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USO DE GÁS NATURAL EM NAVIOS DE APOIO: INFRAESTRUTURA DE
ABASTECIMENTO
Rafaela Fernandes Motta
Projeto de Graduação apresentado ao Curso
de Engenharia Naval e Oceânica da Escola
Politécnica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheira Naval e Oceânica.
Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto
Rio de Janeiro
Agosto de 2015
USO DE GÁS NATURAL EM NAVIOS DE APOIO: INFRAESTRUTURA DE
ABASTECIMENTO
Rafaela Fernandes Motta
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE
ENGENHEIRA NAVAL E OCEÂNICA.
Examinada por:
Prof. Luiz Antônio Vaz Pinto, D.Sc.,DENO/COPPE/UFRJ
(Orientador)
Prof. Luiz Felipe Assis, D.Sc.
Prof. Severino Fonseca da Silva Neto, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
AGOSTO de 2015
iii
Motta, Rafaela Fernandes
Uso de Gás Natural em Navios de Apoio: Infraestrutura
de Abastecimento/ Rafaela Fernandes Motta. – Rio de
Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2015.
IX, 109 p.:il.; 29,7 cm.
Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/
Curso de Engenharia Naval e Oceânica, 2015.
Referências Bibliográficas: p. 110-117.
1. Gás Natural 2. Navios de Apoio 3. Infraestrutura de
Abastecimento. I. Vaz Pinto, Luiz Antônio. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Curso de Engenharia Naval
e Oceânica. III. Titulo.
iv
AGRADECIMENTOS
Mais uma fase da minha história está se encerrando e em nenhum momento estive
sozinha. A todos que estiverem presente comigo nessa caminhada, compartilhando os
desafios e as conquistas, que contribuíram de alguma forma para que esse ciclo se
concretizasse, eu devo profunda gratidão e reconhecimento.
Primeiramente, quero agradecer a Deus pela presença em minha vida e por ter
iluminado a minha trajetória acadêmica.
Aos meus pais, Luiz Cláudio e Ana Maria, que jamais mediram esforços para tornar
possível os meus sonhos e os da minha irmã, incentivadores da minha escolha
profissional desde o princípio. Meu pai um exemplo de homem e profissional, seu
caráter, responsabilidade e determinação são algumas das qualidades em que busco me
espelhar, grande inspiração de superação. A minha mãe, grande amiga e confidente,
com todo o seu amor e dedicação sempre soube me fortalecer e reerguer nos momentos
de dificuldade, de angústia e tristeza. Mulher e profissional admirável, com muita
tranquilidade e serenidade deu todo o suporte necessário para a minha formação. Pais
excepcionais confiaram em mim até mesmo nos momentos em que eu mesma
desacreditei, foram o estímulo para eu continuar lutando por meus objetivos mesmo
quando esses pareciam estar distantes e me dão força a cada dia para seguir adiante e
trilhar o caminho do bem.
A minha querida irmã Marcella por todo o seu apoio e incentivo nas horas de desânimo,
que com a sua alegria e energia sempre soube como transformar as minhas lágrimas em
um grande sorriso. Uma pessoa muito dedicada e atenciosa, sua presença e amor foram
fundamentais nessa caminhada, sempre transmitindo uma palavra de incentivo para que
eu não desanimasse e seguisse em frente..
Ao meu namorado Rodrigo por todo o amor e compreensão em todos esses anos.
Obrigada por sempre estar presente com suas palavras de apoio e motivação, que me
amparou nos momentos de tristeza e também comemorou as vitórias, além de tornar os
meus dias mais fáceis e felizes me dando ânimo e incentivo de prosseguir.
Dedico essa conquista ao meu querido e amado avô Expedito, que infelizmente não está
mais aqui para poder ver mais uma neta se formar. Com certeza, hoje estamos colhendo
os frutos que um dia o senhor plantou. Com toda simplicidade, humildade e amor soube
conduzir nossa família e eu me orgulho muito de fazer parte dessa história. O respeito e
admiração, sem dúvida, foram e são exemplos que nós, familiares, procuramos seguir e
praticar. Muito obrigada por todo esse infinito amor meu querido e eterno herói.
Agradecer a minha avó Marília por todo o carinho dedicado em todos os anos, que com
todo o amor sempre procurou ajudar e contribuir no que estivesse ao seu alcance.
Agradeço também a minha avó Maria por ser um exemplo de mulher guerreira que
sempre soube enfrentar todas as dificuldades com muita garra e determinação,
demonstrando ser uma verdadeira heroína.
v
Agradeço também a todos os meus familiares, tios, tias, primos e primas, que apesar das
distâncias sempre estiveram presentes na minha caminhada. Em especial, ao meu
querido primo Márcio Henrique por ser uma inspiração nos estudos e sempre estar
disposto a ajudar com suas sábias palavras e conhecimento. E ao meu padrinho Rodrigo
pelas conversas e conselhos todos esses anos, por incentivar as minhas escolhas e estar
sempre pronto para contribuir no que for preciso.
Agradeço imensamente também a todas as amizades verdadeiras conquistadas na
faculdade, compartilhamos juntos nossos objetivos, desafios e vitórias. As minhas
queridas amigas e amigos do Básico que enfrentaram comigo os dois primeiros anos
cheio de incertezas e hoje, mesmo em diferentes áreas da Engenharia não deixaram de
ter um lugar especial na minha história e no meu coração. Aos amigos da Naval,
especialmente a turma de 2010.1, que me receberam de braços abertos com todo
carinho, que contribuíram e estiveram comigo nessa trajetória, nas várias madrugadas
de estudo, nas vésperas de prova na sala de estudos, nas semanas enlouquecidas que
antecediam a entrega de trabalhos e na Caninha. Aos amigos Letícia e Bruno, que
estiveram solícitos desde que nos conhecemos, Letícia com toda a sua alegria e carinho
e o Bruno com toda sua paciência e tranquilidade, muito obrigada pelas madrugadas de
estudo, pelos trabalhos em conjunto e por toda a amizade. Não posso deixar de
mencionar a pessoa que mais esteve comigo nos maiores momentos de dificuldade e nos
grandes desafios, minha dupla Juliana. Uma pessoa iluminada e fundamental para tudo
se tornar real. Com toda sua atenção, dedicação e paciência, vamos juntas conquistar a
primeira de muitas etapas que estão por vir. Desejo imensamente um caminho e grande
sucesso e felicidade, estou aqui para vibrarmos juntas as próximas grandes vitórias.
Agradeço também aos professores do curso pelos conhecimentos transmitidos,
principalmente, ao meu orientador, Luiz Vaz pela confiança depositada, desde a
primeira vez em que o procurei esteve disposto a ajudar e contribuir para elaboração do
mesmo. Também agradeço imensamente aos professores Luiz Felipe e Severino pela
atenção e todos os conhecimentos compartilhados e ao gerente da Wärtsilä, Mário
Barbosa, por toda atenção e dedicação no decorrer do projeto, sempre disposto a ajudar
e compartilhar toda a sua experiência.
Agradeço aos meus amigos de infância e de fora da faculdade pelo companheirismo e
amizade de sempre. Mesmo com a minha ausência em muitos encontros vocês sempre
se fizeram presentes de alguma forma e trilharam comigo até aqui grande parte da
minha história.
vi
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheira Naval e Oceânica.
Uso de Gás Natural em Navios de Apoio: Infraestrutura de Abastecimento
Rafaela Fernandes Motta
Agosto/2015
Orientador: Luiz Antônio Vaz Pinto
O aumento dos custos dos combustíveis fósseis que abastecem os motores
convencionais dos navios somados com as crescentes preocupações ambientais,
reforçadas ainda mais pelo surgimento de novos regulamentos, alertam os armadores e
afretadores de navios a adotar medidas que minimizem os impactos nos custos e no
meio ambiente.
O uso do gás natural liquefeito como combustível marítimo apresenta-se como opção
atrativa a substituição dos combustíveis tradicionalmente utilizados no setor marítimo.
Contudo, a fim de que esse combustível se torne competitivo diante dos demais e
efetivamente acessível aos seus consumidores algumas barreiras devem ser superadas.
A sua viabilidade está diretamente relacionada com os investimentos necessários para o
emprego de novas tecnologias que incorporam o uso de gás, bem como com os
investimentos exigidos pela sua infraestrutura de abastecimento.
Ao longo desse trabalho serão abordadas as vantagens e os desafios enfrentados para a
utilização do GNL como combustível marítimo. Em especial, uma análise da
viabilidade dos três modais de abastecimento disponíveis, abastecimento por barcaças
supridoras, abastecimento por caminhões e abastecimento em terminais, quantificando
os custos iniciais e o custo com o uso do novo combustível.
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
Palavras-chave: Gás natural liquefeito, Navios de apoio e Infraestrutura de
abastecimento.
