Avaliação do Ciclo de Vida do Aço: Impulsionando o Crescimento Sustentável da Indústria

A indústria siderúrgica é a segunda maior do mundo, superada apenas pelo setor de petróleo e gás. O aço está presente em praticamente todos os setores da sociedade moderna: construção civil, embalagens, transporte, energia e energias renováveis. Não existem materiais ou produtos onde o aço não esteja presente ou não tenha desempenhado papel na sua produção.

Produção e Importância do Aço

A produção de aço bruto mais do que dobrou nas últimas três décadas, atingindo 1.864 milhões de toneladas em 2020 e 1.869 milhões de toneladas em 2019. O aço continua sendo a espinha dorsal e facilitador da evolução e progresso social. As cidades inteligentes do futuro serão construídas sobre o aço. Por ser um ativo infinitamente reciclável e reutilizável, seu uso ajuda a reduzir a pressão sobre os recursos naturais do planeta.

O alto nível de produção torna o setor siderúrgico mais responsável pelo seu impacto ambiental. É imperativo analisar os processos da indústria para obter uma visão clara dos principais impactos ambientais e possíveis soluções baseadas na economia circular.

Propriedades do Aço Relevantes para a Sustentabilidade

O aço possui uma combinação de propriedades essenciais na tomada de decisão na fase de projeto:

• Propriedades químicas, metalúrgicas e mecânicas
• Resistência à corrosão
• Resistência ao fogo
• Reciclabilidade
• Longa vida útil
• Requisitos de manutenção
• Requisitos higiênicos
• Estética
• Influência ambiental

Os aços podem ser reciclados sem perda de qualidade. Como as ligações metálicas são restauradas na resolidificação, os aços recuperam continuamente suas propriedades originais de desempenho, mesmo após múltiplos ciclos de reciclagem. Isso permite seu uso repetido para a mesma aplicação. Em contraste, as características de desempenho da maioria dos materiais não metálicos degradam-se após a reciclagem.

Conteúdo Reciclado e Taxa de Reciclagem Fim de Vida

Produtos de aço feitos via rota integrada tipicamente têm conteúdo de sucata de processo retornado entre 10% e 20%, enquanto produtos de aço no fim de vida são reciclados em taxas de 85% a 95%. O método de "conteúdo reciclado" incorpora apenas benefícios ambientais realizados hoje, enquanto o método "fim de vida" contabiliza também benefícios futuros da sucata gerada no fim de vida. Para a indústria do aço, a "taxa de reciclagem fim de vida" é o indicador mais apropriado, embora volumes disponíveis de sucata fim de vida sejam insuficientes para atender à demanda atual.

Produção Primária e Impactos Ambientais

A produção de aço primário (virgem) tipicamente inclui mineração e concentração de minério, fundição e refino para obter aço da química especificada. Em cada etapa, impurezas e subprodutos são separados e a concentração de ferro no produto final aumenta. O refino do aço a purezas suficientes frequentemente necessita de estágios de fusão intensivos em energia e precisamente controlados, normalmente baseados no uso de combustíveis fósseis diretamente como redutor ou indiretamente para calor e eletricidade. A produção de ferro e aço responde por emissões substanciais de dióxido de carbono (CO2) industriais globais.

Na área de mineração e beneficiamento, processos consistem em tratar minérios em solução líquida para concentrar o minério separando-o dos minerais associados. Em alguns processos, temperaturas muito altas não são normalmente necessárias e o tratamento pode ocorrer em altas pressões, demandando energia para mantê-las. A intensidade energética dos processos de mineração e beneficiamento tende a aumentar com o tempo, à medida que as minas migram de minérios de alto teor para minérios de baixo teor e depósitos mais complexos. O consumo de energia pode ser melhorado por maior eficiência dos processos.

A pirometalurgia envolve tratamento de concentrados de minério em altas temperaturas para separar o ferro de seus constituintes minerais associados. Isso exige uso de combustíveis fósseis em fornos de aquecimento ou eletricidade para alimentar os fornos. A indústria produz diferentes tipos de produtos de aço, que podem ser feitos na mesma usina e a partir dos mesmos processos de produção primária. Cada produto necessita diferentes rotas de processamento para o consumidor final.

