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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
EDILENE PEREIRA ANDRADE
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE HIDROGÉIS PARA APLICAÇÃO NA
AGRICULTURA
FORTALEZA
2016
EDILENE PEREIRA ANDRADE
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE HIDROGÉIS PARA APLICAÇÃO NA
AGRICULTURA
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia Ambiental do Departamento de
Engenharia Hidráulica e Ambiental da
Universidade Federal do Ceará, como requisito
parcial à obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Suetônio Mota. Co-orientadora: Prof. Drª. Maria Cléa Brito de
Figueiredo.
FORTALEZA
2016
Aos meus pais, Edna e Carlos. Aos meus
irmãos Edicarla e Eric. Ao meu noivo, Mateus.
AGRADECIMENTOS
A Deus, por me dar forças quando tudo parecia mais difícil do que deveria estar.
A minha família pelo apoio e suporte sempre.
Ao meu noivo Mateus pelo seu apoio incondicional em todas as decisões, por todo seu
amor, pelo seu entusiasmo e por sempre acreditar em mim.
À Embrapa, pela oportunidade de estágio e pela excelente estrutura do trabalho.
A Prof. Dra. Maria Cléa Brito de Figueiredo, pela confiança desde o primeiro dia que
começamos a trabalhar. Também por ser sempre doce e por me passar tanto conhecimento.
Ao professor Dr. Suetônio Mota por aceitar ser meu orientador neste trabalho e por
suas excelentes aulas durante os 5 anos de graduação na UFC.
Ao Professor Ronaldo Stefanutti pelos 5 anos de aprendizado e confiança. O senhor
sabe da importância que teve na minha vida acadêmica.
A Professora Ana Bárbara por despertar o desejo em mim em ser professora. A
senhora é o maior exemplo de dedicação e empenho que podemos ter.
Ao Professor André Bezerra por suas aulas completíssimas e pela sua didática de
priorizar tudo. O senhor é um professor maravilhoso.
Agradeço ao grupo de “ACVistas” da Embrapa, em especial ao Diêgo, por toda sua
paciência me ajudando na resolução dos problemas que encontramos durante a realização do
trabalho e por suas revisões neste trabalho.
Ao Laboratório de Polímeros da UFC pela oportunidade de realizar parte do trabalho,
em especial à Maslândia e Carol, por suas considerações valiosas e pelo seu amplo
conhecimento.
Aos meus amigos Gabriela, João Victor pela paciência e por sempre tornar meus dias
mais leves.
Aos amigos e colegas de curso, em especial Isa e Diana, pelas boas conversas,
companheirismo e tira-dúvidas antes das provas.
“Ás vezes é preciso dar um passo
atrás no caminho que você acha
que é certo para poder dar dois
passos à frente no caminho que
você tem certeza que é certo.”
(Jonatas Persan)
RESUMO
Hidrogéis superabsorventes são polímeros hidrofílicos reticulados que têm a capacidade de
sorver e manter em sua estrutura soluções aquosas sem se dissolverem. Os hidrogéis podem
ser puros ou estar misturados com cargas minerais, dando origem aos compósitos que tanto
diminuem os custos econômicos de produção, como agregam melhorias nas características
físicas e químicas dos hidrogéis sintetizados. O objetivo deste trabalho é comparar os
impactos ambientais, de dois processos de produção de hidrogéis superabsorventes em escala
laboratorial: sistema A, produção do hidrogel copolimérico de acrilamida-acrilato de potássio
(Pam Acril) e o sistema B, produção do compósito com casca de ovo (CalG20). Seguiram-se
as normas NBR ISO 14040 e 14044 para a Avaliação do Ciclo de Vida. A fronteira dos
sistemas desse trabalho abrange a produção dos hidrogéis (processos de síntese, lavagem e
secagem) e dos insumos (água, energia e reagentes químicos). A unidade funcional utilizada
foi um hidrogel com a capacidade de absorção de 1 L de água, implicando na necessidade de
produzir 1,368 g do hidrogel PamAcril e 0,901 g do CalG20 como fluxos de referência. O
programa utilizado foi o Sima Pro versão 8.0, e a base de dados foi a do Ecoinvent. Os
métodos utilizados para a avaliação dos impactos ambientais foram: o ReCiPe na versão
hierárquica, considerando os impactos de mudança climática, eutrofização, acidificação;
Pfister, para o estudo de escassez hídrica e o USEtox, para análise dos impactos de toxicidade
humana (cancerígena e não cancerígena) e ecotoxicidade. Os resultados desse estudo mostram
que o hidrogel produzido no sistema A gera maior impacto ambiental quando comparado ao
sistema B, em todas as categorias analisadas, causando cerca de duas vezes mais impacto. A
análise de incerteza pelo método de Monte Carlo confirma os resultados com uma
significância de mais de 95% em todas as categorias utilizadas para o estudo. Analisando
separadamente as etapas em ambos os sistemas, os maiores impactos se devem ao consumo de
energia na etapa de secagem e ao consumo de água na etapa de lavagem. Para redução dos
impactos nos dois sistemas, sugere-se modificações na etapa de secagem.
Palavras-chave: Impactos ambientais, acrilamida, casca de ovo, hidrogel
ABSTRACT
Superabsorbent hydrogels are crosslinked hydrophilic polymers that have the ability to absorb
and retain aqueous solutions in their structure without dissolving themselves. The hydrogels
may be pure or mixed with mineral fillers, creating the composites that decrease production
cost and improve physical and chemical characteristics of the synthesized hydrogels. It can be
found in eggshells in the form of calcite, implying their use in reducing the waste
management expenses. This study aims compare the environmental impacts of two hydrogels
superabsorbent production processes in laboratory scale: System A, copolymer hydrogel
production of potassium acrylamide acrylate (Pam Acril) and system B, the composite
production with bark egg (CalG20). This study is according to the ISO 14040 and 14044
standards for Life Cycle Assessment. The extension of this work system covers the
production of hydrogels (synthesis processes, washing and drying) and inputs (water, energy
and chemicals). The functional unit used was a hydrogel with the absorption of 1 liter
capacity, requiring 1,368 g of hydrogel PamAcril and 0,901 g and of CalG20 as reference
flows. The software used was version 8.0 Sima Pro, and the database was the Ecoinvent.The
methods used for assessing the environmental impacts were: the recipe in hierarchical version,
including the impacts of climate change, eutrophication, acidification; Pfister, for the study of
water scarcity and USEtox for analysis of the impacts of human toxicity (carcinogenic and not
carcinogenic) and ecotoxicity. The results of this study show that the hydrogel produced in the
system generates greater environmental impact when compared to the system B, in all
analyzed categories, causing about two times more impact. The uncertainty analysis by Monte
Carlo method check out the results with a significance of more than 95% in all categories
used in the study. Separately analyzing the steps in both systems, larger impacts are due to
energy consumption in the drying step and the water consumption by a washing step. To
reduce the impact on the two systems, it is suggested modifications in the drying step.
Key-words: Acrylamide, eggshell, environmental impacts, hydrogel
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Intumescimento de uma rede polimérica de um hidrogel hidrofílico ....................... 20
Figura 2: Interface existente entre um produto industrial e o meio ambiente .......................... 26
Figura 3: Ciclo de vida de um produto e seus impactos ambientais......................................... 26
Figura 4: As fases da ACV ....................................................................................................... 30
Figura 5: Etapas para construção do Inventário de Ciclo de Vida. .......................................... 33
Figura 6: Exemplo da etapa de Classificação e Caracterização de um estudo de ACV. .......... 38
Figura 7: Fases da interpretação dos resultados da ACV ......................................................... 43
Figura 8: Diferença entre os métodos de AICV ....................................................................... 45
Figura 9: Fronteira da ACV ...................................................................................................... 49
Figura 10: Síntese do Pam Acril ............................................................................................... 52
Figura 11: Pam Acril em repouso após síntese......................................................................... 53
Figura 12: Processo de lavagem do Pam Acril ......................................................................... 54
Figura 13: Hidrogel durante processo de secagem ................................................................... 56
Figura 14: Síntese do CalG20 ................................................................................................... 56
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1: Cálculo do indicador de midpoint para categoria de impacto m ........................... 37
Equação 2: Cálculo do indicador resultante para Escassez hídrica pelo Método de Pfister et al
(2009) ....................................................................................................................................... 40
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Avaliação de impacto ambiental comparativa de produção de hidrogel nos sistemas
A e B. ........................................................................................................................................ 62
Gráfico 2: Análise de incerteza pelo método de Monte Carlo, comparando os sistemas A e B.
.................................................................................................................................................. 63
Gráfico 3: Resultado da avaliação de impacto ambiental da produção do hidrogel no sistema
A. .............................................................................................................................................. 64
Gráfico 4: Resultado da avaliação de impacto ambiental da produção do hidrogel no sistema
B. .............................................................................................................................................. 65
Gráfico 5: Comparação percentual entre produção do Pam Acril com e sem a etapa de
secagem na estufa. .................................................................................................................... 67
Gráfico 6: Comparação percentual dos impactos causados na produção do CalG20 com e sem
a etapa de secagem na estufa. ................................................................................................... 69
Gráfico 7: Análise de impactos do sistema A (Pam Acril) sem a etapa de secagem na estufa 70
Gráfico 8: Análise de impactos do sistema B (CalG20) sem a etapa de secagem na estufa .... 72
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Categorias de impacto, descrição, método e indicadores. ........................................ 36
Tabela 2: Métodos de AICV de acordo com a sua abordagem ................................................ 46
Tabela 3: Entradas e saídas dos processos unitários na produção de 1,368 g de hidrogel no
sistema A. ................................................................................................................................. 59
Tabela 4: Entradas e saídas dos processos unitários na produção de 0,901 g de hidrogel no
sistema B. ................................................................................................................................. 61
Tabela 5: Comparação quantitativa entre produção do Pam Acril com e sem a etapa de
secagem na estufa. .................................................................................................................... 68
Tabela 6: Comparação quantitativa entre produção do CalG20 com e sem a etapa de secagem
na estufa .................................................................................................................................... 69
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACV Avaliação do Ciclo de Vida
AIA Avaliação de Impactos Ambientais
AICV Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida
AT Acidificação Terrestre
CH4 Gás Metano
CO2 Gás Carbônico
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CTUh Unidade Comparativa de Toxicidade Humana
CTUe Unidade Comparativa de Toxicidade para Ecossistema
ECO Ecotoxicidade
ED Eutrofização de Águas Doces
EIA Estudo de Impacto Ambiental
EM Eutrofização Marinha
EH Escassez Hídrica
ICV Análise de Inventário do Ciclo de Vida
MC Mudanças Climáticas
PAG Potencial de Aquecimento Global
N Nitrogênio
N2O Óxido de Nitrogênio
P Fósforo
RIMA Relatório de Impacto Ambiental
SO2 Óxido de enxofre
THC Toxicidade Humana Cancerígena
THNC Toxicidade Humana Não Cancerígena
VF Verification Factor
WSI Water Stress Index
WTA Withdrawal to availability
Sumário 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 16
2. OBJETIVOS........................................................................................................................ 18
2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................ 18
2.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 18
3. REVISÃO DE LITERATURA .......................................................................................... 19
3.1 Hidrogéis.............................................................................................................................20
3.2 Hidrogéis e suas aplicações relacionadas à água ................................................. 21
3.2.1 Hidrogéis na purificação de água ........................................................................... 21
3.2.2 Hidrogéis na produção agrícola .............................................................................. 22
3.2.3. Casca do ovo de galinha .......................................................................................... 24
3.3 Avaliação do Ciclo de Vida .................................................................................... 25
3.3.1 Fases da ACV ........................................................................................................... 30
3.3.2 Objetivo e escopo...................................................................................................... 30
3.3.3 Análise de inventário do Ciclo de Vida (ICV) ........................................................ 32
3.3.4 Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida (AICV) ................................................... 33
3.3.4.1 Elementos obrigatórios.............................................................................................. 34
3.3.4.2 Elementos opcionais .................................................................................................. 38
3.3.4.3 Categorias de impacto utilizadas .............................................................................. 38
3.3.4.3.1 Escassez hídrica ......................................................................................................... 39
3.3.4.3.2 Eutrofização ............................................................................................................... 40
3.3.4.3.3 Mudanças climáticas ................................................................................................. 40
3.3.4.3.4 Toxicidade ................................................................................................................. 41
3.3.4.3.5 Acidificação ............................................................................................................... 42
3.3.5 Interpretação dos resultados .................................................................................... 43
3.3.6 Métodos de avaliação da ACV .................................................................................. 44
3.3.7 Elaboração do Relatório e Revisão Crítica .............................................................. 47
4. MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................. 47
4.1 Objetivos, escopo do estudo e unidade funcional .................................................. 49
4.2 Inventário: Coleta de dados ..................................................................................... 50
4.2.1 Materiais utilizados .................................................................................................... 51
4.2.2 Descrição do Sistema A ............................................................................................. 52
4.2.2.1 Síntese ......................................................................................................................... 52
4.2.2.2 Lavagem ..................................................................................................................... 54
4.2.2.3 Secagem ...................................................................................................................... 55
4.2.3 Descrição do Sistema B ............................................................................................. 56
4.2.3.1 Síntese ......................................................................................................................... 56
4.2.3.2 Lavagem ..................................................................................................................... 57
4.2.3.3 Secagem ...................................................................................................................... 57
4.3 Avaliação de impactos .............................................................................................. 57
4.4 Análise de cenários ................................................................................................... 58
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................................... 58
5.1 Análise do inventário do Sistema A ........................................................................ 58
5.2 Análise do inventário do Sistema B ........................................................................ 60
5.3 Avaliação de impactos .............................................................................................. 62
5.3.1 Comparação dos dois processos ................................................................................ 62
5.3.2 Pam Acril (Sistema A) ............................................................................................... 63
5.3.3 CalG20 (Sistema B) ................................................................................................... 65
5.4 DISCUSSÃO DE ALTERNATIVAS PARA REDUÇÃO DOS IMPACTOS
AMBIENTAIS NOS SISTEMAS A E B. .......................................................................................... 66
6. CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 72
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 74
APÊNDICE A ........................................................................................................................ 84
APÊNDICE B ........................................................................................................................ 85
APÊNDICE C ........................................................................................................................ 86
APÊNDICE D ....................................................................................................................... 87
APÊNDICE E ....................................................................................................................... 88
APÊNDICE F ....................................................................................................................... 89
APÊNDICE G ....................................................................................................................... 90
APÊNDICE H ....................................................................................................................... 91
APÊNDICE I ........................................................................................................................ 92
APÊNDICE J ........................................................................................................................ 93
APÊNDICE K ....................................................................................................................... 94
APÊNDICE L ....................................................................................................................... 95
APÊNDICE M ...................................................................................................................... 96
APÊNDICE N ....................................................................................................................... 97
APÊNDICE O ....................................................................................................................... 98
APÊNDICE P ....................................................................................................................... 99
16
1. INTRODUÇÃO
Hidrogéis superabsorventes são polímeros reticulados que têm a capacidade de
sorver e manter em sua estrutura soluções aquosas com uma massa centenas e até milhares de
vezes maiores que a sua, sem perda de sua estrutura química por solubilização e/ou
degradação de suas cadeias hidrofílicas (FEKETE et al., 2014). A essa capacidade de elevada
absorção de água dá-se o nome de intumescência.
