Foram analisadas as vantagens da condução de estudos de avaliação de ciclo de vida, e as limitações à sua execução em concreto para os Leds. Daí resulta óbvia a impossibilidade de se efectuar no contexto deste trabalho a elaboração de um estudo formal de avaliação de ciclo de vida quer pelos requisitos temporais e de nível de trabalho, quer principalmente pelas limitações de informação que impossibilitam em concreto a fase dois de inventariação de um LCA.
Não obstante tais limitações, pretende-se estudar os impactos ambientais associados à tecnologia Led. Irá para isso ser feita uma estruturação dos componentes que um LCA formal deveria conter, assim como uma enumeração das principais vantagens e desvantagens da tecnologia Led tendo a preocupação de as relacionar com as diferentes fases da vida de uma lâmpada, e fazendo quando possível uma comparação com outras tecnologias de iluminação. Será portanto um estudo com uma perspectiva semelhante à que guia os LCA, sem no entanto ser um estudo formal desse tipo, e é apresentado em seguida.
A avaliação de ciclo de vida aplicada às formas de iluminação Led deverá ter como objectivos analisar de que forma tal tecnologia se comporta ao longo de todo o seu ciclo de vida em termos ambientais, nomeadamente em factores como a emissão de elementos poluentes para a atmosfera, exaustão de recursos naturais, perigos para a saúde pública, etc.
Para fazer a melhor avaliação possível é necessário que o estudo seja do tipo comparativo. Como tal é necessário que juntamente com a avaliação dos Leds seja feito um estudo equivalente sobre as formas alternativas e concorrenciais a esta de iluminação. Ora como foi visto neste trabalho, as diferentes tecnologias têm um determinado nível de adequação às aplicações concretas, sendo então de esperar que o estudo de avaliação de ciclo de vida deva comparar os Leds com as melhores tecnologias no interesse da melhor avaliação possível. Por exemplo, para aplicações de iluminação pública seria aconselhável avaliar as luminárias com lâmpadas de vapor de sódio a alta pressão, lâmpadas de vapor de mercúrio a alta pressão ou eventualmente de iodetos metálicos. Já para aplicações mais gerais, para uso residencial ou em serviços, era conveniente tratar as lâmpadas de incandescência e fluorescentes. A título de exemplo, refira-se que o já mencionado LCA produzido pela OSRAM compara os desempenhos de uma lâmpada de incandescência de 40 watt, uma lâmpada fluorescente compacta (CFL) de 8 watt e uma lâmpada Led de 8 watt [23].
Uma vez definido o objectivo do estudo há que especificar o seu âmbito, ou seja, os produtos concretos em avaliação. Para tal é necessário, de acordo com as normas internacionais, definir a função do produto, a unidade funcional e o fluxo de referência.
Então, para o caso das lâmpadas em estudo, capazes de realizar uma função específica de produção de luz com características iguais ou aproximadas durante um determinado tempo, poderia ser definida uma unidade funcional à custa por exemplo do fluxo luminoso emitido. O fluxo de referência específica a quantidade de produtos necessária para executar a função.
Mais uma vez recorrendo ao estudo da OSRAM têm-se três lâmpadas capazes de produzir fluxos luminosos entre 345 e 420 lúmen, destinadas a funcionarem durante 25000 horas com uma temperatura de cor entre 2700 e 3000 ºK, e um índice de restituição de cores superior a 80. Isto pode ser conseguido de três formas distintas: Uso de 25 lâmpadas de incandescência com um tempo de vida de 1000 horas cada; uso de 2,5 lâmpadas fluorescentes compactas com um tempo de vida de 10000 horas cada; uso de uma lâmpada Led com um tempo de vida de 25000 horas [23].
Seguidamente seria necessário efectuar a definição de fronteira do sistema. Esta define os processos unitários a serem incluídos no sistema e deve contemplar os elementos chave que constituem o produto e as diversas etapas do seu ciclo de vida
Para o estudo do ciclo de vida de uma lâmpada consideram-se as seguintes cinco etapas distintas ilustradas na figura seguinte.