Desenvolvimento Sustentável e a Indústria do Aço

Atividades humanas que demandam materiais e energia têm efeitos irreversíveis nos sistemas ecológicos e meio ambiente: mudança climática, esgotamento de recursos naturais, geração de resíduos e poluição. A maioria desses impactos tem consequências perigosas para a saúde e sobrevivência humana, com efeitos de longo prazo. No Relatório Brundtland (1987), desenvolvimento sustentável é definido como "o desenvolvimento que atende às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atenderem às suas próprias necessidades".

A sustentabilidade abrange todo o ciclo de produção: da aquisição de matéria-prima, planejamento, projeto, construção e operações, até o uso e gestão de resíduos fim de vida. É um grande desafio para o futuro da indústria siderúrgica. Vários esforços têm sido feitos para reduzir a pegada de carbono aumentando a reciclabilidade e melhorando processos.

Três Pilares da Sustentabilidade do Aço

A sustentabilidade do aço consiste em três componentes: ambiental, social e econômico.

Componente Ambiental

Três aspectos determinam o impacto ambiental: (i) produção do produto de aço, (ii) uso do produto de aço, (iii) reciclagem do material fim de vida. O impacto é influenciado por: (i) uso de recursos naturais, (ii) gestão ambiental, (iii) prevenção de poluição do ar, água e solo por resíduos gasosos, líquidos e sólidos.

A eficiência de materiais do produto de aço é determinada por três critérios: reduzir, reutilizar e reciclar. As quantidades de matérias-primas para produzir aço devem ser reduzidas melhorando eficiências dos processos para redução de emissões de CO2. Após a vida útil, parte do conteúdo de aço pode ser reutilizada sem perda das propriedades básicas. O aço é 100% reciclável. Toda sucata de aço é reutilizada na produção de novo aço. Subprodutos da produção de aço são usados por várias indústrias, reduzindo necessidade de matérias-primas e conservando recursos naturais.

Componente Social

O impacto social do aço é substancial, influenciado por: (i) padrões de vida, (ii) educação, (iii) comunidade, (iv) igualdade de oportunidades. Um material sustentável não prejudica pessoas que o produzem, manuseiam durante uso, reciclagem e disposição final. O aço não é prejudicial às pessoas nem durante produção nem uso. A segurança — local de trabalho livre de lesões e saudável — é prioridade chave para a indústria. O aço melhora a qualidade de vida viabilizando avanços técnicos.

Componente Econômico

Fatores que influenciam a economia: (i) custo de produção, (ii) lucro, (iii) economia de custos, (iv) crescimento econômico, (v) geração de receitas para investimentos em P&D. O Custo do Ciclo de Vida (LCC) é critério importante. LCC é o custo de um ativo ao longo de seu ciclo de vida, atendendo requisitos de desempenho (ISO 15686-5). É a soma de todos custos relacionados a um produto incorridos durante o ciclo de vida: concepção, produção/fabricação, uso/operação e fim de vida. O aço não é caro se considerado o custo do ciclo de vida. O custo de outros materiais aumenta substancialmente ao longo do tempo, enquanto o custo do aço normalmente permanece constante.

Áreas de Sobreposição

Além dos três pilares, existem três áreas de sobreposição: (i) ambiental-social — preservação do meio ambiente e recursos naturais com efeitos locais e globais; (ii) social-econômico — ética, justiça, saúde, segurança e bem-estar dos empregados; (iii) econômico-ambiental — eficiência operacional, eficiência energética e uso de recursos renováveis.

Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) — Metodologia e Aplicação

A chave para a sustentabilidade do aço é reconhecer que uma abordagem de ciclo de vida completo é a melhor forma de avaliar o impacto ambiental de um produto. Focar apenas em um aspecto, como produção do material, distorce a imagem real, pois pode ignorar impactos aumentados em outra fase, como a fase de uso.

