JBCS

INTRODUÇAO

A biomassa foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas pela humanidade,¹ sendo empregada desde a sua descoberta na cocçao de alimentos, uma das atividades básicas do ser humano. Com o desenvolvimento tecnológico, novos combustíveis e fogoes foram introduzidos para esta finalidade. Atualmente, vários combustíveis sao usados para a cocçao e sao provenientes de biomassa ou fóssil. Biomassa é toda matéria orgânica produzida por fotossíntese, sendo esta considerada uma fonte renovável de energia.² As plantas absorvem a energia do sol e, quando queimadas, a energia química da biomassa é liberada como calor. A biomassa pode ser queimada diretamente (p. ex., lenha, restos de plantaçoes e madeiras, palhas, etc.) ou convertida em biogás (p. ex., metano) ou biocombustíveis líquidos (p. ex., etanol) que podem ser queimados como combustíveis.² A partir da biomassa também é obtido o carvao vegetal, muito usado na cocçao. Os combustíveis fósseis (petróleo, carvao mineral e gás natural, GN) sao hidrocarbonetos que foram formados a partir de restos de plantas (diatomáceas) e animais há milhoes de anos sob calor geotérmico e pressao.² O petróleo bruto é extraído, refinado e transformado em diferentes produtos (p. ex., gasolina, óleo diesel, combustível de aviaçao, matérias primas petroquímicas, ceras, óleos lubrificantes e asfalto).² O gás liquefeito de petróleo (GLP), também conhecido como gás de botijao ou gás de cozinha, composto por uma mistura dos hidrocarbonetos propano e butano, também é obtido durante o refino do petróleo ou extraído do GN. Os combustíveis fósseis mundialmente utilizados para cocçao sao o GLP, o GN, o carvao mineral e o querosene. O carvao mineral também é usado de forma indireta, quando a cocçao é realizada utilizando a energia elétrica e esta for proveniente de termelétricas.² Estes combustíveis sao agrupados em três categorias: modernos (energia elétrica e GLP), intermediários (querosene e carvao) e tradicionais (biomassa).³

Os fogoes podem ser do tipo tradicional a lenha (p. ex., fogao de três pedras com queima de todo tipo de combustível sólido); fogao a lenha melhorado ou aprimorado ou ecoeficiente (pode ser feito de forma barata a partir dos recursos locais, gerando menos fumaça, menos escurecimento dos utensílios com economia de combustível) e fogoes modernos ou eficientes (p. ex., fogao a gás ou a querosene, que consomem menos combustíveis e emitem menores quantidades de poluentes).

A cocçao de alimentos está associada ao processo de combustao (queima), uma reaçao química exotérmica que libera calor e luz. Esta reaçao se dá entre uma substância combustível (p. ex., lenha, metano, querosene, etc.) e um gás comburente, principalmente o oxigênio.⁴ Em uma reaçao estequiométrica há formaçao apenas de dióxido de carbono (gás carbônico, CO₂) e vapor de água. No entanto, a combustao completa e ideal nao é sempre possível pela falta de suprimento adequado de oxigênio, resultando na formaçao de outros gases e partículas. A falta de oxigênio, as impurezas presentes nos combustíveis (p. ex., S, N, Fe, V, Ni, As, Cr, Hg, Pb, Se, etc.) e os diferentes equipamentos e condiçoes usados nos processos de queima acarretam na formaçao de produtos de combustao incompleta (PCIs), tais como: monóxido de carbono (CO), metano (CH₄), óxidos de nitrogênio, NO_x (NO + NO₂), óxidos de enxofre, SO_x (SO₂, SO₄^2-), compostos orgânicos voláteis (COV) e partículas variadas (fuligem ou carbono negro (do inglês, black carbon, BC), partículas grossas, finas e ultrafinas).⁴ O NO_x gerado durante a queima é resultante de dois processos: i) NOx atmosférico, formado a partir da oxidaçao do N₂ do ar atmosférico e altas temperaturas, sendo predominante e o ii) NOx do combustível, formado a partir da quebra das ligaçoes do nitrogênio presente no combustível e reaçao com o O₂.