Figura 4.2 – Etapas constituintes do ciclo de vida de uma lâmpada.
A primeira etapa diz respeito à produção dos componentes individuais que integrarão o produto, como por exemplo os materiais semicondutores no caso dos LED, os filamentos das lâmpadas de incandescência, ou os tubos de descarga das lâmpadas fluorescentes. Deve levar em conta, como entradas, os recursos adquiridos nomeadamente as matérias-primas necessárias e os recursos energéticos gastos no processo.
A segunda etapa que concerne o processo de fabrico do produto final é onde é avaliado o processo de manufactura e a junção dos componentes individuais provenientes da primeira etapa. Devem ser considerados os gastos de energia necessários ao processo bem como o uso de matérias auxiliares.
A etapa número três refere-se ao transporte do produto final desde o local de fabrico até aos clientes finais sendo considerados essencialmente os custos de energia associados como os da produção da embalagem, meio de transporte, etc.
A quarta etapa é a de funcionamento da lâmpada, ou seja, o tempo durante o qual ela está pronta a realizar a sua função de produção de luz, em que é levado em conta a energia necessária nomeadamente a energia eléctrica.
Por fim a quinta etapa diz respeito ao fim de vida útil da lâmpada em que é avaliado o tratamento dos diferentes materiais componentes nomeadamente em termos de reciclagem,
quando tal for possível, destruição de componentes e tratamento de detritos. Devem ser considerandos os respectivos custos energéticos em ambos os processos.
Para estas mesmas etapas deve-se definir ainda no âmbito do estudo as saídas de interesse que se relacionam com as categorias de impacte ambiental. Por exemplo, para a categoria de impacte ambiental do potencial de aquecimento global, que mede o contributo de uma substância emitida para a atmosfera no aquecimento global do planeta, devem-se usar como saídas as substancias que no decorrer do ciclo de vida do produto em avaliação são emitidas e têm efeito nesta categoria como as emissões de dióxido de carbono (CO2). Outros exemplos de
categorias de impacte são o potencial de toxicidade para humanos, impacto nos ecossistemas, consumo de recursos naturais, entre outros, dependendo naturalmente da extensão que se queira dar ao estudo.
A fase seguinte à definição de objectivos e âmbitos do LCA é a de inventário de ciclo de vida que envolve os procedimentos de recolha de dados e os procedimentos de cálculo para as entradas e saídas relevantes do produto que foram atrás definidas.
A recolha de dados consiste na obtenção da informação relevante que define os recursos consumidos e os efeitos produzidos associados a cada uma das etapas do ciclo de vida. Neste caso os principais dados de interesse a serem recolhidos como entradas do sistema deverão ser a energia primária necessária ao funcionamento das cinco etapas fundamentais do seu ciclo de vida, como a obtenção das matérias-primas, materiais auxiliares, etc.
A Energia primária é a energia contida em recursos naturais como carvão, petróleo, luz solar, vento, ondas, água dos rios, materiais radioactivos, etc., antes de sofrer alteração na sua natureza. Portanto deve ser considerada, em função do local onde decorrem as etapas do ciclo de vida, e a forma como essa energia primária é transformada nomeadamente em electricidade. Assim, considerando que a fase de utilização e de fim de vida das lâmpadas decorrerá, por exemplo na Europa, deve ser levado em conta os meios de produção de electricidade nesta região. Já para o fabrico de alguns componentes será usual a sua produção em países como a China, Malásia, etc., onde diferentes meios de produção de energia eléctrica são empregues nomeadamente centrais a carvão que acarretam um consumo de energia primário distinto de outros meios de produção e portanto um impacte ambiental diferente.
A actividade de recolha de dados pode frequentemente ser muito exaustiva e consumidora de recursos pelo que é possível que haja restrições práticas que devem ser consideradas e documentadas no relatório de estudo. Em função destas restrições pode haver a necessidade de revisitar o âmbito e o objectivo do estudo na primeira fase.
