Jorge Machado Damazio Pesquisador DEA Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Emissões de Gases de...
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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
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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.