vii
Sumário 1 Apresentação ............................................................................................................. 1
1.1 Introdução .......................................................................................................... 1
1.2 Objetivo ............................................................................................................. 2
1.3 Motivação .......................................................................................................... 2
1.4 Metodologia ....................................................................................................... 3
2 Gás Natural como Combustível Marítimo ................................................................ 4
2.1 Gás Natural ........................................................................................................ 4
2.2 Gás Natural Liquefeito ....................................................................................... 5
2.3 Breve Histórico .................................................................................................. 6
2.3.1 Evolução dos Combustíveis Marítimos ...................................................... 6
2.3.2 Evolução do Mercado de Gás Natural no Brasil ........................................ 7
2.3.3 Oferta e Produção de Gás Natural no Brasil .............................................. 9
2.3.4 Experiência do Gás Natural Liquefeito no Mercado Marítimo ................ 13
3 Viabilidade Técnica................................................................................................. 19
3.1 Tecnologias em Desenvolvimento ................................................................... 20
3.1.1 Motores ..................................................................................................... 20
3.1.2 Tanques de Armazenamento .................................................................... 22
4 Questões de Saúde e Meio Ambiente ...................................................................... 24
4.1 Emissão de Poluentes Produzidos pelo Segmento Marítimo ........................... 24
4.2 Regulamentos da IMO ..................................................................................... 27
5 Viabilidade Econômica ........................................................................................... 32
5.1 Estrutura dos Custos do Transporte Marítimo ................................................. 32
5.2 Incentivos Financeiros ..................................................................................... 33
5.3 Preço dos Combustíveis ................................................................................... 34
5.3.1 Histórico do Preço dos Combustíveis ....................................................... 34
5.3.2 Expectativas dos Preços e Tendências do Mercado de GNL ................... 36
5.3.3 Unidades de Medida ................................................................................. 38
6 Por que Navios de Apoio? ....................................................................................... 38
7 Modais de Abastecimento ....................................................................................... 41
7.1 Plataformas de Abastecimento (Pontos Fixos) ................................................ 42
7.2 Barcaças Supridoras ......................................................................................... 45
7.3 Caminhões ....................................................................................................... 46
viii
7.4 Comparativo entre as Soluções ........................................................................ 48
7.5 Riscos Associados e Medidas Preventivas ...................................................... 48
8 Cadeia de Suprimentos e Infraestrutura do GNL .................................................... 50
9 Viabilidade da Infraestrutura de Gás Natural .......................................................... 51
9.1 Logística de Distribuição e Fornecimento ....................................................... 51
9.2 Desenvolvimento da Logística de Gás Natural Liquefeito .............................. 54
9.3 Localização dos Modais de Abastecimento de GNL ....................................... 55
10 Fundamentação Teórica .......................................................................................... 56
10.1 Valor Presente Líquido .................................................................................... 57
10.2 Cálculo dos Custos ........................................................................................... 57
10.3 Taxa de Desconto ............................................................................................. 60
10.4 Vida útil ........................................................................................................... 61
11 Estudo de Caso ........................................................................................................ 61
11.1 Área de Operação ............................................................................................. 61
11.1.1 Bacia de Campos ...................................................................................... 61
11.1.2 Porto de Referência .................................................................................. 62
11.2 Infraestrutura de Distribuição e Fornecimento de Gás .................................... 63
11.2.1 Malha Dutoviária ...................................................................................... 63
11.2.2 Terminal de Regaseificação...................................................................... 65
11.2.3 Planta de Liquefação ................................................................................ 67
11.3 Navios de Apoio .............................................................................................. 69
11.3.1 Navio PSV ................................................................................................ 69
11.3.2 Frota de Navios PSV ................................................................................ 70
11.4 “Jumborização” ................................................................................................ 72
11.4.1 Exemplo Real de “Jumborização” ............................................................ 72
11.4.2 “Jumborização” dos Navios PSV ............................................................. 73
11.5 Coeficientes de Forma ..................................................................................... 75
11.6 Resistência ao Avanço ..................................................................................... 76
11.7 Potência dos Azimutais .................................................................................... 77
11.8 Potência Thrusters ............................................................................................ 77
11.9 Seleção dos Propulsores ................................................................................... 82
11.10 Balanço Elétrico ............................................................................................... 83
11.11 Tecnologias GNL Adotadas ............................................................................. 84
ix
11.11.1 Layout do Sistema ................................................................................ 84
11.11.2 Motores Dual-Fuel ................................................................................ 85
11.11.3 Sistema LNGPac ................................................................................... 86
11.12 Seleção dos Motores ........................................................................................ 88
11.13 Perfil Operacional ............................................................................................ 89
11.14 Autonomia ....................................................................................................... 90
11.15 Consumo de Combustível ................................................................................ 90
11.16 Seleção Tanques LNGPac................................................................................ 91
11.17 Custos de Capital ............................................................................................. 92
11.17.1 Custo de Aço ......................................................................................... 92
11.17.2 Custo de Maquinário ............................................................................. 95
11.18 Custo Anual ..................................................................................................... 96
11.18.1 Custo de Combustível ........................................................................... 96
11.18.2 Tributação Ambiental ........................................................................... 99
11.18.3 Custo Operacional ............................................................................... 100
11.19 Custo Total ..................................................................................................... 100
11.19.1 PSV 3000 ............................................................................................ 101
11.19.2 PSV 4500 ............................................................................................ 102
11.20 Análise dos Cenários ..................................................................................... 103
11.20.1 Capacidade Requerida ........................................................................ 103
11.20.2 Plataformas de Abastecimento ............................................................ 104
11.20.3 Barcaças Supridoras ............................................................................ 105
11.20.4 Caminhões .......................................................................................... 106
12 Conclusão .............................................................................................................. 107
13 Bibliografia............................................................................................................ 110
1
1 Apresentação
1.1 Introdução
A navegação marítima é considerada um dos modais com maior responsabilidade sob o
transporte global. O escoamento e circulação de grande parte das mercadorias do
comércio mundial são realizados através de navios e embarcações. Além disso, o uso do
transporte marítimo para o deslocamento de pessoas cada vez mais vem se tornando
uma opção atrativa, isso se deve em grande parte ao sucesso do turismo marítimo e
náutico na economia mundial.
O emprego de embarcações na prestação de serviços voltados para as atividades
específicas, como o serviço e transporte offshore ganhou suma importância nas últimas
décadas. A relevância estratégica do petróleo em âmbito nacional e internacional elevou
os investimentos na busca e na exploração desse recurso. Esses por sua vez favoreceram
a incorporação de novas tecnologias e o aprimoramento dos serviços marítimos. Deste
modo, a navegação de apoio tornou-se parceira indispensável para a extração eficiente
do petróleo localizado no mar.
Esse ambiente evidencia a crescente demanda por combustíveis exigida pelo segmento
marítimo. As perspectivas futuras do mercado de combustíveis marítimos, combinadas
com as preocupações ambientais e advento de regulamentos para o controle da poluição
causada por navios, questionam os proprietários e armadores de navios a considerar o
uso de combustíveis de alternativos.
O gás natural liquefeito (GNL) como combustível marítimo constitui-se um forte
substituto e/ou aliado para os combustíveis convencionais que abastecem os motores
dos navios. O uso desse combustível pode contribuir tanto para a sustentabilidade
ambiental quanto para a redução dos custos relacionados aos gastos com combustíveis.
Apesar de ser ambientalmente aceitável e oferecer uma oferta considerável em vários
pontos do planeta, grandes desafios e barreiras devem ser vencidos para que o GNL se
torne um combustível competitivo e acessível aos seus atuais e futuros consumidores. O
investimento em novas tecnologias para a adaptação do maquinário de navios já
2
existentes, bem como o projeto de novas embarcações já levando em conta a adoção do
gás são apenas alguns dos obstáculos a serem superados.
Efetivamente, para que esse combustível possa vir a ser uma opção disponível ao
mercado de combustíveis marítimos, além do investimento em novas tecnologias, o
impasse de infraestrutura de abastecimento deve ser quebrado. Isto é, para que
armadores e afretadores de navios adotem no GNL é preciso que toda a logística de
abastecimento das embarcações esteja disponível, o que tornará viável a sua adesão.
1.2 Objetivo
Com base na frota de navios de apoio da Petrobras, o presente trabalho propõe a
substituição de atuais motores diesel de embarcações PSV’s (Platform Supply Vessel)
por motores dual fuel, isto é, motores alimentados por dois combustíveis, para o
consumo de gás natural.
Contando com cerca de 400 embarcações que atuam na Bacia de Campos e Santos, a
frota de navios de apoio precisa contar com uma infraestrutura de abastecimento para
que a introdução do consumo de gás natural seja possível. Isto é, a garantia de
abastecimento contínuo aos consumidores está diretamente relacionada à existência de
uma infraestrutura que seja capaz de suprir a demanda das embarcações. Portanto, seria
imprescindível definir qual infraestrutura de abastecimento adotar: plataforma de
abastecimento (pontos fixos), barcaças supridoras ou uso de caminhões no porto.
Em vista disso, o objetivo do presente trabalho é avaliar as vantagens econômicas e
ambientais com a utilização de gás natural como combustível marítimo. Para isso, serão
analisados os três diferentes cenários a fim de verificar qual é o mais vantajoso para
atender uma determinada frota de navios de apoio, levando em consideração tanto o
perfil operacional dessas embarcações assim como o local de operação.
1.3 Motivação
A principal motivação para a elaboração do presente trabalho consiste na necessidade de
compreender melhor o uso do gás natural como combustível marítimo para alimentar os
motores dos navios.
3
Estudar essa estratégia que vem sendo empregada e discutida no mundo e que pode se
tornar uma opção vantajosa e atrativa para as empresas e armadores que visam, além de
uma energia mais limpa, um combustível alternativo com potencial de ajudar a atender
as crescentes demandas da navegação frente à elevação dos preços dos combustíveis.
Por meio dos resultados obtidos com o desenvolvimento do projeto será possível ter
uma visão geral dos custos ligados aos navios convertidos para o consumo de gás
natural liquefeito em seus motores. Também serão verificadas as perspectivas de como
enfrentar os altos custos dos combustíveis convencionais e os novos regulamentos com
o uso do GNL e, por fim, as expectativas sobre os modais de abastecimento. Todos
esses contextos, sem dúvida, estimulam o interesse da aluna em desenvolver tal
trabalho.
1.4 Metodologia
A elaboração do trabalho contou com uma vasta busca na internet por fontes de
pesquisa e reportagens, artigos e produções científicas que pudessem de alguma forma
agregar conhecimento e informação ao projeto.
Além disso, foi disponibilizada a aluna uma frota de navios de apoio com cerca de 400
embarcações e suas informações referentes ao tipo de embarcação, porte bruto, empresa
e bandeira. Com base nessa frota foi possível verificar uma grande demanda por
embarcações do tipo PSV (Platform Supply Vessel). Inclusive, esse tipo de embarcação
vem sendo considerado uma forte opção para substituição ou adoção dos motores
movidos a gás natural liquefeito. Diante disso, foi realizado um levantamento de dados
de dois desses PSV’s com porte bruto de 3000 e 4500 toneladas conforme as demandas
encontradas da Petrobras.
A metodologia adotada para o mesmo reside em quantificar os custos relacionados à
conversão dos navios, especialmente, os custos mais elevados relacionados à estrutura,
tecnologia e aos combustíveis. Os últimos serão calculados de acordo com o os
percentuais de operação em posicionamento dinâmico (DP), viagem (Steaming),
fundeado (Stand By) e no porto (Port) desses navios.
4
Ainda, será realizada análise dos três cenários citados, plataformas de abastecimento,
barcaças supridoras e abastecimento por caminhões buscando verificar a viabilidade
desses modais para atender esses navios.
2 Gás Natural como Combustível Marítimo
2.1 Gás Natural
O gás natural, em temperatura ambiente e pressão atmosférica, é um gás inodoro e
incolor composto por uma mistura de hidrocarbonetos leves. Com predominância de
metano (CH4), o mesmo é dividido em duas categorias, associado e não-associado. O
associado é aquele dissolvido no petróleo enquanto que o não-associado é aquele
encontrado de maneira isolada. Conforme pode ser visto na figura abaixo a primeira
imagem mostra o gás em solução enquanto a segunda imagem mostra o gás livre.
Figura 1 - Gás Associado x Gás Não Associado
Fonte: [1]
Apesar de ser um combustível fóssil e, portanto, fonte de energia não renovável, o gás
natural é considerado uma fonte de energia limpa por oferecer menores riscos ao meio
ambiente do que os combustíveis convencionais como petróleo e carvão mineral. Dentre
algumas vantagens pode-se destacar a baixa presença de contaminantes, isento de
enxofre e cinzas, ou seja, combustão mais limpa e menor contribuição de emissões de
CO2 por unidade de energia gerada. [1,3]
5
2.2 Gás Natural Liquefeito
O gás natural liquefeito é obtido por meio do processo de liquefação do gás natural à
temperatura de aproximadamente -162°C e à pressão atmosférica. No estado líquido o
seu volume é reduzido de 1/600 em relação ao ocupado nas condições ambientais e pesa
menos de 500 kg/m³, isto é, metade do peso da água para um mesmo volume ocupado.
