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Apostilas de Gestão Ambiental sobre o estudo da Analise do ciclo de vida de produto, historia, descrição, Benefícios de um estudo ACV.
Tipologia: Notas de estudo
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Doutor em Engenharia do Ambiente (FCT/UNL)
Professor Coordenador (ESTV/IPV)
Instituto Politécnico de Viseu 2004
Figura 7-1 Procedimento geral para o cálculo do Eco-indicador. As caixas levemente coloridas
O termo ACV, ou em inglês, "Life Cycle Assessment" (LCA) foi utilizado primeiramente nos Estados Unidos da América (EUA) em 1990. A designação histórica para estes estudos de ciclo de vida ambiental, utilizados nos EUA desde 1970, era “Resourse and Environmental Profile Analysis”( REPA), (Hunt e Franklin, 1996).
Um dos primeiros estudos quantificando as necessidades de recursos, emissões e resíduos originados por diferentes embalagens de bebidas foi conduzido pelo "Midwest Research Institute" (MRI) para a Companhia Coca Cola em 1969. Este estudo nunca foi publicado devido ao carácter confidencial do seu conteúdo, sendo no entanto utilizado pela companhia, no início dos anos setenta como um “input” nas suas decisões sobre embalagens. Um dos resultados interessantes do trabalho da Coca-Cola foi demonstrar que as garrafas de plástico não eram piores, do ponto de vista ambiental, do que as de vidro. Anteriormente, os plásticos tinham a reputação de um produto indesejável em termos ambientais, tendo o estudo REPA demonstrado, que esta reputação era baseada em más interpretações (Hunt e Franklin, 1996).
No final de 1972 o mesmo instituto (MRI) iniciou um estudo nas embalagens de cervejas e sumos, encomendado pela "U.S. Environmental Protection Agency" (USEPA), o qual marcou o início do desenvolvimento da ACV como se conhece hoje (Guinée, 1995). A intenção da USEPA era examinar as implicações ambientais da utilização de embalagens de vidro reutilizáveis em vez de latas e garrafas não reutilizáveis, porque na altura as garrafas reutilizáveis estavam a ser rapidamente substituídas por embalagens não-reutilizáveis. Esta foi de longe a mais ambiciosa REPA até à altura, tendo envolvido a indústria do vidro, aço, alumínio, papel e plástico e todos os fornecedores daquelas indústrias, tendo-se caracterizado mais de 40 materiais. Após o conhecimento dos resultados deste estudo, toda a gente assumiu que uma garrafa reutilizável seria claramente superior (Hunt e Franklin, 1996).
Após um longo período de baixo interesse público em ACV, em 1984 o Laboratório Federal Suiço para Teste e Investigação de Materiais (EMPA) publicou um importante relatório com base no estudo "Balanço Ecológico de Materiais de Embalagem" (OFEFP, 1984) iniciado pelo governo, que tinha como objectivo estabelecer uma base de dados para os materiais de embalagem mais importantes: alumínio, vidro, plásticos, papel e cartão, chapas de lata (Fink, 1997). O estudo também introduziu um método para normalizar e agregar emissões para o ar e para a água utilizando as normas (legislação) para aquelas emissões e agregando-as, respectivamente nos chamados "volume crítico de ar" e "volume crítico de água". De alguma forma, esta filosofia de avaliar os impactes ambientais foi mais tarde desenvolvida e refinada por Ahbe, Braunschweig e Müller-Wenk no relatório Metodologia dos Ecobalanços (Methodologie des Ecobilans sur la base de l'optimisation écologique), no qual é proposto o cálculo de ecopontos (Ahbe et al. , 1991).
Na Holanda a abordagem dos volumes críticos era simultânea e independentemente desenvolvida por Druijff (Guinée, 1995).
A partir de 1990 houve um notável crescimento das actividades ACV na Europa e nos EUA, o qual é reflectido no número de "workshops" e outros "forums" que têm sido organizados principalmente pela "Society of Environmental Toxicology and Chemistry" (SETAC).
