Avaliação técnico-econômica das principais tendências e alternativas do transporte rodoviário...

203 Pages·2013·6.93 MB·Portuguese

by  Silvio A. Figueiredo

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
EP – FEA – IEE - IF

SILVIO DE ANDRADE FIGUEIREDO

AVALIAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA DAS PRINCIPAIS
TENDÊNCIAS E ALTERNATIVAS DO TRANSPORTE RODOVIÁRIO
NACIONAL SOB O PONTO DE VISTA ENERGÉTICO E AMBIENTAL

SÃO PAULO
2013
SILVIO DE ANDRADE FIGUEIREDO

AVALIAÇÃO TÉCNICO-ECONÔMICA DAS PRINCIPAIS TENDÊNCIAS
E ALTERNATIVAS DO TRANSPORTE RODOVIÁRIO NACIONAL
SOB O PONTO DE VISTA ENERGÉTICO E AMBIENTAL

Tese apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Energia da Universidade de
São Paulo (Escola Politécnica / Faculdade de
Economia e Administração / Instituto de
Energia e Ambiente / Instituto de Física) para
obtenção do título de Doutor em Ciências

Orientador: Prof. Dr. José Roberto Moreira

Versão Corrigida

(versão corrigida disponível na Biblioteca da Unidade que aloja o Programa e na Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP)
SÃO PAULO
2013
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO,
PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
FICHA CATALOGRÁFICA

Figueiredo, Silvio de Andrade
Avaliação técnico-econômica das principais tendências e
alternativas do transporte rodoviário nacional sob o ponto de
vista energético e ambiental / Silvio de Andrade Figueiredo;
orientador José Roberto Moreira. – São Paulo, 2013.
202 f.: il.; 30 cm.
Tese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em
Energia – EP / FEA / IEE / IF da Universidade de São Paulo.
1. Transporte rodoviário. 2. Combustíveis. 3. Tecnologia
veicular. 4. Gases de efeito estufa. 5. Poluição atmosférica.
1. Título
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA
EP / FEA / IEE / IF
SILVIO DE ANDRADE FIGUEIREDO
“Avaliação técnico-econômica das principais tendências e alternativas do
transporte rodoviário nacional sob o ponto de vista energético e ambiental”
Tese defendida e aprovada pela Comissão Julgadora:
Prof. Dr. José Roberto Moreira – PPGE/USP
Orientador e Presidente da Comissão Julgadora
Profª. Drª. Virgínia Parente – PPGE/USP
Prof. Dr. Francisco Emílio Baccaro Nigro – EP/USP
Profª. Drª. Suzana Khan Ribeiro – UFRJ
Dr. Rodrigo Galbieri – UNICAMP
Dedico este trabalho a todos aqueles que, mesmo enfrentando grandes dificuldades, nunca
esmoreceram em buscar, por meio da ciência, uma sociedade mais justa e mais humana...
...e a meu pai, por tudo que ele me ensinou.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Moreira, pela orientação, dedicação e criteriosa avaliação desta tese.

Ao Prof. Nigro, pelos ensinamentos ao longo de grande parte de minha vida profissional e seu
apoio no desenvolvimento deste trabalho.

A meus colegas do IPT, Peral, Gimenez e Padovezi, e ao Instituto como um todo, por
permitirem que eu me dedicasse a esta tarefa.

Aos colegas da CETESB e do IEMA, que compartilharam informações comigo.

Ao ICCT, pela visão que ele me forneceu durante o breve momento do qual eu dele participei.