Como saídas, ou seja, como resultados após o cálculo dependentes das entradas, devem ser obtidos os dados referentes às categorias de impacte ambiental definidas no âmbito do estudo tais como o potencial de aquecimento global. Assim são calculados os valores de interesse tais como o das emissões para a atmosfera, descargas para a água ou solos, entre outros. Os procedimentos de cálculo são necessários após a recolha de dados para produzir os resultados do inventário do sistema. De acordo com as normas, estes procedimentos terão a função de validar os dados recolhidos, relacionar os dados com os processos unitários e com os fluxos de referência da unidade funcional. Então a aplicação destes procedimentos à avaliação de ciclo de vida das lâmpadas deverá resultar na obtenção de valores para o consumo de energia primária e para os parâmetros ambientais de relevo que forem incluídos no estudo.
Apresenta-se de seguida, tal como foi referido, a listagem das principais vantagens e desvantagens ambientais associadas com as lâmpadas de díodos emissores de luz, que se conseguiu apurar. Algumas destas têm por base as conclusões retiradas do estudo LCA da Osram, e tal deve ser encarado com naturalidade pois é usual a comparação entre os resultados obtidos por diferentes estudos de avaliação de ciclo de vida sobre o mesmo produto. Daí a importância do uso do método estandardizado que permita a transparência necessária para fazer essas comparações.
Estas conclusões têm de ser vistas portanto com o adequado espírito crítico, por não estarem quantitativamente fundamentadas, devido ao facto de não ter sido realizado neste trabalho em concreto a metodologia LCA, pelas razões já indicadas. Para além disso, esta relação de vantagens e desvantagens, assim como o mencionar de conclusões obtidas por outros estudos, deve ser entendida como os parâmetros de interesse que um estudo de avaliação de ciclo de vida formal e independente deveria averiguar, confirmando ou não estes resultados.
Uma questão importante é a do consumo de energia associado ao processo de produção das lâmpadas de díodos emissores de luz. De acordo com o LCA realizado pela ORSAM – Siemens os custos de energia associados à manufactura do produto são respectivamente 15.3 Quilowatt- hora (KWh) para as 25 lâmpadas de incandescência, 10.2 KWh para as 2.5 lâmpadas fluorescentes compactas e 9.9 KWh para a lâmpada Led [23]. Isto significa que, embora o custo individual de produção da lâmpada Led seja o mais elevado, levando em conta o tempo total de funcionamento e o número de lâmpadas necessárias de cada tipo, ou seja o fluxo de referência, conclui-se que o custo energético primário para a produção é menor para a tecnologia Led.
Considerando agora o total de energia consumido para todo o ciclo de vida o referido estudo apresentou os seguintes valores: 3302 KWh para as lâmpadas de incandescência e 667 KWh para as fluorescentes compactas e Led [23]. Esses resultados dão uma indicação de que o processo de fabrico dos LED não é, como se poderia pensar, demasiado pesado em termos de consumo de energia quando comparado com as principais alternativas, e representa menos de 2% do gasto energético associado a todo o seu ciclo de vida.
Neste estudo são consideradas para avaliação seis categorias de impacte ambiental sendo uma delas o potencial de aquecimento global, já atrás explicitado, e que foi determinado na unidade de equivalente de C02. Para as lâmpadas de incandescência os resultados ao longo de
todo o ciclo de vida foram de 567 quilogramas (Kg) de equivalentes de C02 enquanto para a
lâmpada CFL e Led foram de 115 Kg de equivalentes de C02 [23]. Nas restantes categorias de
impacte ambiental com potencial de toxicidade para humanos ou potencial de acidificação, os resultados apresentam sempre esta mesma tendência, ou seja, valores equivalentes entre a tecnologia Led e CFL e consideravelmente maiores para a lâmpada de incandescência.
Assim, as principais conclusões anunciadas no estudo são o reduzido custo energético da produção dos Led relativamente ao consumo de todo o ciclo de vida, e um desempenho em termos energéticos e ambiental equivalente entre as lâmpadas Led e CFL e consideravelmente superior relativamente às de incandescência [23].