Através dos seus ramos na Europa e EUA a SETAC desempenha um papel fundamental em reunir profissionais, utilizadores e investigadores para colaborarem no melhoramento contínuo da metodologia ACV. Os relatórios dos primeiros "workshops" SETAC ilustram os desenvolvimentos metodológicos e de terminologia que ocorreram no início dos anos noventa (SETAC, 1991; anónimo, 1992). Para responder a uma necessidade crescente na orientação de ACVs, particularmente na Europa onde a ACV era mais utilizada, as organizações Europeia e Norte Americana da SETAC planearam e conduziram em 1993 em Sesimbra-Portugal o "workshop - Code of Pratice" (SETAC, 1993b). Este documento pode ser visto como o "mais alto denominador comum" entre as posições Americana e Europeia na metodologia ACV (Gabathuler, 1997).
Em 1992 foi formada a Sociedade para a Promoção do Desenvolvimento de Ciclo de Vida (SPOLD), com a missão de juntar recursos, para acelerar o desenvolvimento da metodologia ACV como uma abordagem de gestão aceite para ajudar na tomada de decisão (Hindle e Oude, 1996).
A Organização Internacional para a Normalização (ISO) criou em 1992 um comité técnico (TC 207/SC 5) tendo em vista a normalização de um número de abordagens de gestão ambiental, incluindo ACV (Tibor e Feldman, 1996). Até ao momento foram publicadas as seguintes normas relacionadas com ACV:
ISO 14040: 1997 Environmental management -- Life cycle assessment -- Principles and framework
ISO 14041: 1998 Environmental management -- Life cycle assessment -- Goal and scope definition and inventory analysis
ISO 14042: 2000 Environmental management -- Life cycle assessment -- Life cycle impact assessment
ISO 14043: 2000 Environmental management – Life cycle assessment -- Life cycle interpretation
ISO/TR 14049: 2000 Environmental management -- Life cycle assessment -- Examples of application of ISO 14041 to goal and scope definition and inventory analysis
ISO/TS 14048: 2002 Environmental management -- Life cycle assessment -- Data documentation format
ISO/TR 14047: 2003 Environmental management -- Life cycle impact assessment -- Examples of application of ISO 14042
O conceito de ciclo de vida tem-se estendido para além de um simples método para comparar produtos, sendo actualmente visto como uma parte essencial para conseguir objectivos mais abrangentes, tais como sustentabilidade (Curran, 1999). A interligação dos sistemas de produto, que não se limitam por fronteiras geográficas, requer que se continue a desenvolver a metodologia ACV a um nível internacional.
Em Portugal, ao contrário da maioria dos países da UE, não existe uma entidade pública ou privada que tenha como objectivo principal desenvolver aspectos relacionados com a metodologia ACV.
A metodologia ACV tem numerosas aplicações, desde o desenvolvimento de produtos, passando pela rotulagem ecológica e regulação, até à definição de cenários de prioridade e de política ambiental.
Benefícios de um estudo ACV
Os dados de um estudo ACV em conjunto com outra informação, por exemplo, dados de custos e performance, podem ajudar os responsáveis pela tomada de decisão na selecção de produtos ou processos que resultem num menor impacte para o ambiente.
A metodologia ACV é a única que permite identificar a transferência de impactes ambientais de um meio para outro (p.ex:, a eliminação de emissões atmosféricas pode ser feita à custa do aumento das emissões de efluentes líquidos) e/ou de um estágio de ciclo de vida para outro (p. ex:, da fase de aquisição de matérias-primas para a fase de utilização).
Por exemplo, quando seleccionamos entre dois produtos concorrentes pode parecer que a “opção-1” é melhor para o ambiente porque necessita de menos matérias-primas, na fase de fabricação, que a “opção-2”. Porém, porque na elaboração de um estudo ACV são considerados todos os estágios do ciclo de vida, os resultados finais podem mostrar que é a “opção-1” que mais impacte causa no ambiente, dada a necessidade que tem de um maior consumo de electricidade, na fase de utilização, que a “opção-2”. Sem a elaboração de um estudo ACV estes factos não serão detectados.
