
Figura 5.20 - Evolução da eficiência agregada de Segunda Lei para Portugal e para o Brasil de 1971 a 2009. …………………………………………………………………………………………………………..67
Figura 5.21 - Intensidade energética primária no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. ..................... 68
Figura 5.22 - Intensidade exergética no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. ................................... 69
Figura 5.23 - Intensidade de trabalho útil no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. ............................ 69
Figura E 1 - Uso de exergia final do carvão e derivados no Brasil de 1971 a 2009…………………….93
Figura E 2 - Uso de exergia final do petróleo e derivados no Brasil de 1971 a 2009. .......................... 93
Figura E 3 - Uso de exergia final do gás natural no Brasil de 1971 a 2009. ......................................... 94
Figura E 4 - Uso de exergia final dos combustíveis renováveis no Brasil de 1971 a 2009. ................. 94
Figura E 5 - Uso de exergia final da eletricidade no Brasil de 1971 a 2009. ........................................ 95
Figura F 1 - Evolução do PIB de Portugal de 1971 a 2009 a preços constantes e utilizando o método
de paridade de compra. Fonte: IEA…………………………………………………………………………..97
Figura F 2 - Evolução do PIB do Brasil de 1971 a 2009 a preços constantes e utilizando o método de
paridade de compra. Fonte: IEA………………………………………………………………………………97
xv
LISTA DE ABREVIATURAS
ABCM – Associação Brasileira de Carvão Mineral
ANFAVEA – Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos Automotores
BEN – Balanço Energético Nacional
BSP – Biocombustíveis Sólidos Primários
COP –Coefficient of performance
CSN – Companhia Siderúrgica Nacional
E & E – Economia & Energia
EPE – Empresa de Pesquisa Energética
EUA – Estados Unidos da América
FAO – Food and Agriculture Organization
GPL – Gás de petróleo liquefeito
IAA – Instituto do Açucar e do Álcool
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IEA –International Energy Agency
IEEJ – Institute of Energy Economics, Japan
INMET – Instituto Nacional de Meteorologia
OBL – Outros biocombustíveis líquidos
OCDE – Organização de Cooperação e de Desenvolvimento Económico
PIB – Produto Interno Bruto
PNPB – Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel
PPC – Paridade do poder de compra
PróAlcool – Programa Nacional do Álcool
PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
SIECESC – Sindicato da Indústria de Extração de Carvão do Estado de Santa Catarina
SNIC – Sindicato nacional da Indústria do Cimento
UE – União Europeia
xvi
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 Motivação
A energia contribui decisivamente para a melhoria do bem-estar social e económico da humanidade.
O abastecimento energético é vital à continuidade dos níveis de manutenção e de crescimento da
atividade económica dos países e a sua redução poderá acarretar um decréscimo económico e nos
padrões de vida (Fouquet et al., 2009).
Atualmente países mais industrializados, como os EUA e os membros da UE, têm uma influência
determinante na tomada de decisões e implementação de políticas a nível mundial, com
consequentes reflexos a nível do desenvolvimento tecnológico, económico e bem-estar social
(Goldman Sachs, 2013). Contudo, Jim O’Neill (2001) destacou um conjunto de quatro países em
desenvolvimento cujas economias, previsivelmente por volta do ano de 2050, iriam eclipsar a
economia dos países atualmente mais ricos e desenvolvidos. Os países referidos são o Brasil, a
Rússia, a Índia e a China, comumente denominados por BRIC e representam mais de 40% da
população mundial (Goldman Sachs, 2013).
É precisamente sobre um dos países BRIC que se centra a presente dissertação.
O país escolhido para o efeito foi o Brasil, para conhecer os seus costumes energéticos e a sua
evolução. O país tem vindo a crescer económica e energeticamente, sendo fundamental, porém, que
este crescimento se concretize de modo sustentável, evitando cometer os mesmos erros que foram
cometidos no passado por países atualmente mais industrializados (Mielnik & Goldemberg, 2000).
Ao longo dos últimos dois séculos, nos países atualmente tidos por mais desenvolvidos, verificou-se
um crescimento da economia e da qualidade de vida sem precedentes. Tal facto deveu-se, por um
lado, à substituição de mão-de-obra por energia mecânica, graças ao desenvolvimento de novas
tecnologias - principalmente a partir da Revolução Industrial - e, por outro lado, ao início da utilização
dos combustíveis fósseis, que permitiram o uso de processos mais baratos e eficientes (Fouquet et
al., 2009). Este crescimento, tanto económico como da qualidade de vida, foi influenciado por um
aumento da quantidade da energia produzida (Fouquet et al., 2009). O objetivo mundial, contudo, é
alterar esta situação, ou seja, continuar com o progresso económico mas simultaneamente gastar o
mínimo de energia possível. Um outro dos objetivos mundiais a não perder de vista é a redução da
poluição, principalmente as emissões de dióxido de carbono, que são em grande parte devidas a uma
utilização não sustentável de combustíveis, quer na produção de energia (centrais termoelétricas)
quer nos transportes (Cullen & Allwood, 2010). Com propósitos relacionados com aqueles objetivos
mundiais, realizaram-se cimeiras como a Rio 92 ou o Protocolo de Quioto. Nestas cimeiras foram
definidos objetivos de ordem mundial, como a diminuição dos gastos energéticos e a redução de
emissões atmosféricas, nomeadamente de dióxido de carbono (Cullen & Allwood, 2010). Para se
alcançarem, todavia, estes objetivos definidos pelas cimeiras, é fundamental que todos os países –
principalmente os grandes utilizadores de energia e nomeadamente os BRIC - apostem num
2
melhoramento da eficiência energética e num uso adequado da energia (Águas, 2003/2004; Cullen &
Allwood, 2010; Mielnik & Goldemberg, 2000; Warr et al., 2010).
Para se conseguir uma melhor utilização de energia, é importante a existência de estudos ao nível de
contabilização energética, tendo em vista a otimização da sua utilização. Estes estudos devem
realizar-se para os diversos níveis de fluxos de energia, isto é, ao nível de energia primária, final e útil
(Serrenho et al., 2013). Apesar de atualmente existirem diversos estudos ao nível de energia primária
e final, o mesmo já não se pode dizer ao nível da energia útil (Serrenho et al., 2013).
Acontece que, recorrendo à energia útil grande parte dessa energia não contribui para o crescimento
económico - consequência da Segunda Lei da Termodinâmica -, a qual, apesar disso, é na mesma
contabilizada (Águas, 2003/2004; Moran & Shapiro, 2004).
Por outro lado, no trabalho útil apenas se contabiliza a parte da energia que contribui para o
crescimento económico, desconsiderando-se toda a restante que não tenha este aproveitamento.
Esta propriedade está ligada ao conceito de exergia, que é uma medida da qualidade energética e
consiste no máximo de energia que pode ser aproveitada num dado processo (Ayres, et al., 2003).
Com este conceito é possível fornecer uma visão mais precisa das tendências do ser-humano no que
diz respeito à utilização de energia e as suas necessidades de consumo do que, por exemplo, a
energia útil. O trabalho útil é assim uma abordagem à contabilização energética focada nos fluxos de
energia útil que, apesar de apresentar resultados interessantes, não se lhe dá a devida importância.
(Serrenho et al., 2013; Warr et al., 2010).
O trabalho útil pode traduzir-se numa ferramenta importante à disposição dos países permitindo-lhes
tomar as opções mais adequadas ao nível da política energética pois demonstra bem os usos finais
da energia (Ayres et al., 2003; Chen & Chen, 2009; Warr et al., 2010). Paralelamente, Robert Ayres e
Benjamin Warr referem que o trabalho útil é uma variável de energia que demonstra bem a qualidade
e a produtividade da energia usada na economia, isto é, o trabalho útil fornece uma noção de
produtividade que permite considerar um fator agregado de produção e consegue caraterizar
historicamente a evolução da economia de um dado país (Ayres et al., 2003; Serrenho et al., 2013;
Warr et al., 2010).
Em suma, é importante estudar a evolução do trabalho útil ao longo do tempo, pois esta fornece
dados fundamentais que tornam possível a tomada das melhores decisões energéticas, que levam ao
desenvolvimento da economia sem prejudicar a qualidade de vida e o ambiente. Sendo o Brasil um
país cada vez mais influente a nível mundial, o estudo do trabalho útil neste país pode vir a fornecer
resultados importantes não só a nível nacional, mas também a nível mundial.
1.2 Objetivos e estrutura do trabalho
O principal objetivo desta dissertação é elaborar uma análise do balanço de trabalho útil do Brasil de
1971 a 2009. Na sequência do trabalho útil tem-se como propósito estudar e identificar os hábitos do
uso da energia brasileiros no período em análise.
3
Os objetivos mais específicos a atingir com o presente trabalho visam:
(i) Elaborar uma caracterização exergética do Brasil ao nível dos fluxos primários e finais de
1971 a 2009, detetando quais os vetores energéticos mais utilizados para produção e
consumo de energia (primária e final) e quais os setores económicos que são os maiores
utilizadores de energia, percebendo a sua evolução ao longo do tempo em análise.
(ii) A análise histórica e detalhada do consumo do trabalho útil no mesmo período em estudo, de
forma a perceber quais os principais usos de energia no Brasil.
(iii) Analisar as transições energéticas no Brasil ao nível dos vetores energéticos e dos usos da
energia.
(iv) O cálculo de diversos indicadores de eficiências globais do país, como a eficiência agregada
de Segunda Lei, intensidade energética primária, intensidade exergética final e intensidade
trabalho útil.
(v) A comparação dos resultados obtidos nos pontos acima referidos para o Brasil com os
valores referentes a Portugal obtidos por Serrenho et al. (2013).
Com vista nos objetivos propostos, o trabalho apresenta a seguinte estrutura:
(i) Revisão bibliográfica, neste capítulo definem-se e explicam-se todos os aspetos que,
posteriormente serão abordados na presente dissertação. Todas as definições estão
apresentadas e justificadas na bibliografia.
(ii) Aspetos históricos do sistema energético do Brasil, onde se faz uma caracterização histórica
do consumo e produção de energia primária no Brasil e dos respetivos vetores energéticos
considerados no presente trabalho que é fundamental no entendimento dos resultados finais.
(iii) Metodologia, onde se demonstra o método utilizado de forma a atingir os objetivos propostos.
Todos os passos elaborados estão detalhados e justificados.
(iv) Resultados e discussão, neste capítulo apresentam-se os resultados e a consequente
discussão e justificação dos mesmos. No final deste capítulo, faz-se uma comparação dos
resultados obtidos com Portugal.
(v) Conclusões, onde se referem as principais conclusões obtidas no presente trabalho.
(vi) Trabalhos futuros, onde se dão sugestões para trabalhos futuros suscitados pela presente
dissertação.
4
5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo, com recurso à literatura científica, são revistos alguns conceitos fundamentais para a
perceção do presente trabalho.
2.1 Análise Energética
No contexto da presente dissertação convém definir convenientemente o termo consumo energético,
pois expressões como “poupança de energia” ou “conservação de energia” podem levar a um erro de
entendimento do fenómeno de transferência e conservação de energia (Águas, 2003/2004). Estes
conceitos de poupança ou conservação de energia podem levar a pressupor que a energia se pode
perder ou ser destruída, o que iria contradizer a Primeira Lei da Termodinâmica. Na verdade,
qualquer transformação de energia está associada não a uma perda de energia, mas antes a uma
degradação energética que impede de realizar, de novo, uma transformação idêntica, conforme
decorre da aplicação da Segunda Lei da Termodinâmica (Moran & Shapiro, 2004).
É de notar que as formas de energia não são igualmente convertíveis umas nas outras. Todas se
podem converter em calor, mas não se pode converter integralmente o calor noutras formas de
energia (Águas, 2003/2004).
2.1.1 Energia Primaria, Final e Útil
Existem diversas transformações de energia, assim como são variadas as fontes e as formas de
energia. Por exemplo, se uma pessoa decide ler durante a noite, precisa de luz e o mais provável é
esta ser originada pela eletricidade. Contudo, para produzir eletricidade são necessários vários
processos energéticos onde existem diversas transformações de energia às quais estão associadas
degradações energéticas – consequência da Segunda Lei da Termodinâmica. Se a eletricidade for
produzida numa central termoelétrica terá que se queimar um combustível – petróleo, carvão ou gás
– numa caldeira, criando vapor que, de seguida, passa num grupo de turboalternadores produzindo
eletricidade. Estes processos não têm uma eficiência de 100%, portanto, existe sempre uma parte
desta energia que não é aproveitada para a produção de eletricidade. Paralelamente, apenas uma
pequena parte desta é transformada em iluminação, já que, para além das perdas na distribuição,
quando a eletricidade chega à lâmpada, grande parte desta transforma-se em calor, não tendo
nenhuma utilidade quando se deseja ler um livro.
Aumentar a eficiência nos diversos processos resulta num menor consumo de energia e,
consequentemente, das respetivas fontes energéticas (Águas, 2003/2004; Boyle et al., 2003). Para
isso é importante recorrer a estudos nos diversos estágios de energia mas primeiramente é
necessário proceder à sua definição.
A energia primária refere-se à quantidade de energia original do recurso. É a energia que se encontra
na natureza sem nenhuma conversão ou transformação (Boyle et al., 2003). É designada como “fonte
de energia” e pode ser energia renovável, fóssil, mineral ou ser resultante de resíduos (Águas,
2003/2004).
6
A energia final é a forma comercial da energia, ou seja, como a energia é disponibilizada aos
consumidores (Boyle et al., 2003). Tomando por referência a energia primária, a energia final resulta
na remoção de todas as degradações de energia que estiveram associadas a processos de
transformação de energia primária em final. Estas degradações podem ter diferentes origens estando
associadas ao transporte de energia, à transformação de energia, etc.. Por exemplo, no petróleo
bruto, acontecem degradações em diversos momentos, desde a extração, ao transporte até à sua
refinação (Águas, 2003/2004).
Nem toda a energia fornecida pela fonte é utilizada pelo recetor. A energia útil é a energia que é
realmente aproveitada para um dado uso (iluminação, o aquecimento, entre outros). Esta está
diretamente relacionada com a eficiência dos equipamentos que consomem a energia final. Um
exemplo de energia útil é a luz produzida por uma lâmpada. Como a conversão de eletricidade em
radiação visível da luz apresenta um baixo rendimento, a energia útil é significativamente inferior à
energia final (Águas, 2003/2004; Fouquet & Peaeson, 2006).
2.1.2 Exergia e Trabalho útil
É usual dividir a energia (E) em duas partes: uma que tem um dado uso potencial (B) e outra que não
possui esse uso (A), e que se designam por exergia e anergia respetivamente (Serrenho et al., 2013):
E = B + A (1)
A exergia é um potencial da eficácia de energia. Por outras palavras, é uma medida da qualidade de
energia (Cullen & Allwood, 2010; Serrenho et al., 2013; Warr et al., 2010). Esta designa a capacidade
da energia para executar trabalho e está formalmente definida como a quantidade máxima de
trabalho que um subsistema pode realizar nas suas vizinhanças à medida que nos aproximamos
reversivelmente do equilíbrio termodinâmico (Moran & Shapiro, 2004; Warr et al., 2010).
Ao contrário da energia, a exergia é consumida e destruída ao longo dos processos de conversão
(Warr et al., 2008). Por outras palavras, a exergia não é uma propriedade conservativa. É destruída
pelas irreversibilidades como consequência da Segunda Lei da Termodinâmica (Moran & Shapiro,
2004).
Para calcular o valor da exergia é necessário definir um estado de referência. Geralmente, a
referência é o estado de equilíbrio termodinâmico que tem a mesma temperatura, pressão e
composição química que o ambiente envolvente. É importante diferenciar o ambiente envolvente e a
fronteira imediata do sistema. A fronteira imediata sofre alterações nas suas propriedades intensivas
ao longo de um dado processo, ao contrário do ambiente envolvente, que se considera um sistema
tão amplo que as propriedades como a temperatura, pressão ou composição química se mantêm
constantes, não sendo afetadas pelos processos (Ayres et al., 2003; Moran & Shapiro, 2004).
Na tabela 2.1 resume-se a quantidade de exergia contida num dado tipo de energia (Serrenho et al.,
2013):
7
Tabela 2.1 - Teor exergético de diferentes fluxos de energia. Fonte: Serrenho et al., 2013.
Fluxo energético (E)
Quantidade de exergia
(B) Observações
Combustível B = |ΔH| - ΔS ≈ |ΔH|
O trabalho máximo produzido por um combustível é o trabalho químico da
combustão (|ΔH|). O termo ΔS é o calor
rejeitado como uma consequência da entropia.
Eletricidade B = E A eletricidade pode ser totalmente
convertida em trabalho.
Calor B = E *
O trabalho máximo produzido por um fluxo de calor é o trabalho que seria produzido
pelo ciclo de Carnot trabalhando com temperaturas entre e T.
Tal como a energia, a exergia possui três estágios possíveis. A exergia primária, a exergia final e o
trabalho útil que são definidos como sendo os equivalentes exergéticos à energia primária, energia
final e energia útil respetivamente (Serrenho et al., 2013).
A presente dissertação centra-se no trabalho útil. Este é definido como sendo a quantidade mínima
de trabalho necessária para produzir uma dada utilização, isto é, é a quantidade real de exergia
entregue a uma função final (Serrenho et al., 2013). O trabalho útil apresenta-se como a variável mais
indicada como fator de produção a utilizar na representação de fluxos de recursos físicos (Warr et al.,
2010).
Já foram descritas várias definições importantes dos diferentes tipos de energia e exergia. Contudo, o
que até ao momento não foi ainda referido é como se passa de um tipo de energia para outra. A
resposta a esta questão, porém, requer o conhecimento prévio de um novo conceito: a eficiência.
Abordagem exergética
Abordagem energética
Figura 2.1 - Fluxos de energia e exergia primária a útil. Fonte: Serrenho et al., 2013.
8
2.1.3 Eficiência
Eficiência energética
A eficiência energética (ou de Primeira Lei) mede o desempenho quantitativo de um dado sistema e
pode ser descrito pela seguinte equação (Moran & Shapiro, 2004):
(2)
Por exemplo, num ciclo de potência, a eficiência pode ser dada pela razão entre a energia fornecida
por calor e a energia que é convertida em trabalho. Neste caso vamos ter , sendo que esta
nunca pode atingir o valor unitário, uma vez que nem toda a energia que é fornecida por calor é
convertida em trabalho, como sugere a Segunda Lei da Termodinâmica (Moran & Shapiro, 2004).
Porém, no caso de um ciclo de refrigeração ou um ciclo de bomba de calor, esta eficiência já pode
ser superior a 1 e passa a ser designado por coeficiente de desempenho - “Coefficient of
Performance”- (COP). Tomando como exemplo um ar condicionado com um COP de 2, para se saber
se este valor corresponde a uma boa eficiência é necessário comparar com o COP máximo. Este
valor depende das temperaturas interior e exterior e irá ser bastante superior a 2 (Ford et al., 1975).
Pode observar-se, de seguida, que a eficiência de Primeira Lei tem alguns inconvenientes (Cullen &
Allwood, 2010; Ford et al., 1975):
(i) O seu valor máximo depende do sistema e das temperaturas e pode ser superior, igual ou
inferior a 1;
(ii) Não engloba adequadamente o papel fundamental da Segunda Lei no que respeita ao
controlo da possível eficiência do uso de energia;
(iii) Resultado de difícil interpretação para sistemas complexos em que o objetivo é obter uma
combinação de trabalho e calor.