A constituição dos Led apresenta a grande vantagem de não possuir mercúrio na sua constituição diferenciando-se assim das lâmpadas fluorescentes que são uma das tecnologias mais eficientes actuais para soluções gerais de iluminação. O mercúrio é um metal que se encontra no estado líquido nas condições de pressão e temperatura normais e que é considerado um poluente de alto risco devido aos efeitos tóxicos que pode causar para a saúde humana. A
reciclagem das lâmpadas que contêm mercúrio é portanto obrigatória, mas é de realçar o desenvolvimento de tecnologias que elimine este risco potencial, agravado pelos utilizadores que não fazem o envio das suas lâmpadas usadas para reciclagem.
É necessária a avaliação dos materiais usados na constituição dos Led, especialmente das camadas semicondutoras feitas com compostos químicos como o Arseneto de Gálio Alumínio, Fosfeto de Índio Gálio Alumínio, Nitreto de Índio Gálio entre outros. Estes desenvolvimentos são relativamente recentes e as maiores preocupações, a nível dos fabricantes, residem na melhoria dos níveis técnicos como a eficiência energética. Reforça-se pois a importância da realização dos estudos apropriados nomeadamente em termos de segurança, toxicidade e tratamento dos resíduos de forma a avaliar apropriadamente a qualidade ambiental inerente a esta tecnologia.
Os níveis de eficiência energéticas dos LED na sua fase de utilização são muito superiores aos das lâmpadas de incandescência o que tem uma grande importância em termos de potenciais poupanças económicas mas, principalmente na vertente ambiental, na redução de emissões de gases poluentes para a atmosfera. Nesse sentido, e atendendo aos previsíveis futuros desenvolvimentos expectáveis para a tecnologia, acredita-se que as legislações criadas para proibir gradualmente o uso de equipamentos pouco eficientes como as lâmpadas de incandescência sejam uma decisão fundamentada e com bom suporte científico baseado nos estudos de avaliação de ciclo de vida.
4.4 Comentários
Destaca-se a importância de métodos científicos estandardizados como ferramentas importantes para o desenvolvimento sustentável da tecnologia. Em concreto a avaliação de ciclo de vida - LCA afigura-se como o principal instrumento disponível para esse efeito. Foram vistas as limitações ao desenvolvimento deste tipo de estudos, especialmente no contexto de um trabalho académico, mas ficaram também bem patentes as vantagens que dele podem decorrer como forma de avaliar apropriadamente os impactes ambientais para a área da iluminação.
Salienta-se a escassez de estudos e resultados importantes nesta área realizados a nível profissional e da parte dos agentes mais directamente ligados com a tecnologia, como fabricantes, o que limita em boa medida as conclusões para este trabalho mas reforça a necessidade da execução de estudos deste tipo.
Como principais conclusões, devem-se referir as potenciais vantagens ambientais associadas aos Leds que apontam para a utilidade dos investimentos realizados nesta área. Começa pois a ser cada vez mais pertinente a execução de estudos para o alargamento das aplicações para esta tecnologia.
O trabalho realizado em termos de definição de objectivos e âmbito de um LCA pode ser encarado como fase de partida para uma execução futura de um estudo completo de avaliação de ciclo de vida para os díodos emissores de luz.
Finalmente importa referir que pese embora o elevado tempo dispendido na aprendizagem da metodologia de life cycle assessment, e a sua aplicação à iluminação, não foi possível apresentar resultados devido às dificuldades de aceder a informação e pelo elevado nível de trabalho que um estudo formal deste tipo implica.
Também é importante referir, até para futuros trabalhos académicos deste tipo, que para obter resultados é necessário partir de situações mais específicas do que aquilo que se fez nesta dissertação, ou seja é imperativo ter um conjunto de produtos concretos e a possibilidade de obter informação sobre estes para a execução de uma avaliação de ciclo de vida.