Tais condições permitem o estoque e facilitam o transporte do gás no estado líquido se
tornando uma opção mais vantajosa que o transporte no estado gasoso.
Figura 2 - Gás Natural x Gás Natural Liquefeito
Fonte: [2]
Todavia, antes do processo de liquefação, o gás natural bruto deve ser submetido a um
conjunto de processos e tratamentos, conforme pode ser visto na figura apresentada a
seguir. São eles: Desidratação para impedir a formação de hidratos ou gelo,
dessulfurização para evitar qualquer risco de corrosão dos equipamentos,
descarbonatação e eliminação dos C5+ com finalidade de evitar a formação de
partículas abrasivas, separação do mercúrio a fim de evitar estragos nas canalizações de
alumínio e a retirada de hélio.
Figura 3 – Unidade de Liquefação
Fonte: [4]
6
O conjunto de trocadores de calor possui o mesmo princípio de funcionamento de um
refrigerador doméstico. Uma mistura de gases, normalmente, metano, etano e propano é
pressurizada, expandindo-se por meio de uma válvula e assim, extraindo calor do gás.
Após esse processo, o GNL pode ser armazenado e então, destinado aos navios. [4]
2.3 Breve Histórico
2.3.1 Evolução dos Combustíveis Marítimos
A crescente especulação sobre o advento do gás natural liquefeito como um substituto e
aliado dos combustíveis marítimos derivados do petróleo, aparentemente, revive
cenários já antes experimentados.
A história do uso dos navios para comércio, navegação e transporte se iniciou com o
uso da própria força humana por meio de remos para propelir as embarcações. O
surgimento da vela, incialmente quadrada, trouxe ao homem a possibilidade de buscar
destinos mais afastados, os navios passaram a utilizar a propulsão mista: remos e velas.
Contudo, as grandes travessias só puderam ser realizadas quando a vela triangular foi
desenvolvida, permitindo a navegação de contravento e, portanto, o abandono dos
remos.
A evolução dos motores a vapor possibilitou que a circulação de pessoas e mercadorias
fosse realizada independente das condições meteorológicas e das direções dos ventos.
Em contrapartida, esses exigiam grandes quantidades de carvão que ocupavam parte do
espaço destinado à carga.
Novas tecnologias deram origem à utilização de óleos de origem marinha para a
propulsão dos navios. Mais eficientes e de fácil operação, esses substituíram de vez o
carvão.
Essa adoção do petróleo como principal combustível das embarcações e navios,
substituindo o carvão, representou umas das maiores mudanças no segmento marítimo.
Na época, muitos países possuíam grandes reservas de carvão e os custos com
importação do novo combustível, o petróleo, eram altos. Na Inglaterra, por exemplo, em
tempos de guerra, as vantagens de navios serem mais rápidos, com menor mão-de-obra
e menos perceptíveis diante dos oponentes, uma vez que produziam menos fumo, foram
7
argumentos utilizados para essa mudança, porém, não foram suficientes para convencer
as autoridades em um primeiro momento.
Do mesmo modo, hoje em dia, existem aqueles que visualizam um futuro promissor na
adoção do gás natural como um dos principais combustíveis marítimos e aqueles mais
conservadores que desacreditam no potencial que esse possa vir a oferecer. Nesse
contexto está a importância de desenvolver trabalhos e estudos que ajudem a
compreender melhor essas mudanças. [5, 6]
Figura 4 – Exemplos dos diferentes modos de propelir um navio
2.3.2 Evolução do Mercado de Gás Natural no Brasil
O mercado de gás natural no Brasil é relativamente recente. Até os anos 90 o mercado
se concentrava em poucos estados brasileiros como o Rio de Janeiro, uma vez que, a
grande parte das reservas se localizava no mar e, portanto, eram pouco exploradas. Por
muito tempo a exploração e produção do gás eram voltadas para complementar a
produção do petróleo.
A partir de 2000 esse cenário teve uma grande mudança com a construção do gasoduto
Brasil-Bolívia. A produção nacional passou a contar com uma oferta mais segura de
grandes volumes de gás, conforme pode ser verificado no gráfico apresentado a seguir.
8
Gráfico 1- Oferta Nacional GN - Disponibilidade Interna x Importação
Fonte: [7]
No período de 2010 a indústria brasileira de gás natural passou por um impasse em
virtude de alguns fatores. A falta de infraestrutura no transporte e a insegurança no
abastecimento do mercado nacional pela Bolívia, juntas, geraram um desequilíbrio entre
a oferta e demanda do produto.
Nos últimos cinco anos que antecederam esse período foi registrado um aumento
considerável da demanda por gás natural pelos segmentos automotivo e industrial no
Brasil. Esse acréscimo foi fruto de uma política de preços deliberada para incentivar a
rápida utilização do gás natural no país. Com o preço inferior aos dos seus concorrentes
diretos, óleo combustível, gasolina e álcool, os custos empregados na conversão para o
uso do gás foram recuperados. Contudo, os crescimentos da oferta foram insuficientes
para atender todo esse aumento, levando a adoção de uma política energética capaz de
assistir a todos os segmentos do país.
Portanto, essas condições impulsionaram o país a desenvolver medidas para atender
essa demanda nacional e, por consequência, geraram um aumento da oferta a fim de
garantir um abastecimento seguro e contínuo do produto no Brasil.
Instalações de regaseificação de gás natural liquefeito foram implantadas em Pecém
(CE) e na Baía de Guanabara (RJ). As novas instalações com capacidades de
regaseificar, respectivamente, 7 milhões de m³/dia e 20 milhões de m³/dia, permitiram
que o Brasil importasse o gás de países mais distantes.
9
Ademais, em 2014 entrou em operação o terceiro terminal de regaseificação de GNL
localizado na Baía de Todos os Santos, Salvador, Bahia. O mesmo possui capacidade de
regaseificar 14 milhões de m³/dia, o que permitiu que a capacidade do país subisse de
27 milhões de m³/dia para 41 milhões de m³/dia praticamente 1,5 vezes a capacidade
importada da Bolívia.
Nos dias atuais, no Brasil e no mundo o gás natural é considerado uma opção
economicamente e ambientalmente vantajosa. Os avanços tecnológicos permitiram que
o gás fosse empregado em grande escala por diversos países, o que culminou na
instalação de quilômetros de gasodutos em todo o mundo e no uso do transporte
marítimo para esse mesmo fim.
Portanto, nos últimos anos, ocorreu um expressivo aumento do gás natural na matriz
energética do Brasil. Além disso, a alternativa de comercializar o produto através do gás
natural liquefeito também vem ganhando espaço no mercado. [7, 8, 9]
2.3.3 Oferta e Produção de Gás Natural no Brasil
No Brasil, a maior parte das reservas de gás natural está localizada no mar, com uma
pequena parcela situada em campos terrestres. Aproximadamente 77% das reservas
brasileiras estão localizadas na região Sudeste conforme pode ser visto abaixo.
Gráfico 2 - Distribuição Percentual das Reservas Provadas de Gás Natural
Fonte: [10]
10
Tabela 1- Reservas Brasileiras provadas de Gás Natural por localização (terra e mar)
Fonte: [10]
Desde os anos 2000 é possível verificar que as reservas de gás natural no país sofreram
um crescimento contínuo e expressivo, conforme está mostrado a seguir. Essa evolução
das reservas brasileiras deve-se em grande parte das descobertas da Bacia de Campos,
fator que pode impulsionar o uso de gás natural como combustível marítimo nessa
região.
Gráfico 3 - Evolução das Reservas Provadas de Gás Natural
Fonte: [10]
11
O fato também da maior parte da produção estar localizada no mar exige um montante
grande de investimentos na exploração e produção desses campos produtores. E ainda,
devido a essa localização, a produção de gás natural no Brasil apresenta uma
concentração em poucos estados como pode ser visto abaixo.
Tabela 2 - Produção Nacional de Gás Natural por localização
Fonte: [10]
Tabela 3- Produção de Gás Natural Líquido por Unidade de Federação
Fonte: [10]
De acordo com a Petrobras [11], os investimentos já realizados em toda a cadeia
associada ao gás natural e os futuros esforços voltados para a produção nacional
garantem que a oferta do país será suficiente para atender a demanda de todos os
compromissos assumidos até 2030.
12
Atualmente, o gás natural ofertado ao mercado nacional é proveniente da produção
nacional, das importações da Bolívia e do gás natural liquefeito que é comprado de
outros fornecedores. O último é regaseificado em uma das três unidades da Petrobras:
Baía de Guanabra (RJ), Pecém (CE) e Baía de Todos os Santos (BA).
Gráfico 4 - Evolução da Produção de GN por Localização
Fonte: [10]
Inclusive, foi registrado que a oferta de gás do ano de 2014, 118 milhões m³/dia, teve
um crescimento de 20% em relação ao ano interior, enquanto que para o período de
2020-2030 a oferta está estimada em 168 milhões m³/dia.
Gráfico 5 - Evolução da Oferta de GN
Fonte: [11]
13
2.3.4 Experiência do Gás Natural Liquefeito no Mercado
Marítimo
O mercado do gás natural liquefeito, em grande parte do mundo, vem sofrendo
modificações. Nos últimos anos, grandes empresas estão investindo em novas
tecnologias e projetos para a introdução do gás natural liquefeito como um dos
principais combustíveis marítimos. Muitos desses navios já estão em operação
demonstrando o grande potencial atrelado a esse combustível alternativo.
A frota mundial de navios transportadores de gás natural liquefeito para regaseificação
em operação compreende em torno de 370 embarcações [12], dos quais 260 possuem
turbinas a vapor para queima de óleo combustível pesado (HFO) ou gás vaporizado
(BOG - Boil Off Gas) e 60 estão equipados com motores dual fuel. Após a
regaseificação o gás é distribuído para fins energéticos e para o transporte.
Os navios movidos a gás natural liquefeito ainda fazem parte de uma frota limitada,
contudo, a DNV GL [13] informou no início de 2014 que essa frota com 47 navios em
operação irá duplicar no período de 2013 a 2018 com uma previsão de 48 navios
entregues, conforme pode ser visto no gráfico a seguir. Esses números excluem navios
transportadores de GNL e embarcações de navegação interior.
Gráfico 6 - Desenvolvimento da frota movida a GNL
Fonte: [14]
A DNV GL conhecida mundialmente como um dos principais órgãos de certificação do
mundo também divulgou dados dos navios movidos a gás que estão em operação e os
que serão construídos, respectivamente, mostrados nas tabelas apresentadas a seguir.
14
Tabela 4 – Navios em Operação
Fonte: [14]
Tabela 5 – Novos Projetos Confirmados
Fonte: [14]
Após uma pesquisa na internet, foram encontradas algumas dessas embarcações
movidas a gás natural que já estão em destaque no mercado e, também, aquelas que
estão em processo de desenvolvimento.
