AVALIAÇÃO DO IMPACTO NAS CONCENTRAÇÕES DE OZONIO TROPOSFÉRICO
DE CENÁRIOS DE EMISSÃO DE GASOLINAS REFORMULADAS NA REGIÃO
METROPOLITANA DE SÃO PAULO
Leila Droprinchinski Martins 1
Maria de Fátima Andrade1
RESUMO: Simulações de concentrações de ozônio em superfície para o período de 06 a 10 de
setembro de 2004 foram realizadas para a Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) com o
modelo fotoquímico CIT para a avaliação de quatro cenários de emissão, desenhados com base
nas propostas de reformulação da gasolina para o Brasil e outros países. Um quinto cenário foi
construído com base nos resultados da análise de sensibilidade do ozônio, previamente realizada.
Os resultados indicaram que o cenário 3 (com redução de 86,6% de olefinas, de 22% de
aromáticos e 30% de benzeno) foi o que apresentou maior redução nas concentrações de ozônio,
tornando-se menores que o padrão de qualidade do ar nas estações de qualidade do ar analisadas.
Além disso, a redução da emissão de espécies com maior sensibilidade de formação do ozônio
mostraram serem mais efetivas no controle do ozônio na RMSP.
ABSTRACT: Simulations from September 06 to September 10 of 2004 were performed for
tropospheric ozone formation in the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) with the
photochemical model CIT. They were evaluated four emissions scenarios, which were drawn
with base in the proposals of reformulating of gasoline for Brazil and others countries. The fifth
scenario was built with base on results of the ozone sensitivity analysis, previously performed.
The results indicated that scenario 3 (with 87% olefins reduction, 22% aromatics reduction and
30% benzene reduction) was that reduced more effectively the ozone concentrations, and also
scenario 5 showed to reduce the ozone concentrations for below the air quality standard in the
two groups of stations. Moreover, the emission reduction of species identified to have higher
ozone sensitivity demonstrated to be more effective on ozone control in the MASP.
Palavras-chave: ozônio, cenários de emissão, gasolina reformulada, controle de ozônio.
INTRODUÇÃO
No Brasil em 1989 foi implantado o Programa de Controle da Poluição do Ar por
Veículos Automotores – PROCONVE, que estabelece limites para as emissões de veículos
novos. Conseqüentemente um decréscimo significativo dos níveis de alguns poluentes tem sido
observado nas estações de monitoramento de qualidade do ar da CETESB. No entanto, o ozônio
parece não responder da mesma forma ao controle realizado, pois não há indicativos claros de
redução das concentrações e as variações observadas parecem estar associadas às oscilações das
condições meteorológicas.
Há um consenso mundial da necessidade de redução das emissões veiculares e uma
alternativa que está sendo adotada é a de reformulação do combustível, com a finalidade de
1
Departamento de Ciências Atmosféricas – IAG/USP
Rua do Matão, 1226, Cidade Universitária – São Paulo – SP – CEP 05508-090 – Fone: (11) 3091-2861
e-mail: [email protected], [email protected]
reduzir as emissões veiculares e seus impactos na química atmosférica. Nesta direção, neste
trabalho, foram criados cenários de uso de diferentes gasolinas reformuladas que foram testados
para a RMSP. O objetivo é avaliar o impacto dessas gasolinas reformuladas nos níveis de ozônio
na RMSP, utilizando como ferramenta o modelo fotoquímico CIT (Caltech Institute of
Technology).
METODOLOGIA
O estudo foi realizado para o período de 06 a 10 de setembro de 2004, o qual apresentou
altas concentrações de ozônio. Durantes esses dias o pico de concentração de ozônio atingiu 132
ppbv na região central e 136 ppbv à sudeste de São Paulo e foi caracterizado como um episódio
de ozônio.
O modelo CIT foi aplicado para um domínio de 24.2°S a 22.9°S e de 48°W to 45°W. O
domínio na superfície foi composto de um sistema de grade de 1800 células (60 x 30) com
resolução de 5x5km. Na vertical a área foi dividida em 5 níveis espaçadas de tal forma que a
resolução foi maior próxima à superfície. O topo da camada do modelo foi dimensionado para
estar a 2300 m de altitude, a qual foi dividida em subcamadas de 80,5, 241,5, 322, 759 e 897
metros.
Os campos meteorológicos foram obtidos da interpolação de observações e de simulações
realizadas com a versão (5.02) brasileira do modelo RAMS (Regional Atmospheric Modeling
System),
sendo
que
as
especificações
podem
ser
encontradas
no
sítio
http://www.cptec.inpe.br/brams/. As condições iniciais e de contorno foram baseadas nas
concentrações dos gases poluentes monitorados (O3, NO, NO2, SO2, CO e COVs) pela CETESB.