Um parâmetro que resolve os problemas supracitados é a eficiência exergética (ou de Segunda Lei)
pois consegue compensar os referidos problemas da Primeira Lei (Ford et al., 1975; Serrenho et al.,
2013).
Eficiência exergética
A eficiência de Segunda Lei, ou eficiência exergética, é definida da mesma forma que a eficiência de
Primeira Lei, mas em vez de utilizar o conceito de energia utiliza o conceito de exergia (Moran &
Shapiro, 2004):
(3)
Esta mede a distância a que um determinado processo está da situação ideal. Quanto maior for a
exergia destruída menor será o valor desta eficiência (Serrenho et al., 2013). Por outras palavras, a
eficiência de Segunda Lei é uma medida do seu desempenho relativamente ao desempenho ótimo
permitido tanto pela Primeira como pela Segunda Lei da Termodinâmica (Ford et al., 1975).
9
É possível reformular a equação da eficiência de Segunda Lei para uma que poderá vir a ser mais
vantajosa (Serrenho et al., 2013):
ε = = (4)
O denominador representa o máximo teórico permitido pela Primeira e Segunda Lei (Ford et al.,
1975).
Retomando o exemplo referido anteriormente de uma bomba de refrigeração obtém-se:
ε = = = η (5)
Onde, é a quantidade de trabalho que é necessário fornecer para extrair uma quantidade de
calor de um reservatório frio com uma temperatura seguindo um ciclo de Carnot e admitindo
= pois o trabalho vem da própria fonte.
Esta eficiência apresenta sempre valores entre 0 e 1 dando uma melhor noção da qualidade ou da
proximidade da perfeição para um dado uso energético (Moran & Shapiro, 2004; Nakicenovic et al.,
1995; Serrenho et al., 2013).
No caso de um sistema com múltiplos outputs, a interpretação desta eficiência é de fácil
interpretação. Por exemplo, tendo um processo que envolve produção de calor e trabalho, maximizar
ε (eficiência exergética) significa minimizar o consumo de combustível. Se não houver nenhum
combustível envolvido (como centrais hidroelétricas, moinhos de vento, etc.) maximizar ε minimiza o
investimento de capital (Ford et al., 1975).
A Tabela 2.2 ilustra como se calculam as respetivas eficiências exergéticas para diversas fontes e
usos finais energéticos (Ford et al., 1975; Serrenho et al., 2013).
10
Tabela 2.2- Eficiências de Segunda Lei para alguns equipamentos utilizados frequentemente. Nota que T1>T2>To>T3. Fonte: Ford et al., 1975; Serrenho et al., 2013.
Fonte
Uso Final
Trabalho [ ]
Combustível
[Calor de
combustão |ΔH|]
Calor de um
reservatório quente
a
= = B = (1 - )
Trabalho
[ ] = ε = η = ε = ≈ η ε = =
Calor Q2
fornecido
ao
reservatório
quente a
=
ε = =
η
ε = ≈
η
ε = =
η
Calor Q3
extraído de
um
reservatório
frio a T3
=
ε = =
η
ε = ≈
η
ε = =
η( )
Para a presente dissertação as eficiências supracitadas permitem calcular o trabalho útil a partir da
exergia final em cada ano de estudo. Deste modo é possível verificar os principais usos energéticos
ao longo do tempo e verificar se seria possível usar outra fonte para elaborar o mesmo trabalho mas
com maior qualidade.
De seguida, para descobrir qual a melhor fonte para se obter um uso final considerou-se o seguinte
exemplo: existem duas opções para aquecer um espaço fornecendo calor (ver a segunda linha da
Tabela 2.2) a uma temperatura T2 = 316 K com uma temperatura exterior de = 273 K e deseja-se
analisar e concluir qual será a melhor opção. A primeira alternativa é, (i) fornecer calor através de
uma fornalha onde se queima um determinado combustível (ver a segunda coluna da Tabela 2.2)
com um rendimento energético igual a 0.6 (η = 60%); a segunda alternativa é, (ii) fornecer calor , à
temperatura , através de uma bomba de calor com um COP = 2 (ver a primeira coluna da Tabela
2.2) com um input W (eletricidade ou trabalho mecânico). Calculando as eficiências exergéticas
obtém-se:
11
(i) Considerando a fornalha:
= η * = 0,6 * = 0,082 (6)
(ii) Sabendo que o COP = , obtém-se:
= COP * = 2 * = 0,27 (7)
Através dos cálculos é possível concluir que para aquecer um dado espaço, o melhor seria utilizar
uma bomba de calor em vez da fornalha, pois > . Correntemente, diz-se que a bomba de calor é
uma alternativa mais “nobre” do que a fornalha pois fornece calor à sala de uma forma mais próxima
da ideal.
As eficiências energéticas e exergéticas são um dos fatores que podem influenciar a opção da
utilização de um determinado recurso ao invés de outros no decorrer dos anos, ou seja, poderão
influenciar determinadas transições energéticas.
2.2 Transição energética
2.2.1 Transição energética ao nível dos vetores energéticos
É entendido por transição energética a mudança de um sistema económico dependente de um ou
mais recursos energéticos por outro (s) (Fouquet & Pearson, 2012).
São vários os fatores que podem estimular uma transição energética (Solomon & Krishna, 2011). A
título de exemplo indicam-se os seguintes:
1) O esgotamento regional/local de um dado recurso energético.
Na Ilha da Páscoa, no século XIII, a civilização esgotou os recursos naturais da ilha no que respeita à
madeira, o que conduziu à extinção da população local. Tratando-se de uma ilha isolada e de uma
civilização antiquada, não foi possível fazer uma transição energética por falta de opções
relativamente a outros recursos energéticas (Lovgren, 2006).
2) O agravamento do custo económico de um recurso energético comparativamente a outro
recurso, ainda que o primeiro não esteja completamente esgotado.
No início do século XVIII operou-se a primeira grande transição energética. Razões de maior
rentabilidade económica estiveram na base dessa transição, materializada na substituição da
biomassa pelo carvão, na sequência de prévios estudos dos quais terão resultado que o quociente
entre o preço de energia produzida e o preço de energia vendida era bastante mais favorável
utilizando o carvão como recurso energético.
3) A poluição.
A poluição pode atingir um nível crítico que obrigue à transição para fontes de energia alternativa. É o
que se assiste neste momento com a inclusão de energias renováveis na produção de eletricidade
12
(energia eólica, solar, etc.). O Protocolo de Quioto foi um importante indício da transição que
provavelmente está a decorrer mostrando compromissos mais rígidos para a redução da emissão dos
gases que agravam o efeito de estufa.
4) O avanço e a inovação tecnológica.
O avanço e a inovação tecnológica, podem requerer uma mudança de recurso energético de forma a
tirar partido das vantagens de uma tecnologia mais avançada. Um exemplo é a passagem do carvão
para o petróleo que ocorreu em grande parte devido à descoberta de motores a gasolina e a Diesel.
5) Melhorias dos equipamentos.
Melhorias nas eficiências dos equipamentos que utilizam um recurso específico (ex: caldeiras a gás
natural, etc.) podem acelerar uma transição energética conduzindo a uma poupança económica
tirando partido de um aumento da eficiência energética.
Para uma nova fonte energética se tornar dominante, os serviços energéticos (como o aquecimento
de espaços e/ou água, iluminação, etc.) que conseguem fornecer têm que traduzir custos mais
reduzidos do que a fonte energética existente (Fouquet & Pearson, 2012). A título de curiosidade é de
referir que sempre que houve uma transição energética, o consumo energético agregado aumentou
(Fouquet & Pearson, 2012). Este fenómeno aparece evidenciado de seguida na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Consumo de energia global e respetivas transições. Adaptado de (Fouquet & Pearson, 2012).
A primeira grande transição energética, como já dito ficou, operou-se com a passagem de madeira
para o carvão que foi influenciada pela urbanização, comercialização, inovações tecnológicas e a
descoberta de grandes reservas de combustíveis fósseis. A transição começou no início dos anos
1700, mas somente corridos dois séculos é que os combustíveis fósseis (nomeadamente o carvão)
13
suplantaram a biomassa em oferta energética. Esta transição foi fortemente influenciada pelo
processo da Revolução Industrial, cabendo à Inglaterra o pioneirismo nesse processo, em razão das
grandes reservas de carvão mineral no seu subsolo (Solomon & Krishna, 2011).
Esta primeira transição dos combustíveis tradicionais (madeira) para carvão ficou completa em 1920
quando o consumo de carvão atingiu o seu máximo em termos percentuais. Entre 1920 e 1970, o
carvão foi sendo substituído progressivamente pelo petróleo, gás natural e outras fontes que não
sejam combustíveis fósseis (nuclear, eólica, etc.). De realçar que esta última transição não se ficou a
dever ao esgotamento do carvão ou em razão de indicadores económicos como o preço, mas sim ao
avanço tecnológico de que a introdução dos motores a gasolina, a vapor e dos motores elétricos são
exemplo (Grubler & Cleveland, 2011).
Outro tipo de transição energética relevante é a transição do ponto de vista da distribuição ao
consumidor. No início do século XX, praticamente toda a energia chegava aos consumidores sob a
forma de combustíveis sólidos (lenha, carvão para as habitações ou para as indústrias). Atualmente,
apenas 20% do consumo final de energia mundial é dado pelos combustíveis sólidos e desta
percentagem, apenas 5% pertence aos países da Organização e Cooperação e de Desenvolvimento
Económico (OCDE). Com o aumento dos salários, os consumidores passaram a pagar mais pela
conveniência e pela limpeza, favorecendo as energias líquidas e as distribuídas pela rede (mesmo
sendo o seu custo superior ao dos combustíveis sólidos). Esta foi uma das principais razões pela qual
a eletricidade tem ganho cada vez mais importância. Em 1900, a energia primária convertida em
eletricidade era residual. Hoje em dia, 35% de toda a energia primária mundial é destinada à
eletricidade. Contudo, esta transição energética ainda deve demorar longos anos para estar completa
pois esta conversão ainda acarreta elevados custos económicos e perdas energéticas nas respetivas
conversões de energia (Grubler & Cleveland, 2011).
2.2.2 Transição energética ao nível do uso de energia
Existe outro tipo de transição energética que é menos abordada na literatura, mas que também pode
fornecer informações interessantes sob o ponto de vista dos hábitos de consumo. Estamos a
reportar-nos à análise do uso da energia por contraposição à análise mais comum que se foca
sobretudo nos vetores energéticos. Tomando por base a transição energética ao nível do uso
energético, é possível apurar quando é que uma comunidade passa a adotar maioritariamente um
uso da energia. Como exemplo, pode tomar-se a substituição da mão-de-obra por trabalho mecânico
devido ao progresso tecnológico (Fouquet et al., 2009). A prioridade deixou de ser a alimentação por
forma a fornecer trabalho muscular e passou a ser a produção de energia para obter trabalho
mecânico.
Analisando a evolução energética ao nível do uso de energia tem-se uma melhor perspetiva das
necessidades de consumo de uma sociedade. Este estudo pode fornecer dados relevantes no que
respeita a descobrir qual o melhor recurso energético a ser utilizado, ou seja, qual a fonte energética
que consegue produzir um dado uso com uma maior eficiência.
14
A presente dissertação utiliza uma metodologia bastante propícia à análise deste tipo de transições
energéticas pois estas passam a ser fáceis de identificar quando se emprega a abordagem de
trabalho útil, onde é possível discriminar os diferentes usos da energia podendo analisar a sua
evolução ao longo do tempo. Por esta razão, um dos objetivos será verificar a existência de alguma
transição energética ao nível do uso no Brasil e se esta transmite alguma informação relevante
acerca dos seus costumes energéticos.
Uma ferramenta importante para estudar estas transições são os balanços energéticos nacionais,
sobre os quais se segue uma explicação com algum detalhe, e onde se explicará a sua utilidade, a
sua estrutura e a forma da sua concessão.
2.3 Balanço Energético Nacional
O Balanço Energético Nacional (BEN) proporciona uma informação global sobre a origem e
quantidade de energia primária consumida no país, e sobre qual o setor de atividade económica onde
é consumida e em que forma, num dado período de tempo (Pereira et al., 2005).
O BEN divulga, através de uma extensa pesquisa, toda a contabilidade relativa à oferta e ao uso de
energia num país, contemplando atividades e operações ligadas à exploração e produção de
recursos energéticos primários, à conversão em formas secundárias, às contas de importação e
exportação, à distribuição e ao uso final de energia (EPE, 2013).
Este balanço é uma ferramenta importante no que respeita a atividades de planeamento e
acompanhamento de um setor energético nacional. Este reúne, num único documento, as séries
históricas das diversas operações ligadas à oferta e procura dos diferentes recursos energéticos,
além de informações sobre reservas, capacidades instaladas e outros dados importantes (Pereira et
al., 2005).
A metodologia de construção do BEN fundamenta-se na Primeira Lei da Termodinâmica. Fazendo um
balanço de energia obtém-se (Ramos, 2011):
P + I – Ex = L + + + ΔS , (8)
Onde:
P = Energia total produzida;
I = Energia importada;
Ex = Energia exportada;
L = Perdas e consumo interno na conversão;
= Energia final total consumida nos diferentes sectores;
= Uso não energético (ex: indústria química);
ΔS = Variação nos stocks.
15
2.3.1 Delimitação do BEN
É fulcral que os balanços energéticos forneçam informação sobre um dado sistema – o país
considerado - e que seja comparável temporalmente. Para tal, é necessário que a sua construção
obedeça a certos critérios uniformes, definidos previamente, que orientem a sua elaboração e
definam a metodologia seguida. No primeiro passo da construção dos balanços são definidos: os
produtos energéticos e suas características físicas; os principais fluxos de energia; os parâmetros de
conversão das unidades de medida de cada produto energético; as convenções e as definições
usadas para a recolha de informação; a estrutura sectorial de produção e consumo utilizado (Pereira
et al., 2005).
É importante referir que o BEN que irá ser utilizado no presente trabalho será o da Agência
Internacional de Energia (IEA). Este apresenta duas unidades de energia diferentes: quilotoneladas
de petróleo equivalente (ktep) e Terajoule (TJ). Quando o petróleo é queimado há uma transformação
de energia química em calor. Uma tonelada equivalente de petróleo é o calor libertado numa
combustão de 1000 kg de petróleo. Em média (pois existem diferentes tipos de petróleo) esta
combustão equivale 41,88 GJ. Por isso, facilmente se passa de uma unidade para a outra (Boyle et
al., 2003)
Como já foi referido, na elaboração de qualquer balanço energético é preciso definir um tempo de
estudo e um sistema. O BEN não é exceção, o espaço temporal geralmente usado é de um ano e o
sistema definido é um determinado país.
2.3.2 Produtos Energéticos
São contabilizados todos os produtos energéticos. Isto inclui os produtos consumidos diretamente,
como a eletricidade, e aqueles transformados por processos químicos ou outras formas consumíveis
de energia. É feita a distinção entre os produtos primários e os secundários, já que uma parte
importante dos produtos energéticos tem que ser transformada, de forma a fornecer um dado tipo de
energia, antes do seu uso final.
Alguns produtos energéticos têm usos não energéticos e estes também têm que ser contabilizados
pois o balanço deve abranger todas as fontes de energia, mostrando de forma clara os seus diversos
usos (Ramos, 2011).
No BEN não é contabilizada a energia passiva como a energia solar captada por edifícios sob a forma
de calor ou luz ou a energia solar armazenada pelas plantas (Ramos, 2011). Isto porque o BEN
apenas contabiliza a energia comercializada, ou seja, a energia que pode ser vendida aos
consumidores finais (IEA, 2011). Outro produto energético que não é contabilizado no BEN é a
alimentação que fornece energia aos seres humanos e aos animais que podem ser utilizados em
diversas atividades incluindo a agricultura.
2.3.3 Fluxos Energéticos
No BEN os fluxos de energia devem descrever as várias atividades da indústria energética
(transformação, transporte e distribuição) e dos consumidores de energia (Ramos, 2011).
16
O consumo final de energia é depois desagregado ao nível dos setores, como a agricultura, a
indústria, serviços, entre outros e dos subsetores, como têxteis e cerâmicas (Águas, 2003/2004).
2.3.4 Estrutura geral
O BEN é uma matriz contabilística que compila dados sobre todos os produtos energéticos que
entram, saem ou são utilizados no território nacional durante um período de referência. Todos os
stocks e fluxos de energia conhecidos devem ser contabilizados tornando o balanço o mais completo
possível (Ramos, 2011).
Colunas da matriz: mostram o contributo de cada produto energético utilizado no país em
consideração. Cada coluna representa um único produto energético.
Linhas da matriz: registam os fluxos energéticos ao longo da economia nacional.
Um dos objetivos do BEN é tornar claras as relações entre a produção de energia, a sua
transformação e o consumo.
Um produto energético que é utilizado num país pode ser produzido internamente ou importado. Este
dado é contabilizado no BEN, constituindo uma entrada na matriz do território em causa. Quando
produzidos, os produtos podem ter vários destinos, desde serem exportados ou armazenados a
serem usados pelos consumidores finais ou pelas indústrias energéticas. Paralelamente, os produtos
energéticos podem ser consumidos diretamente mas também podem ser transformados em novos
produtos de forma a serem consumidos depois. (Ramos, 2011).
De seguida procede-se à explicação de cada bloco de fluxos energéticos utilizados pelo BEN da IEA.
Todos os dados referidos neste capítulo têm como fonte o documento “Energy Balances of OECD
Countries” fornecido pela Agência Internacional de Energia (IEA, 2011).
A sequência de linhas de um balanço contém três blocos principais:
- Produção: bloco superior (inicia-se na linha de “Produção” até à linha de “Diferenças
estatísticas”) – representa a energia que entra e sai do território nacional (produção, importações e
exportações) e a sua alteração nos stocks. Oferece informações sobre o fornecimento de energia,
ocorrido num dado tempo, no território em estudo.
- Transformação: bloco intermédio (inicia-se na linha de “Processos de transformação” até
“Consumo próprio das indústrias de energia”) – os fluxos representam a forma como a energia é
transformada, transferida e usada pela própria indústria energética para uso próprio ou perdida nas
redes de transporte e distribuição.
- Consumo final: bloco inferior (inicia-se na linha “Consumo final total” até “Usos não
energéticos” – os fluxos representam o consumo final de energia e os usos não energéticos que são
obtidos pelos diversos produtos energéticos.
-Output de Eletricidade (GWh): mostra a quantidade total de eletricidade gerada por centrais
separadas em centrais termoelétricas e centrais de cogeração.
17
- Output de calor: mostra a quantidade total de calor gerado por centrais de calor ou centrais
de cogeração.
Como já foi referido, com o BEN observa-se a quantidade de energia primária e final produzida e
consumida. Estes valores fundamentais para calcular certos indicadores de forma a perceber se um
dado país utiliza de forma eficiente a sua energia. Um desses indicadores é a intensidade energética,
definida na secção seguinte.