53
Capítulo 5
Aplicações da tecnologia
5.1 Introdução
Uma vez estudados sob o ponto de vista de constituição, princípio de funcionamento e principais características técnicas as mais importantes formas de iluminação é necessário avaliar a adequação das diferentes tecnologias às actividades para as quais é necessário o uso de iluminação artificial.
As aplicações de iluminação são naturalmente muitas com necessidades e características diversas. Assim, para efeito dos assuntos que se pretende discutir neste trabalho irá ser feita uma distinção entre iluminação exterior e interior, verificando quais as soluções práticas mais comuns, analisando genericamente as vantagens e inconvenientes das várias tecnologias, e procurando identificar situações em que seja, num contexto de eficiência energética, adequada a utilização de fontes de iluminação Led.
Depois, irá ser feita uma escolha dos indicadores concretos de relevo para o decisor, que permitam a escolha criteriosa do melhor tipo de solução luminotécnica a implementar nos casos em concreto. O objectivo inerente a esta escolha, não é a análise detalhada dos parâmetros luminotécnicos característicos dos equipamentos. A sua função é a de permitir a escolha genérica entre tecnologias de iluminação proporcionando ao decisor os factores mais relevantes que o auxiliem nessa escolha, e avaliando portanto o potencial de poupança, retorno de investimento, viabilidade de cenários de substituição, redução de emissões etc.
5.2 Iluminação interior
A iluminação interior refere-se às necessidades de iluminar correctamente as áreas onde serão realizadas tarefas específicas por pessoas, incluído portanto o uso doméstico, em serviços ou industrial. Os níveis de iluminação são definidos com recurso essencialmente à grandeza iluminância em função das tarefas específicas a realizar pelos utilizadores. Esses valores encontram-se tabelados em documentação própria da Comissão Internacional de Iluminação,
onde também é usual haver a indicação do índice de restituição de cores, UGR e temperatura de cor da luz adequados. Os níveis de iluminância para iluminação interior situam-se para a generalidade dos casos entre 100 e 2000 lux [24].
A iluminação para uso doméstico caracteriza-se por uma grande variedade de aplicações e onde os aspectos de criatividade e estética têm grande importância pelo que os parâmetros de temperatura de cor e índice de restituição de cores são muito importantes. Uma boa restituição cromática é essencial para aplicações de carácter decorativo em que também é útil empregar fontes com diferentes temperaturas de cor para transmitir diversas tonalidades aos objectos. Na maioria das aplicações é desejável uma distribuição uniforme da luminosidade pelos compartimentos e um fluxo luminoso intenso para que sejam reflectidas em grande detalhe os objectos e superfícies. Muitas vezes interessa criar uma iluminação que transmita uma sensação agradável para os visitantes, recorrendo-se frequentemente a aplicações com múltiplos pontos de luz de pequena intensidade que apresentam um bom efeito estético. Depreende-se pois, que em muitas destas situações a eficiência energética e a poupança económica, embora importantes, não sejam os indicadores de maior interesse para o utilizador.
A iluminação para uso em serviços como escritórios, zonas de atendimento ao público e outras caracteriza-se pela necessidade de soluções funcionais e eficientes sendo os aspectos de ordem estética secundarizados. A luz deve incidir primariamente sob o plano de trabalho onde deve haver uma distribuição tão uniforme quanto possível evitando a formação de sombras e encandeamento. Em oposição à iluminação decorativa devem evitar-se fortes contrastes de luminância e de cor que podem causar cansaço e dificuldade de percepção e concentração nas tarefas e adicionalmente, deve haver uma boa relação entre as fontes de luz artificial e a luz natural tirando o máximo partido desta. Em conclusão, este tipo de utilização deve portanto garantir o conforto visual dos seus utilizadores e faze-lo tão eficientemente quanto possível.
A iluminação de uso industrial caracteriza-se por ter especificações muito próprias consoante as aplicações concretas. Pretende-se pois iluminar convenientemente as tarefas