Avaliação de Ciclo de Vida (emissões de GEE) de biodiesel produzido a partir de óleos virgens e usados

Fausto Freire | fausto.freire@dem.uc.pt

Érica Castanheira | erica@dem.uc.pt

João Malça| jmalca@dem.uc.pt

Carla Caldeira | carla.caldeira@dem.uc.pt

Centro para a Ecologia Industrial | Universidade de Coimbrahttp://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology

ENMC Webinar “Resíduos, Combate à Fraude e Biocombustíveis Avançados” | 27 Set 2016 | 10-13h

2

Centro para a Ecologia IndustrialEquipa

Centro para a Ecologia IndustrialAtividades e Serviços:

3

http://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology

Estudos de ACV e revisões críticas (ISO 14040/44)

Elaboração de Declarações Ambientais de Produto (DAP), incluindo DAPHabitat

Avaliação da Pegada de Carbono do Produto (PAS 2050, GHG Protocol, ISO 14067)

Avaliação de critérios (directiva RED) de sustentabilidade de biocombustíveis

Avaliação da sustentabilidade

Desenvolvimento de ferramentas de eco-design. Optimização económica e Ambiental

Formação e organização de encontros científicos

Centro para a Ecologia IndustrialÁreas de atuação

4

Energia

Renováveis: bioenergia,

biocombustíveis, solar e outras

Combustíveis fósseis. Sistemas de

conversão

Eletricidade

Transportes

Mobilidade sustentável

Veículos e componentes automóveis:

veículos elétricos,

transporte ferroviário,

análise de frotas

Edifícios e Arquitetura Sustentável

Componentes de edifícios

Arquitetura pré-fabricada

Desenvolvimento urbano sustentável

Envolvente e Isolamento térmico

Construção e remodelação sustentável

Agro-indústria e Florestas

Frutas, vegetais e óleos vegetais

Produtos de origem animal

Dietas sustentáveis

Biomateriais. Produtos de

madeira

Valorização de resíduos

Alteração de uso dos solos

Gestão de Resíduos

Óleos alimentares usados e gordura

animal

Desmilitarização

Digestão anaeróbia

Gestão de resíduos de construção e

demolição

Embalagens

Biocombustíveis: Avaliação da Sustentabilidade

Biodiesel

• Óleos virgens – colza, palma, soja, girassol

• Microalgas

• Óleos alimentares usados

• Gordura animal

BioEtanol

• Trigo

• Beterraba sacarina

• Cana-de-açucar

Métodos e abordagens

o Well-to-Tank & Tank-to-Wheels

o Alteração do uso dos solos (AUS)

o Práticas agrícolas

o Análise de incerteza (Monte Carlo)

o Análise de decisão multicritério

o Optimização multiobjetivo (económica, ambiental, técnicos)

o Impactes sociais

o Pegada da água

o Multifunctionalidade e valorização resíduos

5

Exemplos de Projetos com empresasde biocombustíveis

o Associação Portuguesa de Produtores de Biocombustíveis – APPB

• 2014-16: Avaliação de Ciclo de Vida das emissões de Gases com Efeito de Estufa da Produção de Biodiesel de Colza em Portugal

• 2010-12: Avaliação de Ciclo de Vida das emissões de Gases com Efeito de Estufa da Produção de Biodiesel de Soja em Portugal

o Várias empresas/entidades de recolha de óleos

• 2013-2014: Cálculo das Emissões de Gases com EfeitoEstufa do Óleo Alimentar Usado

o Projeto BioACV com CENBIO, BrasilJBS, Fertibom

• 2013-2014: Cálculo das Emissões de Gases com EfeitoEstufa da Produção de Biodiesel de soja e sebo bovino

6

7

Uncertainty/ variability in biofuel LCAs

Soil emissions (LU / LUC)

Assessment of co-

products

LCA approach (attributional/ consequential)

Prior land use

Temporal / geographical

scale

System boundaries

Capital goods

Functional unit

Reference system

Parameter uncertainty

Malça, J., Freire, F. (2006). Renewability and life-cycle energy efficiency of bioethanol and bioETBE: assessing the implications of allocation. Energy 31 (15), 3362-3380.Malça, J., Freire, F. (2010). Uncertainty Analysis in Biofuel Systems: An Application to the Life Cycle of Rapeseed Oil. Journal of Industrial Ecology 14 (2), 322-334.Malça, J., Freire, F. (2011). Life-cycle studies of biodiesel in Europe: A review addressing the variability of results and modeling issues. RSER 15 (1), 338–351.