Segundo Wang e Boogher (1987), os hidrogéis são usados desde a década de 80
como condicionadores de solos, onde sua alta capacidade de absorção de água em um curto
intervalo de tempo e liberação lenta são características muito atrativas para uso na agricultura.
Além disso, por liberar lentamente essa água acumulada, torna-se um aliado para sistemas de
irrigação, melhorando a eficiência do uso de água na agricultura. Essas propriedades
associadas ao hidrogel são bastante relevantes quando se trata de ambientes com elevados
índices de escassez, como, por exemplo, o semiárido brasileiro.
Quando puros os polímeros mostram propriedades que muitas vezes não
correspondem às especificações técnicas que deveriam ter os produtos finais fabricados a
partir deles (LIMA, 2007). Soma-se a isso o fato de possuírem um alto custo de produção.
Assim, cargas minerais têm sido utilizadas em misturas com os mais variados tipos de
polímeros, misturas estas chamadas compósitos, que têm por finalidade diminuir os custos e,
mais importante, agregar melhorias nas características físicas e químicas dos produtos que
serão fabricados (BOTELHO, 2006). Esses minerais têm a capacidade de aumentar tanto a
resistência mecânica das matrizes poliméricas quanto a capacidade de absorção desses
materiais (ZHANG e WANG, 2007).
Talco, pirofilita, calcita, dolomita, caulinita, esmectita, muscovita, quartzo,
wollastonita e barita são os principais minerais utilizados como cargas em polímeros no
Brasil, devido à abundância na natureza. Estes minerais apresentam baixos custos de extração
e fragmentação e seus preços no mercado são relativamente baixos.
O carbonato de cálcio, principal componente da calcita, é um dos materiais mais
absorventes que existem na natureza (FAN, 2007). A casca de ovo é composta por 94% de
carbonato de cálcio, na forma de calcita e, como a maioria dos resíduos industriais, ela é
descartada no ambiente, com potencial de gerar poluição do meio (MURAKAMI et al, 2007;
IYER e TORKELSON, 2014).
17
Assim como todo produto, o hidrogel tem potencial de gerar impactos ambientais,
sendo necessário identificar os aspectos ambientais relacionados ao ciclo de vida desse
produto para indicar alternativas de produção menos impactantes, evitando-se problemas
antes da sua produção em escala industrial. É importante identificar e comparar os vários
processos viáveis de produção de hidrogel e, dessa maneira, poder “escolher” aquele que
causará menor impacto na natureza e nos seus recursos. Uma maneira de avaliar os impactos
ambientais relacionados ao ciclo de vida de um produto, sejam positivos ou negativos no
meio ambiente, é utilizando a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV).
A ACV é uma metodologia que determina os impactos causados no meio ambiente por
um produto, processo e serviço, levando em consideração todos os processos produtivos e de
consumo relacionados ao produto. Um estudo utilizando a ACV mostra o impacto potencial
causado pelo produto, processo ou serviço. Além do mais, essa metodologia está em constante
evolução devido a atual importância de assuntos relacionados ao meio ambiente, sendo por
isso largamente utilizada por empresas e governos para dar suporte a suas decisões.
18
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Identificar os impactos ambientais causados por dois processos de produção de
hidrogéis, em escala experimental, para aplicação na agricultura e definir qual processo é o
que provoca menor impacto no meio ambiente.
2.2 Objetivos específicos
Inventariar dois processos de produção de hidrogel;
Realizar a avaliação de impacto comparativa do hidrogéis desses dois
processos;
Identificar em qual etapa da produção se deram os maiores impactos;
Propor melhorias na produção dos hidrogéis.
19
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1 Hidrogéis
Hidrogéis são polímeros hidrofílicos reticulados que possuem capacidade de reter
grandes quantidades de água ou solução salina em sua estrutura.
Através de uma polimerização térmica em meio aquoso de ácido acrílico e
divinilbenzeno, em 1938, iniciou-se a produção dos primeiros polímeros absorvedores de
água (BUCHHOLZ, 1996). Os hidrogéis surgiram na década de 50 com uma capacidade de
intumescimento variando entre 40 a 50%, e eram utilizados na oftalmologia na composição
das lentes de contato. Em 1978, polímeros superabsorventes começaram a ser produzidos no
Japão para uso em absorventes femininos; já na Alemanha, em 1980, foram empregados em
fraldas descartáveis para crianças.
As pontes de hidrogênio existentes nas suas ligações são as responsáveis pelas
fortes interações entre o hidrogel e a água, sendo esse processo de intumescimento
coordenado por fatores físicos e ambientais. Pode-se citar como fatores físicos favoráveis ao
intumescimento a presença de forças de coesão, grupos hidrofílicos, baixa densidade de
reticulação e flexibilidade da cadeia do polímero. Já as mudanças de pH, forças iônicas,
temperatura, composição do solvente são fatores ambientais que prejudicam o processo de
absorção de água pelo gel.
O hidrogel intumesce por meio de uma ampliação de seu volume como
consequência da retenção do líquido no interior da sua estrutura. À medida que a água é
absorvida pelo hidrogel, passa a ocupar os espaços entre as cadeias poliméricas fazendo com
que estas se estendam procurando uma nova configuração, dado que a presença da água no
sistema provoca a expansão e a reorganização das cadeias. Dessa maneira, ocorre um
fenômeno osmótico que direciona o solvente para o interior do hidrogel até que se atinja um
equilíbrio e assim o hidrogel para de absorver água em sua estrutura (AOUADA, 2006). A
Figura 1 exemplifica o intumescimento de uma rede polimérica hidrofílica, mostrando as
interações entre as moléculas de água, através de ligações de hidrogênio, com os grupos
hidrofílicos fixos na rede.
20
Figura 1: Intumescimento de uma rede polimérica de um hidrogel hidrofílico
Fonte: RUDZINSKI et al. ( 2002)
Os hidrogéis podem ser aplicados em diversos campos como, por exemplo: na
indústria de alimentos como agentes espessantes (ARENAS, 2012), na oftalmologia
compõem as lentes de contato (KLAUS et al.,1990) e substrato para engenharia de tecidos
(KRSKO e LEBETA, 2005), e na odontologia estão presentes em implantes (FERNANDES,
2013). Além disso, são empregados no tratamento de queimaduras (KIYOZUMI et al., 2007),
preenchimento de ossos esponjosos (ZHANG et al., 2009), substituição de cartilagens
(LEONE et al., 2008), liberação controlada de fármacos (KARADAG et al., 2014),
capacitores (LEE e WU, 2008), baterias (IWAKURA et al., 2005), sensores (YU et al., 2008),
dispositivos ópticos e janelas inteligentes (AOUADA et al., 2006), entre outros.
Polímeros reticulados com elevado grau de intumescimento em água ou solução
salina podem ser elaborados a partir de macromoléculas com elevada tendência hidrofílica e
alta flexibilidade, geralmente em combinação com cadeia de polieletrólito natural (OMIDIAN
et al, 1999). As associações com poliacrilamida contendo certa quantidade de grupos
ionizáveis na forma de unidades de ácido acrílico são as tendências mais favoráveis na
pesquisa. A formação de hidrogéis pode ser realizada através de vários métodos físicos e
químicos, sendo os mais comuns (PEPPAS e MIKOS, 1986):
21
Copolimerização e reticulação simultânea de um ou mais monômeros
monofuncionais e um monômero multifuncional seguido de intumescimento em
solvente apropriado.
Reticulação de um homopolímero ou copolímero em solução ou no estado sólido,
seguido do intumescimento em água ou fluido biológico.
A capacidade de retenção de água no hidrogel depende da elasticidade da parede,
da presença de grupos funcionais hidrofílicos (-OH, -COOH, -CONH2, -SO3H) na cadeia
polimérica, do grau de reticulação e do nível de porosidade do material. A presença de sais
solúveis também interfere na capacidade de retenção de água, sendo responsáveis pela
diminuição da capacidade de retenção de água quando estiverem presentes em altas
concentrações.
As indústrias que processam polímeros têm usado quantidades crescentes de
cargas minerais em misturas com polímeros. Paralelamente, diversos trabalhos de pesquisa
têm sido realizados no intuito de entender os comportamentos destes compósitos (LIMA,
2007). Essas pesquisas têm o objetivo de estabelecer a proporção de carga mineral mais
adequada para ser utilizada juntamente ao polímero, e, assim, conseguir uma melhoria das
propriedades do polímero (PAOLI et al, 2002).
Os carbonatos podem ser utilizados como cargas em polímeros, tendo o tamanho
de grão abaixo de 45µm, conseguidos a partir da moagem de rochas calcárias. Essas rochas
podem apresentar em sua composição apenas calcita (CaCO3) ou uma mistura de calcita e
dolomita [CaMg(CO3)2]. A incorporação da carga mineral no polímero acarreta uma
variedade de mudanças nas suas propriedades decorrentes do tipo de interação entre essas
duas fases da mistura (LIMA, 2007).
3.2 Hidrogéis e suas aplicações relacionadas à água
3.2.1 Hidrogéis na purificação de água
As indústrias e seus processos contribuem bastante para a contaminação de águas
residuais com metais tóxicos (cromo, níquel, cobre, chumbo, mercúrio e zinco), sendo sua
remoção um grande problema, pois a precipitação química por osmose reversa é incompleta.
Desse modo, o desenvolvimento de hidrogéis com capacidade de remover íons metálicos
22
através de complexação e mecanismo de troca iônica pode ser considerado uma possível
solução para esse problema.
Os hidrogéis copoliméricos de metacrilato de glicidila-co-dimetacrilato de
etilenoglicol com diferentes porosidades foram utilizados na retirada de Cu+2
, Cd+2
, Cr+3
sob
condições de não competitividade (NASTASOVI et al., 2004). A remoção de íons metálicos
de detritos e águas industriais também é um grande inconveniente, pois processos de
precipitação convencionais não geram resultados satisfatórios e as resinas sintéticas de troca
iônica têm custo elevado. Hidrogéis inteligentes, obtidos a partir de polímeros naturais estão
sendo constantemente estudados para a remoção de íons metálicos de águas residuais.
O intumescimento de hidrogéis copoliméricos à base de acrilamida e acrilato de
sódio sofreu uma rápida variação de volume quando postos em soluções de Ni+2
e Ba+2
,
provando que esses hidrogéis são fortes candidatos para remoção de íons bivalentes tóxicos de
soluções aquosas (BAJPAI e JOHNSON, 2005). Hidrogéis de poliacrilamida modificada
foram usados para a remoção dos metais pesados Cu+2
, Cd+2
e Pb+2
, os quais após serem
reutilizados por regeneração não perderam a capacidade de absorção (KASGOZ, OZGUMUS
e ORBAY, 2003).
Indústrias de plásticos, de papel, de cosméticos e as têxteis utilizam corantes para
dar cor aos seus produtos. Corantes esses que poluem a água bastando apenas uma quantidade
bem pequena para dar uma coloração bem visível à água, podendo ser tóxico à vida aquática
(DELVAL et al., 2005). Os corantes afetam a natureza da água e inibem a penetração da luz
solar nos rios reduzindo as suas atividades fotossintéticas. Devido a isso, os efluentes desses
tipos de indústrias precisam de tratamentos adequados para a remoção desses contaminantes.
A remoção do corante Índigo Carmim de um meio aquoso foi proposta utilizando
hidrogéis amino funcionalizado de acrilamida e ácido maléico e poli (N-
hidroximetilacrilamida) com incorporação de grupos amina via reação de aminação
(KASGÖZ, 2005, 2006). A remoção do corante catiônico Basic Blue 17 foi estudada
empregando hidrogéis adsorventes de acrilamida e acrilato de sódio utilizando diferentes
agentes de reticulação (UZUM e KARADAG, 2006).
3.2.2 Hidrogéis na produção agrícola
Desde muito tempo o homem vem buscando formas de irrigação de plantas. Um
23
sistema que armazene água e, em seguida, libere para a planta de forma gradual é de grande
valia. Elementos porosos podem ser utilizados como reservatórios e emissores de água.
Um condicionador de solo é caracterizado por todo material natural ou sintético,
que, quando adicionado ao solo, modifica de maneira favorável as suas características
estruturais, na proporção que eleva sua capacidade de retenção de água, favorecendo a
permeabilidade do solo e também as taxas de infiltração (KÄMPF e FERMINO, 1999).
Hidrogéis superabsorventes ganham destaque devido sua característica de
incorporar melhorias significativas nas propriedades do solo (NIMAH, RYAN e
CHAUDHRY, 1983; WANG e BOOGHER, 1987). Dentre essas melhorias podem ser
apontadas:
Intensificação da capacidade de retenção de água do solo;
Crescimento da capacidade de retenção de nutrientes móveis, como o nitrato,
diminuindo consideravelmente a lixiviação desses nutrientes;
Aumento do uso eficiente de água;
Nos casos de plantios irrigados, há redução da frequência de irrigação diminuindo
os custos com essa atividade;
Melhoria da permeabilidade do solo e a infiltração à água.
