Jorge Machado DamazioPesquisador DEA

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas

Projeto Estratégico P&D ANEEL das Empresas Eletrobras

Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas

Projeto Estratégico P&D ANEEL das Empresas Eletrobras

JUSTIFICATIVA

Reservatórios de hidroelétricas são sistemas aquáticos artificiais,

que têm sido identificados como potenciais fontes de gases de

efeito estufa (GEE) para a atmosfera (Rudd et al. 1993; St Louis

et al. 2000).

A idéia original apresentando as hidroelétricas como fontes

limpas de energia foi contestada de maneira veemente no início

da década passada (Kelly et al. 1994; Rudd et al. 1993).

Recentemente, a discussão retomou força e o papel dos

reservatórios hidroelétricos para a emissão global de carbono

para a atmosfera voltou a ser debatido (Giles 2006; Rosa et al.

2004).

JUSTIFICATIVA

Do ponto de vista ecológico, a decomposição da biomassa

inundada representa a principal fonte de emissão de gases nos

primeiros anos de operação da usina (Abril et al. 2005; Galy-

Lacaux et al. 1999; Tremblay et al. 2004).

O processo de enchimento destes sistemas está associado a altas

taxas de atividade bacteriana e produção de gases de efeito

estufa (Galy-Lacaux et al. 1999).

A atividade bacteriana decompõe a fração orgânica do carbono,

convertendo-a para formas inorgânicas e dissolvidas, como

dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4).

JUSTIFICATIVA

Nos primeiros dez anos grande parte da biomassa inundada é

decomposta (Roland, et al 2009).

Posteriormente a essa "lavagem" do carbono orgânico inundado,

o metabolismo dos reservatórios passa a ser dirigido por fontes

alóctones de carbono (originado na bacia e carreado pelos rios e

por águas superficiais periféricas - "runoff") e fixação pela

produção primária.

JUSTIFICATIVA

Níveis baixos de oxigênio nas camadas profundas próximas ao

sedimento favorece a geração de metano (Lima 2005; Utsumi et

al. 1998a).

A superfície dos reservatórios é responsável pelas principais

trocas gasosas com a atmosfera (Abril et al. 2005), porém,

emissões significativas podem acontecer após a passagem da

água pelas turbinas (Kemenes et al. 2007; Roehm and Tremblay

2006).

Parte do estoque de metano dissolvido na água pode ainda ser

oxidado na coluna da água e emitido como CO2 (Guerin and Abril

2007; Tremblay et al. 2004; Utsumi et al. 1998b).

Os gases produzidos nos reservatórios podem ser estocados

permanentemente no sedimento destes sistemas. Estimativas

recentes sugerem que os sedimentos dos reservatórios estocam

mais carbono do que todos os lagos naturais combinados (Cole et

al. 2007; Downing et al. 2008).

JUSTIFICATIVA

Balanço de Carbono em Reservatórios

Balanço de Carbono em Reservatórios

Entradas e saídas de carbono em reservatório, esse representado como retângulo de linhas mais grossas. (Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas )

Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas. 2003 A

2008

Principais aspectos observados : 

-O balanço afluente e defluente de carbono orgânico total nos sistemas é geralmente próximo a zero;

-As emissões difusivas de CO2 no sedimento diminuem com a idade do reservatório;

-As emissões de metano por bolhas, na interface água-atmosfera, diminuem com a idade do reservatório;

-A variação espacial nos fluxos de GEE está associada não só a processos biológicos, mas também aos processos físicos relacionados à mistura de massas d’água;

- As taxas de emissões de GEE, na interface água-atmosfera nos reservatórios estudados, por geração de energia, são relativamente pequenas quando comparadas às termelétricas.

OBJETIVOS

1 - Estabelecer diretrizes para amostragem (espacial e temporal),

coleta e preservação de amostras, análises físico-químicas e

biológicas, análises dos dados, modelagem e avaliações dos

resultados em estudos de emissões de gases de efeito estufa em

reservatórios de hidroelétricas, levando em conta os diferentes

tipos, tamanhos, idades e localizações de reservatórios no Brasil;

• Na fase inicial serão produzidos dois relatórios:

• um de organização do conhecimento existente sobre o ciclo do

carbono em reservatórios,

• outro com Diretrizes para o planejamento de campanhas de medição,

análises físico-químico-biológicas de amostras, análises de dados e

modelagens.

