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Publicação
Life Cycle Assessment of Recycling Used Cooking Oil
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
This dissertation assesses the environmental impact associated with the disposal of domestic used
cooking oil (UCO) and explores sustainable solutions. The research aligns with key sustainable
development goals, specifically those related to a responsible consumption and production as well as
climate action. These objectives underscore the critical importance of prudent resource management,
waste reduction, and climate change mitigation, all of which are central themes within this study.
The research seeks to provide clear answers to crucial questions regarding UCO, a prevalent waste
product and a valuable resource. It explores the impacts of used cooking oil disposal on the water
management cycle, compares recycling versus disposal in wastewater treatment services, and evaluates
the potential of recycling used cooking oil to produce various bioproducts using environmental
indicators like global warming potential.
This work uses the life cycle assessment to evaluate global warming potential, environmental
aspects and impacts associated with UCO throughout its domestic disposal until its treatment/use.
Analyzing three distinct scenarios to assess their environmental implications objectively.
Scenario I replicates existing waste management practices within the European Union. Scenario II
introduces a shift in focus, emphasizing the potential of UCO in biodiesel production. Scenario III
explores the concept of using UCO to manufacture wax and candles. Scenario I is the only one with
positive emissions, of 826 ktonCO2e/FU. The remaining scenarios reduce significantly emissions
reusing the UCO for different bioproducts, Scenario II reduces 2 624 ktonCO2e/FU, while Scenario III
reduces 1 090 ktonCO2e/FU.
A sensitivity analysis is conducted, regarding the main sources of emissions, with an emphasis
on the electricity consumption. Notably, the study highlights that a transition to net-neutral electricity
generation by 2050 holds significant promise in mitigating emissions.
The methodology offers broader applicability for product assessments in a circular economy.
Esta dissertação avalia o potencial de aquecimento global associado ao fim de vida do óleo de cozinha usado doméstico. Numa primeira etapa, avalia o contexto atual Europeu e explora soluções alternativas. A investigação está alinhada com os objetivos de desenvolvimento sustentável das Nações Unidas, especificamente aos objetivos relacionados ao consumo e produção responsáveis, bem como à ação climática, dado que o potencial de aquecimento engloba as emissões de gases com efeito de estufa. Estes objetivos sublinham a importância da gestão prudente dos recursos, da redução de resíduos e da mitigação das alterações climáticas, todos temas centrais deste estudo. A investigação procura formular perguntas e obter respostas cruciais sobre o óleo de cozinha usado doméstico, um resíduo comum, mas que pode ser um recurso valioso. São discutidas as repercussões da eliminação do óleo de cozinha usado doméstico no complexo ciclo de gestão de águas residuais, ao realizar uma análise comparativa da reciclagem do óleo de cozinha usado doméstico versus a eliminação convencional nos serviços de tratamento de águas residuais e a viabilidade da reciclagem do óleo de cozinha usado doméstico para diversos bioprodutos usando uma análise de ciclo de vida com expansão do sistema. A eliminação inadequada de óleos de cozinha usados gera problemas em sistemas de esgotos e estações de tratamento de águas residuais, causando obstruções parciais ou totais em esgotos, aumentando os custos de manutenção, até mesmo a contaminação de aquíferos. Nas estações de tratamento, a presença destes óleos usados prejudica o seu tratamento, aumentando os custos de operação e o consumo de energia. Portanto, torna-se essencial o aproveitamento adequado desses óleos. Esta dissertação utiliza assim a metodologia de análise de ciclo de vida, reconhecida internacionalmente pela sua abordagem sistemática na avaliação dos impactos ambientais de sistemas e produtos. No caso desta dissertação, será aplicada aos impactos associados ao óleo de cozinha usado doméstico desde a sua eliminação em casa, até ao seu destino final de tratamento/utilização, excluindo transporte e infraestruturas. Esta abordagem metodológica tem fases distintas, começando com a definição do objetivo e âmbito do estudo, fornecendo uma clareza inequívoca sobre os objetivos do estudo, fronteiras estabelecidas e público-alvo pretendido. Posteriormente, a fase dos inventários é executada para reunir dados abrangentes sobre o consumo de recursos e emissões atmosféricas de gases com efeito de estufa (CO2e). Na fase de utilização foram feitos ensaios experimentais de comparação de desempenho (tempo de combustão e emissões diretas de CO2) com seis velas