E finalmente, à Malu, minha esposa, que mesmo diante de minhas aflições e dificuldades,
pacientemente me amparou.
“Although the environmental and health burden associated with motor vehicle use is
pervasive and persistent, and the certain, rapid growth of the world fleet presents a
tremendous challenge, there is cause for optimism.” (THE ENERGY FOUNDATION.
Bellagio Memorandum on Motor Vehicle Policy Principles for Vehicles and Fuels in
Response to Global Environmental and Health Imperatives Consensus Document: 19-21 June,
2001. Bellagio, Italy.)
Definições para “Ato Nobre”, segundo a Nobre Casa de Cidadania, 2013.
“Um Ato Nobre é uma ação realizada em benefício de terceiros, ausente de qualquer
interesse pessoal, refletindo o carácter de quem a pratica ao demonstrar integridade, honra e
humanidade.”
RESUMO
FIGUEIREDO, Silvio de Andrade. Avaliação técnico-econômica das principais tendências
e alternativas do transporte rodoviário nacional sob o ponto de vista energético e
ambiental. 2013, 202 f. Tese (Doutorado em Ciências) - Programa de Pós-Graduação em
Energia da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2013.
Ferramentas computacionais, baseadas em modelos de inventários, que consigam predizer,
com precisão apropriada, o consumo de combustíveis e as emissões veiculares, principais
motivadores do desenvolvimento automotivo atual, são fundamentais para a elaboração de
políticas públicas eficazes vinculadas a essas questões. No Brasil, apesar de afetarem
significativamente a sociedade, muitas das intervenções governamentais nesse segmento são
realizadas sem a adequada avaliação de seus impactos. Isso ocorre ou porque a importância
dessas ferramentas nem sempre é reconhecida ou por não se ter ferramentas apropriadas. O
objetivo deste trabalho foi o de desenvolver uma ferramenta de prognóstico do consumo de
combustíveis e das emissões da frota rodoviária, estatisticamente consistente, que pudesse ser
utilizada para esse propósito. Para tanto, inicialmente buscou-se identificar os aspectos
relacionados às questões que deveriam ser considerados nesse desenvolvimento, por meio do
levantamento das tendências evolutivas e alternativas que estão sendo apresentadas relativas a
combustíveis, tecnologia veicular e sistemas de transportes. A seguir foram revistos os
principais modelos e ferramentas públicos, nacionais e estrangeiros, dessa natureza. E, diante
da constatação que eles não poderiam ser empregados, apesar dos limites impostos pela
disponibilidade de dados, foi proposta uma nova abordagem para se atingir esse objetivo.
Primeiro foi desenvolvido um conjunto de planilhas integrando todos os dados e cálculos de
um modelo “bottom-up” similar ao utilizado nos inventários de emissões tóxicas nacionais,
totalmente interconectado e configurado para facilitar, por meio de um processo iterativo, o
ajuste fino das estimativas mais incertas, de forma que os consumos totalizados resultantes do
modelo coincidissem tanto quanto possível com os consumos observados no país. A seguir,
foram desenvolvidos modelos econométricos, para estimar os consumos totalizados de
combustíveis a partir de indicadores econômicos pertinentes. E pela inserção desses modelos
econométricos no modelo “bottom-up” anterior, foi gerado um modelo híbrido que permite
inventariar e prognosticar, segregadas por classes, o consumo de combustíveis e as emissões
veiculares. Os consumos de combustíveis obtidos por meio desses modelos, quando
comparados com valores observados, forneceram resultados estatisticamente robustos, que
podem ser, em algumas condições, convertidos na emissão de CO . O mesmo não é possível
2
afirmar com relação às demais emissões, inclusive em função da dificuldade de vincular as
fontes emissoras a indicadores de qualidade do ar, o que não invalida o uso do modelo híbrido
para obtenção de resultados comparativos. Finalmente, os modelos foram submetidos a
análise sensibilidade e sua aplicabilidade foi verificada para alguns cenários.
Palavras chaves: Transporte rodoviário; Combustíveis; Veículos rodoviários; Tecnologia
veicular; Emissão veicular; Gases de efeito estufa; Poluição atmosférica; Inventário.
ABSTRACT
FIGUEIREDO, Silvio de Andrade. Technical economical evaluation of the main
tendencies and alternatives of the Brazilian on-road transportation under energy and
environmental perspectives. 2013, 202 p. PhD Thesis - Graduate Program on Energy,
Universidade de São Paulo, São Paulo, 2013.
Computational tools, based on inventory models, which are able to predict, with the
appropriated accuracy, vehicular fuel consumption and emissions, main current drivers of the
automotive development, are essentials for the development of effective public policies
related to these issues. In Brazil, despite their significantly influence over the society, many