As partículas, chamadas de material particulado (MP, do inglês, particulate matter), geradas no processo de combustao se destacam por serem as mais tóxicas para a saúde e ter grande influência no clima. As partículas produzidas por fontes de combustao podem variar muito de tamanho e composiçao química. Estas sao classificadas de acordo com seu diâmetro aerodinâmico em partículas totais em suspensao (PTS - até 100 µm), partículas inaláveis grossas (MP₁₀ - até 10 µm) e partículas respiráveis finas (MP_2,5 - até 2,5 µm). Atualmente, diâmetros menores de partículas, chamados de partículas ultrafinas e nanopartículas (MP < 0,1 µm), estao sendo estudadas. Em geral, os componentes químicos predominantes do MP sao espécies inorgânicas (sulfatos, nitratos, amônia, sais marinhos), compostos orgânicos (carbono elementar (CE), black carbon (BC), ácidos carboxílicos, aminoácidos, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, HPA) e metais.⁴ A lista da Agência Internacional para Pesquisa do Câncer⁵ (do inglês, International Agency for Research Cancer, IARC) de carcinogênicos do Grupo 1 inclui vários componentes provenientes das atividades de cocçao, como COV (formaldeído e benzeno), benzo[a]pireno (BaP), um HPA, e alguns elementos (p. ex., As, Cr, Ni) presentes no MP e o próprio MP. Além disso, as emissoes de combustao doméstica de carvao e lenha sao consideradas misturas carcinogênicas. A categoria 1 da IARC é usada quando há evidência suficiente de carcinogenicidade em humanos.⁵

Dentre os combustíveis usados com a finalidade de cocçao, a biomassa ainda é a mais empregada mundialmente. Cerca de 3 bilhoes de pessoas fazem uso de combustíveis sólidos e fogoes tradicionais para atender às necessidades diárias de cocçao e aquecimento.⁶ Essa combinaçao de combustível e fogao resulta em uma combustao ineficiente com emissao significativa de PCIs. Essas substâncias contribuem diretamente para o aumento da morbidade e da mortalidade e dos poluentes climáticos de vida curta.⁷ Estima-se que a poluiçao do ar doméstica (do inglês, household air pollution, HAP) representa o quarto fator de risco global para a saúde, responsável por 4,3 milhoes de mortes anualmente.⁶ Em 2010, na América Latina e Caribe, foi estimado a ocorrência de 70.000 mortes prematuras relacionadas à exposiçao interna ao MP_2,5 devido ao uso de combustíveis sólidos na cocçao.⁸ As partículas finas sao as mais diretamente associadas a mortes e doenças. No Brasil, cerca de 10 milhoes de domicílios ainda fazem uso de lenha, sendo que um percentual significativo usa fogoes tradicionais, mais poluentes.⁹

Os produtos e subprodutos da queima de combustíveis residenciais, além de causar danos à saúde, fazem parte das substâncias responsáveis pelo aquecimento global e pelas mudanças climáticas.¹⁰ O aquecimento global é o aumento da temperatura da superfície terrestre (terra e água) e da atmosfera. A causa do aquecimento global é a quantidade crescente de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera produzida por diversas atividades humanas.¹¹ A cocçao é uma atividade que deve ser considerada no inventário dos GEE, uma vez que faz uso tanto de combustíveis fósseis quanto de biomassa e afeta diretamente nos níveis de desmatamento. Um GEE é aquele que absorve e emite radiaçao na faixa do infravermelho, comumente chamada de radiaçao térmica ou calor. O efeito do aquecimento global está sendo percebido de várias maneiras: pelo aumento da desertificaçao¹² maior derretimento da neve e do gelo,¹³ aumento do nível do mar,¹⁴ além de furacoes e ciclones mais intensos.¹⁵

Visando a reduçao dos GEE, em 1997 foi criado o Protocolo de Quioto, que entrou em vigor em 2005. Na primeira fase este Protocolo teve como objetivo reduzir as concentraçoes de GEE em, pelo menos, 5,2% em relaçao aos níveis de 1990 no período entre 2008 e 2012.¹⁶ Na segunda fase, 2013-2020, os países signatários se comprometeram a reduzir as emissoes de GEE em, pelo menos, 18% abaixo dos níveis de 1990.¹⁶ Em 12 de dezembro de 2015, em Paris, foi adotado um novo acordo global que busca combater os efeitos das mudanças climáticas, bem como reduzir as emissoes de GEE.¹⁷ O documento, chamado de Acordo de Paris, foi ratificado pelas 195 partes da Convençao-Quadro das Naçoes Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) e pela Uniao Europeia, durante a 21ª Conferência das Partes (COP21). Um dos objetivos do acordo é manter o aquecimento global muito abaixo de 2 ºC, buscando ainda esforços para limitar o aumento da temperatura a 1,5 °C acima dos níveis pré-industriais.¹⁷ A Política Nacional sobre a Mudança do Clima (PNMC) no Brasil faz parte da Lei no. 12.187/2009 e busca reduzir as emissoes de GEE entre 36,1% e 38,9% em relaçao às emissoes projetadas até 2020.¹⁸ O Decreto no 7.390/2010, que regulamenta a PNMC, projeta uma reduçao de até 1,259 Gt CO₂e para 2020 para o somatório das emissoes de todos os setores.¹⁸