fabricadas com óleo doméstico recolhido por alunos e seis velas comerciais à base de parafina. Estes ensaios serviram para confirmar valores típicos da literatura de densidade de óleo doméstico usado, para ter um fator de emissão de CO2 da queima de velas à base de parafina comparável ao existente na literatura para 100% parafina, e para padronizar as quantidades dos componentes típicos de uma vela: pavio, corpo e cera. A diferença entre massas de vela gasta para o mesmo tempo de queima é usada para definir uma equivalência entre quantidade de velas de óleo e quantidade de velas à base de parafina que podem evitar. Foram estabelecidos três cenários distintos para avaliar as suas implicações ambientais de forma objetiva. O Cenário I, que é o cenário base, replica as práticas de gestão de resíduos existentes na União Europeia, relativamente ao óleo de cozinha doméstico usado. Atualmente é gerado a nível europeu cerca de 854 000 toneladas de óleo de cozinha usado doméstico por ano, que é a unidade funcional da nossa análise de ciclo de vida (FU). Neste cenário, o óleo de cozinha usado doméstico é encaminhado maioritariamente para os esgotos e apenas uma pequena fração (5,6%) é reciclada em biodiesel. A produção de biodiesel evita emissões devido à produção e utilização de gasóleo, que é por sua vez creditado como emissões mitigadas. O encaminhamento para os esgotos gera problemas na manutenção dos sistemas de tratamento de águas residuais, com um aumento nos custos associados. Além disso, o acréscimo no consumo de eletricidade para o tratamento das águas devido à presença de óleo de cozinha usado doméstico é um contribuinte significativo para as emissões de gases com efeito estufa. É também adicionado ao sistema as emissões relativas à produção e ao consumo de velas de parafina, para manter as fronteiras do mesmo, uma vez que no cenário final é feita a comparação com velas à base de óleo usado. O Cenário II direciona todo o óleo para a produção exclusiva de biocombustível (biodiesel) evitando uma quantidade maior de gasóleo fóssil produzido e aliviando o custo de tratamento em águas residuais. Neste cenário, o óleo é recolhido e convertido em biodiesel, como uma alternativa sustentável ao gasóleo convencional fóssil. O Cenário III introduz para consideração a produção de velas à base de óleo de cozinha usado doméstico, mantendo a fração do Cenário I para biodiesel e evitando uma certa quantidade de produção de velas à base de parafina. Neste cenário, o óleo é transformado em bioprodutos além de biocombustível, especificamente cera e velas, com o objetivo de substituir as velas mais comuns de parafina, subproduto do petróleo, a quantidade considerada no cenário base. Para avaliar as emissões totais de cada cenário, foram consideradas todas as componentes do sistema. Isso incluiu emissões associadas a todos os elementos contabilizados no estudo, como as decorrentes do tratamento de águas devido à presença de óleo de cozinha usado doméstico, bem como as provenientes da produção e utilização de biodiesel. Além disso, a análise incorporou créditos, tanto positivos quanto negativos, relacionados às emissões associadas ao consumo e produção de gasóleo, à fabricação e utilização de velas de parafina, e à produção e uso de velas de óleo usado. De notar que as emisões de CO2 produzidas na queima dos produtos obtidos de óleo usado foram consideradas biogénicas, isto é, não foram contabilizadas. Durante toda a análise foi utilizada a geração de eletricidade média europeia dos últimos três anos disponíveis (2019-2021), cujo fator de emissão é de 253 gCO2e/kWh. O Cenário I é o único com um total de emissões positivas, com cerca de 826 ktonCO2e/FU. Os restantes cenários diminuem substâncialmente as emissões de gases com efeito de estufa para a atmosfera devido ao reaproveitamento do óleo usado para a produção de bioprodutos. O Cenário II reduz as emissões em 2 624 ktonCO2e/FU, com o reaproveitamento do óleo para produção de biodiesel, e o Cenário III reduz cerca de 1 090 ktonCO2e/FU, com a produção de bioprodutos como a cera e velas. Estas reduções são de grande relevância para a mitigação das emissões de gases com efeito estufa e indicam a viabilidade de estratégias de reaproveitamento de óleo usado para reduzir o impacto ambiental. Uma análise de sensibilidade é feita considerando diferentes fatores de emissão de gases com efeito estufa para a geração de eletricidade e gás natural, bem como um processo diferente de produção de biocombustível. Notavelmente, quando a eletricidade é produzida de forma mais sustentável, com emissões quase zero até 2050, os resultados demonstram uma alteração significativa nas emissões, nomeadamente nos cenários I e III, pese embora haja uma diminuição no primeiro e um aumento no segundo continuando a ser preferivel, do ponto de vista do aquecimento global, não encaminhar o óleo para as estações de tratamento de águas residuais, aproveitando o para bioprodutos.