A empresa Incat, pioneira da tecnologia de embarcações de alta velocidade para fins
comerciais e de defesa, possui foco no desenvolvimento de embarcações
15
ambientalmente amigáveis com eficiência de combustível. Em parceria com
engenheiros da Revolution Design e GE Energy produziram a primeira instalação GNL
dual fuel em um ferry boat de alta velocidade desenvolvido pela Incat [15, 16].
O presidente do conselho da empresa Incat, Robert Clifford, acredita que mais clientes
irão adotar esse tipo de combustível. Clifford confia que a margem de preço em relação
ao óleo combustível deve aumentar contribuindo para a consolidação do mercado de gás
natural liquefeito como combustível marítimo primário.
Os tanques de GNL foram instalados acima dos tanques do fundo duplo de óleo diesel,
o último é utilizado para acionar os motores e em casos de eventuais necessidades pode
vir a substituir o gás. A mudança entre os dois combustíveis ocorre automaticamente, o
distribuidor de combustível e sistema de fornecimento do motor foram modificados para
essa finalidade.
Esse catamarã de 99 metros de comprimento e com capacidade de transportar 1000
passageiros e 153 carros pode ser visto na figura abaixo. O navio preparado para
ultrapassar velocidade de 50 nós é considerado o mais rápido em sua categoria.
Essa empresa Incat [17] possui ainda uma frota com mais três embarcações movidas a
GNL.
Figura 5 – Ferry Boat da Incat movido a GNL
Fonte: [15]
A armadora Fjord Line A/S desenvolveu um projeto de construção de pequenos e
médios navios de passageiros movidos a gás natural liquefeito [18]. O projeto optou
pelo uso de motores abastecidos apenas por GNL ao invés de motores dual fuel.
Com quatro tanques de capacidade de 480 m³ destinados ao armazenamento de GNL, os
navios somam uma capacidade total de combustível de 1920 m³ o que representa uma
autonomia de três semanas. Tal autonomia permite uma travessia transatlântica segura
16
até o retorno ao porto. O desafio dos tanques de gás liquefeito demandar um espaço
maior do que o necessário para os tanques de óleo diesel foi resolvido com um conceito
de um casco mais largo e os tanques acomodados ao centro.
Com a adoção do gás natural liquefeito foi calculada uma economia anual nos custos
com combustível nos navios cruzeiros em torno de US$ 1,8-2,1 milhões comparado
com a operação em óleo combustível pesado (HFO) e US$ 6-6,5 milhões comparado
com diesel marítimo (MGO).
Na figura a seguir está representada uma ilustração para esses navios cruzeiros.
Figura 6 – Ilustração Navio Cruzeiro
Fonte: [18]
A norueguesa Buksér og Berging encomendou duas unidades de rebocadores movidos a
gás natural liquefeito. Em 2013 foi entregue a primeira unidade das duas que devem ser
construídas. Além do baixo custo associado ao uso do gás, foi apresentada uma
estimativa de que as emissões de CO2 do Borgoy e de seu navio irmão terão uma
redução de 30% em relação às emissões dos rebocadores abastecidos com combustíveis
convencionais. [19]
Figura 7 – Entrega do rebocador Borgoy movido a GNL
Fonte: [19]
17
O grupo japonês Kawasaki Heavy Industries desenvolveu um projeto para a construção
de porta-contentores movidos a gás natural liquefeito [20]. A sociedade classificadora
DNV GL acompanhou o projeto e acredita que esse combustível se mantenha
competitivo no decorrer da vida desses novos navios que estão surgindo no mercado.
A operadora italiana Lauro Shipping desenvolveu o projeto de novas balsas movidas a
gás natural [21]. De acordo com o diretor executivo da empresa italiana, Salvatore
Lauro, as balsas Ro-Pax foram projetadas de modo inovador e sustentável resultando
em um consumo energético e custos operacionais mais baixos, sem deixar de mencionar
o cumprimento das exigências ambientais.
A empresa espanhola de transporte marítimo Baleària está desenvolvendo um projeto de
conversão do sistema propulsivo de três balsas movidas a diesel para gás natural
liquefeito [22]. A empresa está buscando maior destaque no mercado com o uso de
embarcações mais competitivas e menos prejudiciais ao meio ambiente.
A empresa de navegação Eidesvik Offshore desenvolveu uma classe de navios de
suprimentos abastecidos por gás natural liquefeito [23]. O PSV Viking Lady, visto na
figura abaixo, foi desenvolvido com tecnologia de células de combustível e planta
diesel-elétrica com sistema dual fuel. Apesar de o hidrogênio ser o combustível mais
favorável para tecnologia celular, o sistema também funciona com metanol, gás natural
liquefeito e biocombustíveis. A combinação da célula de combustível com o motor a
gás reduz as emissões de enxofre em 100%, azoto em 85% e carbono em 20%.
Figura 8 – PSV Viking Lady
Fonte: [23]
Depois do grande sucesso do navio irmão, foi construído o navio Viking Prince [24]
demonstrado na figura a seguir. Embora possua um sistema de geração principal tri-fuel,
18
isto é, três combustíveis e o os motores da empresa Wärtsilä dual fuel, a embarcação é
movida apenas por gás natural. Os projetos tem o intuito de produzir navios maiores
com maior potência instalada e, ao mesmo tempo, menor consumo de combustível,
redução nas emissões de poluentes e maior eficiência.
Figura 9 – PSV Viking Prince
Fonte: [24]
A empresa de transporte marítimo Harvey Gulf International Marine especializada na
prestação de serviços de abastecimento e apoio offshore lançou uma nova linha de
navios de apoio dual fuel para operação em águas profundas no Golfo do México [25].
A figura abaixo traz a ilustração de um desses navios.
Figura 10 – Ilustração PSV da empresa Harvey Gulf International Marine
Fonte: [26]
A empresa será a primeira a construir nos Estados Unidos um navio completamente
abastecido por gás natural, inclusive, esses navios irão atender os mais altos padrões de
emissão existentes e os que ainda vão entrar em vigor.
Outro projeto que está em desenvolvimento é do primeiro navio quebra-gelo movido a
gás natural no mundo [27]. Utilizando os combustíveis em conjunto, diesel e gás, as
empresas parceiras para esse projeto e a Agência de Transporte da Finlândia buscam
reduzir os custos com combustíveis e a emissão de poluentes.
19
3 Viabilidade Técnica
A adoção do gás natural liquefeito como combustível marítimo ao invés dos
combustíveis tradicionais como o diesel requer grandes mudanças nas embarcações para
se tornarem aptas ao consumo de gás. No que diz respeito aos desafios técnicos que
devem ser enfrentados pode-se destacar as tecnologias, a necessidade de
armazenamento seguro e os maiores volumes requeridos para esse sistema.
Em um comparativo, a capacidade energética do GNL é inferior a do diesel. Em vista
disso, para que os navios abastecidos com gás percorram a mesma distância fornecida
pelo diesel se faz necessário transportar 1,6 vezes o volume requerido pelo diesel. Para
tanto, existem duas possibilidades: as embarcações devem ser reabastecidas em
intervalos de tempo mais curtos ou devem possuir tanques maiores que atendam esse
volume extra.
No que concerne à segurança, o uso do gás deve ser tão seguro quanto o do diesel. Em
vista disso, em virtude da baixa temperatura (-162ºC) e dos riscos associados ao uso do
gás natural liquefeito, o armazenamento desse combustível exige tanques isolados
termicamente, denominados criogênicos.
Ao mesmo tempo, esse isolamento térmico exigido pelos tanques demanda um maior
espaço das embarcações o que pode ser um obstáculo técnico para os navios que serão
convertidos. Isto é, os navios que utilizam o diesel e que projetam ser substituídos pelo
gás exigirão uma capacidade extra de volume de gás e um espaço maior para
armazenamento dos tanques. Para esse impasse existem duas possibilidades, a
capacidade de carga das embarcações movidas a gás devem ser inferiores a movidas a
diesel ou as dimensões das embarcações para armazenamento de um mesmo
carregamento devem ser superiores.
Além do mais, como o emprego de novas tecnologias e os cuidados específicos para o
armazenamento e transporte do GNL são indispensáveis, sem dúvida, há um aumento
dos custos relacionados ao capital investido. Por exemplo, devido às baixíssimas
temperaturas os aços convencionais utilizados para armazenamento e transporte do
diesel se tornam impróprios e precisam ser substituídos por aços mais resistentes e,
portanto, mais caros.
20
Ainda que os investimentos e desafios técnicos sejam enormes, existe uma grande
expectativa que o gás natural liquefeito venha substituir o petróleo como combustível
marítimo. Acontecimento que pode impulsionar a construção naval com o aumento da
demanda por navios novos e, ainda, pode também contribuir com os países em atingir as
novas normas ligadas ao meio ambiente. [6]
3.1 Tecnologias em Desenvolvimento
Essa mudança de paradigma no segmento marítimo com o uso do gás natural liquefeito
como combustível marítimo é estimulada, sobretudo, pelos principais projetistas de
motores de navios do mundo, dentre as quais se destaca a Wärtsilä, que está
desenvolvendo novas técnicas para que os motores sejam alimentados pelo gás
liquefeito.
Em parceria, as sociedades classificadoras também estão empenhando-se para o
desenvolvimento e posterior emissão de regulamentos para esses navios e embarcações
movidos por gás.
3.1.1 Motores
Figura 11 - 3 Tipos de Motores
Fonte: [29]
Existem basicamente três opções para motores alimentados por gás natural liquefeito:
Motores a gás, motores dual fuel e motores gás-diesel. Os motores a gás e dual fuel
21
utilizam o ciclo Otto para a operação em gás, enquanto o motor gás-diesel utiliza o ciclo
diesel. [28]
Os motores a gás utilizam apenas gás em seu funcionamento, que ocorre segundo o
ciclo Otto com a combustão desencadeada pela vela de ignição. O gás é injetado a baixa
pressão e, por consequência, a temperatura de combustão é menor levando a uma
redução na formação de NOx.
Os motores dual fuel podem operar tanto com gás quanto com diesel. No modo de
operação com gás o motor funciona segundo o ciclo Otto. Contudo, a mistura de ar é
inflamada por meio da injeção de uma pequena quantidade de diesel na câmera de
combustão. Operando no diesel o motor funciona de acordo com o ciclo diesel onde
combustível é injetado a alta pressão.
Os motores gás-diesel operam com diversas misturas de gás e diesel ou também, podem
operar somente com diesel. O motor funciona de acordo com o ciclo diesel onde o gás é
injetado a alta pressão. As emissões de NOx são mais elevadas comparadas com as
emissões das duas primeiras opções e, portanto, essa alternativa não cumpre os
regulamentos da IMO Tier III.