O Protocolo de Quioto faz referência à reduçao das emissoes dos seis gases principais: CO₂, CH₄, N₂O, hidrofluorocarbonos (HFC); perfluorocarbonos (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6).¹⁶ Apesar da contribuiçao significativa das emissoes de black carbon (BC) para o aquecimento global, este poluente nao faz parte do protocolo de Quioto ou de outros regulamentos do clima e nao é avaliado em termos do potencial de aquecimento global. O BC é um componente do material particulado fino e consiste de carbono puro. Ele é formado através da combustao incompleta de combustíveis fósseis, biocombustíveis e biomassa. Uma fraçao considerável (18-42%) do BC presente na atmosfera é emitida pela queima de biocombustíveis (p. ex., lenha) residenciais em fogoes tradicionais.¹⁹ Este tipo de carbono causa efeitos diretos e indiretos no clima. O efeito direto está relacionado com a absorçao da luz solar, resultando no aquecimento da atmosfera e reduzindo o albedo quando depositado em neve e gelo. Portanto, o BC aquece a atmosfera de forma diferente dos GEE. O efeito indireto está relacionado à interaçao com as nuvens.¹⁹ O BC é considerado o segundo maior contribuinte para o aquecimento global e a reduçao destas emissoes pode ser a estratégia mais rápida para retardar as mudanças climáticas, uma vez que a vida útil do BC é de apenas alguns dias ou semanas, enquanto que a do CO₂ é de mais de 100 anos. O uso do fogao é uma das maiores fontes antropogênicas nao reguladas de aerossóis carbonáceos primários. A reduçao das emissoes de BC, particularmente de fontes de combustao confinadas (como fogoes e motores), oferece benefícios combinados para a saúde e o clima, podendo retardar o impacto do aquecimento global em aproximadamente 10 anos.²⁰ Em termos de benefícios para a saúde, é significativamente mais barato mudar as práticas de cocçao do que controlar as emissoes dos veículos, embora ambos os tipos de intervençoes produzam benefícios semelhantes de mitigaçao das mudanças climáticas.²⁰ Mais de 60% das emissoes de BC na América Latina e Caribe sao originárias do Brasil e do México, sendo devidas principalmente ao transporte e a combustao residencial de combustíveis sólidos.⁸

Para incentivar o uso de formas de energia mais limpas, esforços governamentais e nao governamentais mundiais buscam substituir combustíveis e fogoes tradicionais por tecnologias menos poluentes visando reduzir a emissao e, com isso, melhorar a qualidade do ar em ambientes residências, proteger a saúde e minimizar os efeitos climáticos.^21-23 Atualmente, vários países estao fazendo a troca de combustíveis tradicionais, como lenha, carvao, carvao vegetal, resíduos animais para formas mais limpas de cocçao, como GLP e biogás.^24-27 De um modo geral, os programas conseguem atingir seus objetivos quando há introduçao de subsídios, regulamentaçoes eficientes e boas práticas comerciais.

Com base no exposto, este estudo visa estimar os níveis de GEE no país decorrentes da cocçao e as taxas de emissoes dos diferentes combustíveis utilizados para esta finalidade. Este estudo oferece informaçoes relevantes para avaliar e escolher o combustível para cocçao menos poluente, visando atingir as metas de reduçao dos GEE.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Para estimar as emissoes de gases de efeito estufa relativos aos combustíveis usados na cocçao no país foram utilizados dados do último Balanço Energético Nacional (BEN, 2017),²⁸ preparado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), vinculada ao Ministério de Minas e Energia (MME), e os cálculos sugeridos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática (do inglês, Intergovernamental Panel on Climate Change, IPCC)^29,30 e usados pelo protocolo brasileiro.³¹ O cálculo foi realizado da seguinte forma:

 

 

onde:

tCO₂e = toneladas de CO₂ equivalente

Consumo = consumo residencial do combustível (p. ex., GLP, lenha, etc) registrado no Brasil no ano de 2016 e publicado no Balanço Energético Nacional (BEN, 2017)²⁸

Fator de conversao = conversao de toneladas para terajoule (TJ = 10¹² joules) de energia, usando os fatores citados no BEN, 2017²⁸

tonelada de gás emitida por TJ de energia = Valores padroes disponibilizados pelo IPCC 2006^30,31

PAG = potencial de aquecimento global para cada gás: onde o PAG do CO₂ foi considerado 1, do CH₄ 28 e do N₂O 265, valores atualizados em 2013²⁹

Como no Brasil nao há estudos consistentes sobre poluiçao do ar doméstica causada pelos diferentes combustíveis utilizados na cocçao, assim como os efeitos à saúde,⁹ para dar uma dimensao dos níveis de tais poluentes foi realizada uma busca de artigos científicos utilizando diferentes bases de dados: Web of Science, Scielo, PubMed, Google Scholar, Science Direct, entre outras, e os resultados mais relevantes foram apresentados no texto. Para isso, uma combinaçao de termos ou palavras foram escolhidas para obter o maior número de trabalhos publicados, dentre elas: indoor air pollution, household air pollution, firewood, biomass, cookstove, natural gas, liquefied petroleum gas, coal, cooking fuel, cooking emission, global warming e greenhouse gases.