Assim, uma importante função para hidrogéis superabsorventes na agricultura é
na área de tecnologia de liberação controlada de água que é fortemente dependente da
estrutura química do hidrogel, do pH e da temperatura de intumescimento. Um sistema de
liberação controlada por meio de uma matriz polimérica é bastante vantajoso, pois se utiliza
uma quantidade muito menor do agente ativo, seja ele água ou um insumo químico
(AOUADA, 2006).
MARQUES et al. (2013) investigaram o uso de hidrogéis na irrigação de mudas
de café. Os autores observaram que o uso do hidrogel proporcionou mudas de qualidade
semelhantes ao método tradicional de irrigação. Thomas (2008) explicou que o hidrogel
melhora a sobrevivência das mudas, pois permite que as raízes das plantas cresçam por dentro
dos grânulos do polímero hidratado, com maior superfície de contato entre raízes, água e
nutrientes.
Em relação à contaminação do solo, os hidrogéis superabsorventes quando
misturados com a terra, têm a capacidade de absorver parte da solução fertilizante em
24
partículas gelatinosas, em volta das quais as raízes podem crescer extraindo de forma
gradativa os elementos nutrientes retidos na zona superficial do solo (ROSA, BORDADO e
CASQUILHO, 2008).
Os agroquímicos são utilizados para aumentar uma ocasional colheita. Entretanto,
a aplicação convencional de agroquímicos pode resultar em contaminação da água do subsolo.
Uma alternativa para contornar esse problema é realizar aplicações mais controladas, para que
se reduzam as quantidades de agentes ativos, sem prejudicar sua eficiência. A substituição do
método convencional de manejo de agroquímicos por sistemas de liberação controlada além
de evitar o risco de saúde do agricultor, oferece também uma maneira de minimizar o
desperdício do agente ativo (BAJPAI e GIRI, 2003).
A combinação de agroquímicos com materiais poliméricos tem despertado grande
interesse nas últimas décadas, objetivando obter formulações com propriedades de liberação
controlada (KOK et al., 1999). Esses materiais poliméricos carregados intumescem e
posteriormente liberam o composto carregado no ambiente em que se deseja, constituindo a
base da tecnologia de liberação do agente ativo.
Os objetivos das formulações de liberação controlada são a proteção do
fornecimento do agente ativo para permitir a sua liberação automática no alvo a uma taxa
controlada e manter sua concentração no sistema dentro de um limite ótimo sobre certo
período de tempo, produzindo grande especificidade e constância (BAJPAI e GIRI, 2002).
3.2.3 Casca do ovo de galinha
Em 2014, a produção nacional de ovos de galinha foi de 2,826 bilhões de dúzias,
o maior número já registrado na série histórica da pesquisa, iniciada em 1997, representando
um aumento de 3,1% em relação ao ano anterior (AGÊNCIA BRASIL, 2015).
A casca de ovo é considerada resíduo classe II B, não perigoso e inerte.
Atualmente, o método mais comum de destinação final para esse resíduo é a disposição em
aterros por ser mais barato. Entretanto, devido aos níveis crescentes de impostos e restrições
criadas para a utilização dos aterros, esta opção se torna cada vez menos atraente.
Além disso, a casca do ovo é um resíduo que possui valor devido a sua
composição, podendo ser aproveitada como matéria-prima para obtenção de produtos de alto
valor agregado. A casca do ovo serve como base para desenvolvimento de produtos na
25
indústria cosmética, suplementos alimentares, bases biocerâmicas, fertilizantes, implantes
ósseos e dentários, e como agentes antitártaro em cremes dentais (MURAKAMI, 2006).
A casca de ovo é rica em minerais, tais como o carbonato de cálcio (94% do peso
da casca), carbonato de magnésio (1%) e fosfato de cálcio (1%) (NEVES, 1998). Observa-se
que o cálcio está presente em maior quantidade, sendo encontrado na forma de carbonato de
cálcio na proporção de 40% biodisponível do produto em pó (PERES e WASZCZYNSKYJ,
2010).
As cargas minerais têm sido utilizadas como carga em compósitos com os mais
variados tipos de polímeros. Essas misturas têm como finalidade baratear os custos e, além
disso, agregam melhorias das características físicas e químicas dos hidrogéis fabricados. Os
trabalhos de Li e Wang (2005), Almeida Neto (2010) e Lima (2008) compararam o
comportamento de hidrogéis com e sem mineral. Os resultados mostram que a incorporação
de mineral aos hidrogéis reduz a porcentagem de perda na capacidade de absorção de água
dos compósitos quando os mesmos são submetidos a cinco ciclos de intumescimento e
secagem. Os materiais sem mineral têm uma porcentagem de perda média de 48,7%,
enquanto que os compósitos perdem em média 35,3% de sua capacidade de absorção após 5
ciclos.
3.3 Avaliação do Ciclo de Vida
Todo produto, não importa de que material seja feito, madeira, vidro, plástico,
metal ou qualquer outro elemento, provoca um impacto no meio ambiente, seja em função de
seu processo produtivo, das matérias-primas que consome, ou devido ao seu uso e disposição
final (CHEHEBE, 1997).
Segundo Chehebe (1997), a crescente preocupação com os impactos ambientais
gerados pela provisão de bens e serviços à sociedade tem sido indutora do desenvolvimento
de novas metodologias que visam auxiliar na compreensão, controle e/ou redução desses
impactos. A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma dessas metodologias e considera todo
o ciclo de vida do produto, desde a extração da matéria-prima utilizada na produção, passando
pelo seu uso e finalizando com a disposição final do produto. A Figura 2 mostra a interface
existente entre um produto industrial e o meio ambiente:
26
Figura 2: Interface existente entre um produto industrial e o meio ambiente
Fonte: CHEHEBE (1997)
A ACV é uma metodologia gerencial que avalia os impactos potenciais causados
no meio ambiente por produtos, processos ou serviços. O enfoque gerencial da ACV
constitui-se em uma forte tentativa de integração da Qualidade Tecnológica do Produto, da
Qualidade Ambiental e do Valor Agregado para o consumidor e para a sociedade
(CHEHEBE, 1997). O resultado de uma ACV é quantitativo, sendo contabilizados os fluxos
de entrada e saída e os impactos ambientais potenciais associados a um produto ou processo
durante todo o seu ciclo de vida.
Em um estudo ACV identificam-se e quantificam-se os aspectos ambientais -
elementos das atividades, produtos ou serviços de uma organização que podem interagir com
o meio ambiente - e avalia os impactos - efeito de qualquer tipo de ação sobre o meio
ambiente - potenciais associados a um produto, processo ou serviço causados ao meio
ambiente atribuídos aos seus ciclos. O ciclo de vida de um produto, processo ou serviço
envolve desde a extração de recursos naturais até a sua disposição final, como mostrado na
Figura 3:
Figura 3: Ciclo de vida de um produto e seus impactos ambientais
27
Fonte: USEPA (2001)
Estudos de ACV tiveram início nas décadas de 60 e 70, nos Estados Unidos, para
contabilização do uso cumulativo de energia e materiais. Naquela época esses estudos eram
denominados Resourse and Environmental Profile Analysis. Um dos primeiros trabalhos
realizados foi conduzido pelo Midwest Research Institute, a pedido da Coca-Cola, e consistia
em uma avaliação para saber qual tipo de embalagem, plástico ou vidro, era melhor do ponto
de vista ambiental. Embora nunca tenha sido publicada na integra devido ao seu caráter
confidencial, essa pesquisa mostrou que o plástico não era pior que o vidro, como se
imaginava na época (FERREIRA, 2004).
Apesar de surgido nas décadas de 60 e 70, o aumento de estudos de ACV na
Europa e nos Estados Unidos ocorreu a partir dos anos 90, evidenciado pelo número de
workshops e fóruns organizados. Atualmente, essa metodologia continua em processo de
desenvolvimento com o objetivo de incorporar mais categorias de impactos ambientais e
reduzir incertezas dos estudos.
A metodologia de ACV auxilia tanto pesquisadores no desenvolvimento de
inovações de reduzidos impactos ambientais quanto às indústrias no aumento da eficiência
dos seus processos, redução de custos e promoção do marketing verde de seus produtos. Além
desses atores, o setor governamental pode se amparar nos resultados dos estudos de ACV para
a elaboração de políticas públicas que incentivem práticas sustentáveis.
O uso da ACV também é importante para mostrar a empresas, consumidores e
governos que suas responsabilidades não estão limitadas à produção e à condução de
processos, mas considerando todo o ciclo de vida do produto. Pode-se continuamente
28
identificar pontos críticos e oportunidades de melhorias nos processos produtivos de consumo
e pós-consumo combinando-se de maneira mais eficiente aspectos econômicos e ambientais.
Produtos e processos interagem com os setores econômicos e sociais no decorrer
de seus ciclos de vida. Essa interação dos aspectos socioeconômicos com os aspectos
ambientais transforma o conceito da ACV em uma análise da sustentabilidade do ciclo de
vida de um produto ou processo, uma área de grande importância para indústrias e países que
discutem o desenvolvimento sustentável (UNEP/SETAC, 2005).
A ACV serve de subsídio às estratégias de marketing, como declarações
ambientais ou esquemas de rotulagens, além de ajudar a evitar declarações simplistas de
concorrentes não baseadas em uma análise mais ampla do sistema de produção (CHEHEBE,
1997).
No Brasil, a ACV foi formalmente introduzida em 1993 com a criação de um
subcomitê do Grupo de Apoio à Normalização (GANA) destinado particularmente à
Avaliação do Ciclo de Vida. Já em 1998, as atividades passaram a ser controladas pela
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) que regulamenta o método através das
normas NBR ISO 14000 (ABNT).
As normas da série NBR ISO 14040 foram estruturadas da maneira a seguir:
ABNT NBR ISO 14040 – Análise do Ciclo de Vida – Princípios e Práticas Gerais;
ABNT NBR ISO 14041 – Análise do Ciclo de Vida – Definição do objetivo e
escopo e Análise do Inventário;
ABNT NBR ISO 14042 – Análise do Ciclo de Vida – Avaliação dos Impactos;
ABNT NBR ISO 14043 – Análise do Ciclo de Vida – Interpretação dos
Resultados;
Atualmente essas Normas foram substituídas pelas Normas:
ABNT NBR ISO 14040:2009 (Gestão Ambiental – Avaliação do Ciclo
de Vida – Princípios e Estrutura); e
ABNT NBR ISO 14044:2009 (Gestão Ambiental – Avaliação do Ciclo
de Vida – Requisitos e orientações).
29
No passado, a abundância de estudos sobre o ciclo de vida dos produtos sem uma
metodologia normalizada propiciou alguns exageros que quase comprometeram a imagem
dessa metodologia de avaliação. Fase essa denominada por alguns autores como a fase de
guerras das ACV’s. Uma comparação detalhada entre dois estudos de ACV sobre embalagens
de papelão foi publicada em 1992 pela Ekvall, contratada pelo Swedish Paper and Packaging
Group para descobrir as razões por trás dos resultados conflitantes entre o estudo suíço
“Ökobilanz von Packstoffen” e o estudo sueco “Packaging and the Environment” feito por
Chalmers Industriteknik (CHEHEBE,1997). Os dois estudos aparentemente sobre o mesmo
tipo de embalagem e utilizando-se dos mesmos dados apresentavam consideráveis diferenças
nos resultados, devido, principalmente, aos dados de entrada das unidades de processo.
O caso relatado acima mostra a importância da qualidade dos dados utilizados em
um estudo ACV. Assim, torna-se mais compreensível a razão pela qual as normas ISO 14040
e 14041 preocupam-se tanto com a questão da transparência e dos aspectos éticos do método.
A metodologia de ACV não é restrita apenas a uma avaliação geral de toda a
cadeia de impactos de um processo, o chamado do “berço-ao-túmulo”, podendo também ser
realizada em certas etapas do ciclo de vida, como do “berço ao portão”, do “portão ao portão”
e do “portão ao túmulo”. Os diferentes escopos de estudos de ACV são mais bem explicados
a seguir de acordo com a norma ISO/TS 14048/2002:
“do berço-ao-portão” (cradle-to-gate): Escopo que envolve extração de recursos,
incluindo também algumas operações de fabricação ou operações de serviço,
parando nesse ponto, não segue até o destino final.
“do berço-ao-túmulo” (cradle-to-grave): Escopo que envolve todo o ciclo de vida
do produto, processo ou serviço, indo desde a extração de matérias-primas até a
sua disposição final.
“do portão-ao-portão” (gate-to-gate): Esse escopo envolve um processo em que
todas as fases de produção ocorrem dentro de um local (indústria). Processos que
estejam fora dos portões do local definido não estão incluídos.
No Brasil, a Avaliação de Impactos Ambientais (AIA) é parte do Estudo de
Impacto Ambiental (EIA) e respectivo Relatório de Impacto Ambiental (RIMA), necessárias
para obtenção das licenças ambientais das indústrias potencialmente poluidoras, segundo a
CONAMA 237/97. O uso das ferramentas citadas acima combinados com ACV pode ajudar
30
na melhor qualidade dos estudos ambientais e na tomada de decisões por parte das empresas
para a melhoria ambiental de seus processos e produtos.
3.3.1 Fases da ACV
Segundo a ISO 14040/09, a ACV consiste em quatro fases (Figura 4):
1. Definição de Objetivo e Escopo;
2. Análise do Inventário do Ciclo de Vida (ICV);
3. Análise de Impacto Ambiental de Ciclo de Vida (AICV);
4. Interpretação de Resultados.
Figura 4: As fases da ACV
Fonte: ISO 14040/09
Além dessas quatro fases mencionadas anteriormente, acrescenta-se a elaboração
do relatório e a revisão crítica do mesmo. Como é possível perceber, cada fase individual da
ACV usa os resultados das outras fases, e a abordagem interativa entre as fases contribui para
a compreensão e consistência tanto do estudo como dos resultados apresentados (HEIJUNGS
et al, 1992).
3.3.2 Objetivo e escopo
No primeiro passo de uma ACV, o objetivo e o escopo do estudo devem ser
31
determinados. Isto inclui uma exata formulação do que será investigado, e como esta
investigação será realizada. Além disso, as fronteiras do sistema são escolhidas e discutidas
(UNEP/SETAC, 2005).