Figura 12 – Emissões de NOx – Ciclo Otto x Ciclo Diesel Fonte: [29]
As principais características desses motores podem ser vistas na tabela mostrada abaixo.
22
Tabela 6 – Principais Características do diferentes Tipos de Motores Fonte [28]
3.1.2 Tanques de Armazenamento
No que concerne aos tanques para o armazenamento do combustível, de acordo com
IGC Code da IMO, esses devem ser independentes e dos tipos A, B ou C. [30]
Os navios que são movidos a gás natural liquefeito podem usar os tanques criogênicos
do tipo C, encontrados já em balsas e navios de apoio. Pré-fabricados e isolados a
vácuo, esses tanques estão disponíveis no mercado em diferentes tamanhos (até 500
m³), onde a pressão máxima de trabalho permitida é em torno de 20 bar. Existe uma
previsão para que tamanhos maiores, na faixa de 1000-10000 m³, estejam disponíveis
nos próximos anos.
Os tanques do tipo B são utilizados em navios maiores. A grande vantagem está no fato
de ocuparem menos espaço. Os tanques são isolados a vácuo ou por uma camada de 20-
30 cm de espessura de poliuretano. Os tanques do tipo A e B utilizam essa barreira
secundária para evitar a liberação do gás em caso do tanque falhar, já nos do tipo C essa
barreira secundária é dispensável uma vez que o risco de vazamento é menor. Contudo,
ainda que os tanques sejam isolados, há transferência de calor para dentro do líquido
armazenado o que resulta em um aumento de evaporação e pressão.
23
Os tanques do tipo C possuem capacidade de armazenar o gás vaporizado BOG (Boil
Off Gas) por cerca de 25 dias, antes de atingir a pressão máxima permitida para o
tanque, enquanto que, os tanques A e B exigem o manuseio desse gás.
Os tanques para o armazenamento do gás natural liquefeito exigem um espaço maior
comparados com o armazenamento dos combustíveis tradicionais. Por exemplo, os
tanques do tipo C requerem um espaço 2-4 vezes maior do que o tanque de combustível
pesado HFO.
As principais características dos tanques A, B e C podem ser vistas na tabela a seguir.
Tabela 7 – Principais Características dos diferentes Tipos de Tanques
Fonte: [30]
24
4 Questões de Saúde e Meio Ambiente
4.1 Emissão de Poluentes Produzidos pelo
Segmento Marítimo
O transporte marítimo sendo um dos modais mais eficientes e utilizados em todo
mundo, é o responsável por promover a maior parte das relações comerciais entre os
países e inclusive, dentro deles. Dessa forma, por meio dos acionadores principais e
pelo sistema de geração de eletricidade dos navios, o transporte marítimo também
contribui significativamente para a poluição do ar. Os motores marítimos através do
processo de combustão queimam os combustíveis derivados do petróleo para produzir a
energia necessária para a propulsão e funcionamento dos navios.
Dentre os principais componentes desses poluentes encontram-se o dióxido de carbono
(CO2), dióxido de enxofre (SO2), óxidos de nitrogênio (NOx), e material particulado
(PM). Como o dióxido de carbono é o principal gás do efeito estufa e, assim, um dos
grandes causadores do aquecimento global, os poluentes advindos da queima dos
combustíveis fósseis nos navios também comprometem a qualidade do clima do
planeta.
Figura 13 – Poluentes produzidos pela queima de combustíveis fósseis
Fonte: [29]
25
Um estudo publicado no final do ano de 2007 pela revista, Environmental Science and
Technology [31], da Sociedade Norte-Americana de Química aponta que a emissão de
poluentes produzidos pelo transporte marítimo é a causadora de cerca de 60 mil mortes
ao ano desencadeadas por doenças do coração e câncer de pulmão. Dificuldades
respiratórias, bronquite, dor de cabeça, asma, ataque cardíaco, entre outros são alguns
dos prejuízos que a vida humana está sujeita diante desses poluentes.
Além disso, verificou-se uma estimativa de aumento das mortes provocadas pelos
poluentes emitidos pelos navios em 40%. Esse aumento foi atribuído a crescente
circulação de embarcações que somam 8% do total das emissões de enxofre providas da
queima de combustíveis fósseis.
O estudo desmistifica a ideia que as emissões vindas dos navios ficam nos oceanos e,
portanto, a navegação deve apresentar, assim como para os veículos automotores, um
controle rigoroso referente poluição emitida.
Somente nos mares da Europa, Mar Báltico, Mar do Norte, parte do nordeste do
Atlântico, Mediterrâneo e Mar Negro, as emissões geradas pela navegação
internacional, no ano de 2000, foram estimadas em 2,3 milhões de toneladas de dióxido
de enxofre (SO2), 3,3 milhões de toneladas de óxido de azoto (NOx) e 250 mil
toneladas de material particulado (PM). Há um cenário de crescimento entre 40 e 50%
até o ano de 2020. [32]
Figura 14 – Exemplo da emissão de poluentes por navios
Fonte: [33]
Um estudo publicado por cientistas da Universidade do Colorado nos Estados Unidos
[34] afirma que a emissão de poluentes particulados pelos navios possui um volume que
corresponde à metade dos poluentes gerados pela frota mundial de veículos. A pesquisa
26
realizada monitorou em torno de 200 navios dentre os quais podiam ser encontrados
cargueiros, petroleiros e navios de passageiros. E os resultados demonstraram que as
emissões produzidas pelos navios variam diretamente com a quantidade de enxofre
presente no combustível marítimo empregado nas embarcações.
A propulsão a gás natural liquefeito pode contribuir significativamente para a redução
das emissões desses poluentes dado que dentre os combustíveis fósseis é o que
apresenta a combustão mais limpa e com menos poluentes.
Figura 15 - Redução das Emissões por Navios Médios movidos a GNL
Fonte: [35]
Ao contrário dos demais combustíveis fósseis, o GNL apresenta uma razão maior entre
o hidrogênio e o carbono. Portanto, emite menos dióxido de carbono por unidade de
energia produzida, cerca de 20 a 23% menos que óleo combustível e 40 a 50% menos
que o carvão.
Além disso, as emissões de SOx estão diretamente relacionado com o teor de enxofre
presente no combustível. No gás natural liquefeito o teor de enxofre é praticamente zero
e, assim, a sua contribuição nas emissões de contaminantes do ar é considerada
desprezível.
Adicionalmente a esses dois fatores, as emissões de NOx prejudiciais a saúde humana e
a camada de ozônio, no GNL são consideravelmente inferiores as emissões dos demais
combustíveis fósseis. NOx e SOx são dois dos principais gases responsáveis pela
formação da chuva ácida.
Por último, o gás natural não emite material particulado para o meu ambiente. Essa
mistura de partículas muito finas proveniente da queima de combustíveis fósseis é de
27
extrema toxicidade, inclusive, é um dos maiores contribuintes para o aquecimento
global e para problemas de saúde. [35, 36]
Gráfico 7 - Emissões Diesel x GNL
Fonte: [36]
4.2 Regulamentos da IMO
A poluição do ar provocada pelos navios a nível global é regulada pela IMO,
Organização Marítima Internacional, através da MARPOL, Convenção Internacional
para a Prevenção da Poluição por Navios, e do seu Anexo VI [38]. As regras foram
concebidas em 1997 com intuito de limitar os principais poluentes do ar, óxidos de
enxofre (SOx) e óxidos nitrosos (NOx), resultantes das emissões dos navios e entraram
em vigor em 2005.
No mesmo ano o Comitê de Proteção do Meio Ambiente Marinho (MEPC) revisou o
Anexo VI da MARPOL com objetivo de reforçar os limites de emissão. As alterações
foram aprovadas pelo IMO em 2008, que, inclusive, reforçou também as exigências em
relação aos níveis de enxofre presente nos combustíveis marítimos. Essas mudanças
entraram em vigor em 2010.
Além das reduções progressivas para as emissões de NOx e SOx, também foram
incorporadas Zonas de Controle de Emissões (ECAs) [39] conforme pode ser visto
abaixo.
28
Figura 16 – Zonas de Controle de Emissões – ECAs
Fonte: [41]
O limite de enxofre e material particulado para fora dessas áreas foi reduzido de 4,50 %
para 3,50% em vigor desde 2012, sendo posteriormente reduzido para 0,5% em vigor a
partir de 2020, esse limite pode vir a sofrer uma revisão no ano de 2018. Os limites para
emissão nas ECAs foram reduzidos de 1,50% para 1,0%, em vigor desde 2010 e a
partir de 2015 devem ser reduzidos ainda mais, para 0,10%. [40, 42, 43]
Todos esses limites e mudanças podem ser vistos na tabela e no gráfico apresentados
abaixo.
Tabela 8 – Limites de emissão de SOx e Material Particulado
Fonte: [42]
*Dependendo do resultado da revisão, que será concluída em 2018, referente à disponibilidade de
combustível, a data pode ser adiada para 01 de janeiro de 2025.
29
Gráfico 8 - Limites de emissão de SOx e Material Particulado
Fonte: [37]
Para as emissões de NOx dos motores marítimos o regulamento não se aplica a toda a
frota como é para as emissões de enxofre, restringindo-se apenas aos navios novos. Esse
está subdividido em três casos: os motores marítimos instalados em navios construídos
entre início de 1990 e início de 2000 devem cumprir os limites de emissão Tier I, os
motores instalados em navios construídos a partir de 2011 não devem exceder os limites
de emissão Tier II e por fim, os navios construídos a partir de 2016 que operam em
ECAs devem cumprir um limite ainda mais rigoroso, o Tier III. Esses limites são
definidos em função da velocidade e do ano de instalação dos motores, conforme pode
ser visualizado na tabela e no gráfico mostrados a seguir.
Tabela 9 – Limites de emissão de NOx
Fonte: [43]
30
Gráfico 9 - Limites de emissão de NOx
Fonte: [37]
Em 2014 foram aprovadas alterações para a regra 13 do Anexo VI da MARPOL a
respeito das datas do Tier III. As normas Tier III para NOx passaram a ser aplicadas
também a navios construídos a partir de 2016 e que operam na Área de Controle de
Emissão da América do Norte ou Área de Controle de Emissão do Mar do Caribe, EUA.
Existe também a possibilidade de os requisitos serem aplicados a outras áreas de
controle de emissões que sejam especificadas, tornando-se vigentes a partir da data de
aprovação dessas regiões pelo MEPC. Essas alterações estão previstas para entrar em
vigor a partir de setembro de 2015.
Em 2011 o Projeto de Eficiência Energética (EEDI), aprovado pela IMO, tornou-se
obrigatório para as novas construções. Adicionalmente, o Plano da Gestão de Eficiência
Energética do Navio (SEEMP) também passou a ser obrigatório, contudo, o último se
destina tanto as novas embarcações quanto as embarcações que já existem.