 

RESULTADOS E DISCUSSAO

Emissoes de gases de efeito estufa gerados pelo setor residencial no Brasil

As mudanças climáticas e o aquecimento global sao causados por gases e partículas emitidos, principalmente, pelos processos de combustao usados para geraçao de energia. Para avaliar a influência de um determinado produto no aquecimento global é usada a medida conhecida como Potencial de Aquecimento Global, comumente chamada de "Pegada de Carbono", (PAG, do inglês, Global Warming Potential, GWP).¹¹ O PAG de um gás é o impacto que ele causa no aquecimento global em relaçao a uma unidade equivalente de dióxido de carbono (CO₂e) durante um determinado período de tempo (normalmente, 20, 100 ou 500 anos).¹¹ Valores negativos de PAG indicam reduçoes líquidas no potencial de retençao de calor atmosférico e valores positivos indicam aumentos líquidos no potencial de retençao de calor atmosférico. Por definiçao, ao CO₂ é atribuído um PAG de 1 para qualquer unidade de tempo.¹¹ Para outros gases, varia em funçao do tempo. No Quinto Relatório de Avaliaçao (AR5) do IPCC estao os valores atualizados e sao estes os recomendados para os cálculos.²⁹ Os valores do PAG para 100 anos para o CH₄ é 28 e para o N₂O é 265.²⁹ Por outro lado, o PAG do GLP é zero, ou seja, emissoes diretas de GLP nao contribuem para as alteraçoes climáticas, enquanto que as do GN, cujo principal componente é o metano, sao 28 vezes maiores. O GLP passa a ter efeito quando queimado, pois gera CO₂ e outros gases. Outros poluentes nao têm seu PAG definido pelo IPCC, mas alguns pesquisadores sugerem valores, embora nao haja concordância entres os mesmos. Por exemplo, considerando um período de 100 anos o PAG do black carbon global, sugerido por Bond et al.,³² é de 900 (120 a 1800) e o de matéria orgânica -46;³³ para COV global, Fuglestvedt et al.³⁴ sugeriram 4,5 e para o CO global de 2 a 3,3. O PAG é, geralmente, expresso em kg ou toneladas de CO₂e.

No Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE),³⁵ os combustíveis utilizados para cocçao sao: gás de botijao (GLP, 93,2%), lenha (3,2%), gás canalizado (GN, 2,9%), carvao (0,7%), energia elétrica (0,05%) e outro tipo de combustível (p. ex., querosene e biogás, 0,004%). De uma forma mais abrangente, o Balanço Energético Nacional (BEN, 2017),²⁸ ano base 2016, apontou que as três principais fontes de energia usadas com fins residenciais, porém com diferentes finalidades, sao a eletricidade (46,0%), seguida pelo GLP (26,5%) e a lenha (24,4%). As demais fontes representaram pouco na matriz energética residencial: carvao vegetal (1,7%), GN (1,4%) e querosene (0,0%). Com base nos fatores de emissao apresentados pelo IPCC e no consumo de combustível registrado no último Balanço Energético Nacional, 2016, foram calculadas as taxas de emissoes para os três principais gases de efeito estufa (Tabela 1).

 

 

Com base nos resultados, os combustíveis sólidos, como a lenha e o carvao vegetal, apresentaram as maiores taxas de emissao de GEE, como já observado em outros estudos.^36,37 Embora o consumo de lenha, em terajoule, seja da mesma magnitude ao do GLP, a emissao de GEE foi duas ordens de grandeza maior. Da mesma forma que o carvao vegetal, que teve seu consumo em uma ordem de grandeza menor que o GLP, mas emitiu a mesma proporçao de GEE. De acordo com a avaliaçao do governo, a predominância do uso do GLP no país (> 90%) tem influenciado na reduçao da emissao de GEE.³⁸ Um dos fatores determinantes para o aumento da eficiência energética tem sido a substituiçao gradativa da lenha e do carvao vegetal pelo GLP no preparo de alimentos.³⁸

Estudos têm mostrado que fogoes a lenha tradicionais emitem grandes quantidades de GEE, com valores de PAG que podem variar em até 10 vezes de acordo com as combinaçoes de fogao e combustíveis.³⁶ Por outro lado, fogoes a GLP e querosene apresentaram os menores valores de PAG, sendo até mais limpos que fogoes a lenha eficientes que utilizam biomassa renovável. Com base nestes estudos, muitos pesquisadores acreditam que as opçoes de combustíveis fósseis podem ser as mais adequadas, tanto para a saúde, quanto para as mudanças climáticas.^36,37