ACV de biocombustíveis: Incerteza, variabilidade e aspetos críticos

8

08a

00

04b

01

02b

02a

01

07b

05b

04d

05b

00

02a

06a

04a

03

09c

98

06a06b

06b

06c

06c

04d

09b

07c

07e

07e

03

08b

08b

08c08c

09a

09a04b

09b

07b

10

06d

0

50

100

150

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

GH

G in

ten

sit

y [

gC

O2e

q M

Jf-1

]

Ereq [MJp MJf-1]

73 (FD)

146

Group I

Group II

Group III

o Biofuel LC studies have varying and sometimes contradictory conclusions, even for the same biofuel type and pathway.

o Significant disagreement and controversy exist regarding the actual benefits of biofuels displacing fossil fuels.

Malça, J., Freire, F. (2011). Life-cycle studies of biodiesel in Europe: A review addressing the variability of results and modeling issues. RSER 15 (1), 338–351.

ACV de biodiesel de colza na EuropaRevisão de estudos

Microalgas – Revisão de estudos de ACV

Objetivo: Identificar as principais causas

para a variabilidade das emissões de

GEE de ciclo de vida

9

IEA, 2016. 2016 State of Technology Review – Algae Bioenergy. IEA Bioenergy Algal Bioenergy Assessment Project (in press).

ACV (emissões de GEE) da produção de Biodiesel (APPB) de colza cultivada em Portugal

September 27, 2016 10Castanheira, E., Freire, F. (2015). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.

60%

45%38%

Redução mínima de 50% a partir de 01/2017

Redução mínima de 35% até 12/2016

Valores típicos Valores por defeito

Valor médio em Portugal (médiadas empresas da APPB)

Decreto-lei n.º 117/2010 de 25-10

Redução das emissões de GEE do biodiesel de colza cultivada

em Portugal (2014) sem AUS: valores médios para Portugal

(alocação energética)

2529 29

7

1622

1

1

1

Valores típicos Valores por defeito

Valor médio em Portugal(média das empresas da APPB)

Decreto-lei n.º 117/2010 de 25-10

Emissões de GEE do biodiesel de colza em Portugal - Valores médios (g CO2eq/MJ)Alocação energética

Transporte

Processamento (incluindoeletricidade excedentária)

Cultivo

ACV (GEE) da produção de Biodiesel: Comparação da origem da colza e cenários de AUS

September 27, 2016 11

3349

3242 47

5646 52

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

APPB (média) (S&T)2, 2010 Esteban et al.,2011

ADEME, 2010 Borzecka-Walkeret al., 2013

Jungbluth et al.,2007

Valores típicos Valores pordefeito

Portugal Canadá Espanha França Polónia Alemanha

Colza nacional Colza importada Decreto-lei nº 117/2010 de 25-10

Emissões de GEE (g CO2eq/MJ)Cenários de importação de colza e AUS

Alocação energética

Emissões de GEE (não inclui as emissõesdecorrentes da AUS)

AUS 2: Conversão de prados melhorados

AUS 1: Conversão de prados degradados

EB - Limite máximo, garante 50% de redução até 2017

EB - Limite máximo, garante 35% de redução até 2016

Colzanacional

Colza importada

Castanheira, E., Freire, F. (2015). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Colza em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS. Novembro, 2015.

Impactes ambientais de ciclo de vida do óleo de colza:Semente nacional (média) versus importada

Alocação económica (barras), mássica (*) e energética (x)

12

0.0E+00

5.0E-08

1.0E-07

1.5E-07

2.0E-07

2.5E-07

PT ES

Extraction

Transport

Cultivation

Energy allocation

Mass allocation

0.0E+00

5.0E-03

1.0E-02

1.5E-02

2.0E-02

2.5E-02

3.0E-02

3.5E-02

4.0E-02

4.5E-02

PT CA DE ES FR PL

Terrestrial acidification(kg SO2eq/kg oil)

0.0E+00

2.0E-04

4.0E-04

6.0E-04

8.0E-04

1.0E-03

1.2E-03

1.4E-03

1.6E-03

PT CA DE ES FR PL

Freshwater eutrophication(kg Peq/kg oil)

0.0E+00

1.0E-02

2.0E-02

3.0E-02

4.0E-02

5.0E-02

6.0E-02

7.0E-02

8.0E-02

9.0E-02

PT CA DE ES FR PL

Marine eutrophication(kg Neq/kg oil)

0.0E+00

1.0E-03

2.0E-03

3.0E-03

4.0E-03

5.0E-03

6.0E-03

7.0E-03

8.0E-03

9.0E-03

1.0E-02

PT CA DE ES FR PL

Photochemical oxidation(kg NMVOCeq/kg oil)

0.0E+00

5.0E-08

1.0E-07

1.5E-07

2.0E-07

2.5E-07

PT CA DE ES FR PL

Ozone depletion(kg CFC-11eq/kg oil)

Castanheira, E., Malça, J., Freire, F. (2016). LCA of rapeseed oil in Portugal: endogenous vs. imported feedstock. 10th International Conference on Life Cycle Assessment of Food 2016. Dublin,19th–21st October.