O EEDI, em vigor desde 2013, requisita que as novas embarcações aumentem a sua
eficiência energética implantando medidas técnicas e operacionais de acordo com o seu
tipo. É importante mencionar que os armadores e operadores de navios estão livres para
escolher as medidas que melhor se adequem ao seu caso. Os requisitos exigidos estão
mostrados na tabela abaixo. [44]
31
Tabela 10 – Requisitos EEDI
Fonte: [44]
O advento de novos regulamentos e revisões realizadas em regras já existentes visam
atingir melhorias significativas no clima e na saúde humana. Para tanto, medidas e
técnicas devem ser adotadas para que esses navios estejam em conformidade com os
regulamentos vigentes.
Dentre elas, destaca-se a opção de propulsão com o gás natural liquefeito uma vez que,
a adoção desse combustível pode trazer efeito imediato na redução do SOx, PM e NOx.
Assim, o advento e a difusão de regulamentos mais rigorosos pode impactar de forma
significativa a demanda por GNL e, consequentemente, os investimentos e a
necessidade de uma estrutura que ofereça suporte para um abastecimento confiável.
Inclusive, a União Europeia, que já implantou o Anexo VI da MARPOL em sua
legislação, está a promover o uso do GNL como combustível de navios por meio de
investimentos em infraestrutura. Estações de abastecimentos do combustível e terminais
estão em desenvolvimento de modo a garantir toda a logística necessária para a
consolidação desse combustível alternativo. [45]
Apesar de no Brasil ainda não existirem zonas para o controle de emissões, a adoção de
tecnologias que permitam se adequar aos regulamentos mais rigorosos representa um
avanço tecnológico e ambiental. A opção de utilizar o gás natural liquefeito para
propelir os navios é considerada o futuro do transporte marítimo dado que o GNL é um
dos combustíveis alternativos mais limpos para atender as normas ambientais da IMO.
O emprego desse combustível pode reduzir consideravelmente a poluição provocada
pela navegação e, portanto, contribuir para a qualidade do ar. Além disso, o consumo de
gás também possibilitará equiparar as embarcações de bandeira brasileira às
embarcações de bandeiras estrangeiras.
32
5 Viabilidade Econômica
A viabilidade econômica do emprego do GNL como combustível marítimo está
diretamente relacionada com a evolução do preço do petróleo e com as variações de
preços entre os diferentes tipos de combustíveis navais. Além do mais, os incentivos
financeiros como a redução das taxas portuárias, os descontos voluntários e as taxas
sobre as emissões podem contribuir consideravelmente para a adoção do gás.
Os grandes investimentos de capital para o desenvolvimento e aquisição da
infraestrutura de abastecimento bem como o aporte para a conversão dos navios e
adoção da tecnologia devem ser compensados com os menores custos de combustível e
taxas para que o GNL se torne uma opção viável.
5.1 Estrutura dos Custos do Transporte Marítimo
A estrutura dos custos do transporte marítimo é basicamente formada por três itens, são
eles: o custo de capital, o custo operacional e o custo de viagem. [46]
O custo de capital corresponde à soma dos custos de aquisição do bem, isto é, as
despesas com pagamentos diretos aos vendedores, amortização e juros de
financiamentos, capitalizados a uma taxa de desconto. Fazem parte do custo fixo do
transporte marítimo uma vez que não são influenciados pelo número de viagens.
O custo operacional consiste nas despesas relacionadas com a operação da embarcação,
podendo incluir além das despesas periódicas, despesas eventuais. Compõe o custo
operacional os gastos ligados à tripulação, manutenção e reparos, materiais, seguro e
administração da embarcação. Também constituem parte do custo fixo de uma
embarcação à medida que não dependem da navegação realizada.
Por fim, têm-se o custo de viagem que é representado pela soma dos custos variáveis,
uma vez que, dependem da realização de uma viagem. Consistem nos custos de
combustível gastos no mar e no porto, taxas necessárias para navegação e demais
despesas portuárias.
33
Figura 17 - Custos do Transporte Marítimo
5.2 Incentivos Financeiros
A expectativa sobre os benefícios ambientais obtidos com o uso do gás natural
liquefeito como combustível marítimo tem proporcionado grandes mudanças nas
relações de mercado. Diante desses atrativos, empresas de diferentes ramos têm
motivado o uso do combustível por meio de incentivos financeiros que variam desde
sistemas de descontos voluntários até taxas portuárias diferenciadas para os fundos de
negócios e programas de auxílios estatais que financiam os custos dos investimentos
dessas tecnologias. [47]
Em relação à tributação ambiental, as autoridades de várias partes do mundo já estão
desenvolvendo normas para taxar o desempenho ambiental de navios e embarcações.
Por exemplo, a taxa sobre emissões dos poluentes podem proporcionar uma vantagem
econômica para navios que emitem menos poluentes.
A WPCI, World Ports Climate Initiative, desenvolveu o ESI (Environmental Ship
Index) na tentativa de estimular o uso do transporte sustentável. Espalhados pelo mundo
existem em torno de 30 portos que oferecem descontos entre 5% e 10% em taxas
portuárias ou outros tipos de incentivos para embarcações que tenham uma pontuação
boa no ESI, como é o caso para os navios movidos por gás. Em torno de 2300
embarcações já foram registradas nessas condições.
Políticas de auxílio de investimentos também foram adotadas na Finlândia. Com
objetivo de cumprir as futuras normas ambientais, o país tem incentivado as companhias
de navegação a utilizar tecnologias limpas. Os auxílios são oferecidos às médias e
34
grandes empresas que estão se adaptando antecipadamente as novas normas.
Adicionalmente, portos canadenses e suecos oferecem taxas portuárias diferenciadas de
acordo com os critérios ambientais.
Outra medida adotada que impulsiona o mercado de embarcações movidas a gás foi
uma política do Parlamento Norueguês sobre as emissões de NOx de embarcações que
estejam operando na região, inclusive, essa política se aplica a todos os navios
independente de qual for a sua bandeira. O valor do imposto é de 2 euros por kg de NOx
emitido, entretanto, o política propõe uma alternativa para esse pagamento, a assinatura
de um acordo ambiental com o compromisso de atender as obrigações previstas pelo
Fundo NOx. Os subsídios obtidos pelo Fundo NOx apoiam as empresas a adotar
medidas para a redução dessas emissões. Atualmente, o mesmo já concedeu
financiamentos para a construção de 17 navios movidos a gás natural liquefeito e só nos
últimos anos, já financiou 5 embarcações. O valor total custeado gira em torno de 50
milhões de euros.
Portanto, pode-se verificar que apesar dos elevados investimentos necessários para a
adoção do gás natural liquefeito, incentivos financeiros e descontos em taxas estão
sendo oferecidos para as embarcações que sejam ambientalmente amigáveis. Inclusive,
a redução de parte dos custos de viagem somada à economia com o uso de um
combustível mais barato pode vir a ser um fator consideravelmente importante para
compensar o investimento inicial.
5.3 Preço dos Combustíveis
5.3.1 Histórico do Preço dos Combustíveis
Os preços dos combustíveis são sensíveis a grandes alterações tanto a curto como em
longo prazo. A disponibilidade desses recursos, as relações entre oferta e demanda e a
segurança relacionada ao abastecimento são alguns dos fatores que influenciam de
modo significativo essas variações.
Da mesma forma, de uma região para outra também são encontradas grandes diferenças,
seja pelos os mesmos motivos ou por algum fator específico dessas áreas. Por exemplo,
instabilidades políticas, novas fontes de energia, políticas de incentivo, avanços
35
tecnológicos entre outros, podem contribuir para o desenvolvimento ou retração do
mercado.
A variação do preço dos combustíveis navais e do gás natural, nos últimos anos, pode
ser vista no gráfico a seguir. No final de 2013 o preço do gás natural liquefeito era cerca
de 40% do preço de MGO e 60% do preço do HFO [48]. É importante esclarecer que
além do preço base, existem os custos de distribuição do combustível, assim, o preço de
compra vai depender de fatores como tamanho do terminal e da sua taxa de
transferência.
Gráfico 10 – Histórico dos Preços dos Combustíveis Navais e do Gás Natural
Fonte: [48]
Estimativas de novembro de 2013 destacam os três principais mercados de gás natural
do mundo. Mercado dos Estados Unidos, da Ásia e da Europa. Os menores preços são
encontrados nos EUA em virtude da grande disponibilidade de gás proveniente da
extração do gás de xisto. Na Europa os preços são considerados intermediários em
consequência da diminuição das importações desse produto. O Japão grande
consumidor da Ásia tem contribuído para elevação do preço nessa região.
36
Figura 18 – Estimativa do Preço de GNL no Mundo – 2013
Fonte: [48]
Contudo, essas divergências dos preços do gás natural devem diminuir. O advento de
inovações com a construção de novas instalações permitirá maior flexibilidade do
mercado o que vai resultar em um crescimento do GNL no comércio mundial de gás.
5.3.2 Expectativas dos Preços e Tendências do Mercado de
GNL
O estudo da DNV GL [50] apresenta as tendências de crescimento para a frota movida a
gás natural liquefeito levando em conta os preços dos combustíveis. Dentre as
considerações obtidas com o estudo destaca-se que de 10 navios entregues nos
próximos oito anos, pelo menos, 1 será movido a GNL.
O preço dos combustíveis possui grande influência na quantidade de navios abastecidos
pelo combustível alternativo. Com preço do GNL 10% acima do óleo combustível
pesado, há uma estimativa de 7-8% das novas embarcações, entre 2012-2020,
possuírem tecnologia para o uso do gás. Caso o preço do GNL seja 30% abaixo do
HFO, então, o número aumenta para 13% o que equivale aproximadamente a 1000
navios. E, para o caso do GNL estar 70% abaixo do óleo pesado, então, 30% das novas
construções serão movidas a gás.
37
É importante mencionar que se alguns regulamentos, previstos para entrar em vigor em
2020, ocorrerem, então, o impacto sobre esses números será enorme. Metade das novas
construções poderá ser entregue com motores alimentados a gás até 2020.
Os altos custos relacionados à produção do gás e do petróleo também devem influenciar
o preço dos combustíveis. O cenário previsto é para o aumento contínuo desses valores
conforme demostrado no gráfico a seguir.
Gráfico 11 – Cenário dos Preços dos Combustíveis
Fonte: [51]
Segundo a União Internacional de Gás (IGU), o mercado global de GNL irá aumentar
em cinco vezes, de 100 milhões de toneladas em 2000 para quase 500 milhões de
toneladas em 2020. E ainda, de acordo com a Wärtilä [52], os resultados obtidos com a
operação em GNL para alimentar motores de navios demonstram que o gás natural tem
tido preço competitivo em relação aos demais combustíveis fósseis e, ainda, seu preço
tem sido consideravelmente menor que qualquer alternativa de combustível líquido.