Esta dissertação avalia o potencial de aquecimento global associado ao fim de vida do óleo de cozinha usado doméstico. Numa primeira etapa, avalia o contexto atual Europeu e explora soluções alternativas. A investigação está alinhada com os objetivos de desenvolvimento sustentável das Nações Unidas, especificamente aos objetivos relacionados ao consumo e produção responsáveis, bem como à ação climática, dado que o potencial de aquecimento engloba as emissões de gases com efeito de estufa. Estes objetivos sublinham a importância da gestão prudente dos recursos, da redução de resíduos e da mitigação das alterações climáticas, todos temas centrais deste estudo. A investigação procura formular perguntas e obter respostas cruciais sobre o óleo de cozinha usado doméstico, um resíduo comum, mas que pode ser um recurso valioso. São discutidas as repercussões da eliminação do óleo de cozinha usado doméstico no complexo ciclo de gestão de águas residuais, ao realizar uma análise comparativa da reciclagem do óleo de cozinha usado doméstico versus a eliminação convencional nos serviços de tratamento de águas residuais e a viabilidade da reciclagem do óleo de cozinha usado doméstico para diversos bioprodutos usando uma análise de ciclo de vida com expansão do sistema. A eliminação inadequada de óleos de cozinha usados gera problemas em sistemas de esgotos e estações de tratamento de águas residuais, causando obstruções parciais ou totais em esgotos, aumentando os custos de manutenção, até mesmo a contaminação de aquíferos. Nas estações de tratamento, a presença destes óleos usados prejudica o seu tratamento, aumentando os custos de operação e o consumo de energia. Portanto, torna-se essencial o aproveitamento adequado desses óleos. Esta dissertação utiliza assim a metodologia de análise de ciclo de vida, reconhecida internacionalmente pela sua abordagem sistemática na avaliação dos impactos ambientais de sistemas e produtos. No caso desta dissertação, será aplicada aos impactos associados ao óleo de cozinha usado doméstico desde a sua eliminação em casa, até ao seu destino final de tratamento/utilização, excluindo transporte e infraestruturas. Esta abordagem metodológica tem fases distintas, começando com a definição do objetivo e âmbito do estudo, fornecendo uma clareza inequívoca sobre os objetivos do estudo, fronteiras estabelecidas e público-alvo pretendido. Posteriormente, a fase dos inventários é executada para reunir dados abrangentes sobre o consumo de recursos e emissões atmosféricas de gases com efeito de estufa (CO2e). Na fase de utilização foram feitos ensaios experimentais de comparação de desempenho (tempo de combustão e emissões diretas de CO2) com seis velas fabricadas com óleo doméstico recolhido por alunos e seis velas comerciais à base de parafina. Estes ensaios serviram para confirmar valores típicos da literatura de densidade de óleo doméstico usado, para ter um fator de emissão de CO2 da queima de velas à base de parafina comparável ao existente na literatura para 100% parafina, e para padronizar as quantidades dos componentes típicos de uma vela: pavio, corpo e cera. A diferença entre massas de vela gasta para o mesmo tempo de queima é usada para definir uma equivalência entre quantidade de velas de óleo e quantidade de velas à base de parafina que podem evitar. Foram estabelecidos três cenários distintos para avaliar as suas implicações ambientais de forma objetiva. O Cenário I, que é o cenário base, replica as práticas de gestão de resíduos existentes na União Europeia, relativamente ao óleo de cozinha doméstico usado. Atualmente é gerado a nível europeu cerca de 854 000 toneladas de óleo de cozinha usado doméstico por ano, que é a unidade funcional da nossa análise de ciclo de vida (FU). Neste cenário, o óleo de cozinha usado doméstico é encaminhado maioritariamente para os esgotos e apenas uma pequena fração (5,6%) é reciclada em biodiesel. A produção de biodiesel evita emissões devido à