O somatório anual das emissoes de lenha, carvao vegetal e querosene no Brasil correspondem a 2,54 x 10⁹ t de CO₂e. Se estes combustíveis fossem substituídos por GLP o total das emissoes seria de 6,24 x 10⁷ t de CO₂e, ou seja, haveria uma reduçao significativa na emissao de GEE. Considerando o preço médio por tCO₂e de US$ 15 e apenas os GEE, a troca de fogao e combustível pode gerar receitas de US$ 15 a US$ 90 por fogao por ano. Os custos médios anuais relativos aos diferentes combustíveis foram estimados em US$ 20 - US$100 para GLP, US$ 10 - US$ 20 para o querosene, e US$ 3 a US$ 24 para fogoes a lenha.³⁹ Há, portanto, grande potencial de financiamento de carbono para custear a transiçao de métodos de cocçao tradicionais, com alto potencial emissor, por métodos mais limpos. Se forem considerados outros poluentes, como BC, que tem impactos de curto prazo seria ainda mais evidente as benfeitorias da troca de fogoes.³⁶

A Tabela 2 apresenta os valores das emissoes de GEE para outro estudo realizado com dados brasileiros de 2014.¹⁸ Os resultados apontam uma diferença significativa quando se incluem as emissoes de biomassa. A Tabela 3 compara os diversos setores no país que usam biomassa e combustíveis fósseis como fontes de energia, as mesmas usadas na cocçao. Neste caso, nao foram incluídos gasolina, óleo diesel ou eletricidade por nao terem relaçao com as formas de cocçao. A lenha, mais uma vez, teve grande destaque, nao somente no setor residencial, como agropecuário e industrial.

 

 

 

 

Estimativas mundiais de gases de efeito estufa gerados pela cocçao

Muitas pesquisas têm sido realizadas para estimar os fatores de emissao dos combustíveis e assim avaliar seu impacto no aquecimento global. Por exemplo, Smith e colaboradores^39,40 estimaram os fatores de emissoes dos poluentes mais importantes em 28 combinaçoes de combustível utilizados em fogao comum. Os resultados do estudo mostraram que a maioria dos biocombustíveis conduz a maiores impactos no aquecimento global do que os combustíveis fósseis comuns (GLP e querosene), porque as características de má combustao levam a um aumento das emissoes de produtos de combustao incompleta. Bailis et al.⁴¹ avaliaram os impactos das emissoes de GEE e partículas provenientes da queima de lenha, carvao vegetal, GLP e querosene utilizados com fins domésticos (Tabela 4).

 

 

De acordo com os resultados obtidos, cada refeiçao preparada com carvao vegetal tem um efeito de 2 a 10 vezes maior no aquecimento global do que quando preparadas com lenha; e de 5 a 16 vezes maior quando comparada com querosene ou GLP (Tabela 4). Estes resultados sao influenciados pelo número de gases incluídos na estimativa e o grau em que a lenha usada é de reflorestamento. Outro estudo incluiu, além dos gases, o BC, para diferentes combustíveis (Tabela 5).⁴² De acordo com a Tabela 5, tanto o PAG do carvao quanto o da lenha sao alterados substancialmente quando o BC é incluído. Por outro lado, a contribuiçao do BC pelo GLP é insignificante.

 

 

Um estudo mais abrangente foi realizado por Singh e colaboradores,⁴³ os quais investigaram o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, tais como GLP (obtidos do GN e do petróleo), querosene, carvao, eletricidade, lenha, carvao vegetal e biogás desde a produçao até seu uso. A Figura 1 mostra as emissoes totais destes combustíveis.

 

 

Considerando o total de gases e partículas emitidos por energia gerada, o GLP e o biogás foram os que apresentaram as menores taxas de emissao desde a produçao até seu uso e as menores emissoes de GEE (CO₂ e CH₄).

Todos os combustíveis utilizados para cocçao, disponíveis até o momento, emitem, por menor que seja, poluentes para o ar. A lenha, para fins de cocçao, é considerada uma fonte de energia renovável. Se a lenha for de reflorestamento, o PAG pode ser reduzido em até 88%.⁴³ Porém, estudos mostram que a taxa de desmatamento, para esta finalidade, é maior que a taxa de reflorestamento.⁴⁴ Atualmente, mais de 90% da lenha utilizada nas atividades domésticas mundiais é proveniente de fontes nao renováveis, portanto, o uso deste combustível nas atividades culinárias contribui significativamente para o impacto no aquecimento global.⁴³