government interventions in this segment are undertaken without the adequate assessment of
their impacts. This happen because the importance of these tools is not always recognized or
because proper tools are not available. The goal of this study was to develop a statistically
consistent prognostic tool of road fuel consumption and emissions, which could be used for
this purpose. Initially, by surveying the evolutionary trends and known alternatives related to
fuels, vehicular technology and transportation systems, it was examined all the aspects that
should be considered for this work. Next it was reviewed the main domestic and foreign
public models and tools of this sector. Realizing that they could not be used, due to the limits
imposed by data availability, it is proposed a new approach to achieve this goal. First it is
developed a set of worksheets integrating all data and calculations of a bottom-up model,
similar to the ones used in national inventories of toxic emissions. The set was interconnected
and configured to facilitate, through an iterative process, the fine tuning of the uncertain
estimates, in such way that the model total consumptions as much as possible reproduce the
fuel consumptions observed in the country. Next econometric models were developed to
estimate total fuel consumptions based on identified relevant economic indicators. And
inserting these econometric models in the previous bottom-up model, it was generated a
hybrid model that allows inventorying and forecasting of fuel consumptions and vehicular
emissions segregated by classes. When compared with the observed fuel consumptions, these
models presented statistically robust results. Under some conditions, these results can be
converted in CO emissions. The same cannot be said with respect to other emissions,
2
partially due to the difficulty to link emission sources to air quality measurements, which does
not invalidate the use of the hybrid model to obtain comparative results for these emissions.
Finally, the models were submitted to a sensitivity analysis and their applicability was
verified for some scenarios.
Keywords: On-road transport; Fuels; On-road vehicles; Vehicular technology; Vehicular
Emission; Greenhouse gases; Air pollution; Inventory.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Ilustração 2.1 - Diferenças entre os benefícios na redução da emissão de GEE
proporcionado pelo etanol como substituto da gasolina, observadas em
diferentes ACV, sem LUC. .......................................................................... 21
Ilustração 2.2 - Resultados da ACV de GEE de biocombustíveis tomando a gasolina como
referência, segundo estudo da USEPA. ........................................................ 21
Ilustração 2.3 - Custo incremental de combustíveis alternativos em função de seus
potenciais de redução de emissão de GEE em relação a gasolina, ao custo de
petróleo de US$ 120 por barril, segundo a IEA. .......................................... 24
Ilustração 2.4 - Projeções da capacidade de produção de etanol brasileiro. ......................... 33
Ilustração 2.5 - Projeções da capacidade de exportação de etanol brasileiro. ....................... 33
Ilustração 2.6 - Número de veículos leves novos vendidos por combustível no Brasil. ....... 36
Ilustração 2.7 - Participação nas vendas de veículos leves novos por combustível. ............. 37
Ilustração 2.8 - Evolução do consumo e preço médio anual dos combustíveis rodoviários no
Brasil. ........................................................................................................... 38
Ilustração 2.9 - Evolução do preço médio mensal dos combustíveis rodoviários no Brasil. 39
Ilustração 2.10 - Evolução dos consumos mensais e dos preços dos combustíveis Otto. ....... 40
Ilustração 2.11 - Exemplos de mapas de eficiência de motores ciclo Otto e ciclo Diesel. ..... 49
Ilustração 2.12 - Mapa de consumo de veículo no WLTC sobreposto aos regimes do motor
operando com dois diferentes tipos de transmissão automática. .................. 57
Ilustração 2.13 - Previsão do volume de vendas de transmissões por n° de marchas. ............ 57
Ilustração 2.14 - Participação nas vendas dos tipos de transmissões por região. .................... 58
Ilustração 2.15 - Exemplo do aperfeiçoamento aerodinâmico dos caminhões. ...................... 60
Ilustração 2.16 - Evolução recente dos motores GDI a plena carga. ...................................... 63
Ilustração 2.17 - Evolução da eficiência dos motores GDI em carga parcial ......................... 63
Ilustração 2.18 - Curvas das novas gerações de motores. ....................................................... 64
Ilustração 2.19 - Previsão da participação nas vendas de motores GDI. ................................ 65