As emissões para os hidrocarbonetos totais, NOx, CO e SO2 foram compiladas do
inventário oficial para o ano de 2004. Essas emissões foram espacialmente e temporalmente
distribuídas na RMSP com base no perfil temporal observado de CO e NOx, proveniente de
medidas em túnel, e da distribuição das emissões de CO obtida com o software de gerenciamento
de trânsito EMME/2, a qual baseia-se na pesquisa origem/destino para a posterior geração da
emissão (Landmann, 2004). A especiação dos hidrocarbonetos foi compilada dos trabalhos de
Andrade et al. (2004), Harley et al. (2000) e Martins et al. (2006).
Além das simulações denominadas aqui de caso base (CB), simulações para cinco
diferentes cenários de emissão para a RMSP foram realizados. Quatro cenários foram desenhados
com base nas propostas de reformulação da gasolina para o Brasil, Califórnia e União Européia.
As características dessas gasolinas estão ilustradas na tabela 1. Um quinto cenário foi construído
com base nos resultados da análise de sensibilidade do ozônio às emissões das espécies
orgânicas, a qual foi realizada previamente.
Tabela 1: Característica da futura gasolina brasileira proposta pela Agência Nacional do Petróleo
e características da gasolina da Califórnia e União Européia.
Características
Especificação Proposta para Proposta para California
União
da gasolina
atual
01/01/2007
01/01/2009 (ano corrente)
Européia
(ano corrente)
Teor de enxofre
0,1
0,04
0,005
0,0015
0,005
(% em massa)
(2002)
(2005)
Teor de aromáticos
45
40
35 (2003)
35 (2005)
(% em volume)
Teor de olefinas
(% em volume)
Teor de benzeno
(% em volume)
30
25
-
4 (2005)
18 (2005)
1,0
-
-
0,7 (2005)
1,0 (2005)
Fonte: Boletim técnico da Petrobrás, 2003.
As especificações dos cenários são explicitadas abaixo:
Cenário 1 (C1) – Redução de 11,1% das frações de olefinas (OLE1, OLE2, BUTD e ETHE)
aromáticos (ARO1, ARO2 e TOLU) e benzeno (C6H6) da gasolina (gasolina + etanol) em
relação ao caso base de acordo com a proposta da ANP para 2007.
Cenário 2 (C2) – Redução de 20% das frações de olefinas, aromáticos e benzeno da gasolina
(gasolina + etanol) em relação ao caso base. Para 2009 a proposta da ANP não específica o nível
de redução para as olefinas, aromáticos e benzeno, portanto está sendo suposto uma redução de
20% em relação ao caso base.
Cenário 3 (C3) – Aplicações das reduções realizadas e/ou previstas no programa de
reformulação da gasolina para o estado da Califórnia nos Estados Unidos. Neste cenário a
suposição é de que a gasolina brasileira tem as mesmas especificações da gasolina da Califórnia
(de acordo com a tabela 5.4) em termos da quantidade em volume de olefinas, aromáticos e
benzeno, exceto pela quantidade de oxigenados presentes na gasolina. As reduções são:
• Olefinas de 30% em volume para 4% em volume – redução de 86,6%
• Aromáticos de 45% em volume para 35% em volume – redução de 22,2%
• Benzeno de 1% em volume para 0,7% em volume – redução de 30%
Cenário 4 (C4) – Aplicações das reduções realizadas e/ou previstas no programa de
reformulação da gasolina para a Europa. Neste cenário como no anterior, a suposição é de que a
gasolina brasileira tem as mesmas especificações da gasolina Européia (de acordo com a tabela
5.4) em termos da quantidade em volume de olefinas, aromáticos e benzeno, exceto pela
quantidade de oxigenados presentes na gasolina. As reduções são:
• Olefinas de 30% em volume para 18% em volume – redução de 40%
• Aromáticos de 45% em volume para 35% em volume – redução de 22,2%
• Benzeno sem redução
Para os quatros cenários mencionados acima as espécies das quais suas emissões foram
alteradas são as mesmas, ou seja: OLE1, OLE2, BUTD, ETHE (olefinas), ARO1, ARO2, TOLU
(aromáticos) e C6H6 (benzeno).
Cenário 5 (C5) – Redução de 40% na emissão das cinco espécies com maior potencial de formar
ozônio na RMSP identificadas através de testes de sensibilidade com o modelo CIT. Essas
espécies são ARO2, OLE1, OLE2, ETHE e HCHO.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
A comparação das concentrações do ozônio com as preditas pelo modelo para o CasoBase é apresentada na figura 1 para dois grupos de estação de qualidade do ar. O agrupamento foi
baseado em resultados de análise de cluster, ficando o grupo 1 composto pelas estações da
CETESB: Moóca, Ibirapuera, São Caetano do Sul e Pinheiros (G1) e o grupo 2 pelas de Diadema
e Santo Amaro (G2).
Ozônio simulado (ppbv)
120
G1
y = 1.0244x - 1.1174
R2 = 0.8648
100
80
60
G1
G2
40
G2
y = 0.9194x - 6.8027
R2 = 0.7714
20
0
0
20
40
60
80
100
120
Ozônio observado (ppbv)
Figura 1: Comparação do ozônio observado no G1 e G2 com o ozônio simulado de 06 a 10 de
setembro de 2004.