2.4 Intensidade energética
Intensidade energética primária é geralmente definida como o quociente entre o consumo de energia
primária e o produto interno bruto (PIB) de uma determinada região (ou país) (Khatib, 1995; Sun,
2003). Expressa a quantidade de energia contida numa unidade de riqueza produzida (Percebois,
1979). Em geral, a energia primária é expressa em toneladas equivalentes de petróleo (tep) e o PIB
em unidades monetárias convenientes (dólares americanos, euros, etc.). Contudo, a quantidade de
energia necessária para obter uma unidade do PIB pode variar bastante ao longo do tempo e de país
para país visto que o poder de compra de bens e serviços varia consoante estas duas variáveis
(tempo e região). Uma forma de resolver este problema é medir o PIB através do método da
“Paridade do Poder de Compra” (PPC) que tem em conta a diferença de rendimentos e do custo de
vida ao longo do tempo e da região, tornando possível comparar os diferentes PIB – e
consequentemente a intensidade energética (Mielnik & Goldemberg, 2000; Percebois, 1979).
A evolução da intensidade energética ao longo do tempo é uma ferramenta útil e bastante utilizada
para mostrar a tendência do uso eficiente da energia numa região (Mielnik & Goldemberg, 2000).
Existem vários fatores que podem influenciar o valor da intensidade energética (Percebois, 1979):
(i) Estrutura de produção de energia no país – que também varia ao longo do tempo. Depende
da importância do setor industrial, dos transportes, residencial/comercial e das escolhas
socioeconómicas.
(ii) Rendimento do sistema energético - que resulta do cálculo dos respetivos rendimentos dos
equipamentos que transformam a energia primária em energia secundária e posteriormente
satisfazem diferentes necessidades.
(iii) Decisões políticas - que favorecem a poupança ou o racionamento de energia.
Como já foi referido, a variação da intensidade energética está relacionada com o desenvolvimento
do país. Países em vias de desenvolvimento costumam apresentar taxas de crescimento da
intensidade energética positivas enquanto que nos países desenvolvidos esta apresenta descidas
acentuadas – resultante de um crescimento económico menos consumidor pois costumam ser
implementadas medidas de utilização racional de energia (Águas, 2003/2004; Mielnik & Goldemberg,
2000).
Percebois (1973) afirma que ao invés de se considerar a energia primária no cálculo do valor da
intensidade energética deveria optar-se por usar energia útil pois esta explica melhor as mudanças
18
estruturais no consumo de energia, possibilitando uma melhor análise da eficiência energética de um
sistema onde se situa a análise no nível em que, na realidade, se consegue satisfazer as
necessidades (Percebois, 1979). A intensidade energética ao nível da energia útil não varia com a
estrutura de oferta de energia, ou seja, não depende da percentagem de cada forma de energia no
consumo de energia total. Possui a desvantagem de ser mais complicado de contabilizar comparando
com a energia primária (Percebois, 1979).
Existem também outros conceitos que são a intensidade exergética final e a intensidade de trabalho
útil, definidos pelo quociente entre o consumo de exergia final ou de trabalho útil, respetivamente, e o
PIB. Estes indicadores fornecem uma medida intensiva do progresso na “eficiência económica” do
uso da energia, ou seja, quanto é que se gasta de exergia (ou trabalho) para se obter uma unidade
de PIB (Serrenho et al., 2013; Warr et al., 2010).
A intensidade trabalho útil fornece uma melhor análise no que respeita aos usos finais – visto que se
centra nos usos de exergia e dos serviços energéticos do que, por exemplo a intensidade energética
primária ou final (Serrenho et al., 2013).
19
3 ASPETOS HISTÓRICOS DO SISTEMA ENERGÉTICO DO BRASIL
Como seria natural, o sistema energético do Brasil é diferente de todos os outros pois cada país tem
as suas próprias necessidades, disponibilidades/negócios de recursos, estágios de desenvolvimento,
etc.. Este sistema conta com um grande uso de biomassa na sua estrutura energética devido à sua
elevada produção interna deste vetor energético (Schaeffer & Wirthshafter, 1992).
No presente capítulo elaborou-se uma análise histórica do Brasil respeitante à produção e ao
consumo de energia primária entre 1971 e 2009. Paralelamente, realizou-se uma análise em maior
datalhe com foque nos diversos vetores energéticos considerados.
3.1 Energia Primária
Durante a década de 1970, eram os combustíveis renováveis os mais produzidos no Brasil. No
entanto, depressa foram superados pelo petróleo que nos dias de hoje é claramente o vetor
energético mais produzido no país. Na Figura 3.1 observa-se a produção total de energia primária ao
longo dos anos.
Figura 3.1 - Produção de energia primária no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
É possível visualizar que a produção de energia primária no Brasil em 2009 é cerca de 5 vezes
superior à sua produção em 1971.
Os combustíveis renováveis vêm descendo de importância na produção em relação aos outros
produtos, principalmente em comparação com os produtos petrolíferos, mesmo havendo uma maior
produção dos mesmos. Consegue observar-se um grande crescimento da produção do petróleo a
partir do início da década de 80, depois das duas crises petrolíferas. Desde esse momento este
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recurso tem mostrado uma clara tendência de crescimento graças à descoberta da reserva de Bacia
de Campos - primeira grande reserva offshore – cuja exploração comercial teve início em 1977.
Contudo, apenas na década de 1980 houve um grande aumento da produção interna de petróleo
devido à crise petrolífera em 1979 que alastrou por todo o mundo, (Lucchesi, 1998).
O carvão sempre teve pouca relevância no que respeita à produção brasileira devido à sua baixa
qualidade – possui um teor muito elevado de cinzas (ABCM, 2013). Apenas subiu ligeiramente a
partir do ano 1973, atingindo o seu máximo nos finais da década de 70. Isto deveu-se, mais uma vez,
à subida dos preços de petróleo, obrigando o Brasil a usar o carvão para satisfazer as suas
necessidades energéticas.
No que respeita à produção de gás natural vê-se que este tem ganho relevância ao longo dos anos,
aumentando sempre a sua importância na estrutura energética primária do país, ao contrário da
produção de energia nuclear, que mantém ainda uma produção insignificante, apesar do aumento
verificado na última década.
Analisando agora a produção de eletricidade primária, visualiza-se que a sua produção tem crescido
exponencialmente nos últimos anos. De 1971 a 1996, a energia hidroelétrica era a única fonte de
eletricidade primária no Brasil. A partir desse ano, procedeu-se à instalação de painéis fotovoltaicos e
geradores eólicos, mas sempre em pequenas quantidades quando comparadas com a hidroelétrica.
Em relação ao consumo de energia primária (Figura 3.2) observa-se que a tendência é equivalente à
produção.
Figura 3.2 - Consumo de energia primária no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Ao analisar as Figuras 3.1 e 3.2 constata-se que o consumo é superior à produção, o que significa
que, como é usual em grande parte dos países, o Brasil tem que importar energia primária para
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satisfazer as suas necessidades energéticas. Contudo, a produção brasileira tem crescido a uma taxa
superior ao consumo e neste momento estes dois valores estão relativamente próximos o que
significa que o Brasil está próximo de satisfazer as suas necessidades energéticas sem ajuda
externa.
Na Figura 3.2 observa-se que o Brasil tem tendencialmente aumentado o consumo primário em cada
vetor energético e, consequentemente, do consumo total – o consumo em 2009 é aproximadamente
3 vezes maior que em 1971. Apenas em 1980, em 1990, em 2001 e em 2009 decorreu um
decréscimo do consumo.
A diminuição em 1980 é deve-se à recessão económica mundial provocada pelo aumento dos preços
internacionais do petróleo (E & E, 2003).
Em 1990, a diminuição de energia foi reflexo do plano económico da época que causou uma nova
recessão económica com a implementação de medidas como o bloqueamento das aplicações
financeiras da sociedade, aumento de preços dos serviços públicos (como o gás, a energia elétrica,
etc.) e uma liberalização da economia traduzida numa redução ao mínimo da intervenção do Estado
na atividade económica facilitando as importações (Carvalho, 2003).
A queda em 2001 foi causada pelo petróleo e pela eletricidade – é visível que são os únicos vetores
energéticos onde o consumo diminui. No caso do petróleo, parte deste foi substituído por gás natural
e etanol no setor dos transportes e, no que respeita à eletricidade, houve o “apagão” onde ocorreu
um corte no fornecimento de eletricidade devido principalmente às condições meteorológicas
desfavoráveis – como será explicado em maior detalhe no capítulo 3.4.
A queda expressiva relativamente a 2009 foi devido à crise económica que atingiu o Brasil (EPE,
2009).
Uma curiosidade é que atualmente, a produção de petróleo no Brasil é ligeiramente superior ao seu
consumo, tornando-o “independente” no que respeita ao petróleo, não carecendo de o importar para
satisfazer as suas necessidades de consumo (Figura 3.3).
Comparando a Figura 3.1 com a Figura 3.2 vê-se que o consumo primário de gás natural é superior à
produção. Para satisfazer estas necessidades, o Brasil necessita de importar este recurso
principalmente da Bolívia mas também do Perú (Gás Natural Fenosa, 2013).
Por fim, é visível que em certos períodos – entre 1990 e 2002 – existe um consumo de combustíveis
renováveis primários superior à sua produção, significando que o Brasil importou biomassa. Este
facto é bastante curioso pois o Brasil é um dos maiores produtores deste vetor energético. No
entanto, como já foi referido, em 1990 entrou em ação um novo plano económico designado por
Plano Collor que iniciou a abertura do mercado brasileiro às importações sob o fundamento de
preparar as empresas nacionais para a competição mundial. Porém, esta medida provocou uma
recessão na economia e consequentemente no consumo de energia – como é visível na figura 3.2.
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Figura 3.3 - Razão entre a produção e consumo de petróleo & derivados no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
3.2 Carvão
Apesar de existirem minas na zona norte do Brasil estas são economicamente irrelevantes. Por este
motivo considera-se que as minas de carvão com relevância para o país estão situadas
principalmente nos estados do Rio Grande do Sul (28 mil milhões de toneladas), Santa Catarina (3,3
mil milhões de toneladas) e Paraná (104 milhões de toneladas). Atualmente, o estado do Rio Grande
do Sul é o maior produtor do Brasil, com 52,3% da produção, seguindo-se Santa Catarina com 46,3%
e o Paraná com 1,4%. Contudo, o carvão Santa Catarinense tem um poder calorífico superior
conferindo-lhe o primeiro lugar em termos de facturamento (ABCM, 2013; Bizzi et al., 2003).
Em 1827 começou a ser utilizado carvão nacional para fins de aquecimento de casas e cozinha.
Contudo, foi rapidamente posto de parte devido ao seu baixo poder calorífico e a uma excessiva
produção de cinzas quando este era queimado. Desde então, o Brasil começou a importar este
recurso. Ainda assim o carvão nacional era utilizado em quantidades menores e em 1885 foi
inaugurado o primeiro trecho da ferrovia Dona Tereza Cristina, que ligava o Lauro Muller ao Porto da
Laguna (no estado de Santa Catarina) onde se utilizava o carvão brasileiro para o transporte
ferroviário. Durante a Primeira Guerra Mundial o consumo interno intensificou-se devido a um
aumento da Viação Férrea. No pós-Guerra o carvão estrangeiro volta a ocupar o mercado pois os
países produtores de carvão (ex: Inglaterra) já estão mais disponíveis para voltar a exportar este
recurso energético. As mineradoras nacionais foram procurar um novo mercado e em 1928 é
inaugurada a primeira central termoelétrica em Porto Alegre. O carvão passou a ter uma nova
utilização - a geração de energia elétrica - mas sempre em pequenas quantidades em comparação
com a hidroeletricidade (ABCM, 2013; SIECESC). Houve um segundo surto de consumo nacional de
carvão, em 1931, na sequência da publicação de um decreto-lei que impunha que 10% do carvão
nacional deveria ser utilizado pela Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), sendo que em 1946 a
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percentagem aumentou para 20%. O último aumento do consumo de carvão nacional foi em 1973
quando ocorreu a crise petrolífera (SIECESC).
Atualmente, o Brasil importa a maior parte do seu carvão pois, como já foi referido, o carvão interno é
de baixa qualidade. O carvão importado tem várias origens, sendo as principais a Austrália com 33%,
os EUA com 30%, o Canadá com 8%, a China com 6% e a Colômbia com 5% (Araújo & Duarte,
2009).
O consumo total de carvão é de 65,44% para o setor siderúrgico, 33,28% para o energético e 1,28%
para os finos de carvão1 (Araújo & Duarte, 2009). Nos últimos tempo têm existido vários processos de
aglomeração destes compostos de modo a ser possível o seu aproveitamento energético (León,
1985). Dentro do mercado energético, 82,17% do carvão mineral nacional consumido teve como
destino a geração de eletricidade e 17,83% como combustível industrial, distribuídos pelas indústrias
do papel/celulose (3,46%), petroquímica (2,99%), cerâmico (1,64%), alimentos (1,30%) e outros
(8,44%) (ABCM, 2013).
Na Figura 3.4 representa-se a evolução do consumo do carvão no Brasil nos diferentes setores desde
1971 até 2009.
Figura 3.4 – Consumo final de carvão nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Observa-se um grande crescimento do consumo de carvão no final de 1974 a 1987. Este fenómeno
deveu-se às duas crises petrolíferas que ocorreram nesse período (1973 e 1978) (ABCM, 2013;
SIECESC).
Neste gráfico é notório que o setor industrial é o principal consumidor deste recurso energético. O
sector energético aparece em segundo lugar mas com um consumo bastante inferior.
1 São partículas de carvão de pequenas dimensões que inicialmente eram desperdiçadas devido não serem rentáveis.
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Em relação ao consumo dos restantes setores conclui-se que são praticamente irrelevantes. Nos
transportes, apenas o transporte ferroviário consumiu algum carvão entre 1971 e 1992 (e mesmo
assim em quantidades irrelevantes) pois os outros meios de transporte utilizam outros combustíveis,
nomeadamente a gasolina, o Diesel ou etanol.
Atualmente, os setores residencial e comercial não utilizam carvão.
Figura 3.5 – Consumo final de carvão na indústria do Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Dentro do sector industrial, a indústria siderúrgica é claramente o maior consumidor. Com base na
Figura 3.5, apenas nos anos 80 uma outra indústria (a dos minerais não metálicos, devido
principalmente à industria cerâmica, indústria do vidro e do cimento), passa a ter alguma significância
quando comparada à siderúrgica. Excluindo estas duas indústrias, apenas a indústria mineira é que
têm alguma relevância no que respeita ao consumo de carvão mineral que tem vindo a crescer
substancialmente desde 1987 – com a exceção do ano 2009.
3.3 Gás Natural
O Brasil nunca teve uma grande tendência para a utilização do gás natural. Este facto deve-se à
descoberta tardia de grandes volumes energéticos, bem como à concentração das jazidas em poucas
áreas do território brasileiro. Além disso, é importante considerar que estas jazidas estão associadas
ao petróleo, o que leva a uma política da sua utilização estar sempre vinculada aos aproveitamentos
deste último (Costa, 2003).
Até ao início da década de 80, o Brasil tinha ainda uma oferta incipiente, quase exclusivamente
limitada a um estado: Bahia. A descoberta na Bacia de Campos, no final dos anos 70, resultou num
crescimento do mercado do gás. O desenvolvimento dessa região petrolífera proporcionou um
aumento no uso do gás natural, elevando em 2,7% a sua participação na matriz energética nacional
(Gás Natural Fenosa, 2013).
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A conclusão do Gasoduto Bolívia-Brasil representa um grande avanço no fornecimento de gás natural
no país, com capacidade máxima de transportar até 30 milhões de m³ diariamente. A implantação de
56 indústrias do Programa Prioritário de Termoeletricidade 2000-2003, do Ministério de Minas e
Energia, também contribuiu para o crescimento da oferta de energia, assegurando o fornecimento
aproximado de 20 GW a várias regiões do território brasileiro. Este gasoduto veio aumentar o
consumo de gás natural no país fazendo com que a Bolívia seja o principal fornecedor deste recurso
energético (Gás Natural Fenosa, 2013).
As reservas nacionais são da ordem dos 219,8 biliões de metros cúbicos. Grande parte do gás
existente no país está associada a jazidas de petróleo (80%), limitando a extração do produto dado
que estas, no caso do Brasil, estão situadas no mar, ou seja, são extrações offshore.
Na Indústria, o gás natural é utilizado como combustível para o fornecimento de calor, geração de
eletricidade e força motriz. Como matéria-prima, a sua utilização ocorre nos setores químicos,
petroquímicos e de fertilizantes e, também, como redutor siderúrgico na fabricação de aço (Petrobras,
2009b).
Na Figura 3.6 representa-se o consumo de gás natural nos diferentes setores. Observa-se que nos
anos 70, o consumo deste recurso era muito pequeno, contudo constata-se que a partir da década de
80 o consumo tem vindo sempre a crescer devido ao início da exploração da reserva de Bacia de
Campos, sendo que o consumo industrial tem sido o dominante. Neste gráfico também podemos
observar que o uso de gás natural nos transportes apenas começou a ser desenvolvido no início da
década de 90, crescendo gradualmente até 2006, havendo depois uma ligeira queda. Este declínio foi
provocado pela implementação dos carros “flex” no Brasil (Bastin et al., 2010), como será discutido
posteriormente. Por fim, é possível visualizar que o uso do gás natural nos setores comercial e
residencial teve sempre uma parcela muito baixa em comparação com os restantes – mesmo estando
constantemente a aumentar (E & E, 2003).
É possível observar que o consumo de gás natural registou um grande crescimento no Brasil. Isto
deve-se a decisões político-energéticas que favoreceram o consumo deste recurso nos diferentes
setores (E & E, 2003).
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Figura 3.6 - Consumo de gás natural final nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
No caso do uso industrial (Figura 3.7) visualiza-se que até 1973, o gás natural era usado apenas na
indústria petroquímica – em quantidades muito reduzidas. Em 1973, foi inaugurada no país a primeira
unidade integrada produtora de aço que utiliza o processo de redução direta de minérios de ferro
recorrendo a gás natural, a Usina Siderúrgica da Bahia (Usiba). Por essa razão vemos um pico na
percentagem do consumo de gás natural na indústria siderúrgica (EPE, 2009), contudo o consumo
deste recurso ainda era muito baixo. Em 1979, o consumo na indústria química e petroquímica
passou novamente a ser superior à siderurgia e atualmente continua a ser a indústria de maior
consumo de gás natural, enquanto as restantes indústrias apresentam consumos muito idênticos.
Figura 3.7 - Consumo de gás natural final na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
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Uma curiosidade que conseguimos ver nas Figuras 3.6 e 3.7 é que grande parte das indústrias
começaram a utilizar o gás natural na década de 80. Tal facto deveu-se ao início da exploração deste
recurso natural da Bacia de Campos, no Estado do Rio de Janeiro (Gás Natural Fenosa, 2013).
3.4 Petróleo
As primeiras pesquisas em busca de petróleo no Brasil começaram em 1858 quando se tentava
descobrir carvão. Contudo, a quantidade descoberta era muito pouco significativa e o Brasil
encontrava-se muito dependente de outros países no que respeita à obtenção deste recurso
energético. Apenas em 1939 se descobriu a primeira acumulação de petróleo na Bahia. Após esta
descoberta, mais poços foram encontrados mas, ainda assim, o Brasil necessitava dos produtores
externos (Lucchesi, 1998).