• as Diretrizes serão consolidadas ao final do projeto

METODOLOGIA

Conteúdo

1. Introdução

1.1 Objetivos1.2 Ciclo Global do Carbono 1.3 Outros Gases de Efeito Estufa

2. Abordagens para Balanço de Carbono em Superfícies

2.1 Principais Processos em Áreas Terrestres 2.1.1 Processos Biológicos 2.1.2 Processo Físicos 2.1.3 Processos Químicos 2.2 Principais Processos em Rios, Lagos em Terras Úmidas2.2.1 Processos Biológicos 2.2.2 Processos Físicos 2.2.3 Processos Químicos 2.3 Principais Processos em Reservatórios de Hidroelétricas 2.3.1 Aspectos Técnicos Relevantes de Usinas Hidroelétricas2.3.2 Processos Biológicos 2.3.3 Processos Físicos 2.3.4 Processos Químicos 2.4 Emissões Líquidas em Reservatórios

3. Técnicas de Medição e Planejamento de Experimentos

3.1 Medições em Terra 3.2 Medições na Água 3.3 Medições Meteorológicas 3.4 Sensoriamento Remoto

4. Análise de Dados, Extrapolação e Modelagem

4.1 Filtragem de Dados e Análise Exploratória de dados4.2 Métodos de Extrapolação4.3 Modelagem da Bacia Hidrográfica 4.4 Modelagem do Reservatório 4.5 Avaliação de Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios4.6 Prognostico de Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios

5. Referencias

METODOLOGIA

Diretrizes para Medições, Analise de Dados e Modelagem em Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios de Hidroelétricas

Maio, 2010

2 - Realizar campanhas de campo

para coleta de dados e instalar

equipamentos para a medição

contínua em um conjunto de 8

reservatórios (Tucuruí e Balbina

na Região Norte; Serra da Mesa na

Região Centro-Oeste; Xingó na

Região Nordeste; Três Marias e

Funil na Região Sudeste; e Segredo

e Itaipu na Região Sul) e 3 sítios de

futuros reservatórios

hidrelétricos (Santo Antônio e

Belo Monte na Região Norte; e

Batalha na Região Centro-Oeste);

OBJETIVOS

•Serão realizadas quatro campanhas de medição nos 11 sítios. As

campanhas serão espaçadas no tempo segundo as condições

hidrológicas (cheia, seca, e fases intermediárias).

•Em cada campanha estarão presentes equipes da COPPE/UFRJ, do

IIEGA, do INPE , da UFJF e da UFPA/USP.

•Uma equipe do LACEN da Eletronorte participará das campanhas

na região Norte.

•O Lemma se restringirá a Itaipu.

METODOLOGIA

Campanhas Sazonais - Ano 1

SITIOSMês

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BATALHA X X X

TRÊS MARIAS X X X

XINGÓ X X X

SERRA DA MESA X X X

TUCURUÍ X X X

FUNIL X X X

SEGREDO X X X

ITAIPU X X X

Campanhas Sazonais - Ano 2

SITIOSMês

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

BATALHA X

TRÊS MARIAS X

XINGO X

SERRA DA MESA X

TUCURUI X

BALBINA X X X X

BELO MONTE X X X X

MADEIRA X X X X

FUNIL X

SEGREDO X

ITAIPU X

• A equipe da COPPE/UFRJ fará estimativas dos fluxos de gases

na interface água,

•Amostras à montante, jusante e em diversas regiões dos

reservatórios por faixa de profundidade,

• Funis de captação de bolhas que emanam do fundo do lago e

• Câmaras de difusão que captam o transporte vertical dos gases

por difusão.

• Medições "in loco" de fluxos de gases através de analisador

portátil de gases traços.

METODOLOGIA

Câmaras de Difusão

Procedimentos de Uso das Câmaras de Difusão Miniaturizadas em Experimento de Equilibração.

(Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas)

Funis

• A equipe da COPPE quantificará o aporte de carbono,

escolhendo nos principais tributários pontos de medições de

concentrações de carbono orgânico dissolvido e particulado.

Serão feitas também medidas de concentração de carbono a

jusante e medidas de saída de carbono para o sedimento pelo

método radiométrico (210Pb) e pelo método do traçador silício.