Na elaboração de um estudo ACV, os pesquisadores podem (USEPA, 2001):
Limitações de um estudo ACV
A elaboração de um estudo ACV necessita normalmente de muitos recursos e arrasta-se por muito tempo. Deste modo, os recursos financeiros deverão ser balanceados com os benefícios previsíveis do estudo.
O estudo ACV não determina qual produto ou processo é o mais caro ou funciona melhor. Por isso, a informação desenvolvida num estudo ACV deve ser utilizada como uma componente de um processo de decisão que conta com outras componentes, como sejam, o custo e a performance.
análise de impacte e subsequente interpretação a ser utilizada; requisitos dos dados; pressupostos; limitações; requisitos iniciais de qualidade dos dados; tipo de revisão crítica, se necessário; tipo e formato do relatório requerido para o estudo.
O âmbito deve ser suficientemente bem definido para assegurar que a extensão, a profundidade e o detalhe do estudo sejam compatíveis e suficientes, para atingir os objectivos planeados.
A ACV é uma técnica iterativa. Por isso, o âmbito do estudo pode necessitar de ser modificado durante a sua condução à medida que é recolhida informação adicional.
Uma explanação tão completa não será requerida segundo Heijungs et al. , (1992), se a ACV se destina a ser utilizada apenas internamente numa empresa, p.ex: para optimizar o "design" do produto.
Função do Sistema e Unidade Funcional
Para descrever um sistema e o seu desempenho, SETAC, (1991) especificam que o sistema global deve ser dividido em séries de subsistemas ligados entre si por fluxos de materiais ou de energia.
Uma vez identificadas todas as componentes do subsistema, cada uma delas pode ser vista como um sistema no seu verdadeiro sentido e irá receber energia e materiais e emitir poluentes para o ar e para a água, resíduos sólidos e outras descargas ambientais além dos produtos úteis, como ilustrado na Figura 3.1.
Para além dos impactes dos materiais primários, as descargas ambientais associadas com a produção, utilização, transporte e deposição dos materiais subsidiários utilizados no sistema devem ser incluídos nos limites do sistema.
A necessidade total de matérias-primas e energia e as saídas totais de resíduos sólidos, líquidos e gasosos do sistema global é simplesmente a soma das entradas e saídas de todas as componentes dos subsistemas. O modelo é correcto se não violar as leis científicas, assegurando em particular que a lei de conservação da massa se aplica e que as leis da termodinâmica são respeitadas, em especial: a energia de reacção de qualquer processo químico não pode ser menor que a entalpia de reacção padrão; e, a eficiência de qualquer processo de conversão de energia (calor-para-trabalho) não pode ser superior à máxima eficiência reversível de conversão.
Figura 3.1-1 Entradas e saídas em um sistema e subsistema de produto
A norma ISO 1440 recomenda que o âmbito de um estudo ACV deve especificar claramente as funções do sistema a ser estudado. A unidade funcional é uma medida do desempenho das saídas funcionais do sistema de produto, que constitui a referência para a qual as entradas e as saídas são relacionadas. Esta referência é necessária para assegurar que a comparabilidade dos resultados
Matérias- primas
Saídas
Energia
Entradas
Resíduo sólidos Emissões para o ar Descargas para a água Outras descargas ambientais Produtos utilizáveis
Limite do sistema
Aquisição matérias-primas
Fabricação
Distribuição e transporte
Utilização/Reutilização/Manute nção Reciclagem
Gestão do resíduo
ACV é feita numa base comum, sendo particularmente crítica quando diferentes sistemas estão a ser avaliados.
A função de uma empresa que se dedica por exemplo, à pintura será executar pinturas. A unidade funcional para um sistema de pintura pode ser “uma unidade de superfície coberta”, se a função é deixar uma cobertura protectiva e decorativa numa superfície de madeira. Se a função é alterada para incluir durabilidade, a unidade funcional pode ser “uma unidade de superfície protegida por um período de tempo definido” (Tibor, 1996).
Muitas das discrepâncias aparentes entre estudos ACV relatados na literatura surgem porque os sistemas não são especificados convenientemente numa base comparável ou porque sistemas diferentes estão a ser comparados (Consoli et al. , 1993).