Em 1953 foi criada a Petrobras com o intuito de conceber um monopólio de exploração, produção,
refinação, transporte e comercialização do petróleo e seus derivados. Apesar de se terem descoberto
várias bacias com grandes quantidades de petróleo a dependência externa continuava. Por essa
razão o país optou por iniciar a sua extração no mar, em 1968. Mas só em 1974 é descoberto
petróleo em grandes quantidades na Bacia de Campos e em 1977 começou a primeira extração
petrolífera relevante offshore (Lucchesi, 1998). Começou então uma nova fase da produção de
petróleo com o objetivo de tornar o Brasil independente dos produtores externos, ou seja, ser
autossuficiente de petróleo. Atualmente considera-se que o país atingiu o seu objetivo visto que a sua
produção excede o seu consumo (Petrobras, 2009a).
Presentemente, o petróleo é maioritariamente utilizado nos transportes, possuindo uma percentagem
de 52,5% (EPE, 2010). No entanto, é de referir que o Brasil começou a incentivar a elaboração de
automóveis alimentados a gasolina/Diesel e etanol. Isto começou entre 1975 e 1979 graças ao
programa implementado pelo governo designado Pró-Álcool ou Programa Nacional do Álcool. Este
programa consistia em substituir 20-25% do petróleo por álcool no que respeita aos combustíveis
utilizados em automóveis (Bastin et al., 2010; Wills & La Rovere, 2010).
Outro uso com alguma relevância energética do petróleo é o industrial, principalmente no ramo da
química e petroquímica com uma percentagem de 13.5%.
Na Figura 3.8 podemos observar os usos do petróleo e derivados nos respetivos setores.
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Figura 3.8 - Consumo de petróleo e derivados finais nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
É possível reparar numa clara supremacia do setor dos transportes no que respeita ao consumo
deste combustível. Nos anos 70, a indústria utilizava bastante petróleo, principalmente na indústria
dos minerais não metálicos, com a fabricação do cimento (SNIC).
Constata-se que no setor industrial houve uma diminuição brusca em 1980, ficando o consumo
estabilizado decorridos 5 anos, enquanto que o consumo nos outros setores (exceto a indústria
energética) tiveram um ligeiro aumento. Isto foi devido à segunda crise petrolífera (1979) e foi a
indústria o setor mais prejudicado onde houve uma substituição deste combustível por outros,
principalmente por carvão (ABCM, 2013; E & E, 2003; SIECESC).
Para o setor industrial tem-se a Figura 3.9.
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Figura 3.9 – Consumo final de petróleo e derivados finais na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
O setor dos minerais não metálicos é o que possui um maior consumo atualmente, seguido de perto
pela indústria química e petroquímica. A indústria dos metais não ferrosos, em 1971, era a que
consumia menos este recurso (com a exceção da indústria de construção), mas teve um aumento
gradual ao longo dos anos sendo agora a terceira maior consumidora de petróleo.
Vê-se novamente um grande decréscimo do consumo desta fonte energética entre 1979 a 1984
devido à segunda crise de petróleo. A indústria que teve a maior redução foi a dos minerais não
metálicos. Isto porque nesta indústria o carvão pode facilmente substituir o petróleo para os mesmos
usos (como se pode observar na Figura 3.9, um aumento de consumo na indústria dos minerais não
metálicos).
3.5 Combustíveis Renováveis
As primeiras experiências de engenharia no Brasil relativamente à utilização de etanol ocorreram por
volta de 1925, onde o primeiro carro movido a álcool viajou do Rio de Janeiro até São Paulo (Távora,
2011)
No início da década de 1930 foi criado o Instituto de Açúcar e do Álcool (IAA). A partir desse
momento foram desenvolvidas uma série de políticas para suportar o etanol. Contudo em 1945, o
Governo apostou nos veículos movidos a derivados de petróleo. Motivou assim que, em 1953,
quando a Petrobras foi fundada, a produção de etanol fosse relegada para segundo plano (Távora,
2011).
Em 1973, com a primeira crise petrolífera que elevou o preço do barril de petróleo, o Brasil teve que
optar por outras fontes energéticas pois este era muito dependente da importação do petróleo
(Távora, 2011). Assim, em 1975 foi criado o Programa Nacional do Álcool (PróÁlcool), cuja principal
ambição seria substituir os veículos movidos a gasolina por outros movidos a álcool. Em 1979
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acontece a segunda crise mundial de petróleo e para diminuir a sua dependência do petróleo, o Brasil
começou então a adicionar 20% de álcool à gasolina (Bastin et al., 2010; Távora, 2011).
Contudo, reparou-se que a adição desta percentagem de álcool na gasolina originou um imenso
prejuízo económico – devido à baixa eficiência dos veículos verificada após esta medida - e em 1990
o IAA foi extinto pelo Estado. Só a partir de 1992, com a Conferência das Nações Unidas para o Meio
Ambiente e o Desenvolvimento, também conhecido por Rio 92 ou Eco 92 cujo principal objetivo era
conciliar o desenvolvimento socioeconómico com a conservação dos ecossistemas, se começou a
utilizar de novo o álcool brasileiro. Em 1993, a mistura de 25% de álcool na gasolina passou a ser
obrigatória (Freitas & Kaneko, 2011).
Entretanto, no início da década de 80, nos EUA, houve uma promoção do desenvolvimento de
motores movidos a álcool e a gasolina (motores flex) e em 1988 apareceu a primeira empresa
americana (Bosch) a investir neste tipo de motores. Contudo, os fabricantes de automóveis decidiram
não adotar o sistema “flex” devido não só à escassez de incentivos fiscais mas também à dificuldade
de garantias no que respeita a requisitos regulamentares, classificação de taxas e critérios de licença
para este tipo de veículos (Bastin et al., 2010).
Apenas em 2003 surgiu o primeiro automóvel do tipo flex comercializado, sendo que em 2008, 87%
dos carros vendidos no Brasil funcionavam segundo este sistema (Bastin et al., 2010).
Também em 2008, cerca de 92% dos carros vendidos no país já eram movidos a biocombustíveis
integrado na gasolina e/ou Diesel (ANFAVEA, 2012).
Para além do álcool, em 2005 foi lançado o Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel
(PNPB) que consistia na adição de biodiesel ao Diesel fóssil. Em 2008 foi lançada a mistura de Diesel
com 2% de biodiesel em São Paulo e no ano seguinte todo o país adota o combustível B4 (diesel
com 4% de biodiesel) (Távora, 2011; Wills & La Rovere, 2010).
O uso energético do álcool é praticamente todo utilizado nos transportes apesar de haver uma ligeira
produção de bioeletricidade.
Neste setor também se consideraram outros tipos de biomassa, como a lenha, o carvão vegetal e os
resíduos.
Na Figura 3.10 consegue-se visualizar o consumo de combustíveis renováveis por setor. Observa-se
que a biomassa é bastante mais consumida nos setores residencial e comercial2 em comparação
com as restantes fontes analisadas até ao momento – combustíveis fósseis. Como o poder calorífico
é bastante inferior em comparação com os combustíveis fósseis, estes não possuem tão grande
utilidade no uso industrial ou na indústria energética. Logo é normal que estes recursos não sejam tão
usados comparativamente com os restantes combustíveis nestes setores. Contudo, vemos que no
início da década de 80, o consumo industrial dos combustíveis renováveis aumentou
consideravelmente, a nível industrial reduzindo, consequentemente, a sua fração no seu consumo
residencial e comercial. Isto aconteceu, novamente, graças à segunda crise petrolífera, onde o Brasil
2 Considerou-se incluído neste grupo os setores agrícola e florestal.
31
apostou mais neste tipo de combustíveis para realizar as mesmas funções que o petróleo que não
estava tão disponível (E & E, 2003). Na Figura 3.10 tem-se uma noção de quais as indústrias utilizam
mais esta fonte energética.
Nos transportes, apenas o etanol e o biodiesel é que têm mais relevância e apenas a partir de 1975 –
após a primeira crise petrolífera – é que o consumo neste setor passou a ser relevante.
Figura 3.10 – Consumo final de combustíveis renováveis nos diferentes setores brasileiros de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Na Figura 3.11 vemos a quantidade de energia final consumida na indústria. Visualiza-se que grande
parte dos combustíveis renováveis que vai para o setor industrial destina-se à indústria alimentar e
tabaqueira seguido da indústria siderúrgica e papeleira. É possível observar um ligeiro aumento após
1979 na maioria das indústrias, principalmente na siderúrgica. Depois da análise das Figura 3.5,
Figura 3.9 e Figura 3.11 pode-se inferir que a segunda crise petrolífera teve uma influência
significativa na estrutura de consumo energético final, onde o carvão e a biomassa substituíram o
petróleo na indústria dos minerais não metálicos e na siderúrgica, respetivamente.
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Figura 3.11 - Consumo final de combustíveis renováveis na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
3.6 Eletricidade
A primeira unidade de produção de energia elétrica no Brasil foi uma central termoelétrica instalada
em Campos, no ano de 1883, com uma potência de 52 kW, movida a lenha e alimentava 39
lâmpadas (Neoenergia). Contudo, rapidamente o país apostou nas centrais hidroelétricas e em 1939
estas representavam 85% da capacidade instalada (escelsa, 2011).
Em 1961 surgiu a Eletrobras (Centrais Elétricas Brasileiras) que fica responsável pela execução da
política de energia elétrica no país (escelsa, 2011). A partir desse ano houve uma grande aposta na
eletrificação – produção e distribuição de eletricidade (escelsa, 2011).
Em 1995, estimava-se um potencial hidroelétrico em mais de 250 000 MW e a produção de energia
elétrica encontrava-se por volta dos 55 512 MW na qual 91,3% eram provenientes de centrais
hidroelétricas e os restantes 8,7% vinham das centrais termoelétricas (escelsa, 2011)
Em 2001 houve um regime hidrológico desfavorável com alguma seca devido à baixa pluviosidade.
Como a produção de eletricidade no Brasil é maioritariamente hidroelétrica, as condições
meteorológicas referidas em conjugação com um aumento da atividade económica e a falta de
planeamento e investimento na produção de energia3 levou o Brasil a cortar cerca de 20% do seu
consumo elétrico em praticamente todo o país (E & E, 2002).
Pode observar-se que a oferta interna atual de energia elétrica do Brasil em 2009 na seguinte figura
(EPE, 2010):
3 Falta de medidas de prevenção como, por exemplo a pouca aposta na produção termoelétrica.
33
Figura 3.12 - Oferta interna de energia elétrica por fonte em 2009. Fonte: Relatório final do BEN 2010; EPE.
É de notar que a biomassa inclui lenha, bagaço de cana, lixívia e outras recuperações.
A matriz de geração elétrica brasileira continua a ser de origem predominantemente renovável, sendo
que a geração interna hidráulica corresponde a cerca de 76% de oferta. Com a inclusão das
importações, que são essencialmente renováveis, pode afirmar-se que 85% da eletricidade no Brasil
é originada por fontes renováveis (EPE, 2010).
No que respeita ao consumo de eletricidade, o setor industrial é o principal consumidor com uma
percentagem de 43,7%, seguido do residencial (23,9%) e do comercial (15,1%). Dentro do grupo
industrial, o consumo é mais significativo nas indústrias de materiais não ferrosos e outros de
natureza metalúrgica (19,4%), alimentos e bebidas (12,6%), química (12,4%) e de papel e celulose
(9,8%) (EPE, 2010).
3.7 Alimentação
No que respeita à alimentação animal e humana, verifica-se que têm tendências diferentes. Enquanto
que a alimentação destinada a animais de carga mantém-se aproximadamente constante, observa-se
um aumento considerável da que está destinada aos Homens (Figura 3.13).
34
Figura 3.13 - Uso de exergia final da alimentação no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: FAO, 2013a, 2013b, 2013c; IBGE, 1991.
Isto acontece, pois o número de animais de carga no Brasil não se tem mantido aproximadamente
constante muito devido à substituição destes por veículos motorizados. Contudo, o Brasil ainda
possui muitas cidades e vilas no interior que utilizam este meio energético fazendo com que esta não
diminua ainda assim. Em relação ao aumento da alimentação humana, era previsível pois houve um
grande crescimento da população brasileira – nestes 38 anos, o Brasil praticamente duplicou a sua
população (IBGE, 1991).
35
4 METODOLOGIA
Para calcular o trabalho útil entre 1971 e 2009 para o Brasil, na presente dissertação utilizou-se a
mesma metodologia que Serrenho et al., 2013 utilizou para Portugal, com a diferença de que se
dividiu a categoria de trabalho mecânico em trabalho mecânico estacionário e transportes (ambas
serão posteriormente explicadas).
A contabilização do trabalho útil envolve uma metodologia de três passos para cada vetor energético
(Ayres et al., 2003; Serrenho et al., 2013; Warr et al., 2010), a saber:
1 – Conversão dos dados referentes à energia final para exergia final;
2 – Colocação de cada tipo de exergia final numa categoria de trabalho útil (definidos
posteriormente);
3 – Cálculo do trabalho útil após a definição das respetivas eficiências de Segunda Lei para
cada categoria de trabalho útil.
Foram compilados vários dados energéticos para calcular o trabalho útil para o período em estudo.
Os dados relativos ao consumo de energia provenientes do carvão e derivados, petróleo e derivados,
combustíveis renováveis, gás natural e eletricidade foram obtidos nos balanços energéticos da IEA
(IEA, 2011). No que respeita à alimentação, foram utilizados os dados do fornecimento de alimentos
per capita disponibilizados pela “Food and Agriculture Organization” FAO (FAO, 2013a).
Procede-se, de seguida, à explicação de cada um dos passos elaborados na presente metodologia.
4.1 Conversão de energia final para exergia final
Para efeitos do presente trabalho, definiram-se os respetivos vetores energéticos: carvão e derivados,
petróleo e derivados, gás natural, combustíveis renováveis (biomassa, resíduos, etanol, etc.),
eletricidade, calor de co-geração, a alimentação e, por fim, a ração animal. Utilizaram-se os fatores
exergéticos4 que foram retirados da literatura (Serrenho et al., 2013; Wall et al., 1994) para passar de
energia para exergia e podem ser visualizados na seguinte tabela:
4 Fator exergético = .
36
Tabela 4.1 - Fatores exergéticos relativos aos vetores energéticos. Fonte: Serrenho et al., 2013; Wall et al., 1994.
Carvão e derivados do carvão 1,06
Petróleo e derivados do petróleo 1,06
Gás natural 1,04
Combustíveis renováveis 1,11
Eletricidade 1
Alimentação 1
Calor cogeração 0,6
A exergia distingue o trabalho do calor dando um selo de qualidade. As energias potencial, cinética,
mecânica e elétrica podem ser totalmente convertidas em trabalho e, por tal razão, têm um fator
exergético igual a 1. Contudo, no caso do calor de cogeração, este possui um valor inferior a 1 pois
apenas uma pequena parcela pode ser convertida em trabalho (Cullen & Allwood, 2010; Serrenho et
al., 2013).
No caso dos combustíveis (carvão, petróleo, gás natural e combustíveis renováveis), observa-se que
o fator exergético é superior a 1 apesar de já se ter verificado que a exergia deveria ser sempre
inferior ou igual à energia. Isto acontece porque quando se fala de energia no caso destes recursos,
pensa-se apenas em entalpia (calor libertado na combustão), enquanto que em termos exergéticos
conta-se com a energia química total proveniente destas fontes (Cullen & Allwood, 2010).
Relativamente ao calor de cogeração, considerou-se uma temperatura de 600 ºC da fonte quente. De
realçar que quanto maior for essa temperatura, maior será o fator exergético pois considera-se uma
eficiência de Carnot e consequentemente, quando se aumenta a temperatura da fonte quente a sua
eficiência também aumenta – o que quer dizer que mais energia pode ser utilizada para aquecimento.
4.2 Colocação de cada consumo de exergia final nas diferentes categorias
de trabalho útil
4.2.1 - Definição das categorias de trabalho útil
Dividiu-se o trabalho útil em 6 categorias, de forma a englobar todos os custos associados à energia:
iluminação, trabalho muscular, calor, transportes, trabalho mecânico (estacionário) ou força motriz, e
outros usos elétricos, pois para cada utilidade há uma eficiência diferente.
De seguida procede-se à descrição de cada categoria.
37
Iluminação
Inclui a iluminação total utilizada qualquer que seja a fonte de energia. Considerou-se que, durante o
tempo de análise, a iluminação provém apenas da eletricidade.
Trabalho muscular
Tem em conta o trabalho útil vindo da energia proveniente da alimentação, ou seja, é a soma trabalho
útil produzido pelos Homens e animais de trabalho (Serrenho et al., 2013).
Calor
Engloba todos os usos finais onde o calor é usado nalgum processo ou aparelho. Pode-se dividir esta
categoria em três sub-categorias (Ayres & Warr, 2010):
- Calor de alta temperatura, para reservatórios que possuem uma temperatura superior a
500ºC. Usados em algumas indústrias como a de aço, a de vidro ou a de ferro;
- Calor de média temperatura, para reservatórios que estão entre os 120ºC e os 500ºC, que
vem sendo cada vez mais recorrente no setor industrial, nomeadamente nas indústrias químicas e
petroquímicas;
- Calor de baixa temperatura, considera a temperatura abaixo dos 120ºC e engloba o
aquecimento de água e o aquecimento de espaços;
Dentro do calor de baixa temperatura, ainda há uma nova subdivisão, uma vez que aí as eficiências
são mais “sensíveis” em relação à temperatura, pois apesar da gama de alta temperatura ser mais
ampla, as eficiências não sofrem grandes alterações (Ford et al., 1975). Desta forma, a sub-divisão
fez-se da seguinte forma: calor de baixa temperatura 1 (de 90 até 120 ºC); calor de baixa temperatura
2 (de 50 até 90 ºC) e calor de baixa temperatura 3 (até 50ºC).
Transportes
Engloba todos os meios de transporte utilizados como veículos rodoviários, ferroviários, marítimos e
aéreos. Nesta categoria decidiu-se dividir em três sub-categorias devido às diferentes eficiências que
apresentam:
- Transporte mecânico 1, considera os veículos com motores que funcionam a gasolina,
fuelóleo, gás natural, carvão (no caso ferroviário) e etanol. Apesar dos motores terem eficiências
diferentes entre si, apresentam valores relativamente semelhantes.
- Transporte mecânico 2, engloba os veículos movidos a Diesel e a biodiesel.
- Transporte mecânico 3, considera os restantes veículos que não foram considerados nas
duas categorias anteriores, nomeadamente os veículos aéreos que funcionam muito à base da
querosene.
38
Trabalho mecânico estacionário
Considera os usos finais de todo o tipo de trabalho mecânico com a exceção dos transportes.
Engloba-se aqui o trabalho dos compressores, das bombas, motores elétricos, etc. Decidiu-se,
novamente, dividir esta categoria em três diferentes sub-categorias com base na sua eficiência:
- Trabalho mecânico 1, engloba os motores de combustão interna movidos a gasolina,
fuelóleo ou gás natural.
- Trabalho mecânico 2, considera os motores de combustão interna movidos a Diesel.
- Trabalho mecânico 3, estão incluídos apenas os motores elétricos.