A Norma ISO 14040 preconiza que na fase de definição dos objetivos seja
esclarecida de forma clara e inequívoca a utilização que se pretende dar aos resultados do
estudo, a que tipo de audiência se destina e o processo de revisão crítica que se pretende
adotar. Essas definições, que estabelecem a funcionalidade do sistema, devem ser dadas antes
da formulação da metodologia a ser utilizada e, como influenciam no resultado final,
representam uma etapa-chave de qualquer estudo de ACV (CHEHEBE, 1997).
O escopo se refere à aplicabilidade geográfica, tecnológica e temporal do estudo.
Deve-se definir quais os processos produtivos que serão considerados na avaliação, onde
esses processos ocorrem e qual a idade aceitável dos dados coletados. Deve-se definir também
como o estudo será atualizado, como a informação será trabalhada e onde os resultados serão
aplicados.
O objetivo de uma ACV deve incluir a aplicação pretendida, as principais razões
para a realização do estudo e o público-alvo. De acordo com a ISO 14044:2006, o escopo do
estudo identifica diversos elementos cruciais para a realização de um estudo em ACV. Em
meio aos variados itens assinalados pela ISO, devem ser apontados e diretamente descritos os
seguintes itens:
O sistema de produto a ser estudado;
Os limites do sistema de produto (fronteira);
As funções do sistema de produto;
A unidade funcional;
Os procedimentos de alocação, quando necessária;
As categorias de impacto a serem avaliadas;
Métodos de análise de impacto de ciclo de vida e subsequente interpretação que
será utilizada.
O sistema de produto a ser estudado representa uma série de subsistemas
(processos unitários) ligados entre si por fluxos de materiais ou de energia, que realizam uma
ou mais funções definidas (ISO 14040:2006). Já os limites do sistema de produto ou a
fronteira do sistema definem todos os processos e os fluxos ambientais de entrada e saída a
32
serem considerados no estudo da ACV. Embora a definição da fronteira do estudo seja uma
decisão subjetiva, é muito importante definir com clareza os critérios adotados na sua
demarcação. Os limites da ACV são geralmente apresentados em fluxogramas que mostram a
sequência principal do sistema de produto em estudo (CHEHEBE, 1997).
A função de um sistema é a definição clara das características de desempenho do
produto a ser avaliado, quando fabricado, utilizado e/ou descartado. Um sistema pode ter
várias funções possíveis. A função selecionada para um determinado estudo depende do
objetivo e do escopo do estudo. A quantificação ou medição dessa função identificada é
chamada de unidade funcional (CHEHEBE, 1997).
A unidade funcional gera um fluxo de referência a que todos os outros fluxos
modelados do sistema estão relacionados. É por isso que a unidade funcional necessita ser
quantitativa (BAUMANN, TILLMAN, 2004).
3.3.3 Análise de Inventário do Ciclo de Vida (ICV)
A análise do Inventário do Ciclo de Vida (ICV) especifica os processos que
ocorrem durante o ciclo de vida de um produto. No ICV, um inventário é feito com todas as
entradas e saídas dos processos que ocorrem durante o ciclo de vida de um produto
(UNEP/SETAC, 2005). Nessa etapa ocorre a coleta de dados e os procedimentos de cálculo
do uso de insumos e emissões em relação à unidade funcional (CHEHEBE, 1997).
A ICV pode ser dividida em diversas etapas, segundo a ISO 14044:2006 (Figura
5):
33
Figura 5: Etapas para construção do Inventário de Ciclo de Vida
Fonte: ISO 14044 (2009)
O primeiro passo no ICV é a especificação de todos os processos envolvidos no
ciclo de vida do produto em termos de fluxo gráfico. O próximo passo é a coleta de dados de
cada processo, podendo ser tanto por consulta de literatura científica ou coleta primária de
dados. A coleta de dados é a etapa que consome mais tempo e talvez a parte mais difícil da
ACV. Uma vez que os dados foram coletados em todos os processos, um processo crítico
pode ser selecionado para análises mais adiante (UNEP/SETAC, 2005).
No último estágio da análise de inventário, os dados serão processados. Uma
tabela do inventário será criada, na qual todas as entradas e saídas são traduzidas para
entradas (consumos de materiais e energia) e saídas (produtos, coprodutos e emissões)
relativas a uma unidade funcional estabelecida (UNEP/SETAC, 2005).
3.3.4 Avaliação de Impactos do Ciclo de Vida (AICV)
De acordo com Chehebe (1997), a avaliação de impactos é uma etapa da ACV que
procura identificar, caracterizar e avaliar quantitativamente, impactos potenciais das
intervenções ambientais identificadas na etapa de análise do inventário. Consideram-se efeitos
34
potenciais, pois como a ACV considera vários processos nos mais diversos estágios, seria
impossível estabelecer precisamente os efeitos reais.
As “entradas” e “saídas” quantificadas na análise do inventário são interpretadas
em função dos impactos que eles causam no meio ambiente, em relação à unidade funcional
definida (UNEP/SETAC, 2005).
A ISO 14044 traz os elementos obrigatórios e os essenciais para a AICV. Os
elementos obrigatórios são os seguintes:
Seleção das categorias de impacto, indicadores de categoria e métodos de
avaliação;
Correlação dos resultados do ICV às categorias de impacto selecionadas
(classificação);
Cálculo dos resultados dos indicadores de categoria (caracterização).
Já os elementos opcionais são os seguintes:
Normalização;
Ponderação;
Agrupamento;
Análise da qualidade dos dados.
3.3.4.1 Elementos obrigatórios
De acordo com a ISO 14044:2009 a seleção de categorias de impactos,
indicadores de categoria e modelos de caracterização deve ser justificada e consistente com o
objetivo e o escopo da ACV. É nessa etapa que são identificados os grandes focos de
preocupação ambiental, as categorias e os indicadores que o estudo utilizará Os modelos de
caracterização descrevem a relação entre os resultados do ICV e os impactos ambientais
(midpoint), e, até mesmo, entre o ICV e o dano ambiental (endpoint) causado à saúde
humana, qualidade dos ecossistemas e recursos naturais. Esses modelos são utilizados para
gerar os fatores de caracterização.
A Tabela 1 traz as categorias de impacto midpoint, os métodos indicados pela
União Europeia (2012) para serem utilizados em ACV conduzidos em regiões europeias.
35
Atualmente, ainda não foram disponibilizados estudos que indiquem métodos mais
apropriados às condições ambientais brasileiras.
36
Tabela 1: Categorias de impacto, descrição, método e indicadores
Categoria de
Impacto Descrição Método Indicador
Mudança
climática
Liberação de CFC’s,
HFCs e HALONs na
atmosfera
IPCC (2006), 100 anos
Potencial de
aquecimento global
(GWP)
Depleção de
Ozônio
Avalia a taxa de destruição
da camada de ozônio na
atmosfera
Potencial de depleção indicado
pela Organização Mundial
(WHO; UNEP, 2010), 100 anos
Potencial de
depleção de ozônio
Acidificação
Deposição atmosférica de
substâncias inorgânicas no
solo ou na água
Modelo EUTREND do método
Recipe (Seppälä et al., 2006,
Posch et al., 2008)
Excesso acumulado
Eutrofização
Deposição excessiva de
nutrientes como o fósforo e
o nitrogênio no solo ou na
água
Modelo EUTREND do método
Recipe
(Seppälä et al., 2006,
Posch et al., 2008)
Excesso acumulado
Toxicidade Explica a toxicidade/efeito
de uma substância química
Modelo USEtox
(Rosenbaum et al., 2008)
Unidade tóxica
comparativa para
seres humanos
Radiação
Ionizante
Descreve os danos a
saúde humana
relacionado com a
liberação de material
radioativo na atmosfera
Modelo de efeito sobre a saúde
humana desenvolvido por
Dreicer et al. (1995) e
Frischknecht et al.,(2000)
Exposição humana
a eficiência relativa
do U235
Uso da terra
Reflete os danos aos
Ecossistemas causados pela
ocupação e
transformação de terra
Modelo baseado na
matéria orgânica do solo (Milài
Canals et al., 2007)
Matéria orgânica
do solo
Escassez
hídrica
Contabiliza o impacto na
escassez resultante do
consumo de água em uma
região
Método de Pfister et al. (2009)
O uso de água
relacionada com a
escassez dos locais
Esgotamento de
Recursos
Mineral, Fóssil
e Renovável
Contabiliza a quantidade
de recursos disponível
Modelo para consumo de
água em Ecoscarcity
(Frischknecht et al.,
2008)
Escassez
Fonte: Adaptado de European Commission (2012)
37
Escolhidas as categorias, inicia-se então a classificação com o objetivo de
atribuir, a cada uma das categorias selecionadas e identificadas, os dados correspondentes
do inventário. De acordo com a ISO 14044 é importante considerar também:
A correlação dos resultados do ICV que sejam exclusivos para uma categoria
de impacto;
Identificação dos resultados do ICV que se correlacionem a mais de uma
categoria de impacto.
Na caracterização, as contribuições de cada consumo e emissão do ICV para
cada categoria ambiental são quantificadas (CHEHEBE, 1997). Envolve a conversão dos
resultados do ICV para unidades comuns e a agregação dos resultados convertidos dentro
da mesma categoria de impacto, utilizando fatores de caracterização. O resultado do
cálculo é um fator numérico (ISO 14044: 2006). Cada método de caracterização apresenta
um modelo prórpio de cálculo para geração do fator de caracterização (Equação 1).
Equação 1: Cálculo do indicador de midpoint para categoria de impacto m
∑
Fonte: GOEDKOOP et al. (2009)
Onde mi é a magnitude ou tamanho da intervenção i (entrada ou saída
quantificada no inventário), Qmi o fator de caracterização que conecta a intervenção i com
a categoria de impacto de m, e Im o impacto da categoria de impacto de m.
Os fatores de caracterização indicam quanto determinada substância (entrada
ou saída do inventário) contribui para um determinado problema ambiental comparada a
uma substância de referência (figura 6). Exemplificando, na avaliação da categoria de
impacto mudanças climáticas, a massa de cada substância que contribui para o efeito
estufa (dado do inventário) é multiplicada pelo Potencial de Aquecimento Global (PGA)
de cada substância, sendo o PGA fator de caracterização utilizado. Esse fator é calculado
em relação ao CO2, com o impacto medido em termos de CO2 – equivalente (PRE
CONSULTANTS, 2010). O GWP do CO2 é 1, do CH₄ é 25 e o do N2O 298, como
exemplo.
38
Figura 6: Exemplo da etapa de Classificação e Caracterização de um estudo de ACV
Fonte: Ferreira (2004)
3.3.4.2 Elementos opcionais
A normalização é feita dividindo-se os valores dos impactos pela referência
escolhida, sendo o perfil de impacto normalizado o resultado desse procedimento. A
normalização permite que os resultados das categorias sejam expressos em uma mesma
unidade de medida, podendo assim aumentar a comparabilidade dos dados entre as
diferentes categorias de impacto. Assim, a normalização faz com que categorias de
impacto ambiental que contribuem apenas com uma pequena parcela do total do impacto,
comparado com outras categorias, sejam reveladas, podendo ser deixadas de lado. Reduz-
se, assim, a quantidade de dados para serem avaliados (PRE CONSULTANTS, 2010).
Na etapa de ponderação são atribuídos pesos para cada categoria de impacto,
de acordo com um critério estabelecido para denotar a importância de cada categoria para
a instituição realizadora do estudo ACV. Esse critério é subjetivo e, por isso, de acordo
com a ISO 14040:2006, não pode ser aplicado em comparações públicas entre produtos,
sendo apenas utilizado para estudos de determinadas empresas.
De acordo com a ISO 14044:2009, o agrupamento é a reunião de categorias de
impacto em um ou mais conjuntos podendo envolver agregação ou hierarquização.
Uma análise criteriosa da qualidade dos dados utilizados e resultados obtidos é
necessária para que se tenha uma compreensão mais razoável do significado, das
39
incertezas e da sensibilidade dos resultados da AICV. A análise de incerteza ajuda na
identificação dos resultados não significativos em estudos comparativos de ACV, assim
como na mensuração do erro em cada categoria de impacto, considerando a propagação
dos erros nos dados de inventário. Já a análise de sensibilidade é o efeito de uma mudança
em uma única entrada nos resultados finais de um estudo de ACV (ROSEMBAUM et al.,
2012).
3.3.4.3 Categorias de impacto utilizadas
3.3.4.3.1 Escassez hídrica
A água é um recurso escasso em várias partes do mundo, porém em outras é
um recurso abundante. Ao contrário de outros recursos não existe um mercado global que
possa garantir uma distribuição global desse recurso, pois o mercado não funciona para
grandes distâncias devido aos altos custos de transporte.
Quando se extrai água de uma área muito seca, como, por exemplo, o nordeste
brasileiro, o impacto é muito maior se comparado ao impacto causado pela extração de
água na Amazônia, que possui água em abundância.
A escassez hídrica, pelo método do Recipe (2009) apenas quantifica o volume
de água (por m3) consumida em todos os processos relacionados ao sistema de produto de
um estudo de ACV. Esse tipo de análise é muito primária, pois não correlaciona o volume
de água requerido por um processo com a vulnerabilidade da região onde ocorre à
escassez física de água nessa região.
O método desenvolvido por Pfister et al. (2009) corrige esse problema, pois
apresenta fatores de escassez hídrica para bacias hidrográficas de todo o mundo. Esse fator
é denominado WSI (Water Stress Index), calculado considerando-se a relação entre o
consumo hídrico das indústrias, agricultura e doméstico, a disponibilidade de água
presente nas bacias da região considerada e a variação sazonal na disponibilidade de água
(Withdrawal to availability-WTA). A relação entre retirada e disponibilidade hídrica
(WTA – withdraw to availability) é ponderada pela variação de precipitação anual e
mensal em cada bacia (Variability in precipitation-VF), sendo o WSI o resultado da
combinação desses dois fatores. O WSI varia de 0,01 a 1, onde o 1 representa estresse
40
hídrico máximo. A equação 2 mostra o impacto gerado na categoria de escassez hídrica
quando se utiliza o Método de Pfister et al. (2009):
Equação 2: Cálculo do indicador resultante para Escassez hídrica pelo Método de Pfister et al. (2009)
( )
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Onde V é o volume de água consumido no processo, WSI o fator de
caracterização que conecta a intervenção com a categoria de impacto de midpoint, e I
(WD) o indicador resultante para a categoria de impacto de escassez hídrica.