Esse cenário de divergência entre os preços dos combustíveis, sem dúvida, contribui
para uma posição competitiva do GNL diante dos combustíveis fósseis, uma vez que,
com os altos preços do petróleo os afretadores e armadores de navios irão buscar cada
vez mais combustíveis alternativos com uma boa relação custo-benefício. Esse ambiente
acaba por motivar a conversão da propulsão dos navios para o consumo de gás natural
liquefeito.
38
5.3.3 Unidades de Medida
Os combustíveis fósseis líquidos e o gás natural liquefeito apresentam preços em função
de unidades de medidas diferentes. O óleo combustível pesado (HFO), o óleo diesel
marítimo (MDO) e o diesel marítimo destilado (MGO) têm seus preços cotados em
função de uma quantidade preço por massa, a unidade normalmente utilizada é dólares
por tonelada de combustível líquido (US$/ton). Enquanto que o gás natural liquefeito
tem seu preço fixado pelo teor de energia, uma vez que a energia do gás varia em
função da sua composição. A unidade geralmente utilizada é dólares por milhão de BTU
(US$/MMBTu).
A seguir está apresentada uma tabela para a conversão das unidades de gás natural
liquefeito.
Figura 19 - Tabela de Conversão
Fonte: [53]
6 Por que Navios de Apoio?
Como já mencionado, o presente trabalho propõe a substituição dos atuais motores
diesel de navios de apoio PSV por motores dual fuel para consumo de gás natural.
39
No que diz respeito ao tipo de embarcação, o uso de embarcações de apoio no estudo
reside no expressivo percentual desse tipo de navio na frota atual movida a gás natural
liquefeito como pode ser visto no gráfico abaixo. As previsões para 2018 demonstram
que apesar de haver uma tendência de crescimento da frota de embarcações maiores, a
parte de navios de apoio se mantem relevante no todo.
Uma possível causa dessas inclinações são as questões ambientais. Por serem fatores
potencialmente decisivos para impulsionar o mercado do gás, acredita-se que navios que
operem nas ECAs apresentam um percentual significativo no total. Nesse caso,
destacam-se os navios que operam na navegação de cabotagem, como as balsas e as
embarcações offshore, e navios porta-contentores que distribuem as mercadorias para os
portos. [12]
Gráfico 12 – Composição da Frota movida a GNL por tipo de navio – 2010, 2014 e 2018
Fonte: [12]
O gráfico a seguir apresenta uma previsão para os navios abastecidos por GNL de
acordo com os tipos de embarcações. Atualmente, as embarcações do tipo offshore e
balsas predominam na frota abastecida por gás natural, contudo, já existe em
desenvolvimento projetos para a maioria dos tipos de navios.
40
Gráfico 13 – Previsão Navios dos abastecidos a GNL por Segmento
Fonte: [14]
Além disso, o gráfico abaixo apresenta uma previsão dos navios movidos a GNL por
região. O controle rigoroso das emissões por regulamentos vigentes na Europa e
América do Norte justificam a expectativa sob essas regiões, pode-se inclusive, notar
que há um crescimento expressivo para os navios offshore. A Ásia também irá
desempenhar um papel importante, e nos valores referentes à América do Sul, verifica-
se claramente o domínio das embarcações offshore.
Gráfico 14 - Previsão Navios dos abastecidos a GNL por Região
Fonte: [14]
No caso específico do Brasil a demanda por embarcações de apoio offshore apresenta
um percentual significativo e isso se deve em grande parte devido à exploração do pré-
sal brasileiro.
Os altos preços do petróleo somados aos investimentos na produção e exploração
offshore contribuem para o aquecimento desse mercado. A demanda por combustíveis
fósseis só tende a aumentar, ao mesmo tempo, as reservas desses recursos em águas
41
rasas e em terra estão se esgotando, portanto, cada vez mais, está sendo necessário o
desenvolvimento de tecnologias que permitam explorar os locais mais inóspitos, como,
as profundezas do mar. Esse ambiente favorece a busca por embarcações seguras e
especializadas em serviços offshore.
Atrelado a isso, as preocupações ambientais e os respectivos regulamentos, continuam a
pressionar e exigir, ainda mais, dos proprietários de navios a adoção de tecnologias que
ajudem nessa perspectiva. O fato de o segmento offshore ser reconhecido como um dos
líderes da adoção de inovações tecnológicas colabora para um aumento em sua demanda
diante dessas questões ambientais.
Como pode ser visto no gráfico abaixo há uma tendência para que o mercado das
embarcações offshore do tipo PSV se mantenha em crescimento até 2020.
Gráfico 15 – Desenvolvimento da Frota Offshore
Fonte: [50]
7 Modais de Abastecimento
O interesse mundial em relação ao uso do gás natural liquefeito como combustível de
navios está cada vez mais acentuado. Diversos armadores estão adotando as inovações
tecnológicas, que possibilitam os navios serem movidos por gás natural ao invés de óleo
pesado ou diesel, com objetivo de conquistarem uma frota mais eficiente e menos
poluente.
Contudo, as expectativas e especulações em torno do futuro do transporte marítimo com
o uso do GNL giram em torno dos desafios que precisam ser superados para a
consolidação do gás como um combustível seguro e viável para as embarcações.
42
No que diz respeito ao desafio de abastecimento do gás existe três possibilidades para
solucioná-lo, abastecimento em plataformas de abastecimento, por barcaças supridoras
no cais ou no mar e, por último, o abastecimento por meio de caminhões nos portos.
[54]
Figura 20 – Três Soluções para o Abastecimento de Navios Movidos a GNL
Fonte: [54]
Certamente, definir quais dessas soluções atende melhor as necessidades de abastecer
os navios movidos a gás não é uma tarefa simples e muito menos fácil. A intensidade de
tráfego, distância, volume, segurança, proximidade de outros portos, demandas
terrestres, entre outros fatores, devem ser levados em consideração para auxiliar essa
complexa decisão.
7.1 Plataformas de Abastecimento (Pontos Fixos)
O primeiro modo de abastecer os navios é por meio de plataformas de abastecimentos,
localizada ou não no cais, esse tipo de solução possibilita operações com altas taxas de
carregamento e grande volume encurtando o tempo de abastecimento. É importante
mencionar que quando essa não está situada junto ao cais é necessário fazer a conexão
do terminal com navios por meio de oleodutos o que certamente pode aumentar os
custos ligados à instalação.
43
O tamanho dos tanques de gás natural liquefeito pode variar consideravelmente, desde
tanques pequenos de 20 m³ até tanques enormes de 100 mil m³, essa decisão deve levar
em conta os requerimentos e opções logísticas.
Contudo, o acesso e a distância entre o terminal e o navio a ser abastecidos pode
determinar ou não o sucesso da implantação dessa solução. Para longas distâncias torna-
se inviável, operacionalmente e economicamente, abastecer os navios diretamente dos
terminais por meio dos oleodutos. Portanto, os tanques de armazenamento devem estar
próximos do local de abastecimento. Navios maiores também podem ter acesso limitado
a esses terminais devido as suas dimensões.
Por exemplo, rebocadores e barcos de pesca são exemplos de embarcações que se
adequam bem a essa opção. São serviços de alta frequência com baixo tempo de
resposta e, ao mesmo tempo, entregas de baixo volume. [54, 55]
A Shell, empresa responsável pelo suprimento de energia no Brasil e no mundo, está
atuando no sentindo de implantar esse tipo de solução. Em 2014 a empresa participou
da expansão de um terminal de abastecimento na Europa para impulsionar o gás natural
liquefeito como combustível para o transporte. [56]
A construção de um novo cais permitirá um aumento na disponibilidade do gás de
forma segura para clientes marítimos e rodoviários que operam no noroeste da Europa.
Com início das operações previsto para 2016, o terminal receberá o gás em sua forma
líquida a partir de um terminal central por meio de gasodutos que será divido em
quantidades menores para distribuição.
Além disso, a Shell também pretende fretar um navio para abastecer os clientes
marítimos do Porto de Rotterdam e entregar o gás para terminais fora da área do porto.
O esquema desse terminal pode ser visto na figura apresentada a seguir.
44
Figura 21 – Terminal Gate
Fonte: [56]
45
A empresa Harvey Gulf [25] está construindo a primeira unidade de abastecimento de
gás natural liquefeito para navios nos Estados Unidos. Essa facilidade irá contribuir de
forma significativa para as operações da frota de navios de apoio offshore da indústria
de óleo e gás.
Com tanques do tipo C isolados a vácuo e recobertos por aço inoxidável, o terminal será
composto de duas instalações cada uma com capacidade de armazenar 270 mil galões e
transferir 500 galões de GNL por minuto. Adicionalmente, o terminal também vai
apoiar a frota de veículos automotivos que operam a gás como pode ser visto na figura
abaixo.
Figura 22 – Terminal construído pela empresa Harvey Gulf nos EUA
Fonte: [25]
7.2 Barcaças Supridoras
A segunda opção para abastecer os navios é por meio de barcaças supridoras. Essa
operação pode ser realizada tanto no cais quanto em alto mar, entretanto, a última
condição está sujeita as limitações ambientais, como os ventos, visibilidade, correntes,
marés, entre outros. A vantagem do abastecimento em alto mar está no fato de que o
tráfego de carga e passageiros no porto não será prejudicado pela operação.
Com possibilidade de abastecer grandes volumes a altas taxas de carregamento, essa
solução é considerada bem flexível podendo atender diversos tipos de navios no cais e
no mar. Além disso, essa operação pode permitir movimentação de carga simultânea
caso as autoridades competentes autorizem.
46
A operação deve ser segura de modo a permitir a movimentação eficiente de ambas às
embarcações e, para isso, o sistema de amarração deve ser concebido com qualidade
adequada.
Outra questão importante para operacionalidade é a quantidade do combustível GNL
entregue pela barcaça. Apesar da capacidade típica dessas barcaças variarem na faixa de
1000 – 10.000 m³, um volume de até 100 m³ é considerado razoável para essas
operações. A grande barreira dessa solução está nos altos investimentos necessários para
esses navios. [54, 57]
Uma ilustração do abastecimento em alto mar por uma barcaça é apresentada na figura a
seguir.
Figura 23 – Abastecimento por Barcaças Supridoras
Fonte: [29]
A Shell, recentemente, lançou o projeto de uma barcaça inovadora para o fornecimento
de gás natural liquefeito para os navios que operam no noroeste da Europa. Com
capacidade de transportar 6500 m³ de combustível, altamente eficiente e manobrável,
pode atender diversas localizações em alto mar. Além também, de apresentar inovações
no sistema de transferência e na unidade de refrigeração que possibilitará atender a uma
vasta gama de clientes. [58]
7.3 Caminhões
A terceira solução encontrada para abastecer os navios movidos a GNL é o uso de
caminhões nos portos. A grande vantagem dessa modal está atrelada a sua flexibilidade.
47
O caminhão estaciona no cais ao lado do navio se conectando a ele por meio de uma
mangueira flexível. O abastecimento costuma ocorrer à noite quando os navios estão
fora de operação.