Os outros usos elétricos
São os usos finais de eletricidade que não incluem a iluminação, calor, transporte e trabalho
mecânico. Os casos mais usuais são os aparelhos eletrónicos (por exemplo: televisão, computador,
ar condicionado, frigorífico, etc.).
4.2.2 - Colocação dos consumos de exergia final nas respetivas categorias de
trabalho útil
Para ser possível passar de exergia final para trabalho útil, é necessário saber que vetor energético
se está a utilizar e qual será o seu uso. Após uma extensa pesquisa bibliográfica, foi atribuído o uso
energético consoante o recurso e o setor onde está a ser utilizado.
Para o efeito deste trabalho, dividiu-se a economia em quatro setores para estar em concordância
com o BEN da IEA:
(i) Uso próprio para o setor energético, onde é contabilizado a quantidade de combustível usado
nas indústrias energéticas para uso próprio (Ex: aquecimento, iluminação, etc.);
(ii) Sector industrial, engloba o gasto de combustível nos diferentes processos industriais, desde
a siderúrgica, química e petroquímica, mineira, etc.;
(iii) Sector dos transportes, em que é contabilizado o dado combustível utilizado nos diferentes
tipos de transporte (rodoviário, ferroviário, público, privado, etc.);
(iv) Outros, onde se inclui o gasto do respetivo combustível nos sectores residencial, comercial e
agricultura/florestal.
4.2.2.1 Carvão & derivados, petróleo & derivados e gas natural
O uso que foi dado aos combustíveis fósseis, nos diferentes setores, encontra-se descrito na Tabela
4.2. Como o carvão, o petróleo e o gás natural têm um uso idêntico nos diferentes tipos de indústrias,
decidiu-se aglomerar os respetivos recursos. A justificação dos diferentes usos está situada no Anexo
A - Usos dos combustíveis fósseis no setor económico brasileiro.
Existe apenas uma particularidade. Considerou-se que todo o Diesel como trabalho mecânico 2, com
a exceção do Diesel utilizado no setor dos transportes (Serrenho et al., 2013).
39
Tabela 4.2 - Distribuição dos usos energéticos para os combustíveis fósseis no Brasil
Setor Combustível Uso energético
Uso próprio para o setor energético
Gás de cidade Carvão
Calor de Alta Temperatura Petróleo
Fornos de coque Carvão Calor de Alta Temperatura
Refinarias de petróleo Petróleo Calor de Média Temperatura
Extração de petróleo e de gás
Gás natural Trabalho Mecânico 1
Industrial
Siderúrgica
Carvão
Calor Alta Temperatura Petróleo
Gás natural
Química e petroquímica
Carvão 50% Calor Alta Temperatura
50% Calor de Média Temperatura Petróleo
Gás natural
Metais não-ferrosos
Carvão 50% Calor Alta Temperatura
50% Calor de Média Temperatura Petróleo
Gás natural
Minerais não-metálicos
Carvão 50% Calor Alta Temperatura
50% Calor de Média Temperatura Petróleo
Gás natural
Mineira
Carvão 50% Calor Média Temperatura
50% Calor de Baixa Temperatura 1 Petróleo
Gás natural
Alimentar e tabaqueira
Carvão
Calor de Baixa Temperatura 2 Petróleo
Gás natural
Papeleira
Carvão 50% Calor Média Temperatura
50% Calor de Baixa Temperatura 1 Petróleo
Gás natural
Têxtil e couro
Carvão
Calor de Baixa Temperatura 1 Petróleo
Gás natural
Construção Petróleo Calor de Baixa Temperatura 2
Não-especificada
Carvão 50% Calor Alta Temperatura
50% Calor de Média Temperatura Petróleo
Gás natural
40
Setor Combustível Uso energético
Transportes
Rodoviário
Petróleo Transporte Mecânico 1 (Gasolina e Gás Natural)
Transporte Mecânico 2 (Diesel) Gás Natural
Ferroviário
Carvão Transporte Mecânico 1 (Gasolina e Carvão)
Transporte Mecânico 2 (Diesel) Petróleo
Aéreo Petróleo Transporte Mecânico 3
Marítimo Petróleo Transporte Mecânico 1 (Fuelóleo)
Transporte Mecânico 2 (Diesel)
Outros
Residencial
Carvão
Calor de Baixa Temperatura 3 Petróleo
Gás natural
Comercial e serviços públicos
Carvão
Calor de Baixa Temperatura 3 Petróleo
Gás natural
Agrícola/Florestal Petróleo
Calor de Baixa Temperatura 2 Gás natural
Não Especificado Petróleo Calor de Baixa Temperatura 1
4.2.2.2 Usos da biomassa
De seguida, na Tabela 4.3 apresentam-se os usos dados à energia para os combustíveis renováveis.
Uma explicação dos usos dados aos combustíveis renováveis situa-se no Anexo B.
.
41
Tabela 4.3 - Distribuição dos usos energéticos para os combustíveis renováveis no Brasil
Setor Combustível Uso energético
Uso próprio para o setor energético
Não especificado BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Industrial
Siderúrgica Carvão vegetal
Calor de Baixa Temperatura 1 BSP
Química e petroquímica Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Metais não-ferrosos Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Minerais não-metálicos Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Mineira Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Alimentar e tabaqueira BSP Calor de Baixa Temperatura 2
Papeleira Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Têxtil e couro Carvão vegetal
Calor de Baixa Temperatura 1 BSP
Não-especificada Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 1
Transportes
Rodoviário
Biodiesel
Transporte Mecânico 2
Biogasolina
OBL Transporte Mecânico 1
Ferroviário BSP Transporte Mecânico 1 (Gasolina e
Carvão)
Marítimo BSP Transporte Mecânico 1 (Fuelóleo)
Outros
Residencial Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 3
Comercial e serviços públicos
Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 3
Agrícola/Florestal Carvão vegetal
BSP Calor de Baixa Temperatura 2
42
4.2.2.3 Usos da Eletricidade
Para obter os usos da eletricidade (Anexo C) recorreu-se aos dados do Programa Nacional de
Conservação de Energia Elétrica (PROCEL), nomeadamente os estudos da Pesquisa de Posse de
Equipamentos e Hábitos de Uso (PROCEL, 1989; 2008a; 2008b; 2008c). Para o setor residencial,
este estudo existe para os anos de 1988 e 2005 (PROCEL, 1989; 2008c) – pode visualizar-se a
informação a negrito no Anexo C – tabela C1. Para os restantes anos foi feita uma interpolação ou
uma extrapolação. Contudo, nos setores industriais e comercial este estudo existe apenas para 2005
(PROCEL, 2008a; 2008b) pelo que teve-se que utilizar os dados do artigo de Shaeffer & Wirthshafter,
1992 que adotou percentagens referentes ao ano de 1987. Com estes dados, foi possível calcular
para os restantes anos pelo mesmo método que foi utilizado para o setor residencial.
A única exceção foi calcular a percentagem da iluminação para o setor comercial pois este engloba
os serviços públicos e, como tal, deve contabilizar a iluminação pública que não se encontra
discriminada na bibliografia. A solução foi o recurso ao uso da percentagem total de iluminação para
os EUA utilizados em Ayres et al. (2005). Assim, como já se possuem as percentagens e,
consequentemente, o valor da energia necessária para a iluminação nos setores industrial e
residencial, consegue-se calcular o valor necessário da sua percentagem no setor comercial e
serviços públicos para, no final, se obter a percentagem da iluminação total idêntica à dos EUA. Para
isso, basta:
(i) Ver o valor da percentagem da energia total usada na iluminação utilizando os valores de
Ayres et al. (2005);
(ii) Obtendo este valor, deve-se fazer a diferença entre a energia usada na iluminação total e a
soma da energia usada nos setores residencial e industrial brasileiros. Dessa forma, obtém-
se a energia que se destinou à iluminação no setor comercial;
(iii) Realizar o quociente entre a energia utilizada na iluminação e a energia utilizada no setor
comercial – demonstrada no BEN – obtendo a percentagem de iluminação no setor comercial
e serviços públicos (fazendo com que a percentagem de iluminação total brasileira seja
idêntica à dos EUA);
(iv) Por fim, foi necessário adaptar o valor das restantes categorias ao novo valor da iluminação
no setor comercial para os anos 2005 e 1987 – pois são os anos para os quais se possuem
valores das percentagens de uso da eletricidade (PROCEL, 2008a; Shaeffer & Wirthshafter,
1992). Optou-se por manter a diferença entre as categorias, isto é, se no documento da
PROCEL a percentagem do calor for duas vezes superior à percentagem dos outros usos
elétricos, então também terá de o ser após o cálculo da nova percentagem considerada para
a iluminação;
(v) Tendo os valores das percentagens para dois anos, calculou-se os valores para os restantes
anos através dos métodos de interpolação ou extrapolação.
Seguindo estes passos consegue-se o valor das percentagens de uso para cada setor e,
consequentemente, a exergia final para cada categoria.
43
4.3 Definição das eficiências de Segunda Lei
Para converter a exergia final para trabalho útil é necessário calcular as eficiências de Segunda Lei
para cada uso exergético (Cullen & Allwood, 2010; Nakicenovic et al., 1995; Serrenho et al., 2013;
Warr et al., 2008). Na Tabela 4.4 apresentam-se as eficiências utilizadas para cada vetor energético,
consoante o trabalho útil que pretendemos.
44
Tabela 4.4 - Eficiências de Segunda Lei para as diferentes fontes energéticas e categorias de trabalho útil.
Fonte final
Uso final
Carvão e
derivados de
carvão
Petróleo e derivados de petróleo Gás natural Combustíveis
renováveis Eletricidade Alimentação
Iluminação - - - - ε = = -
Trabalho muscular - - - - -
Calor ε ≈ η -
Transportes Ayres & Warr,
2010
≈
≈ 1.25 *
≈ ≈ 0.8* Ayres & Warr,
2010 -
Trabalho mecânico
fixo
ε = ≈ ≈ η -
Outros usos
elétricos - - - -
-
45
Segue-se uma descrição mais detalhada para cada eficiência.
Iluminação
O fluxo luminoso não é medido em unidades de energia, o que dificulta o cálculo da sua
eficiência. Este fluxo tem como unidades do S.I. o lumen (lm) e mede a intensidade de luz
visível emitida por uma fonte luminosa por unidade de ângulo sólido. Por sua vez, o rendimento
luminoso é medido no S.I. em lumens por Watt (lm/W) e representa a eficiência da conversão
de energia usada pela fonte luminosa em fluxo luminoso. Este rendimento atinge um máximo
para uma fonte que emite uma radiação verde, correspondente a 555 nm – a radiação cujo o
comprimento de onda o olho humano é mais sensível. Para esta radiação, o rendimento
luminoso é de = 683 ln/W e considera-se que para este valor, a eficiência é de 100%
(Serrenho et al., 2013). A eficiência de Segunda Lei está na Tabela 4.4. Nesta dissertação
foram consideradas as mesmas eficiências de Ayres et al. (2005).
Trabalho muscular
Para calcular este trabalho utilizou-se a eficiência de conversão da energia proveniente da
alimentação em trabalho muscular respeitante aos Homens e aos animais de trabalho ( ).
Para os Homens decidiu-se usar os valores de eficiência dados por Wirsenius (2000). Com
estes dados, apenas é necessária a quantidade de energia ingerida. Utilizaram-se os dados
disponibilizados pela FAO relativos à alimentação total fornecida aos consumidores finais per
capita em termos de energia metabolizável (FAO, 2013a). Contudo, para o cálculo do trabalho
útil é necessário possuir valores de energia ingerida e não de energia disponível para
alimentação5. Considerou-se uma razão entre a comida ingerida/fornecida dada por Wirsenius
(2000) que varia de 73% em 1971 a 63% em 2009. Este rácio tem vindo a diminuir pois com o
crescimento económico e, consequentemente, o melhoramento dos padrões de vida, as
pessoas têm vindo a desperdiçar mais comida.
Seguem-se os cálculos elaborados de forma a adquirir o valor do trabalho muscular (TM):
EM * = EI (9)
EI * = (10)
* Pop = TM (11)
Onde EM é a energia metabolizável, EI é a energia ingerida, é a eficiência de conversão da
energia nos alimentos para trabalho muscular – considerou-se um valor de 0,13 (Wirsenius,
5 Existem quantidades residuais que são desperdiçadas na confeção dos alimentos ou que se estragam e não contribuem para o trabalho muscular.
46
2000) -, Pop é a população brasileira, TM é o trabalho muscular e é o trabalho
muscular por habitante.
Foram utilizados os dados da população disponibilizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia
e Estatística (IBGE) para cada ano (IBGE, 1991; 2011).
É de notar que para calcular a exergia final não se pode considerar a energia metabolizável
mas a energia total do alimento6, ou seja, tudo aquilo que o organismo rejeita deve ser
contabilizado. Para isso, multiplica-se a energia metabolizável (EM) pela razão entre a energia
total e a energia metabolizável que se estima ser aproximadamente de 1.20 para os países da
América Latina (Wirsenius, 2000).
Para o cálculo do trabalho muscular proveniente dos animais de carga usou-se uma
abordagem semelhante mas com algumas diferenças:
(i) Foi necessário definir que animais de carga se haveriam de considerar para o cálculo
deste trabalho e optou-se por considerar apenas os cavalos, burros e mulas pois são
aqueles que mais se destinam ao transporte de cargas. Poder-se-iam considerar as
vacas e os bois mas estes são mais usados para alimentação e procriação (Serrenho
et al., 2013; Wirsenius, 2000).
(ii) Através dos dados da FAO, obteve-se o número destes animais no Brasil (FAO,
2013b). Contudo, no caso dos cavalos, alguns são destinados para a alimentação e
não para trabalho de carga. Para isso recorreu-se novamente aos dados
disponibilizados da FAO que fornece o número dos animais que foram destinados para
a alimentação (FAO, 2013c). Fazendo a diferença entre os animais existentes e os
animais destinados à alimentação obtém-se uma estimativa do número de animais
destinados a realizar trabalho muscular.
(iii) Com base num valor fornecido por Wirsenius (2000), é possível calcular a quantidade
de energia metabolizável que cada espécie animal consome. Multiplicando este valor
pelo número de animais obtém-se o valor total anual da energia metabolizável por
espécie no Brasil.
(iv) Por último, multiplica-se o valor obtido por via da alínea anterior pela eficiência de
conversão de forma a obter o trabalho muscular. Considerou-se o mesmo valor de
eficiência considerado para os Homens pois apesar de possuírem certas diferenças a
nível de conversão de energia, a eficiência não se altera muito (Wirsenius 2000,
Serrenho et al., 2013)
O valor anual do trabalho muscular proveniente de uma dada espécie animal de carga foi
obtido através do sistema de equações (12), (13) e (14) onde representa os animais
6 A energia metabolizável é a fração da energia total que consegue ser convertida em trabalho muscular. Existem quantidades do alimento que não são aproveitadas pelo organismo e são expelidas por urina ou fezes.
47
existentes no Brasil, refere-se os animais que nesse ano foram destinados para a
alimentação, considera os animais que se destinaram a realizar trabalho de carga, é o
valor de conversão fornecido por Wirsenius (2000) que relaciona o número de animais e a
energia metabolizável que estes consomem, EM é a energia metabolizável consumida pela
espécie, refere-se à eficiência de conversão e TM é o trabalho muscular realizado pela
espécie num dado ano.
- = (12)
* = EM (13)
(14)
Para calcular a exergia final tem que se considerar a quantidade de energia total que cada
espécie consome e não apenas a energia metabolizável. Utilizou-se novamente o valor
fornecido por Wirsenius (2000), pela razão entre a energia total ingerida pelo organismo e a
energia metabolizável que é cerca de 1,54 para os animais de carga. Contudo, estes animais
ingerem sobretudo uma ração que é produzida com uma eficiência estimada de 0,64
(Wirsenius, 2000). A exergia final é obtida pelo produto desta eficiência com a quantidade de
energia ingerida.
Após aplicar estes passos, obtêm-se os valores de trabalho útil e de exergia final. Para calcular
a eficiência de Segunda Lei, basta utilizar a equação 3, ou seja, dividir o trabalho útil pela
exergia final.
Calor
Para o cálculo do trabalho útil desta categoria, considera-se que o trabalho mínimo necessário
é dado por um ciclo de uma bomba de calor de Carnot (Ayres et al., 2003; Cullen & Allwood,
2010; Serrenho et al., 2013).
Na tabela 3.4, é a temperatura ambiente, é a temperatura do sistema a que se pretende
fornecer um calor , B é a exergia final e η é a eficiência energética.
As temperaturas ambiente foram obtidas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) para
os diferentes anos (BDMEP – INMET, 2013a, 2013b, 2013c, 2013d, 2013e). Obteve-se uma
temperatura ambiente média anual para cada região do Brasil para posteriormente fazer uma
48
ponderação consoante a população anual da região (Eq.(15))7. Deu-se assim maior destaque
às regiões mais populosas, onde existe uma maior produção e uso de energia.
= (15)
Figura 4.1 - Mapa do Brasil dividido em Regiões. Fonte: IBGE.
O rendimento de Primeira Lei foi calculado da seguinte forma: (i) obteve-se o valor desta
eficiência para o Brasil relativamente ao ano de 1987 dado por Schaeffer & Wirthshafter (1992).
(ii) Como a indústria siderúrgica é uma das mais relevantes do país, considerou-se que a
evolução deste setor era equivalente à evolução industrial brasileira. (iii) Foram considerados
os dados anuais entre 1980 a 1994 da intensidade energética siderúrgica
relativos ao Chile fornecidos pelo Instituto de Energia e Economia do
Japão (IEEJ) (APERC, 2000), devido à falta de dados relativamente ao Brasil. Tal consideração
foi tomada devido à proximidade geográfica e pela semelhança, no que respeita à intensidade
energética, da indústria siderúrgica no Chile em 2007 com o valor da intensidade energética
siderúrgica no Brasil para o mesmo ano, fornecido pela EPE (EPE, 2009). (iv) Calcular esta
eficiência energética industrial para os anos restantes assumindo a proporcionalidade inversa
destas grandezas (Eq (16)):
7 Os dados relativos à população no período em estudo foram fornecidos pela IBGE (IBGE, 1991;2011).
49
* = * (16)
Onde e é o rendimento energético industrial do Brasil para o ano de 1987 e para o ano
x respetivamente e e são as intensidades energéticas da indústria siderúrgica para o
Chile no que respeita ao ano de 1987 e ao ano x, respetivamente. Em relação ao ano de 2007,
foi utilizado o mesmo método com a diferença que o valor da intensidade energética usada era
relativamente ao Brasil. No período entre 1998 e 2006 procedeu-se a uma interpolação para
calcular os restantes valores de eficiências. Nos restantes anos de estudo em causa elaborou-
se uma extrapolação, propondo uma evolução linear.
No que respeita à temperatura , foram assumidas as mesmas que foram adotadas em Ayres
& Warr (2010) e Serrenho et al. (2013) tal como se pode verificar na Tabela 4.5.
Tabela 4.5 - Temperaturas assumidas para as diferentes sub-categorias de calor. Fonte: Serrenho et al.,
2013 e Ayres & Warr, 2010.