3.3.4.3.2 Eutrofização
Eutrofização é o nome dado ao enriquecimento natural dos nutrientes dos
lagos, em grande parte pelo escoamento de nutrientes vegetais, como nitratos e fosfatos,
das terras adjacentes (VON SPERLING, 1994). Nitrogênio e fósforo são nutrientes
essenciais para vida, porém em excesso na água, essas substâncias contribuem para o
aumento de fitoplâncton e algas. O crescimento e abundância de algas, por sua vez,
resulta em redução da disponibilidade de oxigênio e diminuição da transparência da água,
a sobrevivência e desenvolvimento dos peixes. Um grande aumento de nitrogênio na Terra
pode causar distúrbios no balanço de nutrientes nas plantas. Perto de regiões agrícolas ou
urbanas, as atividades humanas podem acelerar bastante a entrada de nutrientes vegetais
em um lago, causando a eutrofização cultural (VON SPERLING, 1994).
As principais consequências da eutrofização nos corpos hídricos são as
seguintes (VON SPERLING, 1994):
Problemas estéticos e recreacionais;
Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água;
Eventuais mortandades de peixes;
Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água;
Toxicidade das algas;
Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial;
41
Redução na navegação e capacidade de transporte;
Desaparecimento gradual do lago como um todo em decorrência da
eutrofização e do assoreamento.
Os indicadores ambientais na AICV utilizados para avaliação da eutrofização
em águas doces e marinha são as concentrações de fósforo (P) e nitrogênio (N),
respectivamente. Os resultados das avaliações são expressos em relação ao P e ao N, em
termos de kg de N –equivalente, para a eutrofização de águas doces e kg de P –
equivalente, para eutrofização marinha (GOEDKOOP et al., 2009).
3.3.4.3.3 Mudanças climáticas
As principais substâncias causadoras desses problemas são os gases de efeito
estufa, sendo os principais: o dióxido de carbono (CO2); metano (CH4); óxido nitroso
(NO). Também são gases do efeito estufa os clorofluorcarbonos (CFC’s), os
hidroclorofluorcarbonos (HCFC’s), os halocarbonos e tetracloreto de carbono.
Os gases do efeito estufa causam diversos tipos de impacto, como: aumento de
temperatura, mudanças na precipitação, aumento no nível do mar, mudanças nas correntes
marítimas, tempestades, furacões, e possivelmente outros impactos na saúde humana e nos
recursos bióticos naturais. O impacto desses gases nas mudanças climáticas é avaliado
considerando o Potencial de Aquecimento Global (PAG), que estabelece o forçamento
radioativo expressando a capacidade de uma substância absorver radiação infravermelha
quando considerados a concentração e o tempo de residência da substância na atmosfera
(BAUMANN, TILLMAN, 2004).
O método Recipe utiliza o PAG definido pelo Painel Intergovernamental de
Mudanças Climáticas (IPCC, 2006) para o período de 100 anos, considerando o CO2
como substância de referencia. O resultado da avaliação é expresso em termos de kg de
CO2 equivalente. (GOEDKOOP et al., 2009).
3.3.4.3.4 Toxicidade
Três tipos de informação são relevantes quando se avalia os impactos
ambientais na saúde humana: destino químico (transporte no meio ambiente), exposição
42
humana e efeitos toxicológicos. Nesse estudo são consideradas três subcategorias:
toxicidade humana cancerígena, toxicidade humana não cancerígena e ecotoxicidade em
águas doces.
Atualmente, há um número crescente de métodos de contagem das diferenças
nas potenciais consequências dos impactos toxicológicos na saúde humana, como por
exemplo, Quality Adjusted Life Years (QALY) e Disability Adjusted Life Years (DALY).
Apesar dos avanços em termos de contabilização das diferenças nos cenários de emissão,
as estimativas atuais geralmente fornecer apenas ideias preliminares ou de rastreio.
Embora o cálculo dos níveis de caracterização permita cálculos complexos (como curvas
de resposta a dose baixa não-lineares, limiares biológicos), na prática, os dados
necessários permanecem muito limitados (GOEDKOOP et al., 2009).
A acrilamida é uma substância química usada na produção de poliacrilamida, a
qual é empregada no tratamento de água potável, águas de reuso para remover partículas e
outras impurezas. É também utilizada na produção de colas, papel, cosméticos e ainda em
construção, nas fundações de represas e túneis. Além disso, pode ser gerada quando
alguns alimentos são preparados em altas temperaturas. A poliacrilamida combinada com
o material sólido torna mais fácil a filtragem ou remoção de substâncias indesejáveis.
Existem apenas níveis muito baixos de acrilamida e poliacrilamida na água após o
tratamento.
O indicador midpoint adotado no método USEtox (ROSENBAUM et al.,
2008) é a unidade tóxica comparativa para os seres humanos (CTUh) para toxicidade
cancerígena e não-cancerígena; e unidade tóxica comparativa para os ecossistemas
(CTUe) para ecotoxicidade em água doces.
3.3.4.3.5 Acidificação
A acidificação do solo ocorre devido à deposição de substâncias inorgânicas,
como os sulfatos, nitratos e fosfatos, sendo os maiores causadores NOx, NH3 e SO2. Para a
maioria das plantas existe um valor até o qual elas suportam a acidez, excedido esse
limite, a acidificação do solo pode causar mudanças nessas espécies. Os poluentes
acidificantes causam diversos impactos no solo, água subterrânea, águas superficiais,
organismos biológicos, ecossistemas e materiais (GOEDKOOP et al., 2009).
43
É uma das categorias de impacto na qual a sensibilidade local tem um papel
fundamental e a possibilidade de incluir diferenças regionais no modelo ACV tem sido um
ponto chave nos últimos anos.
A acidificação é usada como indicador e mede o grau de absorção de um solo
saturado com cátions básicos, exceto hidrogênio e alumínio. Ele é definido como o
somatório de cátions básicos por quilo de solo e dividido pelo total, Capacidade de Trocas
Catiônicas do solo, e multiplicado por 100, obtendo assim o valor em porcentagem. O
resultado é expresso em relação à substância dióxido de enxofre (Kg SO2), em termos de
kg de SO2-equivalente (GOEDKOOP et al., 2009).
3.3.5 Interpretação dos resultados
A última etapa da avaliação de impactos é a interpretação, que envolve uma
comparação dos problemas ambientais, analisando-se os resultados, tirando-se conclusões,
explicando-se as limitações e fornecendo-se recomendações para uma análise completa do
ciclo de vida. Além disso, a interpretação dos resultados deve também mostrar as
limitações que tornam os objetivos iniciais inalcançáveis ou impraticáveis. O seu objetivo
principal é aumentar a confiança e significado do estudo ACV executado (CHEHEBE,
1997).
Na essência, essa fase descreve uma série de verificações necessárias com o
propósito de avaliar se as conclusões obtidas no estudo são adequadamente consentidas
pelos dados e pelos procedimentos utilizados. É importante verificar se as suposições,
métodos, modelos e dados coletados são consistentes com o objetivo e escopo do estudo.
A fase de interpretação envolve três etapas (figura 7):
Figura 7: Fases da interpretação dos resultados da ACV
44
Fonte: CHEHEBE (1997)
1-Identificação das questões ambientais mais significativas, baseando-se nos
resultados do ICV e/ou AICV. O processo de identificação deve ser realizado
considerando-se os objetivos e o escopo do estudo, de forma interativa com a fase de
avaliação. Envolve a estruturação das informações provenientes do inventário, a
identificação das questões ambientais relevantes para o estudo e a determinação das
emissões ambientais do sistema do produto.
2-Avaliação dos resultados, podendo incluir elementos como, checagem da
integridade, análise de sensibilidade e incerteza. A análise de sensibilidade mostra como
pequenas alterações nos dado influenciam o resultado final, mostrando assim que dados
necessitam ser mais bem elaborados. Caso pequenas alterações nos parâmetros causem
grandes mudanças na conclusão, significa que os resultados finais precisam ser revistos A
checagem da consistência visa o estabelecimento de um determinado grau de confiança
para os resultados do estudo, de acordo com o seu objetivo geral.
3- Conclusões e recomendações. No final, devem ser mostradas as conclusões
obtidas na interpretação dos resultados alcançados. Além disso, é necessário fazer
recomendações ao objeto de estudo sobre os maiores pontos de impacto que podem
causar.
3.3.6 Métodos de avaliação da ACV
45
Vários métodos têm sido desenvolvidos para fornecer os fatores de
caracterização em cada categoria de impacto. Esses fatores indicam quanto uma
determinada substância contribui para um determinado impacto ambiental comparada a
uma substância de referência (CHEHEBE,1997).
Os métodos AICV podem ser agrupados em duas categorias:
Impacto ambiental (Midpoint): ligam diretamente os resultados do ICV às
categorias de impacto, porém não chegam ao final da avaliação do dano
ambiental. Possui uma abordagem voltada para o problema ambiental.
Dano ambiental (Endpoint): vão além das categorias de impacto intermediário,
mostrando os danos causados a saúde humana, aos ecossistemas e aos recursos
naturais.
A Figura 8 apresenta a diferença de abordagem das metodologias de impacto
Midpoint e Endpoint:
Figura 8: Diferença entre os métodos de AICV
Fonte: UNEP/SETAC (2005)
46
Em geral, na abordagem de midpoint o número de categorias de impacto é
maior (ao redor de 10) e os resultados são mais exatos e precisos quando comparados às
três áreas de proteção do endpoint (EC-JRC, 2010a).
O ILCD Handbook (EC-JRC, 2010a) é um documento que se baseia nas
ISO’s, traz uma análise dos seguintes métodos de AICV: CML 2002, Eco-Indicator 99,
EDIP 1997, EDIP 2003, EPS 2000, Impact 2002+, LIME, LUCAS, ReCiPe, Ecological
Scarcity Method, TRACI, MEEuP e USEtox. A tabela 2 traz os métodos citados acima
com a classificação de sua abordagem, midpoint ou endpoint:
Tabela 2: Métodos de AICV de acordo com a sua abordagem
Método de AICV Abordagem
Eco-indicator 99 Endpoint
EDIP 97 Midpoint
EDIP 2003 Midpoint
EPS 2000 Endpoint
Impact 2002+ Midpoint e Endpoint
JEPIX Midpoint
LIME Midpoint e Endpoint
TRACI Midpoint
CML 2002 Midpoint
LUCAS Midpoint
Ecological Scarcity Method Midpoint e Endpoint
ReCiPe Midpoint e Endpoint
MEEuP Midpoint
USEtox Midpoint
47
Pfister et al. Midpoint
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
3.3.7 Elaboração do Relatório e Revisão Crítica
Além de todas as fases para a elaboração de um estudo de ACV, a ISO 14040
trata da necessidade da realização de análises críticas, pois segundo a norma, essa análise
pode facilitar a compreensão do estudo e aumentar sua credibilidade.
A revisão crítica pode facilitar o entendimento e aumentar a credibilidade da
ACV, por exemplo, quando envolve as partes interessadas. A revisão crítica deve garantir
que:
Os métodos utilizados para realizar a ACV são consistentes com o padrão
internacional e cientifico e tecnicamente válidos;
Os dados utilizados são apropriados ao objetivo do estudo;
As interpretações refletem as imitações identificadas e o objetivo do estudo;
O relatório do estudo é transparente e consistente.
Segundo a ISO 14040, os processos de Revisão Crítica podem ser realizados
por:
Especialista interno;
Especialista externo;
Por partes interessadas.
Após a revisão crítica, o relatório final pode ser publicado e endereçado ao seu
público alvo.
48
4. MATERIAL E MÉTODOS
Esse estudo seguiu as normas NBR ISO 14040 - Gestão ambiental - Avaliação
do ciclo de vida - Princípios e estrutura - e 14044 - Gestão ambiental - Avaliação do ciclo
de vida - Requisitos e orientações - para a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV).
O escopo desse trabalho será uma avaliação do berço ao portão, abrangendo
os processos de produção de insumos e de hidrogel. Os dados de inventário foram obtidos
por repetições dos processos de produção dos hidrogéis copolimérico de acrilamida-
acrilato de potássio (Pam Acril) e compósito com casca de ovo (CalG20), no Laboratório
de Polímeros da Universidade Federal do Ceará.
Os impactos de cada processo foram calculados no software Sima Pro, pelo
método ReCiPe midpoint, versão hierárquica (GOEDKOOP et al., 2009), método de
Pfister (PFISTER et al, 2009) e modelo USEtox (ROSENBAUM et al., 2008). As
categorias de impacto avaliadas foram: eutrofização de águas doces, eutrofização marinha,
mudanças climáticas, toxicidade humana (cancerígena e não cancerígena), acidificação
terrestre e escassez hídrica.
49
4.1 Objetivos, escopo do estudo e unidade funcional
Este trabalho avalia os impactos ambientais advindos de dois sistemas de
produção de hidrogéis voltados para aplicação na agricultura. Os sistemas estudados são:
(i) Sistema A, copolímero de acrilamida-acrilato (Pam Acril) e (ii) Sistema B, compósito
acrilamida-acrilato com casca de ovo (CalG20). Esse estudo identifica o sistema de
produção com melhor desempenho ambiental e propõe melhorias que reduzem os
impactos identificados.
A fronteira dos sistemas em estudo envolve os processos de produção de
insumos (água, energia e reagentes químicos) e os seguintes processos que fazem parte da
produção dos hidrogéis: síntese, lavagem e secagem (Figura 9).
A unidade funcional adotada é a quantidade necessária de hidrogel para
absorver 1000g de água. Assim, o fluxo de referência adotado é 1,368 g do Pam Acril e
0,901 g do CalG 20.
A unidade funcional escolhida foi considerada a mais coerente, pois se avalia
a principal função dos hidrogéis hidrofílicos que é a sua capacidade de intumescer na
presença de solução aquosa. Os dados referentes a essa capacidade de intumescimento
foram obtidos a partir de Bezerra (2015).
A fronteira do sistema de produto envolve os processos de produção de
insumos (água, energia e reagentes químicos) e seguintes processos que fazem parte da
produção dos hidrogéis: síntese, lavagem e secagem (Figura 9). A unidade funcional
adotada é a quantidade necessária de hidrogel para absorver 1 L de água. O fluxo de
referência adotado foi 1,368 g do Pam Acril e 0,901 g do CalG 20.