METODOLOGIA

• A equipe da UFJF utilizará em cada reservatório uma malha

amostral ampla para a coleta de dados relacionados aos

processos metabólicos (produção e respiração bacteriana e

fitoplanctônica) utilizando medições de 14C, analisador de

fitoplancton e analisador de gases infravermelho nas amostras

coletadas. Além das quatro campanhas integradas, a equipe da

UFJF promoverá um monitoramento mensal de parâmetros

limnológicos nos oito reservatórios e campanhas de estudos de

caso em Funil, Três Marias, Balbina e Itaipu durante a ocorrência

de variações de condições ambientais quando serão feitas

medições visando o estabelecimento de relações entre

flutuações de variáveis ecológicas e de fluxos de GEE

METODOLOGIA

• As equipes do INPE e do LACEN também farão medições de fluxos

de gases com câmaras de difusão na interface água-atmosfera e

coluna d´água.

•A equipe do IIEGA focará a estimativa de fluxos de CO2, CH4 e N2O

e as concentrações de carbono e nutrientes na interface água-

sedimento. Esta equipe coletará sedimentos em alguns locais do

reservatório onde também se coletará amostras na coluna d´água

e superfície. A equipe analisará gases na água intersticial

(cromatografia gasosa). Serão quantificados os fluxos difusivos

nos sedimentos e na interface água-sedimento.

METODOLOGIA

• A equipe da UFPA/USP coletará amostras nos reservatórios para

em laboratório isolar, cultivar e caracterizar morfológica e

geneticamente arquéias metanogênicas e bactérias

metanotróficas nos reservatórios objeto de estudo, procedendo

a medições de expressão dos genes mcrA e pmoA, envolvidos

respectivamente na metanogênese e metanotrofia.

METODOLOGIA

• O INPE instalará e operará em cada um dos 8 reservatórios já

estabelecidos uma plataforma de monitoramento SIMA.

•

METODOLOGIA

• O sistema de medição automática permitirá monitorar

temperatura da água, pH e turbidez, oxigênio e CO2 dissolvidos,

condutividade, nitrato, amônia, profundidade relativa,

temperatura do ar, pressão atmosférica, radiação solar, direção

e intensidade do vento, direção e intensidade da corrente e,

profundidade relativa.

METODOLOGIA

20

22

24

26

28

30

32

34

19/1/04 26/1/04 2/2/04 9/2/04 16/2/04 23/2/04 1/3/04 8/3/04 15/3/04 22/3/04

Time (days)

Nea

r S

urf

ace

Air

Tem

per

atu

re (

°C)

METODOLOGIA

SATÉLITES SATÉLITES BRASILEIROSBRASILEIROS

SIMASIMA

downlink

downlink

uplinkuplink

UsuáriosUsuários

UsuáriosUsuários

Internet

Internet

InternetInternet

INPEINPE

•Os dados coletados em intervalo de tempo pré-programado são transmitidos via satélite.

• A pesquisa aplicará o método de medição de covariâncias

turbulentas para o cálculo de emissões no lago de Itaipu onde já

existe uma boa estrutura de medição operada pelo Lemma em

uma pequena ilha ao largo do Município de Missal. Medições

contínuas de fluxos de CO2 serão realizadas utilizando

equipamentos já disponíveis no Lemma; durante as campanhas

de medição com câmaras, serão também realizadas medições de

fluxos de CH4 com um novo analisador especialmente adquirido

para esta pesquisa.

METODOLOGIA

• Pretende-se também aplicar o método de transferência de

massa em todos os lagos contemplados nesta pesquisa

instalando no SIMA um termistor flutuante protegido da

radiação solar e medidores de concentração de CO2 a 0,5 m e

2,00 m de altura sobre a água. O mesmo método será testado na

torre do lago de Itaipu.

METODOLOGIA

• Será desenvolvido pelo INPE um banco de dados para organizar os

dados coletados pelas equipes. Um espelho deste banco de dados será

reproduzido no CEPEL.

METODOLOGIA

Visão geral da página de acesso aos dados do banco.(Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas)

•Para apoiar a definição dos pontos de coleta de dados e as fases

de interpolação e extrapolação, para cada reservatório

amostrado a equipe da COPPE desenvolverá e validará um

modelo hidrodinâmico, através do Sistema Base de

Hidrodinâmica Ambiental (SisBaHiA).

METODOLOGIA

METODOLOGIA

Isolinhas de tempos de residência no Isolinhas de tempos de residência no verão, ao longo de 90 dias, nos braços verão, ao longo de 90 dias, nos braços dos polígonos de aqüicultura no dos polígonos de aqüicultura no reservatório de Três Marias – MG, reservatório de Três Marias – MG, decorrentes de fluxos promediados na decorrentes de fluxos promediados na coluna de água (2DH). A razão do coluna de água (2DH). A razão do surpreendente resultado para o surpreendente resultado para o polígono P6 fica evidente ao se polígono P6 fica evidente ao se verificar o vórtice que se forma na verificar o vórtice que se forma na enseada, por conta dos ventos enseada, por conta dos ventos predominantes de NE predominantes de NE

3 - Desenvolver modelos para avaliação de emissões líquidas de

GEE em reservatórios.