produção e utilização de gasóleo, que é por sua vez creditado como emissões mitigadas. O encaminhamento para os esgotos gera problemas na manutenção dos sistemas de tratamento de águas residuais, com um aumento nos custos associados. Além disso, o acréscimo no consumo de eletricidade para o tratamento das águas devido à presença de óleo de cozinha usado doméstico é um contribuinte significativo para as emissões de gases com efeito estufa. É também adicionado ao sistema as emissões relativas à produção e ao consumo de velas de parafina, para manter as fronteiras do mesmo, uma vez que no cenário final é feita a comparação com velas à base de óleo usado. O Cenário II direciona todo o óleo para a produção exclusiva de biocombustível (biodiesel) evitando uma quantidade maior de gasóleo fóssil produzido e aliviando o custo de tratamento em águas residuais. Neste cenário, o óleo é recolhido e convertido em biodiesel, como uma alternativa sustentável ao gasóleo convencional fóssil. O Cenário III introduz para consideração a produção de velas à base de óleo de cozinha usado doméstico, mantendo a fração do Cenário I para biodiesel e evitando uma certa quantidade de produção de velas à base de parafina. Neste cenário, o óleo é transformado em bioprodutos além de biocombustível, especificamente cera e velas, com o objetivo de substituir as velas mais comuns de parafina, subproduto do petróleo, a quantidade considerada no cenário base. Para avaliar as emissões totais de cada cenário, foram consideradas todas as componentes do sistema. Isso incluiu emissões associadas a todos os elementos contabilizados no estudo, como as decorrentes do tratamento de águas devido à presença de óleo de cozinha usado doméstico, bem como as provenientes da produção e utilização de biodiesel. Além disso, a análise incorporou créditos, tanto positivos quanto negativos, relacionados às emissões associadas ao consumo e produção de gasóleo, à fabricação e utilização de velas de parafina, e à produção e uso de velas de óleo usado. De notar que as emisões de CO2 produzidas na queima dos produtos obtidos de óleo usado foram consideradas biogénicas, isto é, não foram contabilizadas. Durante toda a análise foi utilizada a geração de eletricidade média europeia dos últimos três anos disponíveis (2019-2021), cujo fator de emissão é de 253 gCO2e/kWh. O Cenário I é o único com um total de emissões positivas, com cerca de 826 ktonCO2e/FU. Os restantes cenários diminuem substâncialmente as emissões de gases com efeito de estufa para a atmosfera devido ao reaproveitamento do óleo usado para a produção de bioprodutos. O Cenário II reduz as emissões em 2 624 ktonCO2e/FU, com o reaproveitamento do óleo para produção de biodiesel, e o Cenário III reduz cerca de 1 090 ktonCO2e/FU, com a produção de bioprodutos como a cera e velas. Estas reduções são de grande relevância para a mitigação das emissões de gases com efeito estufa e indicam a viabilidade de estratégias de reaproveitamento de óleo usado para reduzir o impacto ambiental. Uma análise de sensibilidade é feita considerando diferentes fatores de emissão de gases com efeito estufa para a geração de eletricidade e gás natural, bem como um processo diferente de produção de biocombustível. Notavelmente, quando a eletricidade é produzida de forma mais sustentável, com emissões quase zero até 2050, os resultados demonstram uma alteração significativa nas emissões, nomeadamente nos cenários I e III, pese embora haja uma diminuição no primeiro e um aumento no segundo continuando a ser preferivel, do ponto de vista do aquecimento global, não encaminhar o óleo para as estações de tratamento de águas residuais, aproveitando o para bioprodutos.
Descrição
Tese de mestrado, Engenharia da Energia e Ambiente, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Fluxo de óleo usado Europeu tratamento de águas residuais produção de biodiesel produção de velas de parafina potencial de aquecimento global Teses de mestrado - 2024