Por outro lado, o GN, considerado um combustível menos poluente, apresenta grandes problemas de vazamento durante o processo de extraçao, compressao e armazenamento.^45-47 Medidas de campo mostraram que as emissoes de metano "fugitivo" durante estes processos variam de 1 a 9% do total das emissoes do ciclo de vida. Em estaçoes de compressao e instalaçoes de armazenamento as taxas de vazamento variaram de 0,7 a 4,5 kg h^-1, ao passo que as perdas variaram de 4,3 a 23,8 kg h^-1. Usando uma estimativa de 100 anos, as emissoes de CO₂e para estes locais resultarao em mais de 24.000 toneladas por ano. Há também emissoes de GN residencial causadas por vazamentos e uso de equipamentos. Nos EUA foi estimado que 500.000 toneladas métricas de CO₂e vazam anualmente das residências.⁴⁸ Estas fontes sao responsáveis por cerca de 2% das emissoes de metano doméstico.⁴⁸ Esses vazamentos de metano podem diminuir boa parte dos benefícios climáticos do uso de GN em relaçao aos demais combustíveis.

A facilidade de acesso à energia elétrica, bem como as novas tecnologias, tem favorecido o aumento no uso de fogoes elétricos. No Brasil, o uso de eletricidade para a cocçao ainda é limitado (0,05%),³³ sendo bem maior em países industrializados. Estudos mostram que a emissao de poluentes para os ambientes internos gerados pelo uso de eletricidade é menor que para muitos outros combustíveis usados para cocçao.^49-51 Isto se deve pelo fato de que todos os impactos ambientais causados pela eletricidade resultam da fase de produçao, uma vez que o uso para cocçao nao envolve nenhuma combustao química. Como pode ser observado na Figura 1, os níveis de SO₂ e NO_x foram mais elevados para a eletricidade do que para todos os outros combustíveis usados na cocçao, além da emissao de quantidades significativas de GEE (CH₄ e CO₂). Estas emissoes se devem, principalmente, pelo fato da energia ser gerada utilizando combustíveis fósseis. Por outro lado, a produçao de energia elétrica gerada por hidrelétricas, embora considerada uma fonte limpa por nao emitir poluentes para a atmosfera, acarreta grandes danos ao meio ambiente. Para a construçao de hidrelétricas é necessário inundar imensas áreas, destruindo rios, matas, flora, fauna e interferindo na ocupaçao humana.^52,53 Com isso, a degradaçao da biomassa destruída libera grandes quantidades de metano e causa a rarefaçao da camada de ozônio.⁵²

Na Indonésia, em torno de 46% dos domicílios usam GLP para cocçao, 39% lenha em fogoes tradicionais, 12% querosene e 3% carvao.²⁶ Neste país houve um incentivo governamental para trocar o querosene pelo GLP. Esta troca resultou em uma reduçao significativa de GEE (31%) e de poluentes tóxicos (COV, SO₂, NOx, CO e partículas) (40%), sendo esperada uma reduçao ainda maior até o final do programa.²⁶

Em Gana, aproximadamente 73% da populaçao ainda faz uso de combustíveis sólidos para a cocçao, que resultam na morte prematura de aproximadamente 13 mil pessoas anualmente.⁵⁴ Neste país, diferentes modelos de fogao sao usados para a queima de combustíveis sólidos, com diferentes taxas de emissoes. Os resultados do estudo mostraram que usando fogao a carvao Gyapa (fogao com revestimento cerâmico com eficiência de queima 50% maior) o impacto no aquecimento global poderia ser reduzido em cerca de 75% em comparaçao à lenha.⁵⁴

Em países pobres, principalmente em áreas rurais, é comum o uso de esterco como combustível para a cocçao.^27,55 A queima de esterco gera o aumento dos níveis de poluentes, tais como N₂O e MP, tendo impacto direto na saúde dos ocupantes, além de aumentar os níveis externos de GEE. O esterco pode ser melhor aproveitado se for usado para a produçao de biogás e o resíduo pode ser usado como fertilizante. Estudos realizados no interior da Etiópia mostraram que a substituiçao de esterco por sistemas de biogás reduziu significativamente os níveis de GEE.²⁷ Em outro estudo realizado em Bangladesh utilizando esterco como fonte de biogás, o PAG global do digestor resultante foi zero e dos materiais de construçao foi inferior a 1%.⁵⁵ Quando o biogás foi usado como combustível para cozinhar, o PAG foi reduzido em 83% em comparaçao com o uso de biomassa.⁵⁵ No Brasil, um estudo realizado no Semiárido estimou as emissoes de GEE a partir da simulaçao de antes e depois da implantaçao de biodigestor em residências rurais da agricultura familiar.⁵⁶ O uso de biodigestor apresentou uma reduçao significativa das emissoes de GEE quando comparado com outras fontes energéticas. Além disso, terá a longo prazo outros benefícios, como a reduçao do desmatamento da Caatinga, aliando a sustentabilidade econômica com a conservaçao dos recursos naturais.⁵⁶