4 - Levantar e definir boas práticas para o gerenciamento relativo

às emissões de GEE em reservatórios hidrelétricos;

Serão utilizados modelos ecofisiológicos acoplados a modelos de

trocas superfície-vegetação-atmosfera direcionados para

avaliações de emissões líquidas de gases de efeito estufa e para a

busca de medidas de mitigação e controle que sejam realistas

para o Setor Elétrico.

OBJETIVOS

5 - Promover a divulgação e disseminação dos resultados do

estudo;

6 - Capacitar equipes técnicas para a coleta, análise, tratamento

e modelagem dos dados referentes às emissões de GEE em

reservatórios.

OBJETIVOS

EQUIPE

Total – 108 Pesquisadores

Doutor – 49Mestre – 31Especialistas – 10Superior Jr. – 6Superior Pleno – 8Superior Sênior – 4

Instituições Participantes:

ELETRONORTE - Proponente

FURNAS - CooperadaCHESF - CooperadaCEPEL - ExecutoraCOPPE/UFRJ - ExecutoraINPE - ExecutoraUFJF - ExecutoraIIEGA - ExecutoraUFPA/USP - ExecutoraLEMMA/UFPR - ExecutoraLACEN/Eletronorte - Executora

• UFRN - Consultora• UFF - Consultora• UFRA – Consultora

EQUIPEQualificação dos Pesquisadores

CRONOGRAMA – Etapas – Ano 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 1 Revisão de Literatura - Contribuições

2 1 Revisão de Literatura - Consolidação

3 1Diretrizes para Medições, Análise de Dados e Modelagem – Versão Preliminar - Contribuições

4 1Diretrizes para Medições, Análise de Dados e Modelagem – Versão Preliminar - Consolidação

5 1 Campanhas de Campo Sazonais – Ano 1

6 1 Monitoramento de Parâmetros Limnológicos – Ano 1

7 1 Campanhas de Campo Experimentais – Ano 1

8 1 Implantação e Operação de estações SIMA - Ano 1

9 1 Desenvolvimento de Banco de Dados

10 1 Manutenção de Banco de Dados - Ano 1

11 1 Desenvolvimento de Modelos - Ano 1

12 1 Desenvolvimento de Modelos – Consolidação - Ano 1

13 1 Produção do Relatório Final do Projeto - Ano 1

14 1 Divulgação Técnico-Científica - Ano 1

MÊSNOME

ET

AP

A

AN

O

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 2 Campanhas de Campo Sazonais – Ano 2

2 2 Monitoramento de Parâmetros Limnológicos – Ano 2

3 2 Campanhas de Campo Experimentais – Ano 2

4 4 Operação das Estações SIMA - Ano 2

5 2 Manutenção do Banco de Dados - Ano 2

6 2 Desenvolvimento de Modelos – Ano 2

7 2 Desenvolvimento de Modelos – Consolidação - Ano 2

8 2Diretrizes para Medições, Análise de Dados e Modelagem – Versão Final - Contribuições

9 2Diretrizes para Medições, Análise de Dados e Modelagem – Versão Final – Consolidação

10 2 Boas Práticas de Gerenciamento - Contribuições

11 2 Boas Práticas de Gerenciamento - Consolidação

12 2 Produção do Relatório Final do Projeto - Ano 2

13 2 Divulgação Técnico-Científica - Ano 2

ET

AP

A

AN

O

NOMEMÊS

CRONOGRAMA – Etapas – Ano 2

RESULTADOS ESPERADOS

Padrões e diretrizes de amostragem (espacial e temporal), coleta e

preservação de amostras, análises físico-químicas e biológicas,

análises de dados e avaliações dos resultados em estudos de GEE

em reservatórios de hidroelétricas, levando em conta os diferentes

tipos, tamanhos, idades e localizações de reservatórios no Brasil;

Modelo para avaliação das emissões de GEE em reservatórios a

partir de sua aplicação em 11 sítios (8 reservatórios e 3 futuros

reservatórios) brasileiros, onde serão realizadas campanhas de

medição;

Manual de Boas Práticas para gerenciamento de GEE em

reservatórios.