Figura 9: Fronteira da ACV
50
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
4.2 Inventário: Coleta de dados
Os dados primários referentes às quantidades de insumos utilizados nos
processos de produção do Pam Acril e do CalG 20 foram obtidos em laboratório, por meio
da realização de balanços de massa, seguindo os processos definidos por Bezerra (2015).
Os dados referentes à produção de insumos, como a acrilamida, ácido acrílico,
água destilada e energia foram obtidos na base de dados ecoinvent (FRISCHKNECHT &
JUNGBLUTH, 2007). A base de dados utilizada não possuía dados referentes ao
acelerador da reação N,N,N',N'–tetrametiletilenodiamino (TEMED), ao iniciador
persulfato de potássio (KPS) e ao reticulante N,N'–metilenobisacrilamida (MBA).
Em relação ao iniciador, utilizaram-se os dados referentes ao persulfato de
sódio. Essa alteração não causará grandes mudanças, pois o uso do persulfato de potássio
se justifica por um possível benefício de ser liberado o potássio no solo quando se fizer o
uso dos hidrogéis e a mudança do cátion não influencia a síntese, segundo o método
desenvolvido por BEZERRA (2015).
Já os impactos causados pelo acelerador e pelo reticulante não puderam ser
contabilizados. Foi possível realizar essa exclusão, pois em relação ao total formado após
a síntese, a massa de TEMED e MBA representam menos de 0,005% dessa totalidade,
porém, a partir do momento que esses inventários forem disponibilizados, devem ser
inseridos na ACV.
51
Os cálculos dos consumos de energia nos processos de produção, síntese e
secagem foram feitos considerando a potência em quilowatts-hora (kWh), o tempo (h) e a
capacidade mássica de cada equipamento em cada processo unitário. O valor da potência
total de cada aparelho utilizado foi ponderado em relação ao volume ou área ocupado no
mesmo, não sendo contabilizada a totalidade da potência como a utilizada em cada etapa.
O cálculo do volume do gás nitrogênio utilizado na síntese foi realizado
considerando a vazão desse gás multiplicada pelo tempo em que permaneceu aberto o
cilindro contendo o gás.
4.2.1 Materiais utilizados
Na síntese de hidrogéis superabsorventes emprega-se uma variedade de
monômeros, principalmente acrilatos. O ácido acrílico e seus sais de sódio ou potássio
além da acrilamida, são os mais frequentemente empregados na produção industrial desses
materiais.
A acrilamida (AM), o ácido acrílico (Ac), o acelerador da reação N,N,N',N'–
tetrametiletilenodiamino (TEMED), o iniciador persulfato de potássio (KPS) e o
reticulante N,N'–metilenobisacrilamida (MBA) foram oriundos da SIGMA-ALDRICH. O
hidróxido de potássio foi proveniente da VETEC. Os reagentes foram utilizados sem
purificação adicional e a água destilada usada apresentava condutividade de 2,50 μSc-1
.
O persulfato de potássio é um sal branco, cristalino, inodoro, resumindo-se
tecnicamente, em peroxodissulfato de potássio puro. Ele é utilizado como iniciador na
polimerização de monómeros e como um forte agente oxidante em muitas aplicações.
Além disso, possui as vantagens de ser levemente higroscópico, de fácil uso e por seguro
de manusear. Como resultado do processo utilizado na sua produção, é livre de
contaminação de íons amônio.
O TEMED é derivado do etilenodiamino a partir da substituição de quatro
grupos N-H por quatro grupos N-metil. Catalisa a formação de radicais livres do
persulfato de amônio (APS) e da riboflavina que ajudam na polimerização da acrilamida e
bis-acrilamida para formar uma matriz de gel. Quanto a sua periculosidade, líquido e
vapor facilmente inflamáveis, nocivo por ingestão, nocivo por inalação, provoca
queimaduras na pele e lesões oculares graves.
52
O composto bifuncional N,N’-metilenobisacrilamida (MBA) é o agente de
reticulação solúvel em água mais usado na formação de hidrogéis superabsorventes.
Potenciais Agudos na Saúde: Perigosos em caso de contato com a pele (irritante), de
contato com os olhos (irritante), ingestão, inalação. A substância pode ser tóxica para o
sistema nervoso central. A exposição repetida ou prolongada à substância pode provocar
danos nos órgãos-alvo. A exposição repetida a um material altamente tóxico pode
provocar a deterioração geral da saúde por uma acumulação em um ou muitos órgãos
humanos.
As cascas dos ovos de galinhas utilizadas eram do tipo brancas e foram
obtidas de uma padaria local. Foram lavadas, sanitizadas com hipoclorito de sódio e,
posteriormente, secas em estufa a 100°C por 24h. Após secagem, as cascas dos ovos
foram trituradas até a obtenção de um pó utilizando-se um liquidificador. O material
obtido foi macerado, utilizando-se almofariz e pistilo, e separado por granulometria,
através de peneiras de aço inox. Para a síntese do compósito, utilizou-se a fração
granulométrica passada em tela de 325 mesh, ou seja, de tamanho menor que 45 μm.
O sal acrilato de potássio foi preparado a partir do ácido acrílico (Ac) através
de neutralização, sob refrigeração, com KOH até pH = 7,0 (OMIDIAN et al., 1998;
DURMAZ e OKAY, 2000).
4.2.2 Descrição do Sistema A
4.2.2.1 Síntese
Em um reator de fundo redondo adicionaram-se 23 mL de água destilada, à
temperatura ambiente sob agitação magnética, fluxo de gás nitrogênio e uma barra
magnética (Figura 10). O gás N2 é necessário para “expulsar” o O2 que está no reator e,
assim, o iniciador e o acelerador da reação possam realizar suas funções. Os tempos de
funcionamento da agitação e fluxo de gás nitrogênio foram contabilizados até cessarem
com a formação do gel.
Figura 10: Síntese do Pam Acril
53
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Após 10 minutos foram adicionados os monômeros acrilamida dissolvidos 0,9
mL de água destilada (1,05 g = 0,015 mol), acrilato de potássio na forma de solução (3 ml,
5 mol/L = 0,015 mol). Passados mais 10 minutos, acrescentaram-se 16,2 mg do iniciador
KPS à solução, dissolvidos em 1,5 mL de água destilada. Após 10 minutos, 9 mg do
reticulante MBA dissolvido em 1,5 ml de água destilada e 50 µl do acelerador TEMED na
concentração de 0,57 mol/l foram adicionados à mistura reacional. O sistema foi fechado e
mantido sob agitação e fluxo de N2 até a formação de um gel firme, caracterizado pela
impossibilidade de agitação e parada da barra magnética. O tempo de formação do gel
varia, tendo-se apenas uma previsão de 40 a 50 minutos. Após a formação do gel, o
sistema ficou em repouso por 24 horas para que se completasse a reação e restasse a
menor quantidade possível de monômeros de acrilamida não reagidos (Figura 11).
Figura 11: Pam Acril em repouso após síntese
54
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
4.2.2.2 Lavagem
Após as 24 horas para completar a reação, o gel resultante foi retirado do
sistema, cortado com uma tesoura em pequenos pedaços e lavado com água destilada para
a retirada de solúveis (Figura 12).
Figura 12: Processo de lavagem do Pam Acril
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
A primeira lavagem foi realizada com 8 L de água destilada dentro de uma
caixa de plástico limpa, onde o hidrogel picado é despejado e agitado manualmente para
que se disperse na água. O hidrogel permanece na água por uma hora. Após esse período,
ele é coletado, já bastante intumescido e despejado em um balde limpo. Foi coletada, em
55
um béquer de 250 ml, uma amostra desse efluente e verificada sua condutância em um
condutivímetro CG1800 (Gehaka).
A segunda lavagem é realizada também com 8 l de água, porém o tempo que
permanece na água por 30 minutos. Após esse período, o hidrogel é coletado novamente,
mais intumescido do que na primeira lavagem, e despejado em um balde limpo. Foi
coletada, novamente, 250 ml de amostra do efluente em um béquer e medida a
condutividade do efluente.
A terceira lavagem também é realizada com 8 l de água e tempo de
permanência na água por 30 minutos. Após esse período, o hidrogel é coletado
novamente, mais intumescido do que nas lavagens anteriores, e despejado em um balde
limpo. Foi coletado, novamente, 250 ml de amostra do efluente em um béquer e medida a
condutividade do efluente. Mesmo que a condutividade esteja acima dos 20 µS/cm, não é
realizada outra lavagem.
A condutividade abaixo de 20 µS/cm significa que o hidrogel não necessita
mais ser lavado, caso esteja acima do valor limite inicia-se a segunda lavagem. A escolha
da condutividade limite de 20 µS/cm se deu, pois, após realizados vários testes associando
diferentes condutividades ao grau de intumescimento, viu-se que até 20 µS/cm não havia
diferença no grau de intumescimento dos géis.
A cada lavagem foram contabilizadas e coletadas amostras de efluentes. As
análises físico-químicas dos efluentes foram realizadas no Laboratório de Biomassa da
Embrapa.
4.2.2.3 Secagem
Após as lavagens necessárias, o material foi disposto em uma bandeja e posto
em uma estufa com circulação de ar da empresa Nova Ética à temperatura de 70ºC (Figura
13). Deixou-se o gel secando, e após secagem macerado, separado por granulometria
através de peneiras de aço e pesado.
56
Figura 13: Hidrogel durante processo de secagem
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
4.2.3 Descrição do Sistema B
4.2.3.1 Síntese
Na síntese do compósito com casca do ovo, a adição de casca ao copolímero
foi de 20% m/m em relação aos monômeros, obtendo-se o CalG20. Antes da adição dos
monômeros, a dispersão de casca do ovo, obtida com a adição de 0,5340 g de casca de ovo
em 23 mL de água destilada, que ficou em constante agitação magnética por 24 horas,
para que o mineral passasse por um processo de desagregação. Após essa desagregação, o
processo de formação tanto para o Pam Acril como para o CalG20 é o mesmo (Figura 14).
Figura 14: Síntese do CalG20
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
57
4.2.3.2 Lavagem
A lavagem do hidrogel compósito CalG 20 requer o mesmo procedimento que
o utilizado para a lavagem do Pam Acril.
4.2.3.3 Secagem
A secagem do hidrogel CalG20 requer o mesmo procedimento que o utilizado
para a secagem do hidrogel Pam Acril.
4.3 Avaliação de impactos
Para este estudo, avaliaram-se as categorias de impacto:
Escassez Hídrica (EH)
Eutrofização Marinha (EM) e de Água Doce (ED)
Mudanças Climáticas (MC)
Toxicidade Humana Cancerígena (THC) e não Cancerígena (THNC)
Ecotoxicidade (ECO)
Acidificação Terrestre (AT)
As categorias de EM, ED, MC e AT foram analisadas pelo método ReCiPe
midpoint, versão hierárquica (GOEDKOOP et al., 2009), utilizando o software Sima Pro
8.0 e a base de dados utilizada foi a do Ecoinvent. A categoria de EH foi analisada pelo
Método de Pfister (2009). Já as categorias de THC, THNC e ECO foi analisada pelo
método USEtox (ROSENBAUM et al., 2008). Os dados obtidos foram tratados e
apresentados em forma de gráficos e tabelas.
Depois de calculado os impactos ambientais em cada categoria foi realizada a
análise de incerteza com o método de Monte Carlo. Considerou-se que cada variável dos
inventários (consumos e emissões) possui uma distribuição log-normal de probabilidade.
Utilizou-se a Matriz de Pedigree (ALTHAUS, 2004) para obtenção dos desvios padrões
de cada variável. Adotou-se um nível de significância de 95%, para esta análise de
incerteza, sendo realizados 10000 ciclos de geração de valores para as variáveis de
58
consumo e emissão, para assim determinar propagação do erro dos inventários para a
avaliação de impacto nesse estudo comparativo de ACV.
4.4 Análise de cenários
Realizou-se uma análise de cenário para avaliar a influência dos aspectos mais
relevantes nos resultados dos impactos. Nesse estudo, modifica-se o processo de secagem,
atualmente realizado em estufa, para ao ar livre, avaliando-se o impacto dessa modificação
nos resultados da análise comparativa de impactos.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Análise do inventário do Sistema A
Para a análise dos inventários, considerou-se a quantidade de hidrogel
formado para a capacidade de intumescer 1 L de água (Tabela 3). O maior consumo
energético foi observado na etapa de secagem, onde foram gastos 155,416 kWh quando se
compara com a etapa de síntese onde foram gastos 0,048 kWh.
Em se tratando da produção de efluentes nesse sistema, a etapa da lavagem é
onde se tem a geração do efluente. As cargas orgânicas estão contidas no volume de
efluentes padronizado de acordo com a unidade funcional de 1 L de água absorvidos, que
para o sistema A foi de 9,863 L (Tabela 3). O nitrogênio total foi determinado pela análise
TOC que mostra a concentração de nitrogênio na amostra em mg N/L. Considerou-se que
todo nitrogênio que estava presente no efluente era vindo da acrilamida, pois os outros
insumos que contêm nitrogênio em sua estrutura têm massa muito pequena, sendo assim
totalmente consumidos na reação de síntese.
59
Tabela 3: Entradas e saídas dos processos unitários na produção de 1,368 g de hidrogel no sistema A
SÍNTESE
ENTRADAS Unidade Funcional
1 L de água absorvida
Volume de nitrogênio (L) 0,510
Massa Acrilamida (g) 1,067
Massa Acrilato de potássio (Kac) (g) 1,671
Massa Persulfato de potássio (g) 0,016
Massa MBA (g) 0,009
Massa Temed (g) 0,007
Massa Água (g) 27,238
Energia (kWh) 0,048
SAÍDAS
Gel (g) 21,936
LAVAGEM
ENTRADAS Unidade funcional
1 L de água absorvida
Gel (g) 21,936
Água (L) 11,843
SAÍDAS
Gel intumescido (g) 1996,172
Efluente (L) 9,863
Acrilamida (total) (g) 0,147
SECAGEM
ENTRADAS Unidade funcional
1 L de água absorvida
Gel intumescido (g) 1996,172
Energia (kW) 155,416
SAÍDAS
Gel seco (g) 1,368
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
60
5.2 Análise do inventário do CalG20 (Sistema B)
Já para análise do inventário do sistema B (Figura 17), novamente,
o maior consumo energético foi identificado na etapa de secagem, onde foram
gastos 72,6 kWh, enquanto que na etapa de síntese foram gastos apenas 7,599
kWh.