Embora haja um incentivo para substituir fogoes tradicionais por fogoes a GLP, devido à queima mais limpa, é importante que a produçao de fogoes tenha um protocolo bem definido que deve ser seguido por todos os fabricantes, pois produçoes inadequadas podem acarretar em emissoes indesejadas.¹⁰ Além do modo de produçao e uso, a composiçao do GLP também influencia. Fogoes bem projetados podem mitigar de 1,5 a 3,6 toneladas de CO₂e, reduzindo assim as emissoes de GEE.⁵⁷

Comparaçao dos níveis de emissao dos combustíveis

Os tipos de fogoes e combustíveis usados para cocçao influenciam diretamente na qualidade do ar de uma residência e nas taxas de emissao de poluentes. O desempenho de um fogao é caracterizado pela eficiência de combustao, ou seja, a energia armazenada no combustível convertido a calor e a eficiência de transferência de calor para a panela que é influenciada pelo modelo do fogao.⁴³ Em termos de eficiência energética, os fogoes a combustíveis sólidos apresentam uma eficiência entre 13 e 17%, o de querosene 47%, biogás 55%, GLP 57% e eletricidade 70%.³⁹ Atualmente, além da alta eficiência térmica, um fogao adequado deve produzir menos gases poluentes e partículas durante sua utilizaçao. A Tabela 6 apresenta uma comparaçao entre o poder calorífico dos diferentes combustíveis usados na cocçao e faz uma comparaçao com o GLP.

 

 

De acordo com a Tabela 6, o GLP apresenta o maior poder calorífico quando comparado com os demais combustíveis usados para cocçao, o que significa que necessita de uma quantidade menor de combustível para atingir o mesmo resultado em termos energéticos.

Devido à queima incompleta dos combustíveis utilizados para cocçao, diferentes poluentes sao emitidos tanto para os ambientes internos quanto externos. Alguns estudos estimaram fatores de emissao por quantidade de energia útil produzida por combustível (Tabelas 7 e 8), enquanto outros fizeram medidas in loco dos níveis de poluentes gerados (Tabela 9). Os fatores de emissao (FE) sao uma métrica que quantifica a magnitude das emissoes normalizadas pelo combustível ou energia consumida. A massa indica a emissao de um poluente por unidade de combustível seco que é consumido (g poluente por kg de combustível) e a energia indica as emissoes de poluentes por unidade de energia combustível durante a combustao em base líquida calorífica (g MJ^-1 ou kg TJ^-1) de emissao.⁵⁴

 

 

 

 

 

 

Com base nos estudos das Tabelas 7 e 8, é possível observar que os fatores de emissao variam muito de acordo com a tecnologia e combustíveis empregados, além do sistema de ventilaçao. De um modo geral, as emissoes de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP) sao menores frente aos demais combustíveis (lenha e carvao) com relaçao a partículas (PTS, black carbon e MP_2,5) e alguns gases (CO, CH₄, carbono orgânico). Por outro lado, a lenha e o carvao emitem menos CO₂ e hidrocarbonetos excluindo o metano (HCNM).

Vários estudos in loco têm sido realizados para avaliar os níveis de poluentes emitidos pelos diferentes combustíveis usados na cocçao (Tabela 9). Muitos destes estudos fazem comparaçao entre os diferentes combustíveis e fogoes. A maioria das pesquisas tem sido realizada em países da Africa e da Asia, onde o uso de combustíveis sólidos é uma das principais causas de mortes prematuras. No Brasil, ainda nao há pesquisas consistentes. Os estudos mostram que níveis de PTS tao elevados quanto 18.300 µg m^-3 foram obtidos durante a cocçao em fogoes que utilizavam combustíveis sólidos.^44,61,62 O fogao a lenha tradicional (3.764 µg m^-3) emitiu mais PTS que o fogao a lenha eficiente (1.942 µg m^-3). O mesmo comportamento foi observado para o fogao tradicional a carvao vegetal (823 µg m^-3) e o fogao eficiente a carvao vegetal (316 µg m^-3), como era esperado.^44,61,62 Embora ocorra uma reduçao, os níveis de PTS continuam elevados mesmo com os fogoes mais eficientes. Com relaçao às partículas inaláveis grossas (MP₁₀), as maiores concentraçoes foram medidas para a lenha (3.764 µg m^-3) e as menores para o GLP (133 µg m^-3) e eletricidade ou GN (67 µg m^-3).⁵⁰ As concentraçoes de MP_2,5 foram maiores em fogoes que utilizavam casca de arroz (759 µg m^-3) e fogoes a lenha (630 µg m^-3) do que para fogoes elétricos (80 µg m^-3), a GLP (101 µg m^-3) ou a querosene (169 µg m^-3).⁵¹ Concentraçoes de MP_2,5 tao altas quanto 11.000 µg m^-3 foram medidas em fogoes a lenha tradicionais enquanto que tao baixas quanto 4,69 µg m^-3 para o GLP.⁶³ Os níveis de MP_2,5 nas residências que usam combustíveis sólidos também foram influenciados pela estaçao do ano, sendo geralmente mais baixas no verao (80 µg m^-3) do que no inverno (169 µg m^-3) e também maiores na estaçao chuvosa que nas demais, ultrapassando 100 µg m^-3.^64,65 Já para residências que usavam outro tipo de combustível, a qualidade do ar externo teve maior influência. Nos EUA, desde 1992, somente dispositivos à lenha certificados podem ser comercializados. Com isso, reduçoes médias de partículas finas superiores a 50% podem ser alcançadas.⁶⁶ Os níveis de gases também sao influenciados pelo tipo de fogao e combustível. As concentraçoes de CO durante o cozimento variaram de 0,44 ppmv a 693 ppmv, sendo as mais baixas registradas para o GLP e GN. Com relaçao ao NO_x as concentraçoes mais elevadas foram medidas para os combustíveis sólidos (10 ppmv).