Categoria (ºC)
Calor de alta temperatura 500
Calor de média temperatura 150
Calor de baixa temperatura
1 120
2 90
3 50
Transportes
Tal como já foi referido, a eficiência de Segunda Lei para os automóveis apresenta-se na
Tabela 4.4 (Serrenho et al., 2013), onde 0 ≤ ≤ 1, i, são os coeficientes que refletem desvio
do uso ideal para real e o depende do coeficiente de compressão ( = ≈ 1.4):
= 1 - (17)
Para os veículos a Diesel considerou-se uma eficiência 25% superior aos veículos a gasolina
pois estes motores exibem uma combustão mais eficiente (Ford et al., 1975). No que respeita a
veículos movidos apenas a etanol adotou-se uma eficiência igual a 80% da eficiência do motor
a gasolina (Bastin et al., 2010). Também foi necessário considerar os veículos flex pois
atualmente são bastante usados no Brasil (Bastin et al., 2010). Um veículo flex consiste num
automóvel que tanto funciona a gasolina como a etanol. A eficiência destes veículos foi
calculada comparando o consumo de gasolina de um motor flex (Bastin et al., 2010) com um
motor a gasolina. Possuindo a eficiência do motor a gasolina, é possível calcular a eficiência
para o automóvel flex quando utiliza este combustível. Posteriormente, sabendo o consumo
50
específico de etanol e de gasolina para o veículo flex (Bastin et al., 2010), facilmente se obteve
a eficiência deste automóvel quando utiliza etanol.
Nos transportes também se consideram outros equipamentos como motores a vapor, motores
aéreos, motores de barcos e locomotivas diesel-elétricas. Para estes valores foi considerada a
mesma evolução dos EUA e dos países Europeus (Ayres & Warr, 2010; Schaeffer &
Wirthshafter, 1992).
Trabalho mecânico estacionário
Nesta categoria engloba-se o trabalho dos motores estacionários (maioritariamente bombas,
compressores e motores elétricos, etc.). Na Tabela 4.4 apresenta-se a forma de cálculo da
respetiva eficiência.
Para os motores de combustão interna estacionários considerou-se a mesma eficiência dos
motores de barcos, pois estes também utilizam motores de combustão interna. Também
porque os dos barcos possuem um regime nominal mais constante, ou seja, contrariamente
aos automóveis que trabalham predominantemente no regime de arranque e aceleração, os
barcos mantêm uma solicitação do motor mais estável. Esta diferença leva a um regime que se
apresenta mais homogéneo no seu percurso sendo, por isso, mais eficiente (Heywood, 1988).
Para os motores elétricos, utilizaram-se as mesmas eficiências que em Ayres et al. (2005).
Outros usos elétricos
Um dos problemas no que respeita ao cálculo da eficiência desta categoria é a sua
heterogeneidade, ou seja, considera múltiplos equipamentos que dão usos diferentes à
energia. Por exemplo, o uso que a televisão dá à energia é diferente da do ferro elétrico que
por sua vez é diferente da do frigorífico. É necessário elaborar dois passos: (i) obter as
eficiências de Segunda Lei para cada equipamento elétrico, de acordo com a bibliografia
(Ayres et al., 2005) e (ii) observar as percentagens de uso da eletricidade nos setores
industrial, comercial e residencial a não considerar nas restantes categorias de trabalho útil.
O cálculo desta eficiência encontra-se descrita na Tabela 3.4 onde i é um uso elétrico (ex:
televisão, ar condicionado, etc.) num dado setor (industrial, residencial ou comercial), é a
quantidade de eletricidade utilizada pelo equipamento i, é a quantidade total de
eletricidade consumida e é a eficiência exergética do equipamento i obtida em Ayres et al.
(2005).
Consideraram-se as mesmas eficiências de Segunda Lei que em Ayres et al. (2005) para os
Estados Unidos, pois presumiu-se que não são muito diferentes das do Brasil visto que os
equipamentos utilizados em ambos os países são equivalentes (Anexo D). Ayres et al. (2005)
mostra a evolução da eficiência ao longo do tempo desde 1900 até 2000. Para os anos em que
não existem valores, procedeu-se a uma interpolação ou a uma extrapolação.
51
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
No presente capítulo são apresentados todos os resultados obtidos e a consequente análise e
discussão após a aplicação da metodologia descrita. Também será feita a comparação com
Portugal e ver-se-ão as maiores diferenças e semelhanças entre os dois países.
5.1 Energia final e Exergia Final
Distribuindo o consumo de energia final por setor obtém-se o resultado espelhado na Figura
5.1 e na Figura 5.2.
Figura 5.1 - Consumo de energia final por setor no Brasil de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Figura 5.2 - Estrutura energética brasileira por setor de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
52
Do gráfico supra alcança-se que, atualmente, os setores que consomem mais energia são o
industrial e o dos transportes, com alguma superioridade do primeiro. No entanto, no início da
década 1970, é o setor residencial que tem predominância embora rapidamente tenha perdido
relevo face aos dois setores referidos.
Nos últimos 38 anos, o setor industrial foi o que apresentou a maior taxa de crescimento. Isto
significa que o Brasil tem apostado muito na evolução deste setor. Em 1980 o Brasil começou a
dar prioridade às indústrias energo-intensivas (indústrias que consomem grandes quantidades
de energia como as siderúrgicas ou as de vidro) com o intuito de aumentar as suas
exportações e serem mais competitivos no mercado internacional.
Nos usos próprios do setor energético, é visível um aumento entre 1977 e 1985. Este
acontecimento deveu-se ao início da exploração comercial da Bacia de Campos, onde o Brasil
começou a usar mais energia em processos de refinação do petróleo. O aumento no ano 2001
foi devido ao “apagão”, pois o Brasil começou a apostar em centrais termoelétricas usando
combustíveis renováveis e gás natural como forma de prevenção a novos problemas de
geração de energia elétrica (Gás Natural Fenosa, 2013; E & E, 2002) – como pode ser visível
na Figura 5.3.
Figura 5.3 - Energia final consumida no setor dos usos próprios da energia no Brasil por vetor energético de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
A evolução mais curiosa é a do setor residencial. Em geral, num país que está em
desenvolvimento, este setor tem uma importância na estrutura energética que vai aumentando
ao longo do tempo. No caso do Brasil, vemos que isto não acontece (Figura 5.4). O consumo
de energia não aumenta (em certos anos até diminui) e não tem um grande peso na estrutura
energética final. Isto acontece porque, apesar do grande aumento da população (passou de
53
cerca 93 milhões em 1970 para aproximadamente 189 milhões em 2009), tem havido uma
substituição de biomassa por GPL e eletricidade (Figura 5.5) que são vetores mais eficientes,
ou seja, há um maior aproveitamento da energia proveniente destes vetores energéticos (EPE,
2006). Em 2001 observa-se uma redução do peso da eletricidade na estrutura energética no
setor residencial devido ao “apagão”8 .
Figura 5.4 - Consumo de energia final no setor residencial brasileiro de 1971 a 2009.
Figura 5.5 - Estrutura energética final do setor residencial brasileiro de 1971 a 2009.
8 Explicado em 3.4.
54
Na Figura 5.6 é possível visualizar que o consumo de exergia final em cada vetor energético e,
consequentemente, o consumo de exergia total, tem aumentado gradualmente nos últimos 38
anos. Observa-se que existem indícios de ter havido uma transição de combustíveis renováveis
para petróleo, a qual teve início antes do período de análise, terminando em 1988, quando o
consumo de petróleo começa a ter um peso definitivamente superior ao dos combustíveis
renováveis na estrutura exergética final. Contudo, o tempo de análise é muito curto, pelo que
não é possível tirar qualquer conclusão sobre o facto de se estar na presença de uma transição
energética. Para isso, seria necessário uma análise para um período mais longo.
Figura 5.6 - Consumo brasileiro de exergia final por fonte de 1971 a 2009.
Atualmente, o petróleo e os seus derivados são os recursos mais consumidos, e foi apenas no
início da década de 70 que os combustíveis renováveis rivalizavam no que respeita ao
consumo.
O elevado consumo de petróleo e derivados costuma ser uma característica dos países
desenvolvidos ou em desenvolvimento, principalmente devido ao transporte rodoviário.
Paralelamente, como já foi referido, o Brasil consegue satisfazer todas as suas necessidades
de consumo referentes ao petróleo apenas com a sua produção, sendo uma grande vantagem
económica e energética ao ser dispensável a sua importação.
O vetor energético que teve a maior taxa de crescimento nos últimos anos foi a eletricidade que
passou de uma fração praticamente insignificante em 1971 para em 2009 possuir praticamente
o mesmo peso que a alimentação na estrutura do consumo exergético. Existem três razões
para tal ter acontecido: (i) um grande aumento da população, (ii) uma maior distribuição de
eletricidade, que assim chega a mais domicílios e (iii) um crescimento gradual do uso de
eletrodomésticos elétricos – frigoríficos, televisões, etc. (ANEEL).
55
Como já foi referido, o consumo de carvão foi sempre praticamente irrelevante quando
comparado com os restantes vetores energéticos. Houve apenas um crescimento no início da
década de 1980 devido à segunda crise petrolífera. O que quer dizer que a transição
energética que aconteceu em grande parte da Europa – transição de madeira para carvão –
não ocorreu no Brasil. A irrelevância no consumo do carvão brasileiro fica a dever-se à sua
fraca qualidade e ao facto da revolução industrial brasileira (1930-1956) ter acontecido mais
tarde que nos países europeus, e quando esta ocorreu já haveria outras tecnologias que
favoreciam outros vetores energéticos conduzindo o Brasil a optar pelo uso dos mesmos,
nomeadamente os combustíveis renováveis ou derivados de petróleo para os mesmos fins.
O gás natural possui ainda um pequeno peso na estrutura exergética brasileira. Na Figura 5.6 e
na Figura 5.7 observa-se um aumento gradual do consumo de gás natural desde o início da
década de 80 impulsionada pelo início da comercialização dos produtos provenientes da Bacia
de Campos - incluindo o gás natural. Desde esse ano, o Brasil tem mostrado uma constante
aposta na utilização deste vetor energético.
Figura 5.7 - Consumo de exergia final no Brasil por fonte em termos relativos.
Ao analisar as Figuras 5.6 e 5.7 observa-se que, apesar do consumo proveniente da
alimentação ter aumentado – principalmente devido ao aumento da população - a sua fração
na estrutura exergética brasileira tem diminuído ao longo dos anos. Isto aconteceu porque o
consumo dos restantes vetores energéticos cresceu a uma taxa superior ao da alimentação.
Quando se distribuiu a exergia final pelas respetivas categorias de trabalho útil obtiveram-se as
seguintes figuras:
56
Figura 5.8 - Consumo brasileiro de exergia final por categoria de trabalho útil.
Figura 5.9 - Estrutura do consumo de exergia final no Brasil por categoria de trabalho útil.
Do gráfico acima conclui-se que o calor de baixa temperatura é claramente o uso exergético
predominante no Brasil. Deve-se sobretudo ao grande uso de combustíveis renováveis –
carvão vegetal e lenha – que não conseguem atingir elevadas temperaturas. Repara-se no
entanto que o Brasil tem optado por usos mais nobres da energia - trabalho mecânico
estacionário, outros usos elétricos, calor de alta temperatura – ao invés dos mais pobres como
calor de baixa temperatura e trabalho muscular. No Anexo E é possível identificar as categorias
mais contribuidoras para cada vetor energético.
57
5.2 Trabalho útil
Para analisar os usos da energia, é melhor considerar o trabalho útil em vez da exergia final
(Figura 5.9) porquanto as frações de cada categoria de trabalho útil são muito mais
dependentes de mudanças estruturais na procura de energia (Serrenho et al., 2013).
De seguida calculou-se o trabalho útil no Brasil e obtiveram-se as Figuras 5.10 e 5.11, dos
quais concluiu-se que o consumo de trabalho útil teve um crescimento gradual nos últimos
anos, com a exceção de 1980 – após a segunda crise petrolífera – e 1990 – devido ao plano
económico em vigor que provocou uma recessão no país.
Numa primeira análise observa-se que todas as categorias estão a aumentar o seu consumo.
Porém, ao analisar a Figura 5.11, observa-se que as suas frações na estrutura do trabalho útil
mantêm-se aproximadamente constantes, sendo que as categorias onde existe uma maior
variação são o trabalho muscular, trabalho mecânico estacionário e os transportes.
O trabalho muscular e os transportes, apesar do seu consumo ter crescido (Figura 5.10), foram
as categorias que mais perderam importância na estrutura de consumo de trabalho útil, isto
porque as restantes categorias tiveram um crescimento muito superior (Figura 5.11).
Observa-se que atualmente a economia brasileira é muito mais dependente do trabalho
mecânico estacionário do que em 1971. O mesmo acontece para o calor de alta temperatura
mas numa escala muito menor. Este aumento foi devido a uma grande industrialização no país
– como pode ser verificado na Figura 5.1 - sendo que os usos referidos – trabalho mecânico
estacionário e calor de alta temperatura - são os mais utilizados neste setor.
Apesar de grande parte da energia utilizada no Brasil estar destinada à indústria, o calor de
baixa temperatura ainda tem grande relevância na economia brasileira nomeadamente no setor
industrial. Isto acontece devido ao grande peso da indústria alimentar e tabaqueira – das
indústrias mais relevantes no Brasil (Figura 3.11) – onde o seu uso energético maioritário são
os processos de secagem (ex: secagem do grão, da folha de fumo, etc.) que se realizam a
baixas temperaturas.
No Brasil, a categoria dos transportes não tem tanto peso na estrutura de trabalho útil quando
comparado com os certos países – Reino Unido (Warr et al., 2008), Portugal (Serrenho et al.,
2013) ou EUA (Ayres et al., 2003) – mas possui um valor superior à média mundial (Ertesvag,
2001). Isto mostra que apesar do grande peso dos processos utilizados na indústria - que já se
observou ser o setor com mais relevância no sistema energético brasileiro (Figura 5.1) – o setor
dos transportes ainda apresenta alguma relevância na estrutura de trabalho útil provando que o
Brasil tem apostado muito na evolução dos meios de mobilidade do país.
Por fim, as categorias da iluminação e dos outros usos elétricos sempre tiveram um peso
irrelevante face às restantes. Apesar do consumo dos outros usos elétricos estar sempre a
aumentar e a ganhar peso na estrutura do trabalho útil, é natural que este nunca possua
58
grande relevância na estrutura de trabalho útil devido ao grande consumo das restantes
categorias.
Figura 5.10 - Consumo de trabalho útil por categoria no Brasil em termos cumulativos.
Figura 5.11 - Trabalho útil por categoria no Brasil em termos relativos.
Ao analisar as Figuras 5.9 e 5.11 observa-se que certas categorias têm mais peso na estrutura
de trabalho útil quando comparado com a exergia final (por exemplo, trabalho mecânico
industrial e calor de alta e média temperatura) e vice-versa (por exemplo, calor de baixa
temperatura, transportes e alimentação). Isto é devido às diferentes eficiências de Segunda
Lei, isto é, os usos mais nobres de energia como o trabalho mecânico estacionário ou o calor
de alta temperatura têm elevadas eficiências o que faz com que o trabalho útil seja superior
comparativamente aos usos mais pobres (calor de baixa temperatura e alimentação).
59
5.3 Eficiência de Segunda Lei
Na Figura 5.12 é possível visualizar a evolução da exergia final e do trabalho útil no Brasil de
1971 a 2009. Como já foi referido, a diferença entre ambos deve-se à eficiência de Segunda
Lei. A Figura 5.13 mostra a evolução da eficiência de Segunda Lei agregada do Brasil.
Figura 5.12 - Consumo de exergia final e de trabalho útil no Brasil de 1971 a 2009.
Figura 5.13 - Eficiência agregada de Segunda Lei para o Brasil de 1971 a 2009.
60
Entre 1971 e 2009 a eficiência exergética teve um aumento considerável passando de 10,2%
para 21,3%. Este grande aumento deve-se aos seguintes fatores:
(i) Uma mudança no uso de energia, ou seja, a energia tem vindo a ser destinada para
usos mais nobres (calor de alta temperatura, trabalho mecânico estacionário). O
grande desenvolvimento industrial foi uma grande influência para esta mudança, pois é
nesse setor que se encontram as categorias mais eficientes exergeticamente.
(ii) Uma mudança para vetores energéticos mais eficientes. Por exemplo, houve uma
grande aposta na eletricidade que possui uma maior eficiência nos processos final-
para-útil e uma redução dos combustíveis renováveis cujos processos possuem
habitualmente eficiências mais baixas.
(iii) O progresso tecnológico, também foi uma das causas deste aumento de eficiência de
Segunda Lei devido ao uso de equipamentos mais eficientes – aumento da eficiência
energética.
Nos anos de 1980 e 1990 houve um declínio da eficiência agregada. Como já foi referido, a
economia e o consumo de energia de um país estão ligadas (Fouquet et al., 2009; Warr et al.,
2008) e foi neste período que o Brasil se ressentiu economicamente. Estas crises9 provocaram
uma diminuição na produção e no consumo de energia e, consequentemente, na sua
eficiência.
5.4 Comparação entre Brasil e Portugal
Após a análise energética e exergética do Brasil, o presente subcapítulo consiste na
comparação dos resultados alcançados na presente dissertação com os obtidos em Serrenho
et al. (2013) para Portugal. Para além dos pontos de vista analisados para o Brasil, também
serão abordados os valores das intensidades energéticas primárias, exergéticas e de trabalho
útil para ambos os países de forma a possuir mais uns indicadores de eficiência energética e
exergética nacional.
Existe uma pequena diferença na divisão das categorias de trabalho útil entre os dois
trabalhos. Na presente dissertação houve uma separação do trabalho mecânico em duas
categorias diferentes: trabalho mecânico estacionário e transportes. Em Serrenho et al. (2013)
não existe esta separação sendo que as duas categorias estão englobadas no “trabalho
mecânico”.
5.5.1 Energia e exergia final
Nas Figuras 5.14 e 5.15 pode-se observar o uso de energia final por setor em Portugal e no
Brasil entre 1971 a 2009.
9 Em 1980, a crise foi provocada pela segunda crise petrolífera enquanto que em 1990 foi devido ao plano económico da época.
61
Figura 5.14 - Consumo de energia final por setor no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Figura 5.15 - Estrutura do consumo de energia final por sector no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009. Fonte: IEA.
Comparando os dois países constata-se que a diferença mais evidente é a que se prende com
o consumo energético no Brasil que é bastante superior ao português – cerca de 12 vezes em
1971 e 11 vezes em 2009. Também facilmente se repara que por volta do ano 2001 o consumo
português de energia estabilizou – devido à crise económica, como pode ser constatado no
Anexo F observando a evolução do PIB português – contrariamente ao brasileiro que até ao
ano de 2008 esteve sempre a crescer, tendo os efeitos da crise mundial começado a notar-se
apenas em 2009.
Outra diferença realçada pelos gráficos em questão reside no setor industrial que vai perdendo
peso na estrutura energética final em Portugal, acontecendo precisamente o oposto para o
Brasil, graças à relevância que este país dedica ao setor industrial como já foi previamente
explicado.