Limites do sistema (princípios)
Quando se avalia um sistema de produto, os limites do sistema em estudo devem ser claramente definidos. Devem ser demarcados os limites entre o sistema de produto e o ambiente, e entre o sistema de produto investigado e outros sistemas de produto (Assies, 1992). Na metodologia ACV “cradle to grave” as entradas em cada processo são consideradas desde o ponto em que são extraídos os recursos da natureza, sendo as saídas seguidas até à descarga final do resíduo no ambiente. Isto é no entanto normalmente impraticável num estudo, pelo que se deve decidir quais os processos que devem, e os que não devem, ser incluídos nos limites do sistema (Assies, 1992; Tibor, 1996).
No workshop de Leiden acordou-se que na generalidade, podem omitir-se componentes do sistema que contribuam com menos de 1% para a massa do produto total, especialmente se ele é inferior à certeza estatística do factor menos preciso (Huisingh, 1992). Uma excepção a esta regra é o caso de substâncias altamente tóxicas ou persistentes ou recursos escassos. Nestes casos, mesmo assim, 1% da massa pode ainda ser significativo, devendo ser incluídas. Quanto à inclusão de “bens de capital” em ACVs, é consensual, que na comparação de dois processos estes devem ser incluídos na ACV, apenas nos casos em que os investimentos associados são significativamente diferentes.
Para excluir um processo dos limites do sistema podem ainda utilizar-se os seguintes argumentos, de acordo com Weidema, (1993):
significativamente o resultado final do estudo;
proporção fixa do fluxo deste, ou de outro processo definido, e esta proporção é mais baixa que a incerteza naquele fluxo (isto pode ser visto como uma análise de sensibilidade informal);
confirma que este procedimento não envolve exclusão de contribuições que podem significativamente influenciar os resultados.
As vantagens e desvantagens destas opções são descritas em detalhe por Vigon et al. (1992). A primeira opção, envolvendo uma análise de sensibilidade formal, tem a vantagem de ser sistemática e segura. A sua desvantagem é que requer a disponibilidade de uma grande quantidade de dados preliminares para a realização da análise de sensibilidade. A maior desvantagem das outras duas opções são a sua natureza arbitrária ( a qual é parcialmente remediada pela análise de sensibilidade informal e o facto das suas consequências dependerem da qualidade dos dados. Assim, pode ser necessário efectuar uma revisão dos limites do sistema à medida que a qualidade dos dados aumenta, no decurso do estudo.
Os bens de equipamento, emissões pessoais (utilização de energia, ar condicionado, sanitários), deposição imprópria de resíduos (lixeira ilegal), geralmente não são incluídos nos limites do sistema, porque se conclui terem um pequeno efeito nos resultados (Vigon et al. , 1992; Frischknecht, 1996).
Em muitos casos, e segundo Frischknecht, (1996), as cargas ambientais devidas a infra-estruturas são baixas (menos de 5 a 10%). No entanto, são importantes no sector dos transportes (construção e manutenção de estradas e caminhos de ferro) e das energias renováveis (p.ex:, hidroelectricidade, aquecimento solar). Os produtos agrícolas são outra área onde as infra-estruturas são responsáveis
No caso de declarações comparativas reveladas ao público, esta avaliação deve ser conduzida de acordo com os critérios do processo de revisão crítica, descritos no ponto seguinte, devendo ser executada uma análise de impacte.
Revisão Crítica - Considerações
Revisão crítica é, de acordo com a norma ISO 14040, uma técnica para verificar se um estudo ACV satisfaz os requisitos desta Norma Internacional quanto à metodologia, dados e relatório. Na fase de âmbito do estudo deve ser definido o objectivo e qual o tipo de revisão crítica desejada ou seja, o que vai ser abrangido, a que nível de detalhe e quem deve estar envolvido no processo. A revisão crítica deve ser feita por especialistas familiarizados com os requisitos destas Normas e com os necessários conhecimentos técnicos e científicos. Podem ser especialistas internos ou externos, mas independentes do estudo ACV.