A comparação dos valores observados com os preditos pelo modelo mostrou uma boa
concordância para o ozônio tanto dos máximos como do perfil. No entanto, as concentrações
durante o período noturno não foram bem representadas.
A série temporal simulada das concentrações de ozônio para os cinco cenários (todas as
outras variáveis foram mantidas constantes, exceto as emissões) e o CB no grupo 1 de estações de
qualidade do ar está ilustrada na figura 2.
110
C1
C2
C3
C4
C5
CB
100
90
Ozônio (ppbv)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
6/9/04
0:00
6/9/04
12:00
7/9/04
0:00
7/9/04
12:00
8/9/04
0:00
8/9/04
12:00
9/9/04
0:00
9/9/04 10/9/04 10/9/04 11/9/04
12:00
0:00
12:00
0:00
Evolução temporal (h)
Figura 2: Evolução temporal da concentração de ozônio simulada, no grupo 1 de estações de
qualidade do ar, para os cinco cenários de emissão e CB.
Analisando a evolução temporal das concentrações do ozônio para ambos os cenários
observa-se que o efeito do controle das emissões resulta em decréscimo das concentrações de
ozônio quando comparados com o CB desde o primeiro dia, porém esse decréscimo apresentou o
máximo após dois dias do início do controle, com as máximas reduções ocorrendo nos dias 8 e 9.
A tabela 2 apresenta os resultados em termos de percentagem das reduções das concentrações de
ozônio nos grupos 1 e 2 em relação ao CB para os cincos cenários.
Tabela 2: Valores percentuais de redução
cinco cenários em relação ao CB.
Data
Reduções em
C1
relação CB (%) G1
G2
06/09
Média
6,5
7,0
Pico O3
6,8
7,0
07/09
Média
5,3
4,9
Pico O3
6,3
5,3
08/09
Média
10,2 11,0
Pico O3
9,6
9,5
09/09
Média
11,1 8,5
Pico O3
12,6 9,5
10/09
Média
7,0
3,2
Pico O3
4,2
0,0
das concentrações média e no pico de ozônio para os
C2
G1
11,5
11,3
8,9
10,2
17,4
15,7
20,3
23,6
12,6
12,2
G2
12,3
11,5
9,2
9,6
18,1
16,6
14,5
15,5
6,2
2,8
C3
G1
31,4
29,9
24,5
25,1
46,6
47,3
51,5
54,4
33,5
40,4
G2
31,4
27,4
24,4
25,0
46,3
41,2
37,4
33,8
16,3
12,8
C4
G1
17,7
17,5
14,1
15,1
27,0
25,3
30,6
34,9
19,9
21,6
G2
18,8
17,2
14,2
14,9
27,9
24,6
22,2
23,0
9,2
6,4
C5
G1
21,9
22,0
16,7
18,3
33,4
32,2
37,0
40,2
24,3
26,8
G2
23,1
20,4
17,2
18,1
34,0
30,2
27,5
26,4
11,8
8,3
O cenário C3 foi o que reduziu de forma mais efetiva as concentrações de ozônio, com
uma redução de 43% no número de horas com concentração acima do padrão de qualidade do ar
de 1 hora de ozônio (82 ppbv) em todo o domínio. Ambos os cenários 3 e 5 mostraram uma
redução nos níveis de ozônio para abaixo do padrão de qualidade do ar no período e em ambos os
dois grupos de estações, porém não em todo o domínio computacional. No cenário C5 com a
redução de 40% das cinco espécies ARO2 (aromáticos 2), OLE1 (olefinas 1), OLE2 (olefinas 2),
ETHE (eteno) e HCHO (formaldeído) pode-se obter a mesma redução de ozônio que com as
reduções das emissões das 8 espécies utilizadas nos 4 outros cenários, ou seja, com a redução em
um número menor de espécies pode-se obter resultados similares. Isso decorrente do alto
potencial de formação de ozônio desses compostos.
CONCLUSÕES
Os cenários 1 e 2, representativos das condições de uso da gasolina propostas para 2007 e
2009 no Brasil, apresentaram reduções das concentrações de ozônio na média e no pico, porém
ainda não suficientes para a redução dos níveis de ozônio para abaixo do padrão de qualidade do
ar no evento estudado. O C3 foi o que restringiu mais as concentrações de ozônio, sendo que
ambos os C3 e C5 reduziram reduzir as concentrações para abaixo do padrão de qualidade do ar
nos dois grupos de estações. Além disso, a redução das espécies identificadas como as mais
sensíveis à formação do ozônio levaram a um controle mais efetivo desse poluente na RMSP.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem à Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de
São Paulo – FAPESP e a Universidade de São Paulo pelo apoio financeiro e a CETESB pelos
dados de qualidade do ar.
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