ACV (GEE) do Biodiesel de Soja produzido em Portugal: Multifuncionalidade

13

56%

40%

31%

50% - Redução mínima a partir de 1 de Janeiro de 2017

35% - Redução mínima até 31 de Dezembro de 2016

Valores típicos Valores por defeito

Valor médio em Portugal (média das empresas da APPB)

Decreto-Lei n.º 117/2010 de 25-10

Redução das emissões de GEE do biodiesel de soja em relação ao combustível fóssil de referênciaValores médios para Portugal

Alocação energética

Castanheira, E., Freire, F. (2012). “Avaliação de Ciclo de Vida das Emissões de Gases com Efeito de Estufa da produção de biodiesel de Soja em Portugal”. Relatório Final elaborado para a APPB - ASSOCIAÇÃO PORTUGUESA DE PRODUTORES DE BIOCOMBUSTÍVEIS.

19,0 19,0 19,0

8,618,0

26,09,2

13,0

13,0

Valores típicos Valores por defeito

Valor médio em Portugal(média das empresas da APPB)

Decreto-Lei n.º 117/2010 de 25-10

Emissões de GEE do biodiesel de soja - Valores médios para Portugal (g CO2eq/MJ)Alocação energética

Transporte

Processamento (incluíndoelectricidade excedentária)

Cultivo

74%

56%

49%

81%

74%

Mássica Energética Económica Produção evitada debagaço de soja

Produção e importaçãoevitada de grão de soja

Alocação Substituição

Redução das emissões de GEE do biodiesel de soja em relação ao combustível fóssil de referência Valores médios para Portugal

Comparação entre métodos de alocação e substituição

35% - Redução mínima até 31 de Dezembro de 2016

50% - Redução mínima a partir de 1 de Janeiro de 2016

Biodiesel de óleos alimentares usados: ACV incorporando incerteza para diferentes sistemas de recolha

14Caldeira, C., Queirós, J., Noshadravan, A., Freire, F. (2016) Incorporating uncertainty in the Life Cycle Assessment of biodiesel from Waste Cooking Oil addressing differentcollection systems. Resources, Conservation & Recycling 112, 83-92.Caldeira, C., Queirós, J., Freire, F. (2015). Biodiesel from Waste Cooking Oils in Portugal: alternative collection systems. Waste&Biomass Valoriz 6 (5), 771-779.

Pegada da água (Water footprint) do biodiesel

de óleos virgens e usados

Water consumption impacts Water degradation impactsand, Acidification, Ecotoxicity, Human Toxicity

Caldeira, C., Quinteiro, P., Castanheira, E., Boulay, A-M, Dias, A.C., Arroja, L., Freire, F. (2016). “Water footprint profile of crop-based vegetable oils and waste cooking oil”. Submitted to The International Journal of Life Cycle Assessment

Multi-objective optimization as decision support tool

o More than 3 objectives is difficult to visualize

16

CostClimate Change

(CC)WSI

Eutrophication (EU)

Acidification(AC)

Human Toxicity (HT)

Ecotoxicity (ET)

Objective

minimizedEuros/ton kg CO2 eq /kg oil m3 eq/kg oil

kg P eq /kg oil(*10-4)

kg SO2 eq /kg oil (*10-2)

CTUh / kg oil (*10-11)

CTUhe / kg oil

Cost 642.7* 1.48** 0.354** 4.36 1.87 54.08 6.82

CC 676.4 1.11* 0.145 3.63 1.44 14.41 3.79

WSI 650.1 1.31 0.065* 31.22** 1.98** 54.32** 12.29**

EU 647 1.24 0.101 1.95* 1.64 23.62 2.55

AC 676 1.13 0.128 3.53 1.39* 0.90 1.92

HT 702.6** 1.23 0.143 4.31 1.53 0.78* 1.74

ET 667.8 1.32 0.089 2.79 1.72 0.91 0.28*

Cost

Carla Caldeira Phd Thesis

BioEcon Workshop “BIOECONOMY IN AGRICULTURE”Institute of Soil Science and Plant Cultivation, Pulawy , June 2016

Obrigado!Fausto Freirefausto.freire@dem.uc.ptCentro para a Ecologia Industrial, ADAI-LAETAhttp://www2.dem.uc.pt/CenterIndustrialEcology

Departamento de Engenharia Mecânica - Polo IIFaculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraRua Luís Reis Santos3030-788 CoimbraPortugalt: +351 239 790 708/39/32