Environmental performance assessment of urban collective transport in the satate of São Paulo : a diesel bus and battery electric bus life cycle approach

Orientador: Carla Kazue Nakao CavalieroDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Com o intuito de reduzir os aspectos ambientais gerados pelo setor de transporte coletivo urbano, algumas tecnologias têm sido desenvolvidas e/ou aperfeiçoadas em ônibus urbanos para substituir e/ou complementar os combustíveis fósseis. O biodiesel, como um combustível alternativo ao diesel fóssil, pode ser utilizado em motores a combustão interna e substituir, total ou parcialmente, o óleo diesel de petróleo. A substituição total do petrodiesel por biodiesel, principalmente em tecnologias futuras, demandaria de motores projetados exclusivamente para esse fim, dada a susceptibilidade de peças e componentes do motor ao desgaste prematuro. Os ônibus elétricos têm sido considerados como opções às motorizações convencionais por diversos fatores. Os motores elétricos oferecem uma eficiência maior e menos ruído sonoro do que os motores de combustão interna; fornecem torque mais elevado em velocidades baixas, o que resulta em melhor aceleração na saída do repouso; e aumentam também a eficiência energética mediante o freio regenerativo. Sendo assim, esta dissertação objetiva realizar uma análise comparativa da avaliação dos potenciais impactos ambientais do transporte coletivo urbano de passageiros atual, no estado de São Paulo, por meio de (i) de ônibus convencionais à combustão interna; e (ii) ônibus elétricos à bateria, com recarga plug-in; considerando tanto o ciclo de vida de suas fontes de energia (etapa well-to-tank, ou do poço-ao-tanque), quanto de seus usos (etapa tank-to-wheel, ou do tanque-à-roda) e dos processos produtivos de seus ônibus. Para isso, os sistemas considerados são: transporte coletivo urbano de passageiros, mediante ônibus a combustão interna, com SCR+ARLA 32, utilizando diesel S-10 (B7) e biodiesel (B100); e transporte coletivo urbano de passageiros, mediante ônibus elétrico à bateria íon-lítio, com recarga plug-in em horários de demanda média e de maior demanda por eletricidade. Os resultados mostram que dentre os dois subsistemas de transporte coletivo urbano elétrico, quando se considerou o perfil de geração de eletricidade, conclusões semelhantes foram aplicáveis uma vez que ambos os perfis de geração apresentaram variação relativamente pequena. Já dentre a mobilidade a combustão interna, o ciclo de vida do biodiesel metílico de soja, ou diesel (B100), quando utilizado em ônibus urbano no estado de São Paulo, apresentou pior desempenho ambiental que a mistura diesel (B7) em cinco categorias: Depleção Abiótica; Ecotoxicidade de Água Doce; Ecotoxicidade Terrestre; Acidificação e Eutrofização. Nas demais categorias, o diesel (B7) possuiu maior potencial de impacto ambiental que o biodiesel (B100), sendo inclusive pior que a motorização elétrica (em ambos horários) nas categorias de Depleção Abiótica (combustíveis fósseis), Aquecimento Global e Depleção da Camada de OzônioAbstract: In order to reduce environmental potentials impacts caused by urban collective transportation sector some technologies have been developed and/or improved for urban buses to replace and/or complement the use of fossil fuels. Biodiesel, as an alternative to fossil diesel, can be used in internal combustion engines and replace totally or partially diesel oil. The total replacement from diesel oil to biodiesel, especially in future technologies, would require engines designed exclusively for this purpose, given the susceptibility of its parts and components to premature wear. Electric buses have been considered as options to conventional powertrains by several factors. Electric engines offer a bigger efficiency and less noise than internal combustion engines; provide higher torque at low speeds, resulting in a better acceleration out of repose; and increase energetic efficiency in front of regenerative brake. Therefore, this dissertation aims to carry out a comparative analysis of the evaluation of the potential environmental impacts of urban collective transport of passengers, in the state of São Paulo, through (i) conventional internal combustion buses; and (ii) battery electric buses, with plug-in recharge; considering the life cycle of their energy sources (well-to-tank step), their uses (tank-to-wheel step) and their productive processes. For that, the considered systems are: urban collective transport of passengers, by internal combustion buses, with SCR+ARLA 32, using diesel S-10 (B7) and biodiesel (B100); and urban collective transport of passengers, by Li-ion battery electric buses, with plug-in recharge during times of average and higher electricity demand. The results show that among the electric urban collective transport subsystems, when the electricity generation profile was considered, similar conclusions were applicable, since both generation profiles showed a relatively small variation. But among the mobility with internal combustion, the biodiesel life cycle of soybean diesel or biodiesel (B100), when used in urban buses in the state of São Paulo, presented worse environmental performance than the diesel blend (B7) in five categories: Abiotic Depletion; Freshwater Ecotoxicity; Terrestrial Ecotoxicity; Acidification; and Eutrophication. In the other categories, diesel (B7) had highers environmental potential impacts than biodiesel (B100) and was even worse than electric motorization (both recharge profiles) in categories of Abiotic Depletion (fossil fuels), Global Warming and Ozone Layer DepletionMestradoPlanejamento de Sistemas EnergeticosMestra em Planejamento de Sistemas Energéticos149081/2016-201 P 07730/2014CNPQFuncam