Quando se trata da produção de efluentes no sistema B, a etapa da
lavagem também é onde se tem a geração do efluente. As cargas orgânicas
estão contidas no volume de efluentes padronizado de acordo com a unidade
funcional de 1 L de água absorvidos, que para o sistema A foi de 12,582 L
(Figura 17). Foi adotado o mesmo critério do sistema A para determinação da
acrilamida no sistema B. Para determinação da dureza foi utilizado o Método
de Volumetria de Complexação- Determinação da dureza da água (APHA,
1995).
61
Tabela 4: Entradas e saídas dos processos unitários na produção de 0,901 g de hidrogel no
sistema B
SÍNTESE
ENTRADAS Unidade Funcional
1 L de água absorvida
Casca do ovo 0,300
Volume de nitrogênio (L) 0,107
Massa Acrilamida (g) 0,592
Massa Acrilato de potássio
(Kac) (g) 0,927
Massa Persulfato de potássio (g) 0,009
Massa MBA (g) 0,005
Massa Temed (g) 0,002
Massa Água (g) 15,110
Energia (kWh) 7,599
SAÍDAS
Gel (g) 16,946
LAVAGEM
ENTRADAS Unidade funcional
1 L de água absorvida
Gel (g) 16,946
Água (L) 13,481
SAÍDAS
Gel intumescido (g) 910,924
Dureza (mg CaCO3) 0,014
Acrilamida (g) 0,112
Efluente (L) 12,582
SECAGEM
ENTRADAS Unidade funcional
1 L de água absorvida
Gel intumescido (g) 910,924
Energia (kWh) 72,616
SAÍDAS
Gel seco (g) 0,901
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
62
5.3 Avaliação de impactos
5.3.1 Comparação dos dois processos
A comparação entre as produções dos hidrogéis pelo sistema A (Pam Acril) e
B (CalG20) mostra que o processo de produção que resulta em maior impacto ambiental
em todas as categorias analisadas é o do A (Figura 15).
Figura 15: Avaliação de impacto ambiental comparativa de produção de hidrogel nos sistemas A e B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
A análise de incerteza pelo método de Monte Carlo confirma que a produção
de Pam Acril (Sistema A) possui um pior desempenho ambiental, em todas as categorias
de impacto analisadas, dentro do intervalo de confiança de 95%. O gráfico 2 mostra em
porcentagem a quantidade vezes que um sistema apresentou maiores impactos que o outro
em 1000 ciclos de avaliação. A categoria é considerada relevante quando o impacto de um
sistema é maior ou menor que do outro sistema em mais de 95% dos ciclos. Caso alguma
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO₂ eq)
AT (kg SO₂ eq)
ED (kg Peq)
EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) DH (m³)
Produção do hidrogel CalG20 Produção do hidrogel PamAcril
63
categoria apresentasse resultado menor que 95%, essa categoria não seria relevante para o
estudo.
Figura 16: Análise de incerteza pelo método de Monte Carlo, comparando os sistemas A e B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
5.3.2 Pam Acril (Sistema A)
Em todas as categorias consideradas, a etapa responsável pelo maior impacto
no meio ambiente foi a de secagem, ocorrendo mesmo quando se considerou a categoria
de impacto EH cujo único insumo é o consumo de água destilada (Figura 17).
-20% 0% 20% 40% 60% 80% 100%
MC (kg CO₂ eq)
AT (kg SO₂ eq)
ED (kg P eq)
EM (kg N eq)
THC (CTUh)
THNC (CTUh)
ECO (CTUe)
DH (m³)
Análise de Incerteza
Sistema A < Sistema B Sistema A >= Sistema B
64
Figura 17: Resultado da avaliação de impacto ambiental da produção do hidrogel no sistema A
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Os fluxos de rede apresentados nos Apêndices A a H mostram detalhadamente
o ponto principal que representou maior impacto. Observa-se que:
MC: Produção de energia hidroelétrica que está dentro da matriz energética
brasileira.
AT, ED e EM: Produção de energia a partir do carvão que é outra forma de
produção de energia que compõe a matriz brasileira.
THC , THNC e ECO: Disposição de rejeitos (sulfetos) que vêm do
beneficiamento do cobre utilizado na produção de energia.
EH: Produção de energia nuclear que utiliza bastante água no seu sistema.
A partir dos dados apresentados, nota-se que, devido ao alto consumo energético,
os possíveis impactos das outras etapas de produção ficam mascarados, não sendo possível
identificá-los com esse primeiro resultado.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO2eq)
AT (kg SO2eq)
ED (kg P eq) EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) EH (m³)
Síntese Lavagem Secagem
65
5.3.3 CalG20 (Sistema B)
Assim como no sistema A, em todas as categorias consideradas, a etapa de
secagem foi a responsável pelo maior impacto no meio ambiente. Isso ocorreu mesmo quando
consideramos a categoria de impacto EM em que único insumo também é o consumo de água
destilada (Figura 18).
Figura 18: Resultado da avaliação de impacto ambiental da produção do hidrogel no sistema B
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Com os fluxos de rede apresentados nos Apêndices I a P, é possível verificar no
detalhe em que etapa ou que insumo foi o causador do maior impacto. Observou-se que:
MC: Produção de energia hidroelétrica.
AT e EM: Produção de energia a partir do carvão.
ED, ECO, THC e THNC: Disposição de rejeitos (sulfetos).
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO2eq)
AT (kg SO2eq)
ED (kg P eq) EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) EH (m³)
Síntese Lavagem Secagem
66
EH: Uso de água descarbonizada na planta de produção de energia a partir do
gás natural.
A etapa de secagem para o CalG 20 gasta menos energia quando comparada ao
Pam Acril, como foi mostrado nos inventários dos dois processos (Tabelas 3 e 4). Essa
situação está refletida na Figura 18 em que é possível identificar um percentual de impactos
tanto para a síntese quanto para a lavagem. Além disso, na síntese do CalG 20, também há o
uso de energia na homogeneização da casca do ovo, o que acentua os impactos causados
nessa etapa do processo.
5.4. Discussão de alternativas para redução dos impactos ambientais nos sistemas A e B.
Devido aos resultados de avaliação de impactos ter mostrado que o maior
causador de impactos na produção dos hidrogéis foi o consumo energético, resolveu-se propor
uma síntese em que a etapa de secagem na estufa fosse eliminada do processo, introduzindo a
secagem ao ar livre. Com isso pretende-se obter benefícios imediatos, em termos de impactos
ambientais devido a essa mudança. A etapa de secagem que com a estufa demorava cerca de 7
dias, passou para 13 dias no total quando o hidrogel foi secado ao ar livre. Essa secagem
natural poderia ser mais acelerada caso o hidrogel fosse secado ao sol ou em uma estufa
natural, sendo adotadas medidas de proteção ao hidrogel, como, por exemplo, cobrir com uma
tela de nylon.
Na figura 19 é ilustrada, em termos percentuais, uma comparação entre os
impactos dos processos, para o Pam Acril, após a mudança proposta. É possível ratificar que
retirando a secagem os impactos causados pelo processo reduzem drasticamente em todas as
categorias. A diminuição dos impactos foi menor na categoria EH onde a água deionizada
utilizada na lavagem representa um aspecto importante para os impactos causados.
67
Figura 19: Comparação percentual entre produção do Pam Acril com e sem a etapa de secagem na estufa
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Já na tabela 5 são apresentadas essas mudanças em um resultado quantitativo,
mostrando a grande redução de impacto, para o Pam Acril após a eliminação da última etapa,
mostrando reduções de até 1000 vezes no impacto. Esses resultados mostram com mais
clareza a importância em termos de impactos que representa o uso da estufa na etapa de
secagem.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO₂ eq)
AT (kg SO₂ eq)
ED (kg Peq)
EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) DH (m³)
Produção PamAcril Produção PamAcril-sem secagem
68
Tabela 5: Comparação quantitativa entre produção do Pam Acril com e sem a etapa de secagem na estufa
Categoria de impacto Produção do Pam
Acril
Produção do Pam Acril-
Sem Secagem
Redução de
emissões(vezes)
Mudanças Climáticas (kg CO₂
eq) 45,486 0,046 1000
Acidificação Terrestre (kg SO₂
eq) 0,053397794 0,0000188 284
Eutroficação de águas doces (kg
P eq) 0,00789 0,0000172 460
Eutroficação marinha (kg N eq) 0,0023 0,0000228 100
Toxicidade Humana cancerígena
(CTUh) 0,0000023 0,00000000536 430
Toxicidade Humana não
cancerígena (CTUh) 0,000012 0,0000000193 640
Ecotoxicidade (CTUe) 254,73665 0,593 430
Escassez hídrica (m³) 0,0712221 0,005441 13
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Na Figura 20 é ilustrada, em termos percentuais, uma comparação entre os
impactos dos processos, para o CalG20, após a retirada da estufa no processo de secagem do
gel. Como é possível observar, a redução dos impactos após a mudança proposta é menor no
CalG 20, apesar de grande, é menor que a do Pam Acril. Essa diferença é
69
Figura 20: Comparação percentual dos impactos causados na produção do CalG20 com e sem a etapa de
secagem na estufa
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
Já na tabela 6 são apresentadas essas mudanças em um resultado quantitativo,
mostrando a redução de impacto para o CalG20 após a eliminação da última etapa.
Tabela 6: Comparação quantitativa entre produção do CalG20 com e sem a etapa de secagem na estufa
Categoria de impacto Produção do
CalG20
Produção do CalG20 -
Sem Secagem
Redução de emissões
(vezes)
Mudanças Climáticas
(kg CO₂ eq) 23,48 2,23
10
Acidificação Terrestre
(kg SO₂ eq) 0,0028 0,0027 10
Eutroficação de águas
doces (kg P eq) 0,0041 0,0004 10
Eutroficação marinha
(kg N eq) 0,0012 0,00012 10
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO₂ eq)
AT (kg SO₂ eq)
ED (kg Peq)
EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) DH (m³)
Produção CalG20 Produção CalG20 - sem secagem
70
Toxicidade Humana
cancerígena
(CTUh)
0,0000012 0,00000012 10
Toxicidade Humana
não cancerígena
(CTUh)
0,0000063 0,00000061 10
Ecotoxicidade (CTUe) 131,55026 12,590357 10
Escassez hídrica (m³) 0,0452 0,0093 5
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
Com a retirada da secagem, que “mascarava” os outros impactos, foi possível
verificar os impactos causados nas outras etapas do processo (gráficos 7 e 8). No sistema A, a
síntese representou maior impacto na categoria EM. Já para as categorias MC, AT, ED, ECO
THC, THNC e EH, a lavagem representou maior impacto. Foi possível verificar no detalhe
em que etapa ou que insumo foi o causador do maior impacto. Observou-se que:
MC e ED: Uso do gás cloro na produção de água deionizada.
AT , TNHC e EH: Produção da água deionizada.
EM: Produção de acrilamida.
ECO, THC: Uso do aço na estrutura de produção da água deionizada.
Gráfico 1: Análise de impactos do sistema A (Pam Acril) sem a etapa de secagem na estufa
71
Fonte: Elaborado pela autora (2016)
No sistema B, a síntese representou maior impacto em todas as categorias de
impacto analisadas, exceto na EH, onde a lavagem representou maior impacto. Isso se deve,
principalmente, pelo uso da energia na preparação das cascas de ovos. Foi possível verificar
no detalhe em que etapa ou que insumo foi o causador do maior impacto. Observou-se que:
MC: Produção de energia hidroelétrica.
AT e EM: Produção de energia a partir do carvão.
ED, ECO, THC e THNC: Disposição de rejeitos (sulfetos).
EH: Uso de água para produção de energia nuclear.
0%
10%
20%
30%
40%
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100%
MC (kg CO2eq)
AT (kg SO2eq)
ED (kg Peq)
EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) EH (m³)
Síntese Lavagem
72
Gráfico 2: Análise de impactos do sistema B (CalG20) sem a etapa de secagem na estufa
Fonte: Elaborada pela autora (2016)
A água utilizada para lavagem também representa um alto consumo de recursos
na produção dos hidrogéis, portanto, recomenda-se reutilizá-la. Além da reutilização da água
recomenda-se o desenvolvimento de processos para recuperar a acrilamida nos efluentes, e,
assim, verificar a possibilidade de reutilizar tanto a água como a acrilamida em produções de
hidrogéis futuras.
Outra possibilidade é o uso de reagentes obtidos por meio de fontes renováveis.
Segundo BELLO (2008) o ácido acrílico e a acrilamida podem ser produzidos a partir de
fontes o que pode contribuir para melhorar o desempenho ambiental dos hidrogéis. Outra
alternativa é o uso de polímeros naturais, como a celulose, em substituição parcial da
acrilamida e do ácido acrílico para a obtenção de hidrogéis compósitos no Sistema B.
O trabalho realizado é inédito e pode contribuir para o desenvolvimento de
produtos inovadores com alto desempenho ambiental.
6. CONCLUSÃO
Assim, a abordagem de ciclo de vida demonstrou ser uma metodologia de grande
utilidade para a análise dos impactos ambientais da produção de hidrogéis utilizados na
agricultura, nesse caso um “puro” e um adicionado de cargas minerais, conforme o proposto
no objetivo e no escopo para a metodologia da ACV.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
MC (kg CO2eq)
AT (kg SO2eq)
ED (kg P eq) EM (kg Neq)
THC (CTUh) THNC(CTUh)
ECO (CTUe) EH (m³)
Síntese Lavagem
73
Utilizando o método de avaliação de impacto ambiental ReCiPe e como
ferramenta computacional o software SimaPro 8, foi possível obter indicadores ambientais e
apontar os impactos causados pelos hidrogéis enquanto produção dos mesmos. A
interpretação dos resultados tomou-se em conta nos conhecimentos obtidos sobre a
metodologia de ACV e no conhecimento das sínteses dos dois hidrogéis adotados para o
estudo.