A seleção dos materiais mais apropriados depende de fatores técnicos e econômicos: funcionalidade, durabilidade e custo. Um fator cada vez mais importante é o desempenho ambiental associado às aplicações dos materiais na perspectiva de fabricação e desempenho do produto.

Quantificar as cargas ambientais por estágio do ciclo de vida e a interconexão dos sistemas de produção de produtos de aço é necessário para modelar mudanças globais em tecnologia, substituição de materiais e criticidade de produtos em termos de vulnerabilidade da cadeia de suprimentos e risco de fornecimento. Uma compreensão abrangente permite melhor gestão dos impactos e benefícios dos produtos de aço e uso sustentável informado de recursos.

O que é ACV

A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma avaliação integrada que considera o produto ao longo de todo seu ciclo de vida. A avaliação da sustentabilidade de projetos pode ser conduzida com ferramentas desenvolvidas nos últimos anos. A ACV é uma das metodologias mais completas e detalhadas, baseada no conceito de ciclo de vida. Considera todo o ciclo: extração de matéria-prima, produção de material e requisitos energéticos, uso e tratamento fim de vida. Através de visão sistemática, cargas ambientais são identificadas e possivelmente evitadas.

O objetivo da ACV é criar o perfil ambiental completo de um produto ao longo de todo seu ciclo de vida, mostrando resultados com auxílio de indicadores ambientais de forma compreensível.

Histórico e Padronização

Os primeiros estudos sobre conceito de ciclo de vida foram feitos no final dos anos 1960 e início dos 1970. O primeiro uso do termo "ciclo de vida" foi em relatório sobre análise de custo de ciclo de vida preparado por Novick para a RAND Corporation em 1959. Em 1972, Ian Boustead calculou o uso total de energia na produção de vários tipos de recipientes para bebidas. Em 1992, a SETAC realizou workshops sobre ACV. Em 1993, foram publicadas diretrizes "Avaliação do Ciclo de Vida: Um Código de Prática" (conhecida como "Bíblia da ACV").

Em novembro de 1993, a padronização da ACV começou na ISO (Comitê Técnico TC 207, Subcomitê SC 5). Atualmente a ISO emitiu a série de normas 14040 e Relatórios Técnicos para ACV. A série ISO 14040 descreve a abordagem e rigor necessários, incluindo a necessidade de revisão crítica por terceiros independentes.

A série ISO 14040 inclui: ISO 14040 (Princípios e Estrutura), ISO 14041 (Definição de Objetivo e Escopo e Análise de Inventário), ISO 14042 (Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida - AICV), ISO 14043 (Interpretação do Ciclo de Vida), ISO 14047 (Exemplos de Aplicação da ISO 14042), ISO 14048 (Formato de Documentação de Dados), ISO 14049 (Exemplos de Aplicação da ISO 14041).

Definição e Abordagem

ACV é uma ferramenta para avaliar aspectos ambientais de produtos em todos os estágios de seu ciclo de vida. Definida na ISO 14040 como "compilação e avaliação das entradas, saídas e potenciais impactos ambientais de um sistema de produto ao longo de seu ciclo de vida". O ciclo de vida inclui todos os processos da aquisição de matéria-prima através de produção de material e manufatura até uso e disposição final, incluindo opções de recuperação. Qualquer transporte nessas fases também deve ser contabilizado.

A ACV tem abordagem holística, colocando impactos ambientais em estrutura consistente, onde e quando ocorrerem. É atualmente um dos métodos de avaliação de sustentabilidade mais amplamente reconhecidos e usados. Baseia-se na coleta e gestão de dados de impacto ambiental, frequentemente extraídos de "bancos de dados de inventário do ciclo de vida (ICV)".

Fases da ACV

Um estudo de ACV tipicamente começa pela definição de objetivo e escopo (primeira fase), prossegue para análise de inventário, continua para avaliação de impacto e termina com interpretação. A ACV é um processo computacional (matemático) onde os praticantes podem precisar retornar a outras fases.

Definição de Objetivo e Escopo

O objetivo inclui: (i) aplicação pretendida e público do estudo, (ii) razões para realizar o estudo, (iii) se resultados serão usados em afirmações comparativas e divulgados ao público. O escopo inclui: (i) definição do sistema de produto, (ii) funções e aspectos funcionais, (iii) limite do sistema unitário, (iv) procedimentos de alocação, (v) categorias de impacto, (vi) requisitos de dados, (vii) suposições, (viii) limitações, (ix) requisitos iniciais de qualidade de dados, (x) tipo de revisão crítica, (xi) tipo e formato do relatório requerido.

Unidade Funcional

O propósito primário da unidade funcional é fornecer um sistema de referência mensurável. Para garantir comparabilidade de resultados de ACV, um fluxo de referência também deve ser determinado — a quantidade de produtos necessária para cumprir a função.

Análise de Inventário

Envolve coleta e cálculo de dados relevantes de entrada e saída do sistema de produto. É um processo computacional. Exemplos de dados: matérias-primas, entradas de energia, emissões para ar e água, saídas. Nesta fase, lidando com sistemas que envolvem gama de produtos e sistemas de reciclagem, procedimentos de alocação devem ser considerados. É uma das fases mais demoradas e caras.

Avaliação de Impacto do Ciclo de Vida (AICV)

É uma abordagem relativa baseada em unidade funcional. O objetivo é avaliar potenciais impactos ambientais do produto ou serviço segundo resultados da análise de inventário. Inclui elementos obrigatórios: (i) seleção de categorias de impacto, indicadores de categoria e modelos de caracterização, (ii) classificação e caracterização. Elementos opcionais: normalização, agrupamento, ponderação, análise de qualidade de dados.

Dois métodos principais: orientado a problemas (pontos médios) — impactos como mudança climática, acidificação, eutrofização, criação fotoquímica de ozônio, toxicidade humana; e orientado a danos (pontos finais) — classifica fluxos em grupos de danos ambientais como seres humanos e recursos.

Tabela 1: Categorias de impacto comuns em ACV
Categoria de Impacto	Definição
Aquecimento global	Aumento da temperatura média da Terra
Esgotamento de minerais e combustíveis fósseis	Consumo de recursos energéticos ou materiais não renováveis
Oxidação fotoquímica (smog)	Emissão de substâncias (COVs, óxidos de nitrogênio) para o ar
Toxicidade humana	Exposição humana a concentração aumentada de substâncias tóxicas no ambiente
Depleção de ozônio	Aumento da quebra de ozônio estratosférico
Eutrofização	Aumento da concentração de nutrientes químicos na água e terra
Uso de água	Consumo de água
Uso de terra	Modificação de terra para vários usos
Acidificação	Emissão de substâncias acidificantes para ar e água
Ecotoxicidade	Emissão de substâncias orgânicas e químicas para ar, água e terra

Nota: ACV — Avaliação do Ciclo de Vida, COVs — Compostos Orgânicos Voláteis

Interpretação do Ciclo de Vida

Fase final onde resultados são resumidos e discutidos. Resultados da análise de inventário e avaliação de impacto são avaliados em conjunto. Revela conclusões consistentes com objetivo e escopo definidos, oferecendo sugestões.

Importância da ACV para a Indústria do Aço

Entre ferramentas disponíveis para avaliar desempenho ambiental, a ACV fornece abordagem holística considerando potenciais impactos de todos os estágios de fabricação, uso do produto e fim de vida (reutilização, reciclagem ou disposição). Baseia-se em metodologia sólida e relatórios transparentes, sendo ferramenta importante para auxiliar na formulação de políticas.

O primeiro passo para "fechar o ciclo" de ciclos de vida de produtos através de maior reciclagem e reuso é analisar efetiva e sistematicamente, em termos ambientais, tais sistemas de produto através de ACV.

A ACV auxilia na quantificação e avaliação de cargas e impactos ambientais associados a sistemas de produto e atividades, da extração de matérias-primas até fim de vida e disposição de resíduos. É cada vez mais usada por indústrias, governos e grupos ambientais para auxiliar na tomada de decisão para estratégias relacionadas ao meio ambiente e seleção de materiais.

Inventário do Ciclo de Vida (ICV)

ICV é método estruturado, abrangente e internacionalmente padronizado. Quantifica todas as emissões e recursos consumidos relevantes e impactos ambientais e de saúde relacionados e questões de esgotamento de recursos associados ao ciclo de vida completo de produtos. É uma das fases da ACV. Dados de ICV quantificam material, energia e emissões associadas a um sistema funcional (ex: fabricação de 1 kg de bobina laminada a quente). Esses dados são base para ACVs completas, incluindo AICV, em fronteiras mais amplas e ciclos de vida completos. Também podem abordar questões específicas como pegada de carbono de produtos.

Dados significativos sobre uso de energia em todo ciclo de vida e impactos ambientais mais amplos de aços estão disponíveis em vários bancos de dados de ICV. O aço é material constituinte principal para ampla gama de aplicações: automotivo, construção, embalagens. A indústria reconheceu cedo a necessidade de desenvolver metodologia sólida para coletar dados de ICV mundialmente, para apoiar mercados e clientes.

Os dados de ICV da indústria, pela World Steel Association, quantificam entradas "do berço ao portão" (uso de recursos, energia) e saídas (emissões ambientais) da produção de aço desde: (i) extração de recursos e uso de materiais reciclados, (ii) produção de produtos de aço até o portão da usina, (iii) recuperação e reciclagem fim de vida do aço.

O consórcio ULCOS (Ultra-Low Carbon dioxide Steelmaking), composto por empresas siderúrgicas europeias, parceiros de energia e engenharia, institutos de pesquisa e universidades, desenvolve tecnologias para reduzir emissões de CO2 na produção de aço e usa ACV como uma de suas principais ferramentas de avaliação ambiental. A pesquisa já investigou mais de 80 tecnologias para redução de CO2 e pré-selecionou algumas, avaliando suas características ambientais via paradigma do ciclo de vida.

Vantagens do Pensamento em Ciclo de Vida

A ACV permite avaliar um sistema de produto do ponto de vista ambiental considerando holisticamente todos os estágios do ciclo de vida, da extração de matéria-prima à disposição final. É usada para quantificar cargas ambientais sistêmicas (do berço ao portão ou do berço ao túmulo) de produtos, serviços e tecnologias.

Os impulsionadores da ACV são apoiados por "diretrizes voluntárias nacionais - princípios" pois: (i) fornecem bens e serviços que contribuem para sustentabilidade ao longo do ciclo de vida, (ii) asseguram uso ótimo de recursos ao longo do ciclo de vida do produto, do projeto à disposição, (iii) garantem que todos — projetistas, produtores, membros da cadeia de valor, clientes e recicladores — estão conectados e promovem consumo sustentável.

A ACV também auxilia no "relatório de responsabilidade empresarial" pois fornece relatórios sobre produtos ou serviços cujo design incorporou preocupações sociais ou ambientais, riscos e/ou oportunidades, e detalhes sobre redução durante aquisição/produção/distribuição e uso pelos consumidores no que respeita a uso de recursos (energia, água, matéria-prima) por unidade de produto.

Com a ACV, toda a vida útil de um produto pode ser avaliada: produção, uso e disposição fim de vida. Impactos ambientais ocorrem ao longo de toda a cadeia de suprimentos: no local de produção, na extração de matérias-primas e seu transporte, e em usinas fornecendo energia. Capturar impactos diretos e indiretos ajuda a evitar transferência de carga ambiental de um estágio para outro. Regulamentações que regulam apenas uma fase (uso) podem criar consequências não intencionais, como aumento de emissões de CO2. A modelagem correta do potencial de reciclagem de produtos de aço na fase fim de vida é crítica para o setor competir com outros materiais e demonstrar o desempenho de soluções em aço para atender à demanda por usos sustentáveis "best in class".