62
Da análise aos mesmos gráficos, pode ainda observar-se que, em ambos os países, o setor
dos transportes tem vindo a crescer quer no que respeita ao consumo quer ao seu peso na
estrutura energética final. Constata-se, contudo, que em Portugal o respetivo setor possui uma
fração consideravelmente superior ao do Brasil, pois no caso brasileiro tem havido um grande
crescimento industrial – devido à industrialização – fazendo com que o setor dos transportes
perca relevância na estrutura energética final, mesmo estando a aumentar o seu. No caso
português, esta industrialização aconteceu antes do período de análise e atualmente já não
existe um crescimento industrial tão significativo. Contrariamente, o setor dos transportes
continua o seu crescimento, ganhando peso na estrutura energética final.
No setor do uso próprio para a indústria energética também se deteta uma pequena diferença.
Em 1980 e em 2000 nota-se, no Brasil, uma subida no consumo de energia neste setor,
enquanto que em Portugal se mantém sempre constante. Estas subidas no Brasil foram
causadas principalmente pelo início da extração de petróleo – a justificação deste facto já foi
anteriormente detalhado na presente dissertação. No caso português, a constância
demonstrada neste setor mostra que este tem crescido a uma taxa equivalente ao consumo de
energia final total do país, ou seja, a produção de energia não tem sofrido grandes alterações
quer ao nível de energia produzida – apenas um aumento de forma a satisfazer as
necessidades nacionais – quer ao nível do método de produção, principalmente ao nível de
produção de eletricidade.
Outra diferença assinalável verifica-se nos setores residencial e de serviços. Pode observar-se
que no Brasil o setor residencial não tem aumentado significativamente o seu consumo total,
como, de resto, já foi anteriormente referido e, consequentemente, tem perdido peso na
estrutura energética. Isto fica a dever-se à transição de biomassa para GPL e eletricidade
(Figura 5.5). Ou seja, ao longo dos anos tem-se vindo a utilizar vetores energéticos que são
mais eficientes nos seus processos, isto é, tem havido um maior consumo de trabalho útil sem
ser necessário haver um maior consumo de exergia final. De facto, ao analisar a figura 5.16,
nota-se um constante crescimento no consumo de trabalho útil. A partir de 1994, para
aumentar o consumo de trabalho útil, o Brasil viu-se obrigado a recorrer a um aumento de
energia final ao invés de continuar a mudar a estrutura energética residencial – como se
constata ao analisar a Figura 5.4.
A diminuição no ano 2001 corresponde ao ano em que houve o “apagão” onde existiu um corte
significativo do fornecimento da eletricidade.
63
Figura 5.16 - Consumo de trabalho útil no setor residencial brasileiro entre 1971 a 2009.
Quanto ao setor dos serviços brasileiro, este tem aumentado a sua fração na estrutura
energética final mas não tanto como em Portugal. Mais uma vez, isto é devido à
industrialização tardia que aconteceu no Brasil, determinando que o setor dos serviços não
tenha ainda grande peso na estrutura energética, contrariamente a Portugal, que tem apostado
numa economia de serviços.
Em suma, no período de análise, o Brasil apresenta um perfil quantitativo equivalente de uso
da energia característica de um país em industrialização. No mesmo período, Portugal, por sua
vez, encontra-se numa fase de estabilização, não só por já ter passado pela fase da
industrialização mas também por atualmente se encontrar em plena crise económica, o que
tem levado a certas medidas de recessão e a uma aposta económica direcionada para o setor
dos serviços.
Na Figura 5.17, referente a Portugal, observa-se a estrutura de exergia final por categoria de
trabalho útil. O aspeto mais curioso é que, apesar de os dois países se situarem em fases
económicas diferentes, em praticamente todas as categorias de trabalho útil têm
aproximadamente o mesmo peso quer no Brasil quer em Portugal. A grande diferença entre os
dois países situa-se ao nível do trabalho muscular animal e humano, por um lado, e os outros
usos elétricos, por outro. No Brasil, o trabalho muscular animal sempre teve uma fração muito
superior na estrutura.
Em Portugal, em 1970 apenas cerca de 5% da exergia final era usada para trabalho muscular
de animais de carga e em 2009 essa parcela é praticamente inexistente. No Brasil a mesma
categoria possuía um peso de 10% em 1970 e desceu para cerca de 5% possuindo,
presentemente, ainda algum peso.
64
Relativamente ao trabalho muscular humano, este tem mantido uma fração relativamente
constante no Brasil devido ao aumento da sua população. Em Portugal há uma ligeira
diminuição ao longo do tempo em análise – cerca de 5%.
É nos outros usos elétricos que se constata uma preponderância dos mesmos em Portugal
relativamente ao Brasil, uma vez que ainda existe muita população sem acesso ao ar
condicionado em casa e uma parte da população nem sequer possui ainda frigorífico nem
televisão, os quais, por sua vez, estão praticamente presentes na totalidade dos lares
portugueses.
A justificação dos aspetos referidos acima baseia-se numa grande quantidade de vilas e
cidades situadas no interior do Brasil e que têm um avanço tecnológico pouco assinalável,
recorrendo ainda a meios rudimentares para o aquecimento das suas casas, como por
exemplo o uso de combustíveis em vez de ar condicionado e o uso de força animal para
transporte. Por esta razão é que o trabalho muscular tem um peso superior na estrutura de
trabalho útil no Brasil relativamente aquele que tem em Portugal, sendo que nos outros usos
elétricos sofre de um comportamento inverso – um peso superior em Portugal.
A evolução do trabalho mecânico tem sido bastante semelhante em ambos os países. Como se
pode verificar, registou-se um aumento da fração desta categoria. Este aumento, apesar de
apresentar o mesmo comportamento, tem causas diferentes. No Brasil, este aumento é
causado pelo trabalho mecânico estacionário derivado da industrialização, enquanto que em
Portugal deveu-se principalmente a um aumento dos transportes – este facto será
posteriormente explicado mais em detalhe.
Figura 5.17 - Estrutura de exergia final no Brasil e em Portugal por categoria útil de 1971 a 2009. Fonte para o caso português: Serrenho et al., 2013
65
5.5.2 Trabalho útil
Se se observar a estrutura de trabalho útil para Portugal (Figura 5.18) e a compararmos com o
Brasil conclui-se que, tal como a estrutura exergética final, os termos relativos dos usos dados
à energia em Portugal são bastante idênticos aos do Brasil.
Figura 5.18 - Estrutura do trabalho útil no Brasil e em Portugal por categoria de 1971 a 2009. Fonte para o caso português: Serrenho et al., 2013
A grande diferença é o aumento do trabalho mecânico em Portugal enquanto que no Brasil se
mantém aproximadamente constante. Tal facto foi causado fundamentalmente pelas
necessidades energéticas cada vez maiores no setor dos transportes. Este fato é corroborado
pela Figura 5.14 (referente a Portugal) onde se verifica um crescimento no peso da estrutura
energética final do setor dos transportes contrariamente ao setor industrial que tem diminuído.
Paralelamente, observando a Figura 5.19 repara-se que em média, o consumo de energia final
por habitante no setor dos transportes em Portugal é muito superior ao do Brasil. Isto mostra
que os portugueses usam mais energia no que respeita à sua mobilidade, ou seja, andam mais
de transporte ou possuem mais veículos por pessoa – em comparação com o Brasil. Também
se podia falar que era uma questão de eficiência, contudo os veículos do Brasil são menos
eficientes (Bastin et al., 2010) (devido à utilização dos veículos flex) que os europeus (movidos
principalmente a Diesel ou a gasolina) logo a superioridade do consumo de energia final nos
transportes per capita deve-se à necessidade de transporte dos portugueses.
66
Comparando as outras categorias de trabalho útil visualiza-se que uma fração cada vez maior
do trabalho útil em Portugal é devido ao trabalho mecânico. No Brasil, por sua vez, as frações
das categorias de trabalho útil são muito mais constantes no período de análise, havendo,
todavia, um ligeiro aumento do trabalho mecânico estacionário e do calor de alta temperatura e
uma diminuição do trabalho muscular. Este aumento destas categorias de trabalho útil é
consequência da industrialização brasileira e à sua constante aposta nesta área da atividade
económica que consome cerca de 45% da energia do país (Figura 5.2) e utiliza
maioritariamente estes usos energéticos.
5.5.3 Eficiência de Segunda Lei
Já foram vistas as diferenças na estrutura exergética e de trabalho útil nos dois países, de
seguida mostra-se a Figura 5.20.
Figura 5.19 – Consumo de energia final no setor dos transportes per capitano Brasil e em Portugal de
1971 a 2009. Fonte: IEA.
67
Figura 5.20 - Evolução da eficiência agregada de Segunda Lei para Portugal e para o Brasil de 1971 a 2009.
No presente gráfico constata-se que, no período de análise, a eficiência de Portugal tem sido
muito mais estável que a brasileira. Aliás, em 1993 a eficiência de Segunda Lei brasileira
ultrapassa a portuguesa. O grande aumento verificado no Brasil deveu-se a dois motivos
principais: (i) mudança na sua estrutura energética respeitante ao uso da energia, uma vez que
o Brasil tem apostado mais no trabalho mecânico estacionário e no calor de alta temperatura
que são usos mais nobres do que por exemplo o calor de baixa temperatura – mais uma vez
consequência da uma constante industrialização que o Brasil tem mostrado no período de
análise - e (ii) uma constante aposta na utilização de vetores energéticos que geralmente têm
uma eficiência de Segunda Lei superiores, como por exemplo a eletricidade, o petróleo e
ultimamente o gás natural em detrimento de combustíveis renováveis.
Em Portugal, apesar de ter havido um grande aumento de trabalho mecânico, este engloba os
trabalhos mecânico estacionário – uso mais nobre da energia- e os transportes – uso mais
pobre de energia. Enquanto que o trabalho mecânico estacionário tem valores elevados de
eficiência, os valores respeitante ao transporte são baixos, o que faz com que a eficiência
média dos dois se mantenha aproximadamente constante – pois ambas as categorias estão
em crescimento. Como as restantes categorias possuem um peso aproximadamente
constante, a eficiência portuguesa não se altera muito.
Pode-se concluir que, durante o período em análise, a eficiência de Portugal não depende
tanto de mudanças estruturais como no Brasil, pois o trabalho mecânico tem vindo sempre a
aumentar e apenas se assiste a um aumento da eficiência no início da década de 1970 até
1987 – nos restantes anos, a eficiência mantém-se aproximadamente constante e não
acompanha a evolução do trabalho mecânico, ou seja, não aumenta. Desta forma, é mais
68
provável que o ligeiro aumento da eficiência portuguesa seja devido a um avanço tecnológico
que ocorreu na época e não tanto a uma mudança nos usos da energia.
5.5.4 Intensidade energética primária, exergética final e trabalho útil
De seguida comparam-se as intensidades energética, exergética e de trabalho útil dos dois
países em estudo. Os dados relativos ao consumo de energia primária para Portugal foram
retirados da IEA (IEA, 2011) e, para todas estes indicadores retiraram-se a energia proveniente
da alimentação. O PIB português e brasileiro também foram obtidos pela IEA e utilizou-se o
método do Poder de Paridade de Compra a preços constantes por forma a ser possível fazer
uma comparação entre os países e ao longo do tempo (IEA, 2011).
Figura 5.21 - Intensidade energética primária no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009.
Na Figura 5.21 é possível observar a evolução da intensidade energética primária em Portugal
e no Brasil. No caso brasileiro existe uma pequena diminuição desde 1971 a 2009 mas a
conclusão mais importante é que nos últimos 38 anos, este valor tem-se mantido
aproximadamente constante. Isto quer dizer que o Brasil tem conseguido industrializar e
aumentar a sua economia – visto que o seu PIB aumentou consideravelmente nos últimos anos
(Anexo F) – mantendo a sua eficiência energética.
O comportamento português é totalmente diferente do brasileiro. No início da década de 1970
observa-se que a intensidade energética é significativamente inferior no país europeu, ou seja,
através deste indicador, Portugal é aparentemente mais eficiente. Contudo, ao longo do tempo
tem-se assistido a um aumento da intensidade energética e em 2009 já se situam bastante
próximas. Significa isto que para produzir uma unidade de riqueza, Portugal tem gasto cada
vez mais energia. Este comportamento pode indiciar uma diminuição da eficiência energética,
69
mas o mais certo será um aumento da produção de eletricidade com base nas centrais
termoelétricas provocando o comportamento verificado no gráfico.
Em relação ao comportamento da intensidade exergética final e de trabalho útil pode-se
visualizar os gráficos seguintes:
Figura 5.22 - Intensidade exergética no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009.
Figura 5.23 - Intensidade de trabalho útil no Brasil e em Portugal de 1971 a 2009.
70
Repara-se numa diminuição da intensidade exergética do Brasil de 1971 até 1980 que coincide
com a ocorrência de um aumento da eficiência agregada de Segunda Lei. A causa principal foi
uma mudança estrutural no uso de energia favorecendo usos mais nobres mas também
usando vetores energéticos com eficiências final para útil mais elevadas – principalmente a
eletricidade. A partir desse ano, o Brasil fez uma aposta em indústrias energo-intensivas, o que
tenderia a levar a um aumento da intensidade exergética – devido ao seu elevado consumo de
energia - mas sobretudo da intensidade de trabalho útil pois estas indústrias utilizam processos
que necessitam de usos mais nobres da energia. No entanto, observa-se que para a
intensidade exergética isso não acontece, o que mostra que apesar desta nova tendência, o
Brasil tem conseguido manter este indicador aproximadamente constante devido ao aumento
da sua eficiência.
A intensidade de trabalho útil no Brasil tem aumentado, o que significa que em conjugação com
a diminuição/constância da intensidade exergética, ocorreu um aumento na eficiência
exergética, ou seja, o Brasil conseguiu aumentar o consumo de quantidade de trabalho útil sem
recorrer a um aumento de consumo de exergia final. O aumento deste indicador foi devido à
constante industrialização que o país sofreu neste período10.
Em relação a Portugal, observa-se que estes indicadores mantêm-se mais contantes ao longo
do tempo, com uma ligeira diminuição da intensidade exergética e um aumento da intensidade
de trabalho útil. Isto demonstra um ligeiro aumento da eficiência de conversão da exergia que
não é tão acentuada como no caso brasileiro – como também é visível na Figura 5.20.
Resumindo os resultados obtidos no presente subcapítulo, a evolução da intensidade
exergética final portuguesa tem um comportamento equivalente à brasileira mas de valor
inferior. Assim, para produzir uma unidade de riqueza, Portugal utiliza um valor inferior de
exergia que o Brasil. Contudo, na intensidade de trabalho útil existe uma evolução diferente
onde o Brasil tem demonstrado um valor superior e sempre crescente contrariamente ao de
Portugal que se manteve constante. Isto justifica-se pela grande aposta por parte do Brasil em
processos industriais, que costumam ser mais eficientes. Portugal já passou por esse processo
de industrialização e situa-se de momento na fase de estabilização e de aposta em serviços
(que possui valor de eficiência exergética inferiores) – calor de baixa temperatura – e nos
transportes.
10 Warr et al. (2010) demonstrou que o Reino Unido, o Japão, a Áustria e os EUA apresentaram uma evolução da intensidade de trabalho útil semelhante ao Brasil enquanto passavam por uma fase de industrialização.
71
6 CONCLUSÕES
A análise do trabalho útil apresenta diversas vantagens quando comparada com a análise da
energia final ou da energia útil. Estas vantagens são bem patentes em algumas das questões
que se podem discutir num contexto de eficiência energética:
(i) Para reduzir o consumo de energia final mas continuar a usufruir do mesmo nível de
qualidade de vida, é necessário tomar medidas ao nível do fluxo útil de energia
(melhorar eficiência dos equipamentos finais, escolha dos melhores vetores
energéticos, etc.). Para tomar estas medidas, é necessária a existência de estudos
focados nesse tipo de fluxo. Contudo, existem poucos a este nível e a análise do
trabalho útil surge como uma das opções de análise à tomada das referidas medidas,
contrariamente à análise de energia final que não se foca no fluxo útil de energia
(ii) Quando se analisam as eficiências de processos envolvendo calor, nota-se que os
valores destas eficiências, para além de serem suscetíveis de conduzirem a erros, são
também de difícil compreensão. Por exemplo, se o objetivo for aquecer uma sala, o
radiador elétrico, porque tem uma eficiência energética de 100%, poderia indicar que
seria uma boa opção. Utilizando, porém, a metodologia do trabalho útil, utiliza-se um
outro tipo de eficiência – a eficiência exergética – que demonstra que o aquecimento
de espaços com recurso ao radiador elétrico não é de todo o mais eficiente. Outro
exemplo em que a eficiência energética mostra algumas falhas é na análise dos ciclos
frigoríficos pois estes não possuem um limite máximo para a eficiência energética, isto
é, pode apresentar valores superiores a 1. Contrariamente, a eficiência exergética
situa-se sempre entre 0 e 1.
(iii) Para analisar as necessidades de uso de energia e, principalmente, para tomar
medidas de política energética, a abordagem do trabalho útil é consideravelmente
melhor comparada à energia útil. Isto porque o trabalho útil está mais próximo dos usos
produtivos da energia já que indica a quantidade mínima de exergia para um dado uso
em concreto e, por isso, é um bom fator de produção para caracterizar a economia de
um país11.
A alteração da metodologia de modo a considerar a separação do trabalho mecânico em
trabalho mecânico estacionário e transportes, permite uma análise dos resultados mais
imediata e clara e com uma menor probabilidade de erro. Ademais, apresentando-se estes
usos finais como independentes entre si é possível avaliá-los autonomamente nos resultados
finais.
O uso de energia no Brasil teve um aumento bastante acentuado entre 1971 e 2009, sendo o
petróleo e os combustíveis renováveis os vetores energéticos mais consumidos devido à sua
grande produção interna. No entanto, para satisfazer todas as suas necessidades energéticas,
11 Como já foi provado em Warr et al. (2008) e Ayres et al. (2003).
72
o Brasil teve sempre que importar alguns vetores energéticos. Atualmente, o vetor energético
mais importado pelo Brasil tem sido o gás natural cujo uso tem sido promovido devido à sua
eficiência.
Uma vez que o Brasil se encontra numa fase de industrialização, é natural que a maior parte da
energia se destine a usos industriais com enfoque no funcionamento de indústrias pesadas
como a siderúrgica, cimenteira ou a do vidro. O recurso à metodologia do cálculo do trabalho
útil revela exatamente essa tendência brasileira, ao evidenciar que os usos de energia que
revelaram uma taxa de crescimento mais elevada foram o calor de alta temperatura e,
sobretudo, o trabalho mecânico estacionário – usos, justamente, mais habituais na indústria
pesada. Não obstante a taxa de crescimento elevada do calor de alta temperatura, o calor de
baixa temperatura não deixa de possuir um grande peso na estrutura de trabalho útil brasileira,
graças à grande influência da sua indústria alimentar, em cujos processos energéticos o uso
maioritário da energia é em processos de secagem.
O setor dos transportes é o segundo setor económico que usa mais energia final. Todavia,
quando se analisa a categoria dos transportes na estrutura do trabalho útil constata-se que tal
categoria tem, nessa estrutura, uma importância bastante inferior quando comparada com
outros usos de energia, designadamente o calor a alta temperatura e o trabalho mecânico
estacionário. Esta diferença de importância tem a sua razoabilidade no grande peso que o
setor industrial possuiu na estrutura energética brasileira que utiliza a energia para os usos já
referidos anteriormente – calor de alta temperatura e trabalho mecânico estacionário.
O vetor energético que perdeu mais importância na estrutura energética foi a alimentação.