De acordo com SETAC, (1991) os estudos ACV devem ser sujeitos a uma revisão especializada nos estágios críticos do desenvolvimento de modelos e antes de publicação. No entanto, quando o estudo é utilizado apenas para fins internos à empresa, a revisão especializada formal será opcional.
Após o objectivo e âmbito do estudo estarem claramente definidos, a fase seguinte da metodologia ACV é a análise de inventário que identifica e quantifica as entradas e saídas de e para o ambiente, do sistema de produto investigado. O seu resultado essencial é muitas vezes chamado de “tabela de inventário” (de Haes et al. , 1996, Heijungs et al. , 1992, Consoli et al. , 1993).
O processo de condução de uma análise de inventário é iterativo. À medida que os dados são conhecidos e mais informação acerca do sistema é adquirida, novos requisitos de dados ou limitações podem ser identificados, requerendo uma alteração nos procedimentos de recolha de dados, para que os objectivos do estudo ainda sejam satisfeitos. Algumas vezes, pontos importantes podem ser identificados que requerem revisões dos objectivos ou âmbito do estudo (ISO 14040:1997E).
A análise de inventário processa-se através das seguintes fases: construção da árvore do processo; definição dos limites do sistema (de produto com o ambiente e de produto com outros sistemas de produto); finalização dos limites do sistema; recolha de dados; procedimentos de cálculos (procedimentos de afectação e procedimentos de construção da tabela de inventário).
4.1 Árvore do Processo
A melhor forma de representar as componentes de um sistema é de acordo com o “Code of Pratice” (Consoli et al. , 1993) desenvolver um fluxograma ou árvore do processo, representando as interligações entre os subsistemas. Um fluxograma representativo da maioria dos sistemas industriais consiste de 3 grupos principais de operações, como ilustrado na Figura 4.1 (SETAC, 1991).
Figura 4.1-1 Grupos dentro de um sistema industrial (SETAC, 1991)
primas, produção, utilização, transporte e deposição do produto.
as matérias-primas que alimentam o processo principal, ou sequência de produção.
o sistema.
Nos três grupos de operações, as entradas de material são matérias-primas do ambiente e, portanto, as operações necessárias para extrair estes materiais do ambiente devem ser incluídas dentro dos limites do sistema. A sequência de produção principal é normalmente a mais fácil de identificar.
4.2 Limites do Sistema
Indústrias de produção de combustíveis
Produção de materiais auxiliares
Sequência principal de produção
Limite do sistema
A utilização de um simples critério numérico, p.ex:, excluir todos os processos que contribuem para qualquer aspecto ambiental com menos de 1%, pode ter consequências indesejáveis, segundo Heijuns et al. , (1992). Esta opção pode resultar, salientam os autores, na exclusão de quase todos os efeitos ambientais quando os processos são divididos nos seus sub-processos. Os autores apresentam uma solução para este problema que é desenhar os processos excluídos dos limites do sistema de produto, não sendo quantificados na árvore do processo, mas incluídos como “ pro memoria ”. Deste modo, quando a informação acerca de tais processos ficar disponível, pode ser incluída uma vez que foi excluída somente por razões práticas.
Outra razão para conscientemente omitir processos é nos casos em que se realiza uma análise de diferença, ou seja, quando dois ou mais sistemas de produtos são comparados e as partes idênticas são excluídas (Heijungs et al. , 1992). Por exemplo, quando se comparam diferentes tipos de estrutura de janela, o vidro pode ser excluído, porque é considerado irrelevante para o estudo.
Experiências com estudos de caso podem também ser utilizadas para identificar a relevância ambiental de determinados processos, permitindo deste modo decidir da sua inclusão, ou não, nos limites de um sistema de produto em estudo (Guinée, 1995).
4.4 Recolha de Dados
Para análise do inventário, e de acordo com a norma ISO 14040, devem ser recolhidos os dados qualitativos e quantitativos para cada processo unitário que esteja incluído dentro dos limites do sistema. A recolha de dados é feita em dois tipos de fluxos de entrada e de saída, conforme se ilustra na Fig. 4.3, sendo um processo complexo e intensivo em recursos, podendo os procedimentos adoptados variar com o âmbito, o sistema e a aplicação pretendida para a ACV (Heijungs et al ., 1992).