No sistema A em que há produção do hidrogel copolimérico de acrilamida-
acrilato de potássio (Pam Acril), o consumo energético é o responsável pelo maior impacto
ambiental em todas as categorias consideradas: mudanças climáticas, eutrofização de águas
doces, eutrofização marinha, toxicidade humana cancerígena e não cancerígena,
ecotoxicidade, acidificação terrestre e escassez hídrica. Mesmo na categoria de escassez
hídrica, em que há elevado consumo de água na etapa de lavagem, ainda assim é a secagem
que promove maior impacto.
No sistema B em que há produção do hidrogel compósito com casca de ovo
(CalG20), também o consumo energético é o principal responsável pelo impacto nas
categorias utilizadas.
No estudo comparativo entre os dois sistemas de produção de hidrogéis, observa-
se que o Pam Acril implica um maior impacto ambiental do que o CalG20, em todas as
categorias de impacto consideradas no trabalho. Segundo a análise de incerteza realizada,
todas as categorias são confiáveis para o estudo, pois seu grau de confiabilidade de 95% foi
alcançado.
Para próximos estudos, indica-se que, assim que seja possível, a inserção dos
dados de produção referentes aos insumos que atualmente não estão disponíveis, e assim obter
resultados mais precisos.
Recomenda-se a realização de testes para saber como esse hidrogel se comporta
no solo e após findado seu uso, identificando seus impactos positivos e negativos, podendo
assim dar continuidade nesse estudo de ACV, para que a abordagem berço-túmulo, que é a
mais completa, possa ser realizada.
74
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84
Apêndice A: Rede de impacto da categoria “Mudanças Climáticas” para o Pam Acril
11,5 MJ Electricity, hard coal, at power
7,59 %
8,8 MJ Electricity,
industrial gas, at
9,44 %
34,2 MJ Electricity,
natural gas, at
13,4 %
21,1 MJ Electricity, at
cogen 200kWe
9,43 %
90 MJ Natural gas,
burned in power plant/UCTE U
13,4 %
18,9 MJ Blast furnace
gas, burned in power plant/RER 8,33 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
97,5 %
612 MJ Electricity,
hydropower, at
57,3 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR,
98,4 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR,
98,7 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR,
100 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL, lab
99,9 %
85
Apêndice B: Rede de impacto da categoria “Acidificação Terrestre” para o Pam Acril
0,0458 m Distribution
network, electricity, low
22,4 %
2,14 MJ Electricity, hard coal, at power
plant/ES U 11,4 %
11,5 MJ Electricity, hard coal, at power
27,4 %
5,95 MJ Hard coal, burned in
11,4 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U 23,3 %
0,0172 kg Copper,
primary, at refinery/RLA U
12,4 %
34,2 MJ Electricity,
natural gas, at
10,8 %
21,1 MJ Electricity, at
cogen 200kWe
18,2 %
90 MJ Natural gas, burned in
power 10,8 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
73,1 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR,
73,9 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR,
77,5 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR,
99,9 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL,
99,9 %
86
Apêndice C: Rede de impacto da categoria “Eutrofização de águas doces” para o Pam
Acril
0,0458 m Distribution
network,
60 %
11,5 MJ Electricity, hard coal, at power plant/UCTE U
19,9 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U 67,7 %
0,065 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL 40 %
0,124 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RE 10,8 %
0,0172 kg Copper,
primary, at refinery/RLA U
38,4 %
0,00322 kg Copper, SX-EW, at refinery/GLO
U 11,5 %
0,0294 kg Polyvinylchlorid e, at regional storage/RER U
0,0245 %
0,0257 kg Polyvinylchlorid e, suspension
polymerised, at 0,0169 %
10,6 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
67 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
29,9 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR,
30,9 %
702 MJ Electricity, medium
40 %
560 MJ Electricity, low
voltage,
100 %
9,7 kg Disposal, spoil
from coal mining, in
25,6 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL,
99,9 %
87
Apêndice D: Rede de impacto da categoria “Eutrofização marinha” para o Pam Acril
0,0458 m Distribution
network, electricity, low
20,3 %
11,5 MJ Electricity, hard coal, at power
27,5 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U 20,4 %
21,1 MJ Electricity, at
cogen 200kWe
13,1 %
0,0294 kg Polyvinylchlorid e, at regional storage/RER U
0,397 %
0,0257 kg Polyvinylchlorid e, suspension
0,329 %
730 MJ Electricity,
production mix
75 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR,
75,8 %
702 MJ Electricity, medium voltage,
79 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR,
99,3 %
9,7 kg Disposal, spoil
from coal
18,3 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL,
99,3 %
88
Apêndice E: Rede de impacto da categoria “Toxicidade humana cancerígena” para o
Pam Acril
0,0458 m Distribution
network, electricity, low
67,6 %
0,00635 m Transmission
network, electricity,
12,8 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U
13,9 %
0,065 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
7,81 %
0,0569 kg Disposal, wood pole, chrome
preserved, 20%
8,16 %
10,6 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
12,7 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
18,5 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
19,6 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at
32,4 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,9 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel PamAcril
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL, lab
99,9 %
89
Apêndice F: Rede de impacto da categoria “Toxicidade humana não cancerígena” para
o Pam Acril
0,0458 m Distribution
network, electricity, low
71,4 %
0,00635 m Transmission
network, electricity,
10,9 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U 81,8 %
0,065 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
41,4 %
0,124 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RE
11,2 %
0,0172 kg Copper, primary, at refinery/RLA U
47,9 %
0,00322 kg Copper, SX-EW, at refinery/GLO
U
11,8 %
10,6 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
69,3 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
17 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at 17,7 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at
28,6 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,9 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel PamAcril
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL, lab
99,9 %
90
Apêndice G: Rede de impacto da categoria “Escassez hídrica” para o Pam Acril
34,2 MJ Electricity,
natural gas, at power
18,2 %
18,1 MJ Electricity,
nuclear, at power plant/CH 39,7 %
41,6 kg Water,
decarbonised, at plant/RER U
39 %
90 MJ Natural gas, burned in
power 18,2 %
9,98 MJ Electricity,
nuclear, at power plant
22,3 %
8,16 MJ Electricity,
nuclear, at power plant
17,4 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
90,2 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR,
90,8 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR,
91,9 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR,
98,8 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel PamAcril
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL, lab
98,7 %
91
Apêndice H: Rede de impacto da categoria “Ecotoxicidade” para o Pam Acril
0,0458 m Distribution
network, electricity, low
76,4 %
0,00635 m Transmission
network, electricity,
12 %
0,102 kg Copper, at regional
storage/RER U 79,9 %
0,065 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
46,8 %
0,124 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RE
12,6 %
0,0172 kg Copper, primary, at refinery/RLA U
45,6 %
0,0243 kg Copper, primary, at refinery/RER
U
10,4 %
0,00322 kg Copper, SX-EW, at refinery/GLO
U
13,4 %
10,6 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
78,7 %
730 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
10,9 %
719 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at 11,8 %
702 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at 23,7 %
560 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
100 %
0,00137 kg Produção do
hidrogel PamAcril
100 %
0,00137 kg c-Secagem,
PamAcril, GEL, lab
99,9 %
92
Apêndice I: Rede de impacto da categoria “Mudanças Climáticas” para o CalG20
5,94 MJ Electricity, hard coal, at power plant/UCTE U
7,58 %
4,54 MJ Electricity,
industrial gas, at power plant/UCTE
9,43 %
17,6 MJ Electricity, natural
gas, at power plant/UCTE U
13,4 %
10,9 MJ Electricity, at
cogen 200kWe diesel SCR,
9,43 %
46,4 MJ Natural gas,
burned in power plant/UCTE U
13,4 %
9,76 MJ Blast furnace gas, burned in power
plant/RER U
8,33 %
377 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
97,5 %
316 MJ Electricity,
hydropower, at reservoir power
57,3 %
371 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
98,3 %
362 MJ Electricity, medium
voltage, production BR, at
98,7 %
289 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,9 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel CalG20
100 %
0,0169 kg 1-Síntese - CalG
20, GEL, lab
9,48 %
0,000901 kg 3-Secagem,
CalG20, GEL, lab
90,5 %
93
Apêndice J: Rede de impacto da categoria “Acidificação Terrestre” para o CalG20
0,0236 m Distribution
network,
22,4 %
5,94 MJ Electricity,
hard coal, at
27,3 %
0,0525 kg Copper, at regional
23,2 %
0,00887 kg Copper,
primary, at
12,4 %
10,9 MJ Electricity, at
cogen
18,1 %
377 MJ Electricity, production
73 %
371 MJ Electricity,
high voltage,
73,8 %
362 MJ Electricity, medium
77,4 %
289 MJ Electricity, low
voltage,
99,8 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,000901 kg 3-Secagem, CalG20, GEL,
90,3 %
94
Apêndice K: Rede de impacto da categoria “Eutrofização de águas doces” para o
CalG20
0,0236 m Distribution
network,
59,9 %
5,94 MJ Electricity,
hard coal, at
19,9 %
0,0525 kg Copper, at regional
67,5 %
0,0336 kg Copper
concentrate,
39,9 %
0,00887 kg Copper,
primary, at
38,4 %
4,27E-5 kg Polypropylene , granulate, at
6,73E-5 %
5,47 kg Disposal, sulfidic
66,8 %
1,21E-9 p Water
treatment
0,000827 %
13,5 kg Water,
deionised, at
0,219 %
377 MJ Electricity, production
29,8 %
371 MJ Electricity,
high voltage,
30,8 %
362 MJ Electricity, medium
40 %
289 MJ Electricity, low
voltage,
99,7 %
5,01 kg Disposal, spoil from
25,6 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,911 kg 2-Lavagem, CalG20, GEL,
0,219 %
0,000901 kg 3-Secagem, CalG20, GEL,
90,3 %
95
Apêndice L: Rede de impacto da categoria “Eutrofização marinha” para o CalG20
0,0236 m Distribution network,
electricity, low
20,3 %
5,94 MJ Electricity, hard coal, at power plant/UCTE U
27,4 %
0,0525 kg Copper, at
regional storage/RER U
20,3 %
10,9 MJ Electricity, at
cogen 200kWe diesel SCR,
13,1 %
4,27E-5 kg Polypropylene, granulate, at plant/RER U
0,000577 %
1,21E-9 p Water treatment
plant, deionisation/CH/I U
0,00256 %
13,5 kg Water, deionised,
at plant/CH U
0,271 %
377 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
74,8 %
371 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
75,6 %
362 MJ Electricity, medium
voltage, production BR, at
78,7 %
289 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99 %
5,01 kg Disposal, spoil from
coal mining, in surface landfill/GLO
18,3 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel CalG20
100 %
0,911 kg 2-Lavagem,
CalG20, GEL, lab
0,271 %
0,000901 kg 3-Secagem,
CalG20, GEL, lab
89,6 %
96
Apêndice M: Rede de impacto da categoria “Toxicidade humana cancerígena” para o
CalG20
0,0236 m Distribution
network, electricity, low
67,5 %
0,00328 m Transmission
network, electricity,
12,8 %
0,0525 kg Copper, at regional
storage/RER U
13,9 %
0,0336 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
7,79 %
5,47 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
12,7 %
377 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
18,4 %
371 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
19,6 %
362 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at
32,3 %
289 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,7 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel CalG20
100 %
0,0169 kg 1-Síntese - CalG
20, GEL, lab
9,46 %
0,000901 kg 3-Secagem,
CalG20, GEL, lab
90,3 %
97
Apêndice N: Rede de impacto da categoria “Toxicidade humana não cancerígena” para
o CalG20
0,0236 m Distribution
network, electricity, low
71,3 %
0,00328 m Transmission
network, electricity,
10,9 %
0,0525 kg Copper, at regional
storage/RER U
81,7 %
0,0336 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
41,3 %
0,0642 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RE
11,1 %
0,00887 kg Copper, primary, at refinery/RLA U
47,8 %
0,00166 kg Copper, SX-EW, at refinery/GLO
U
11,8 %
5,47 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
69,2 %
377 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
17 %
371 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
17,7 %
362 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at
28,6 %
289 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,8 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel CalG20
100 %
0,000901 kg 3-Secagem,
CalG20, GEL, lab
90,3 %
98
Apêndice O: Rede de impacto da categoria “Escassez hídrica” para o CalG20
0,0236 m Distribution
network,
5,25 %
1,19 MJ Hard coal coke, at plant/RER U
0,296 %
0,093 kg Steel,
converter,
1,83 %
9,37 MJ Electricity, nuclear, at
30,2 %
15,7 kg Tap water, at user/RER U
23,8 %
21,5 kg Water,
decarbonised,
29,7 %
13,5 kg Water,
deionised, at
22,8 %
377 MJ Electricity,
production mix
68,6 %
371 MJ Electricity, high
voltage,
69,1 %
362 MJ Electricity, medium
69,9 %
289 MJ Electricity, low
voltage,
75,1 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel
100 %
0,911 kg 2-Lavagem, CalG20, GEL,
24,8 %
0,000901 kg 3-Secagem, CalG20, GEL,
68 %
99
Apêndice P: Rede de impacto da categoria “Ecotoxicidade” para o CalG 20
0,0236 m Distribution
network, electricity, low
76,3 %
0,00328 m Transmission
network, electricity,
12 %
0,0525 kg Copper, at regional
storage/RER U
79,8 %
0,0336 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RL
46,8 %
0,0642 kg Copper
concentrate, at beneficiation/RE
12,6 %
0,00887 kg Copper, primary, at refinery/RLA U
45,6 %
0,0125 kg Copper, primary, at refinery/RER
U
10,4 %
0,00166 kg Copper, SX-EW, at refinery/GLO
U
13,4 %
5,47 kg Disposal, sulfidic
tailings, off-site/GLO U
78,6 %
377 MJ Electricity,
production mix BR/BR U
10,9 %
371 MJ Electricity, high
voltage, production BR, at
11,7 %
362 MJ Electricity,
medium voltage, production BR, at
23,7 %
289 MJ Electricity, low
voltage, production BR, at
99,9 %
0,000901 kg Produção do
hidrogel CalG20
100 %
0,000901 kg 3-Secagem,
CalG20, GEL, lab
90,4 %