Sucedeu isto não porque o uso deste vetor tenha diminuído – até porque se verificou um
crescimento acentuado da população brasileira com o consequente aumento do consumo de
alimentos - mas porque o uso dos restantes vetores teve um aumento bastante significativo
Comparando os resultados obtidos com os valores referentes a Portugal, concluiu-se que a
grande diferença reside no facto do Brasil estar a passar por uma industrialização enquanto
Portugal está a transitar para uma economia de serviços. Contudo, o mais curioso é que a
estrutura do trabalho útil português não é muito diferente da estrutura do trabalho útil brasileiro.
Dito por outras palavras, os usos que cada um destes países dão à energia não são
sensivelmente diferentes. A diferença principal situa-se ao nível da evolução do trabalho
mecânico (junção do trabalho mecânico estacionário com os transportes) que em Portugal tem
um impacto crescente na estrutura de trabalho útil português, em razão do crescimento dos
transportes, o que não ocorre na estrutura de trabalho útil brasileiro.
Outra comparação que merece destaque entre Portugal e o Brasil prende-se com a eficiência
agregada de Segunda Lei. Visualizou-se que no caso do Brasil houve um crescimento
significativo devido a uma mudança estrutural na utilização de energia provocada pela
industrialização que promove usos mais nobres de energia – calor de alta temperatura e
trabalho mecânico estacionário – e a uma mudança de utilização de vetores energéticos,
dando prioridade a vetores mais eficientes – petróleo e eletricidade – em vez dos menos
73
eficientes – combustíveis renováveis. No caso português, a eficiência agregada de segunda lei
mantém-se aproximadamente constante no período em estudo o que mostra que não houve
grandes mudanças ao nível estrutural e que o ligeiro aumento verificado se deve ao aumento
da eficiência energética. Apesar de Portugal já não se encontrar na fase da industrialização,
em certos aspetos o Brasil já demonstra uma certa superioridade relativamente a Portugal – a
sua eficiência exergética é superior a partir do ano 1993 – graças à experiência, por ele colhida
junto de outros países que, antes dele, já haviam passado pelo mesmo processo de
industrialização, o que lhe permitiu, nessa medida, ultrapassar mais celeremente certas fases
desse processo e, consequentemente, ter também obtido mais rapidamente o acesso a outras
tecnologias mais eficientes que permitem um melhor desenvolvimento.
Um outro aspeto a realçar na comparação entre Portugal e o Brasil está relacionado com os
indicadores das intensidades energéticas primárias, exergéticas e de trabalho útil. Conclui-se,
nesta parte, que o Brasil tem aumentado o seu poder económico sem prejudicar a sua
eficiência energética, podendo até dizer-se que a mesma acompanhou o crescimento
económico. Esta conclusão surpreende já que, para um país que aposta fortemente em
grandes indústrias consumidoras de energia, era de esperar, que os valores da intensidade
energética e exergética aumentassem. Paralelamente, o aumento da intensidade de trabalho
útil com a diminuição da intensidade exergética mostra que a eficiência de Segunda Lei tem
aumentado, ou seja, o Brasil tem aumentado o consumo de trabalho útil sem recorrer a um
aumento do consumo de exergia. Este aumento da intensidade é usual em países que estão a
industrializar-se.
Ao analisar estes indicadores para Portugal - com a exceção da intensidade energética
primária - verifica-se que sofrem o mesmo comportamento que no Brasil, todavia muito menos
acentuado, isto é, uma ligeira diminuição e aumento da intensidade exergética e de trabalho útil
respetivamente, o que mostra um ligeiro aumento da eficiência agregada no período em
análise. Em contrapartida, verifica-se um aumento significativo da intensidade de energia
primária, o que pode evidenciar uma diminuição da eficiência energética portuguesa entre 1971
e 2009. No entanto, a causa mais provável será um aumento de produção de eletricidade
proveniente das centrais termoelétricas que tende a provocar este tipo de comportamento do
respetivo indicador.
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75
7 TRABALHOS FUTUROS
Propõe-se, como possível trabalho futuro, ampliar o período em análise da presente
metodologia, ou seja, fazer o mesmo estudo para o Brasil nos anos anteriores a 1971. Desta
forma, talvez seja possível obter uma ainda melhor compreensão dos usos da energia e
identificar as transições energéticas (ou exergéticas) que não foi possível na presente
dissertação devido, justamente, ao período em análise se revelar demasiado curto.
Seria também interessante fazer a mesma análise, mas para diversos países, de forma a
verificar se possuem os mesmos padrões de uso da energia comparativamente, não só ao
Brasil mas também a Portugal. Por outras palavras, verificar se existe um padrão internacional
no que respeita ao uso final de energia.
Fazendo parte dos BRIC’s, é de esperar que o Brasil venha a ter uma grande influência no
consumo energético mundial. Sugere-se a elaboração de diferentes cenários de
desenvolvimento para este país utilizando o conceito de trabalho útil de forma a, no futuro, se
conseguir tomar as melhores decisões político-energéticas.
Seria ainda interessante fazer estatísticas nacionais referentes ao trabalho útil e à exergia final
visto serem dados fundamentais para uma melhor política energética. A presente dissertação já
fornece esses dados, e sugere-se a colocação destes sob a forma de tabelas, ou outra que
seja mais intuitiva, para análise e comparação entre países.
Com os dados fornecidos do trabalho útil também é possível usar o método utilizado em Warr
et al. (2008) para o Reino Unido, que tem como objetivo caracterizar a trajetória histórica do
crescimento económico de um dado país sem o recurso a quaisquer suposições de progresso
tecnológico ou de fatores de produtividade total. Neste método, utilizam-se três variáveis:
capital (valores monetários), trabalho laboral (horas de trabalho) e trabalho útil (Joules). Poder-
se-ia, então, fazer este estudo para o Brasil, visto já ter sido calculada a variável mais
complicada de obter – o trabalho útil.
Por fim, esta dissertação fornece uma caracterização das necessidades de consumo de
energia brasileiro. Tendo esta análise como base, é possível verificar em que setores
energéticos e sobretudo as categorias de trabalho útil em que o país se deve focar e que
medidas deve tomar de forma a melhorar a sua eficiência energética e exergética.
Exemplificando, medidas como proceder a mudanças estruturais ao nível do uso da energia
podem compensar mais comparativamente à aposta em novos vetores energéticos, ou vice-
versa.
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83
ANEXOS
A - Usos dos combustíveis fósseis no setor económico brasileiro
Consumo das indústrias energéticas para uso próprio
No Brasil, existem três fluxos nesta categoria:
- Gás de cidade (Gas Works), nestas indústrias, para a produção deste gás a partir do carvão
ou do petróleo, recorre-se ao processo de gaseificação. Este consiste em utilizar um
combustível e submetê-lo a elevadas temperaturas com a presença de ar ou oxigénio,
inferiores à estequiométrica, para criar uma mistura de gases que pode ser usado como uma
fonte de energia térmica e elétrica. Para este processo costuma-se usar temperaturas muito
elevadas, que podem ir desde os 400ºC até aos 1400ªC (ABCM). Como tanto o carvão como o
petróleo são utilizados maioritariamente a temperaturas superiores a 500ºC consideramos que
o uso para este fluxo é Calor de Alta Temperatura.
- Fornos de coque (Coke ovens), neste fluxo consideram-se as indústrias que fabricam o
coque. O coque provém do processo de “coqueificação” que consiste no aquecimento do
carvão mineral a altas temperaturas, na ausência de oxigénio num tempo estabelecido. Estas
temperaturas devem rondas os 1000-1100 ºC (Brascook). Consideramos o uso de Calor de
Alta Temperatura.
- Refinarias de petróleo (oil refineries), considera-se principalmente o processo de destilação.
Neste processo, as temperaturas da queima do petróleo variam entre os 80 a 400 ºC
(Petrobras, 2002). Optou-se por considerar um uso de Calor de Média Temperatura.
- Extração do gás e petróleo (oil and gas extraction), este fluxo apenas aparece no gás natural.
Este combustível é utilizado principalmente em bombas e compressores que são necessários
neste setor (EIA, 2011). Apesar destes equipamentos serem pouco eficientes utilizando o gás
natural (em comparação com, por exemplo, o Diesel), como a extração deste vetor energético
é maioritariamente offshore existem grandes dificuldades no seu transporte para os
consumidores finais (durante o período de análise o transporte era feito por navios metaneiros,
apenas em 1996 é que foi inaugurado o gasoduto Gasbel que se destinava a transportar o gás
natural proveniente da reserva de Bacia de Campos mas ainda em poucas quantidades
(Petrobras, 2009c). Considerou-se o uso de Trabalho Mecânico 1.
-Perdas (Losses), neste fluxo são as perdas das indústrias pertencentes a este sector. Esta
energia não é usada em nenhum processo (ex: perdas na distribuição) (IEA, 2011), logo dá-se
o uso de Uso Não Energético.
Sector Industrial
Como já foi referido, a indústria é o setor mais relevante no que toca ao consumo de
energia (como podemos ver no gráfico 6). Os fluxos no setor industrial são:
84
- Indústria siderúrgica (Iron and steel), para a fabricação de ferro, o minério de ferro é
misturado com uma pequena quantidade de outros minerais (como calcário) e com carvão. O
combustível é aquecido para atingir elevadas temperaturas (cerca de 1200 ºC) produzindo
monóxido de carbono onde é misturado com o ferro derretido. Na produção de aço o ferro é
misturado com “sucata de aço” e depois é aquecido a uma temperatura de cerca de 1700 ºC
(Bajay, 2009). Concluímos que o uso dado a este fluxo será Calor de Alta Temperatura.
- Indústria química e petroquímica (Chemical and Petrochemical), neste fluxo conta-se a
indústria farmacêutica, a indústria de produção de amoníaco, benzeno, naftalina, petroquímica,
fertilizantes entre outras. Para este fluxo considerou-se metade Calor de Alta Temperatura e
outra metade Calor de Média Temperatura, pois a gama de temperaturas atingidas pela
queima dos respetivos combustíveis na indústria química estão maioritariamente nesta gama
(produção de benzeno, fertilizantes, naftalina) (Serrenho et al., 2013).
- Indústria dos metais não ferrosos (Non-ferrous metals), neste fluxo conta-se toda a indústria
metálica com a exceção do ferro. No Brasil, a indústria de alumínio ocupa uma posição
relevante no setor industrial, mas aqui também se considera a industria do ouro, estanho,
cobre, zinco, chumbo, etc. (ABM; Serrenho et al., 2013). Considerou-se um uso de metade de
Calor de Alta Temperatura e metade de Calor de Média Temperatura.
- Minerais não metálicos (Non-metallic minerals), considera-se principalmente a indústria
cimenteira e cerâmica. Na indústria cimenteira as temperaturas são muito elevadas (podem
atingir os 1500ºC) quer na fase de pré-aquecimento do cru quer no processo de cozedura. O
cru é a mistura das matérias-primas (ex: calcário e argila) finamente moídas (SECIL). Na
indústria cerâmica, os combustíveis fósseis são mais utilizados nos processos de secagem não
atingindo elevadas temperaturas (Bizzi et al., 2003). Por estes motivos, o uso dado e esta
indústria é metade de Calor de Alta Temperatura e metade de Calor de Média Temperatura.
- Indústria mineira (Mining and quarrying), na indústria mineira não se considera apenas a
extração mas também a separação dos materiais (separação do alumínio, ferro, etc.) (Fonte:
Obtenção do alumínio metálico a partir da (ABAL; Serrenho et al., 2013). Assumiu-se metade
Calor de Média Temperatura e metade Calor de Baixa Temperatura 1 (até 120 ºC).
-Indústria alimentar e de fumo (Food and tobacco), nestes fluxos, os principais estágios nos
processos onde se utilizam os combustíveis é na secagem de grão e na secagem da folha de
fumo (Bizzi et al., 2003). Considerou-se então um uso de Calor de Baixa Temperatura 2 (até
90 ºC).
-Indústria papeleira (Paper, pulp and print), considerou-se a produção de celulose e de papel.
Para a produção de celulose o processo mais utilizado é o Processo de Kraft. Aqui os cavacos
(pequenos pedaços de madeira) vão para um digestor onde são aquecidos até uma
temperatura 180 ºC. De seguida a licor negro (o produto rejeitado do processo de digestão) é
aquecida no interior de uma caldeira de recuperação. Na produção de papel, os combustíveis
são utilizados para aquecer o vapor destinado a processos de secagem (BRACELA, 2010a;
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2010b). Desta forma adotou-se um uso de metade Calor de Média Temperatura e metade
Calor de Baixa Temperatura 1 (até 120 ºC).
- Indústria têxtil e de couro (Textile and leather), neste tipo de fluxo, os únicos usos poderam
ser a secagem de certos produtos ou aquecimento de águas para o engrossamento de certos
tecidos ou até chamuscagem de tecidos (ABQCT). Considerou-se o uso de Calor de Baixa
Temperatura 1.
- Indústria de construção (Construction), este fluxo apenas aparece no petróleo, mais
precisamente ao produto do gás petróleo liquefeito. Este combustível deve ser utilizado para
aquecimento de águas ou aquecimento de certos materiais (Serrenho et al., 2013). Deu-se o
uso de Calor de Baixa Temperatura 2.
- Indústria não específica (non-specified industry), neste fluxo não se sabe que usos dos
diferentes combustíveis poderão ter. Por essa razão, deu-se o uso considerado “padrão” :
metade Calor de Alta Temperatura e outra metade Calor de Média Temperatura (Serrenho
et al., 2013).
Sector dos Transportes
Neste setor, todos os fluxos de transporte movidos a gasolina ou equiparados a esta
(ex: gás natural, GPL, carvão) deu-se o uso de Transporte Mecânico 1. Os veículos movidos
a diesel consideraram-se Transporte Mecânico 2. Os restantes combustíveis utilizados para o
setor dos transportes (querosena) deu-se o uso de Transporte Mecânico 3 (Serrenho et al.,
2013).
Outros
Consideram-se os fluxos residencial, comercial, agricultura/florestal e pesca. O uso
dado a estes recursos energéticos nos fluxos de comercial e residencial são principalmente
para aquecimento de espaços, cozinha ou aquecimento de águas. Dessa forma considerou-se
o uso para os dois tipos de fluxos Calor de Baixa Temperatura 3. Para a agricultura e a
pesca, considerou-se que os combustíveis fósseis servem para aquecimento de águas.
Considerou-se então Calor de Baixa Temperatura 3 (Schaeffer & Wirtshafter, 1992; Serrenho
et al., 2013).
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B - Usos energéticos dados aos combustíveis renováveis
Grande parte da biomassa não consegue atingir elevadas temperaturas devido ao seu baixo
poder calorífico (Serrenho et al., 2013). Com isto em mente, procedeu-se às seguintes
colocações de trabalho útil:
- Consideraram-se as seguintes fontes energéticas um uso de Calor de Baixa
Temperatura 1 (Serrenho et al., 21013): carvão vegetal e outros tipos de biocombustíveis
sólidos (principalmente a lenha) que são as únicas fontes energéticas desta categoria utilizadas
no Brasil (com a exceção dos setor dos transportes).
- O setor onde não têm este uso é obviamente o setor dos transportes. Para o biodiesel
considerou-se um uso equivalente dado ao Diesel, ou seja Transporte Mecânico 2. Para os
restantes combustíveis (biogasolina, biocombustíveis sólidos primários, e outros combustíveis
líquidos) considerou-se um uso equivalente à gasolina, ou seja, Transporte Mecânico 1
(Heywood, 1988).
- No setor residencial, comercial e agrícola/florestal considerou-se que toda a biomassa
era usada para aquecimento de espaços, aquecimento de águas ou para cozinhar. Deu-se um
uso de Calor de Baixa Temperatura 3 e 2 para o caso agrícola pois este serve praticamente
para aquecimento de águas (Serrenho et al., 2013).
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C - Percentagens do uso da Eletricidade no setor residencial brasileiro
Tabela C 1 - Percentagem de uso no setor residencial brasileiro de 1971 a 2009. Fonte: PROCEL, 2008c; PROCEL, 1989.
Ano
Uso Elétrico 1971 1980 1988 2000 2005 2009
Trabalho Mecânico 17.2 19.5 17.9 15.7 13.8 12.4
Calor 39.0 41.3 42.4 42.0 41.0 40.3
Iluminação 10.5 10.5 12.3 13.6 14.1 14.4
Outros Usos Elétricos 33.2 28.8 27.4 28.7 31.1 32.9
Tabela C 2 - Percentagens de uso de energia na indústria brasileira de 1971 a 2009. Fonte: PROCEL, 2008b; Shaeffer & Wirtshafter, 1992.
Ano
Uso Elétrico 1971 1980 1987 2000 2005 2009
Trabalho Mecânico 71.0 69.9 69.0 67.4 66.8 66.3
Calor 17.4 18.8 20.0 22.1 23.0 23.6
Iluminação 8.1 7.5 7.0 6.1 5.7 5.4
Outros Usos Elétricos 3.5 3.8 4.0 4.4 4.5 4.6
Tabela C 3 - Percentagens do uso da eletricidade no setor comercial brasileiro de 1971 a 2009. Fonte: PROCEL, 2008a; Shaeffer & Wirthshafter, 1992.
Ano
Uso Elétrico 1971 1980 1987 2000 2005 2009
Trabalho Mecânico 5.2 2.4 10.8 15.7 16.8 18.1
Calor 0.7 0.0 3.1 15.8 20.4 24.1
Iluminação 94.1 97.6 88.8 37.1 23.8 11.8
Outros Usos Elétricos 0 0.0 0.0 31.5 39.0 46.1
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D - Eficiência de Segunda Lei (em %) considerando os usos finais
dados à Eletricidade no Brasil
Tabela D 1 - Eficiência de Segunda Lei (em %) consideradas para as diferentes categorias de trabalho útil tendo como vetor energético a eletricidade de 1971 a 2009 no Brasil. Fonte: Ayres et al., 2005.
Ano
Uso Elétrico 1971 1980 1987 2000 2005 2009
Trabalho Mecânico 77.8 80.0 81.8 85.0 86.3 87.3
Calor 18.1 17.9 17.7 17.7 17.7 17.5
Iluminação 9.8 11.0 11.7 13.0 9.9 8.6
Outros Usos Elétricos 18.4 18.1 15.5 11.3 13.5 13.9
Transportes 77.6 79.8 81.7 85.0 86.3 87.3
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E - Usos energéticos para cada vetor energético
Figura E 1 - Uso de exergia final do carvão e derivados no Brasil de 1971 a 2009.
Figura E 2 - Uso de exergia final do petróleo e derivados no Brasil de 1971 a 2009.
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Figura E 3 - Uso de exergia final do gás natural no Brasil de 1971 a 2009.
Figura E 4 - Uso de exergia final dos combustíveis renováveis no Brasil de 1971 a 2009.
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Figura E 5 - Uso de exergia final da eletricidade no Brasil de 1971 a 2009.
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F - Evolução do PIB do Brasil e de Portugal
Figura F 1 - Evolução do PIB de Portugal de 1971 a 2009 a preços constantes e utilizando o método de paridade de compra. Fonte: IEA.
Figura F 2 - Evolução do PIB do Brasil de 1971 a 2009 a preços constantes e utilizando o método de paridade de compra. Fonte: IEA.