No Brasil, estudos comparando as emissoes causadas por GLP e lenha sao escassos. Em um destes estudos foram avaliados os níveis de HPA, PTS e NO₂ em cozinhas com fogoes a lenha e a GLP.⁶⁷ As concentraçoes de HPA e PTS foram mais elevadas nas cozinhas que utilizavam lenha, porém, as concentraçoes de NO₂ na cozinha, bem como a exposiçao pessoal, foram ligeiramente mais elevadas em casas com fogoes a GLP.⁶⁷ Um outro estudo mostrou que a concentraçao média de MP_2,5 durante o período de cocçao nas residências que usavam GLP foi bem menor (3,0 ± 3,6 µg m^-3) que nas residências que queimavam lenha na parte externa (151,1 ± 114,8 µg m^-3) ou interna (230,0 ± 157,0 µg m^-3) da casa.⁶⁸ Os estudos realizados no país com fogoes melhorados (ecoeficientes) mostraram que os níveis de CO nao excederam 20 mg m^-3, porém níveis tao altos quanto 3.000 µg m^-3 para MP_2,5 e 1.400 µg m^-3 para MP₁₀ foram medidos.^69,70 Mesmo as soluçoes melhoradas de fogoes podem resultar em níveis altos, principalmente de partículas, sendo muito maiores que os valores sugeridos pela Organizaçao Mundial da Saúde (OMS). A OMS recomenda que os níveis de CO nao ultrapassem 10 mg m^-3 para 8 h de exposiçao e para MP₁₀ 50 µg m^-3 e MP_2,5 25 µg m^-3 para 24 h.⁶

Os estudos apontam que o GLP e o GN sao menos poluentes que a biomassa. Os níveis de poluentes decorrentes da queima de biomassa dependem das suas características, assim como do tipo de fogao usado e da ventilaçao.

 

CONCLUSOES

A cocçao de alimentos está entre as principais atividades diárias do ser humano. O desenvolvimento tecnológico tem aperfeiçoado os fogoes (a gás, elétrico, micro-ondas, etc), e novos combustíveis têm sido usados. No Brasil, o combustível mais usado é o GLP (> 90%), seguido pela lenha (3%).

Como em todo processo de combustao, há geraçao de gases e partículas, como produto ou subprodutos, que sao lançadas no ar interno e externo. Os resultados deste estudo apontam que as emissoes e os níveis de exposiçao sao maiores para os fogoes tradicionais que usam combustíveis sólidos.

Quando estes fogoes sao aprimorados ou melhorados o nível de emissao diminui, mas ainda sao superiores as emissoes de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP).

No que concerne ao impacto ambiental, os combustíveis usados para cocçao têm também impacto no aquecimento global. Comparando o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, o combustível que apresentou o menor impacto ambiental em toda a cadeia foi o biogás, seguido do GLP, querosene e carvao vegetal.

Com base no consumo da populaçao brasileira, a lenha é a maior responsável pela emissao de gases de efeito estufa seguida pelo carvao vegetal.

Como a queima de combustível com fins residenciais, assim como o tipo de fogao utilizado, influencia tanto no bem estar dos ocupantes, quanto no meio ambiente (mudanças climáticas e aquecimento global), uma forma de mitigar as emissoes de carbono e os problemas de saúde é a substituiçao de fogoes tradicionais por fogoes mais eficientes. Fogoes com queima mais eficiente podem ser usados como base para projetos de reduçao de carbono, reduzindo a emissao de CO₂ e de alguns produtos da combustao incompleta (BC, CH₄ e N₂O).

 

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq pela Bolsa de Produtividade e à FAPERJ pela auxilio Cientista do Nosso Estado.

 

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