O sistema internacional de unidades, SI pode ser utilizado para exprimir todas as emissões e extracções (Heijungs et al. , 1992): a maioria das emissões e recursos podem ser expressas em kg ou seus derivados (ton., mg,...); os dados de energia podem ser expressos em kw, MJ.
De acordo com o “Code of Pratice” (Consoli et al. , 1993) os dados devem ser obtidos das empresas que operam os processos específicos, a menos que algo em contrário seja referido nos objectivos e âmbito do estudo. Quando estes dados não estão disponíveis, podem ser utilizados dados de outras fontes potenciais, tais como: dados de projecto dos processos; cálculos de engenharia baseados na química e tecnologia dos processos; estimativas de operações similares; e bases de dados publicadas.
Os dados devem ser baseados num período de tempo, que seja suficientemente longo, para atenuar comportamentos anormais, tais como paragens de máquinas ou perturbações no processo. O período de tempo equivalente a um ano fiscal, para o qual estão disponíveis a maioria dos dados dos processos de produção, é considerado suficiente, para contemplar todos os comportamentos anormais que possam existir ao nível dos processos (SETAC, 1991; Vigon et al. , 1992).
Figura 4.4-3 Representação dos fluxos económicos e ambientais de entrada e de saída de um processo económico (adaptada de Heijungs et al., 1992)
materiais
rec. abióticos
produtos de reciclagem
energia
emissões p/ solo
Entradas da economia
Saídas para a economia
Entradas do ambiente
Saídas para o ambiente
materiais energia produtos para reciclagem
rec. bióticos uso de solo
emissões p/ ar emissões p/ água
Processo
Devem ser bem documentadas as bases de todos os dados, assim como a sua fonte, relevância geográfica e temporal, técnicas utilizadas para ponderação e determinação dos valores médios. A qualidade dos dados deve ser consistente com os objectivos e âmbito do estudo ACV.
Os dados são apresentados num formato normalizado, ou seja, são apresentados em relação a uma dada unidade de saída, para cada operação unitária do subsistema e, para a qual deve ser elaborado um balanço de massa e energético.
Dada a exigência de consistência é internacionalmente aceite que o balanço de massa e de energia para cada processo deve ser completo, ou seja, que (SETAC, 1992):
∑ =^ ∑ j
s,j i
me,i m 4-
onde: m (^) e,i - representa a massa da entrada i; m (^) s,j - representa a massa da saída j. E,
∑ =^ ∑ j
sj i
Ee (^) , i E , 4-
onde: E (^) e,i - representa a energia da entrada i; E (^) s,j - representa a energia da saída j.
4.5 Procedimentos de Cálculo
Após a recolha de dados é necessário definir os seguintes procedimentos de cálculo: procedimentos de afectação das cargas ambientais aos vários sistemas de produto envolvidos no estudo; e, procedimentos de cálculo da tabela de inventário.
4.5.1 Procedimento de Afectação
Tal como se referiu anteriormente, quando o ciclo de vida do produto, material ou serviço estudado afecta outros ciclos de vida não incluídos no sistema em análise, é necessário aplicar regras de afectação. Afectar, é assim o acto de distribuir a cada função do processo a sua quota-parte de responsabilidade pelas cargas ambientais causadas pelos processos e transportes num ciclo de vida (Ekvall T., 1994b).
Os processos onde os problemas da afectação podem ser relevantes, são (Heijungs et al. , 1992; Consoli et al. , 1993; Huppes G., 1994; de Haes, et al. , 1996):
de produto;
produto;
produto.
Na prática é difícil distinguir entre processos multi-saídas e reciclagem em ciclo aberto uma vez que o material reciclado, num produto secundário, pode ser visto como um co-produto (Heijungs et al. , 1992).
A norma ISO14041 (1998) recomenda uma ordem descendente de procedimentos de afectação baseada nos seguintes princípios: