Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Emissões de Gases de Efeito Estufa em Reservatórios de Centrais Hidrelétricas Projeto Estratégico P&D ANEEL das Empresas Eletrobras Jorge Machado Damazio Pesquisador DEA Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

JUSTIFICATIVA Reservatórios de hidroelétricas são sistemas aquáticos artificiais, que têm sido identificados como potenciais fontes de gases de efeito estufa (GEE) para a atmosfera (Rudd et al. 1993; St Louis et al. 2000). A idéia original apresentando as hidroelétricas como fontes limpas de energia foi contestada de maneira veemente no início da década passada (Kelly et al. 1994; Rudd et al. 1993). Recentemente, a discussão retomou força e o papel dos reservatórios hidroelétricos para a emissão global de carbono para a atmosfera voltou a ser debatido (Giles 2006; Rosa et al. 2004). 2

JUSTIFICATIVA Do ponto de vista ecológico, a decomposição da biomassa inundada representa a principal fonte de emissão de gases nos primeiros anos de operação da usina (Abril et al. 2005; Galy-Lacaux et al. 1999; Tremblay et al. 2004). O processo de enchimento destes sistemas está associado a altas taxas de atividade bacteriana e produção de gases de efeito estufa (Galy-Lacaux et al. 1999). A atividade bacteriana decompõe a fração orgânica do carbono, convertendo-a para formas inorgânicas e dissolvidas, como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). 3

JUSTIFICATIVA Nos primeiros dez anos grande parte da biomassa inundada é decomposta (Roland, et al 2009). Posteriormente a essa "lavagem" do carbono orgânico inundado, o metabolismo dos reservatórios passa a ser dirigido por fontes alóctones de carbono (originado na bacia e carreado pelos rios e por águas superficiais periféricas - "runoff") e fixação pela produção primária. 4

JUSTIFICATIVA Níveis baixos de oxigênio nas camadas profundas próximas ao sedimento favorece a geração de metano (Lima 2005; Utsumi et al. 1998a). A superfície dos reservatórios é responsável pelas principais trocas gasosas com a atmosfera (Abril et al. 2005), porém, emissões significativas podem acontecer após a passagem da água pelas turbinas (Kemenes et al. 2007; Roehm and Tremblay 2006). 5

JUSTIFICATIVA Parte do estoque de metano dissolvido na água pode ainda ser oxidado na coluna da água e emitido como CO2 (Guerin and Abril 2007; Tremblay et al. 2004; Utsumi et al. 1998b). Os gases produzidos nos reservatórios podem ser estocados permanentemente no sedimento destes sistemas. Estimativas recentes sugerem que os sedimentos dos reservatórios estocam mais carbono do que todos os lagos naturais combinados (Cole et al. 2007; Downing et al. 2008). 6

Balanço de Carbono em Reservatórios 7

Balanço de Carbono em Reservatórios Entradas e saídas de carbono em reservatório, esse representado como retângulo de linhas mais grossas. (Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas ) 8

Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas. 2003 A 2008 Principais aspectos observados :  O balanço afluente e defluente de carbono orgânico total nos sistemas é geralmente próximo a zero; As emissões difusivas de CO2 no sedimento diminuem com a idade do reservatório; As emissões de metano por bolhas, na interface água-atmosfera, diminuem com a idade do reservatório; A variação espacial nos fluxos de GEE está associada não só a processos biológicos, mas também aos processos físicos relacionados à mistura de massas d’água; - As taxas de emissões de GEE, na interface água-atmosfera nos reservatórios estudados, por geração de energia, são relativamente pequenas quando comparadas às termelétricas. 9

OBJETIVOS 1 - Estabelecer diretrizes para amostragem (espacial e temporal), coleta e preservação de amostras, análises físico-químicas e biológicas, análises dos dados, modelagem e avaliações dos resultados em estudos de emissões de gases de efeito estufa em reservatórios de hidroelétricas, levando em conta os diferentes tipos, tamanhos, idades e localizações de reservatórios no Brasil; 10

METODOLOGIA 11 Na fase inicial serão produzidos dois relatórios: um de organização do conhecimento existente sobre o ciclo do carbono em reservatórios, outro com Diretrizes para o planejamento de campanhas de medição, análises físico-químico-biológicas de amostras, análises de dados e modelagens. as Diretrizes serão consolidadas ao final do projeto Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 11 11

METODOLOGIA Diretrizes para Medições, Analise de Dados e Modelagem em Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios de Hidroelétricas Maio, 2010 Conteúdo 1. Introdução 1.1 Objetivos 1.2 Ciclo Global do Carbono 1.3 Outros Gases de Efeito Estufa 2. Abordagens para Balanço de Carbono em Superfícies 2.1 Principais Processos em Áreas Terrestres 2.1.1 Processos Biológicos 2.1.2 Processo Físicos 2.1.3 Processos Químicos 2.2 Principais Processos em Rios, Lagos em Terras Úmidas 2.2.1 Processos Biológicos 2.2.2 Processos Físicos 2.2.3 Processos Químicos 2.3 Principais Processos em Reservatórios de Hidroelétricas 2.3.1 Aspectos Técnicos Relevantes de Usinas Hidroelétricas 2.3.2 Processos Biológicos 2.3.3 Processos Físicos 2.3.4 Processos Químicos 2.4 Emissões Líquidas em Reservatórios 3. Técnicas de Medição e Planejamento de Experimentos 3.1 Medições em Terra 3.2 Medições na Água 3.3 Medições Meteorológicas 3.4 Sensoriamento Remoto 4. Análise de Dados, Extrapolação e Modelagem 4.1 Filtragem de Dados e Análise Exploratória de dados 4.2 Métodos de Extrapolação 4.3 Modelagem da Bacia Hidrográfica 4.4 Modelagem do Reservatório 4.5 Avaliação de Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios 4.6 Prognostico de Emissões Líquidas de GEE em Reservatórios 5. Referencias Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 12 12

OBJETIVOS 2 - Realizar campanhas de campo para coleta de dados e instalar equipamentos para a medição contínua em um conjunto de 8 reservatórios (Tucuruí e Balbina na Região Norte; Serra da Mesa na Região Centro-Oeste; Xingó na Região Nordeste; Três Marias e Funil na Região Sudeste; e Segredo e Itaipu na Região Sul) e 3 sítios de futuros reservatórios hidrelétricos (Santo Antônio e Belo Monte na Região Norte; e Batalha na Região Centro-Oeste); 13

METODOLOGIA Serão realizadas quatro campanhas de medição nos 11 sítios. As campanhas serão espaçadas no tempo segundo as condições hidrológicas (cheia, seca, e fases intermediárias). Em cada campanha estarão presentes equipes da COPPE/UFRJ, do IIEGA, do INPE , da UFJF e da UFPA/USP. Uma equipe do LACEN da Eletronorte participará das campanhas na região Norte. O Lemma se restringirá a Itaipu. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 14 14

Campanhas Sazonais - Ano 1 SITIOS Mês 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 BATALHA X TRÊS MARIAS XINGÓ SERRA DA MESA TUCURUÍ FUNIL SEGREDO ITAIPU Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 15 15

Campanhas Sazonais - Ano 2 SITIOS Mês 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 BATALHA X TRÊS MARIAS XINGO SERRA DA MESA TUCURUI BALBINA BELO MONTE MADEIRA FUNIL SEGREDO ITAIPU Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 16 16

METODOLOGIA A equipe da COPPE/UFRJ fará estimativas dos fluxos de gases na interface água, Amostras à montante, jusante e em diversas regiões dos reservatórios por faixa de profundidade, Funis de captação de bolhas que emanam do fundo do lago e Câmaras de difusão que captam o transporte vertical dos gases por difusão. Medições "in loco" de fluxos de gases através de analisador portátil de gases traços. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 17

Câmaras de Difusão Procedimentos de Uso das Câmaras de Difusão Miniaturizadas em Experimento de Equilibração. (Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas) Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 18

Funis Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 19

METODOLOGIA A equipe da COPPE quantificará o aporte de carbono, escolhendo nos principais tributários pontos de medições de concentrações de carbono orgânico dissolvido e particulado. Serão feitas também medidas de concentração de carbono a jusante e medidas de saída de carbono para o sedimento pelo método radiométrico (210Pb) e pelo método do traçador silício. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 20

METODOLOGIA A equipe da UFJF utilizará em cada reservatório uma malha amostral ampla para a coleta de dados relacionados aos processos metabólicos (produção e respiração bacteriana e fitoplanctônica) utilizando medições de 14C, analisador de fitoplancton e analisador de gases infravermelho nas amostras coletadas. Além das quatro campanhas integradas, a equipe da UFJF promoverá um monitoramento mensal de parâmetros limnológicos nos oito reservatórios e campanhas de estudos de caso em Funil, Três Marias, Balbina e Itaipu durante a ocorrência de variações de condições ambientais quando serão feitas medições visando o estabelecimento de relações entre flutuações de variáveis ecológicas e de fluxos de GEE Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 21

METODOLOGIA As equipes do INPE e do LACEN também farão medições de fluxos de gases com câmaras de difusão na interface água-atmosfera e coluna d´água. A equipe do IIEGA focará a estimativa de fluxos de CO2, CH4 e N2O e as concentrações de carbono e nutrientes na interface água-sedimento. Esta equipe coletará sedimentos em alguns locais do reservatório onde também se coletará amostras na coluna d´água e superfície. A equipe analisará gases na água intersticial (cromatografia gasosa). Serão quantificados os fluxos difusivos nos sedimentos e na interface água-sedimento. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 22

METODOLOGIA A equipe da UFPA/USP coletará amostras nos reservatórios para em laboratório isolar, cultivar e caracterizar morfológica e geneticamente arquéias metanogênicas e bactérias metanotróficas nos reservatórios objeto de estudo, procedendo a medições de expressão dos genes mcrA e pmoA, envolvidos respectivamente na metanogênese e metanotrofia. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 23

METODOLOGIA O INPE instalará e operará em cada um dos 8 reservatórios já estabelecidos uma plataforma de monitoramento SIMA. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 24

METODOLOGIA O sistema de medição automática permitirá monitorar temperatura da água, pH e turbidez, oxigênio e CO2 dissolvidos, condutividade, nitrato, amônia, profundidade relativa, temperatura do ar, pressão atmosférica, radiação solar, direção e intensidade do vento, direção e intensidade da corrente e, profundidade relativa. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 25

METODOLOGIA Os dados coletados em intervalo de tempo pré-programado são transmitidos via satélite. SATÉLITES BRASILEIROS downlink uplink INPE Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. Internet SIMA Internet Usuários Usuários 26

METODOLOGIA A pesquisa aplicará o método de medição de covariâncias turbulentas para o cálculo de emissões no lago de Itaipu onde já existe uma boa estrutura de medição operada pelo Lemma em uma pequena ilha ao largo do Município de Missal. Medições contínuas de fluxos de CO2 serão realizadas utilizando equipamentos já disponíveis no Lemma; durante as campanhas de medição com câmaras, serão também realizadas medições de fluxos de CH4 com um novo analisador especialmente adquirido para esta pesquisa. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 27

METODOLOGIA Pretende-se também aplicar o método de transferência de massa em todos os lagos contemplados nesta pesquisa instalando no SIMA um termistor flutuante protegido da radiação solar e medidores de concentração de CO2 a 0,5 m e 2,00 m de altura sobre a água. O mesmo método será testado na torre do lago de Itaipu. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 28

METODOLOGIA Será desenvolvido pelo INPE um banco de dados para organizar os dados coletados pelas equipes. Um espelho deste banco de dados será reproduzido no CEPEL. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. Visão geral da página de acesso aos dados do banco.(Fonte: Relatório COPPE para o Projeto Balanço de Carbono - Reservatórios de Furnas) 29

METODOLOGIA Para apoiar a definição dos pontos de coleta de dados e as fases de interpolação e extrapolação, para cada reservatório amostrado a equipe da COPPE desenvolverá e validará um modelo hidrodinâmico, através do Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental (SisBaHiA). Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 30

METODOLOGIA Isolinhas de tempos de residência no verão, ao longo de 90 dias, nos braços dos polígonos de aqüicultura no reservatório de Três Marias – MG, decorrentes de fluxos promediados na coluna de água (2DH). A razão do surpreendente resultado para o polígono P6 fica evidente ao se verificar o vórtice que se forma na enseada, por conta dos ventos predominantes de NE Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 31

OBJETIVOS 3 - Desenvolver modelos para avaliação de emissões líquidas de GEE em reservatórios. 4 - Levantar e definir boas práticas para o gerenciamento relativo às emissões de GEE em reservatórios hidrelétricos; Serão utilizados modelos ecofisiológicos acoplados a modelos de trocas superfície-vegetação-atmosfera direcionados para avaliações de emissões líquidas de gases de efeito estufa e para a busca de medidas de mitigação e controle que sejam realistas para o Setor Elétrico. 32

OBJETIVOS 5 - Promover a divulgação e disseminação dos resultados do estudo; 6 - Capacitar equipes técnicas para a coleta, análise, tratamento e modelagem dos dados referentes às emissões de GEE em reservatórios. 33

EQUIPE Instituições Participantes: Total – 108 Pesquisadores ELETRONORTE - Proponente FURNAS - Cooperada CHESF - Cooperada CEPEL - Executora COPPE/UFRJ - Executora INPE - Executora UFJF - Executora IIEGA - Executora UFPA/USP - Executora LEMMA/UFPR - Executora LACEN/Eletronorte - Executora Total – 108 Pesquisadores Doutor – 49 Mestre – 31 Especialistas – 10 Superior Jr. – 6 Superior Pleno – 8 Superior Sênior – 4 Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. UFRN - Consultora UFF - Consultora UFRA – Consultora 34 34

Qualificação dos Pesquisadores EQUIPE Qualificação dos Pesquisadores Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 35 35

CRONOGRAMA – Etapas – Ano 1 Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 36 36

CRONOGRAMA – Etapas – Ano 2 Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 37 37

RESULTADOS ESPERADOS Padrões e diretrizes de amostragem (espacial e temporal), coleta e preservação de amostras, análises físico-químicas e biológicas, análises de dados e avaliações dos resultados em estudos de GEE em reservatórios de hidroelétricas, levando em conta os diferentes tipos, tamanhos, idades e localizações de reservatórios no Brasil; Modelo para avaliação das emissões de GEE em reservatórios a partir de sua aplicação em 11 sítios (8 reservatórios e 3 futuros reservatórios) brasileiros, onde serão realizadas campanhas de medição; Manual de Boas Práticas para gerenciamento de GEE em reservatórios. Slide exemplificando título + itemização + fotos com legendas. As legendas devem ser em corpo 10, centralizadas em relação à imagem. 38 38