Atualmente, em virtude da falta de infraestrutura esse é o método mais utilizado, e
comparando com as demais alternativas apresentadas, o investimento nesse tipo de
método é bem inferior.
Considerada uma solução flexível e adequada para o abastecimento de navios com
volumes pequenos em torno de 100-200 m³, os caminhões, apresentam capacidade na
faixa de 40-80 m³ de acordo com o projeto e regulamento do tanque. A capacidade
máxima permitida para esses caminhões vai variar de acordo com a região, seus
regulamentos e infraestrutura rodoviária.
Como a taxa de transferência do combustível é limitada, essa costuma durar em torno de
1 hora o que pode impactar outras atividades do cais. A figura a seguir ilustra o
abastecimento de um navio movido a gás através de um caminhão. Esse método requer
alguns cuidados especiais, como, em torno da mangueira de abastecimento deve ter um
jato de d’água. O objetivo desses reside no fato de que o gás liquefeito estar a uma
temperatura baixíssima e, portanto, em caso de acidente esse líquido pode prejudicar as
estruturas de aço. [54, 59]
Figura 24- Abastecimento por meio de Caminhão
Fonte: [25]
48
7.4 Comparativo entre as Soluções
A escolha por um desses três métodos não é trivial, características operacionais da
embarcação a ser abastecida bem como da região de operação podem influenciar esses
resultados. O tamanho dos tanques, os volumes de abastecimento, tempo no porto,
condições geográficas, localização, entre outras, são alguns dos fatores. Cada caso
acaba se tornando muito específico e por isso deve ser analisado minuciosamente. Um
resumo das vantagens e desvantagens em relação à operação e logística desses três
modos de suprimento pode ser visto na tabela abaixo.
Tabela 11 – Vantagens e Desvantagens das Soluções
Fonte: [54]
7.5 Riscos Associados e Medidas Preventivas
Em virtude das características químicas e físicas do gás natural liquefeito todas essas
operações de abastecimento apresentam um risco ao meio ambiente, ao ser humano e a
integridade das próprias embarcações.
As características criogênicas do GNL representam uma grande ameaça de
congelamento, em contato com a pele pode provocar lesões tão graves quanto de
queimaduras. Em situações mais graves pode até causar hipotermia, isto é, diminuição
da temperatura do corpo a nível tão baixo que pode prejudicar o seu funcionamento. Por
isso a necessidade de equipamentos de proteção individuais.
49
Já o contato do gás natural liquefeito com o aço pode gerar fraturas uma vez que o
material fica mais frágil. Tal fato justifica a necessidade de isolamento para evitar essa
exposição ao gás.
O gás não explode na fase líquida, contudo, quando exposto a temperatura ambiente o
gás irá evaporar e formar uma nuvem de vapor. Dependendo das concentrações de
metano e da presença de uma fonte de ignição, essa nuvem pode resultar em um
incêndio ou explosão. [61]
Figura 25 – Possível Resultado do Derramamento de GNL na água
Fonte: [61]
Em espaço confinado e sujeito a altas pressões, o vapor também pode provocar
incêndios. Contudo, a possibilidade de explosão é reduzida visto que o GNL não é
mantido sob pressão e as instalações, normalmente, contam com sistemas de prevenção
de fontes de ignição.
A exposição a concentrações altas de vapor de GNL, próximo aos locais de vazamento
ou em regiões confinadas, pode provocar asfixia com perda de consciência devido à
falta de oxigênio.
Em vista disso, para minimizar o risco de derrame ou escape do gás natural liquefeito,
além das medidas técnicas, os funcionários das embarcações podem possuir formação
especial para a operação com gás. Também podem ser treinados para o controle e
minimização dos impactos em caso de ocorrer um acidente. O nível de formação vai
depender das funções exercidas pelos operadores e dos seus conhecimentos técnicos.
A IMO, Organização Marítima Internacional, já desenvolveu requisitos de operação
para os marítimos que trabalham a bordo das embarcações que utilizam o gás. Espera-
50
se, que com o advento do gás como combustível marítimo em várias partes do mundo,
essas orientações sejam incorporadas por regulamentos de diversos países. [62]
8 Cadeia de Suprimentos e Infraestrutura
do GNL
Por fim, pode-se dar um panorama do conjunto de operações e estruturas que compõem
a cadeia de abastecimento do gás natural [63]. Todas as etapas, que compreendem o
processo até a chegada do combustível aos navios consumidores, podem ser vistas na
figura mostrada a seguir.
Figura 26 – Cadeia de Abastecimento do Gás Natural
Fonte: [63]
O primeiro passo da cadeia compreende a exploração e produção do gás natural. O gás
obtido deve ser tratado para a remoção das impurezas e demais substâncias encontradas.
Então, o produto desse processo pode ser encaminhado para as unidades de liquefação
responsáveis por transformar o gás em líquido.
O gás no estado líquido pode ser então exportado por meio de navios para terminais em
diversos pontos do planeta ou o transporte através de caminhões para regiões mais
próximas. Esse gás é destinado aos terminais de regaseificação responsáveis por
retornar o gás natural liquefeito para o estado gasoso e, posteriormente, alimentar as
redes de distribuição dos países. Além disso, as plantas de liquefação podem fornecer o
gás já no estado líquido para os pontos de abastecimento dos navios ou, até mesmo,
51
esses terminais podem prover o gás para as instalações de abastecimento do
combustível antes mesmo de retornarem ao estado gasoso.
Esse gás proveniente dos terminais de regaseificação e das plantas de liquefação pode
ser armazenado em terminais intermediários durante os períodos de baixa demanda com
objetivo de garantir o abastecimento nos períodos de grande demanda e altos preços do
combustível. Essas instalações recebem o nome de peakshaving.
Por último, o gás pode ser disponibilizado aos três modais de abastecimento para
navios.
9 Viabilidade da Infraestrutura de Gás
Natural
A viabilidade comercial, econômica e técnica da infraestrutura de gás para o
abastecimento dos navios movidos a GNL é um dos grandes desafios que pode impactar
diretamente a adoção desse combustível.
Essa viabilidade está diretamente relacionada com a cadeia logística de distribuição e
fornecimento de gás natural no país. Visto que, o escoamento desse produto até os
pontos de abastecimento do combustível e a localização desses pontos em relação aos
navios consumidores são de suma importância no que tangue ao custo e tempo do
deslocamento do produto até o mercado consumido.
9.1 Logística de Distribuição e Fornecimento
Os dutos, navios e caminhões formam um importante elo na cadeia logística de
distribuição e fornecimento da indústria de óleo e gás do mundo [64]. São considerados
os principais meios de transportes usados por essa indústria.
Os dutos por sua vez podem ser classificados em gasodutos e oleodutos. Os primeiros se
destinam ao transporte de gases enquanto os últimos se destinam ao transporte de
líquidos, ambos podem ser terrestres ou submarinos. Os navios e caminhões também
são utilizados para esse mesmo fim, denominados, “dutos virtuais”.
52
A utilização desses modais é realizada em função das distâncias percorridas e dos
volumes transportados. Os navios são usados em longas distâncias em virtude dos
menores custos onde a transferência de carga entre o continente e o navio ou vice-versa
é realizada através dos terminais marítimos. Enquanto que os dutos são considerados a
opção mais segura e econômica para transportar grandes volumes a pequenas distâncias
Os navios caracterizam-se pela capacidade de transportar grandes quantidades de óleo e
gás, sendo normalmente utilizados para o comércio internacional. Inclusive, com o
passar dos anos essa capacidade foi aumentando o que viabilizou o transporte desses
produtos a distâncias ainda maiores com menor custo. Isto é, em um único navio pode
se transportar uma quantidade que antigamente exigiam-se dois ou mais, possibilitando,
assim, a economia de escala.
Existem dois tipos de navios transportadores de gás natural liquefeito, os navios que
armazenam o gás em esferas (tipo Moss) e os navios que possuem tanques
convencionais como os petroleiros (tipo Membrana). A capacidade desses navios gira
em torno de 125 a 135 mil m³.
Figura 27 - Navios Transportadores GNL
53
No que diz respeito ao modal dutoviário, os custos de construção são muito elevados o
que inviabiliza o transporte em grandes distâncias. A alternativa de transportar o gás
natural por dutos é privilegiada em detrimento das demais, principalmente, quando a
malha de transporte é incipiente e a capacidade de operações dos dutos já se apresenta
máxima. Inclusive, o custo desse transporte está associado a sua capacidade de
distribuição, que por sua vez está diretamente relacionada com o diâmetro dos mesmos.
Figura 28 - Transporte por Oleodutos e Gasodutos
Ademais, existe a possibilidade de transportar óleo e gás por meio de caminhões.
Contudo, em virtude das pequenas quantidades que esses podem transportar a
distribuição por esse sistema exige uma grande quantidade de caminhões. É sabido que
a maior circulação de caminhões pode impactar significativamente o tráfego de veículos
nas estradas e rodovias o que contribui para uma maior emissão de poluentes e gastos
relacionados ao combustível. A vantagem desse modal para o transporte de GNL está
relacionada à facilidade de acesso das regiões interiores.
Figura 29 - Transporte de GNL por Caminhões
Fonte: [76]
54
O transporte de GNL por via rodoviária ou marítima requer a construção de uma planta
de liquefação de gás, aquisição de caminhões ou navios-tanques e provavelmente,
reservatórios para o armazenamento do gás no local de abastecimento. No que concerne
à logística de entrega, o produto pode ser entregue ao próprio cliente ou pode ser
fornecido também a uma rede de dutos que realize a distribuição para diversos clientes.
Segundo [7], o projeto de transporte de gás natural liquefeito utilizando a via marítima é
mais viável para realizar o transporte entre os continentes, envolvendo um investimento
em torno de US$ 1 bilhão. É importante ter em mente que esses custos de terminais e
navios-tanques dependem da capacidade instalada. Enquanto que a implantação do
transporte de GNL via rodoviária é viável para distâncias em torno de 500 a 1.000 km.
9.2 Desenvolvimento da Logística de Gás Natural
Liquefeito
Atualmente, no Brasil, não existe uma infraestrutura específica para abastecer essas
embarcações que fazem utilização do gás natural liquefeito. Contudo, diante do
contínuo crescimento do uso do gás natural no país para fins energéticos, novas
alternativas envolvendo GNL já estão sendo desenvolvidas para garantir um suprimento
seguro desse gás no país. Tal disponibilidade de gás natural liquefeito pode beneficiar a
viabilidade comercial e técnica do mesmo para as futuras instalações de abastecimento a
navios.
Dentre essas alternativas, o mercado de gás natural liquefeito é visto como uma opção
viável que pode contribuir muito para a diversidade de fornecedores de gás natural que,
inclusive, já está sendo utilizado pelo Brasil. Conforme explicado, a oferta de gás
natural no país é resultado de três diferentes fornecimentos: produção nacional,
importações da Bolívia através do GASBOL (gasoduto Bolívia-Brasil) e GNL
importado por navios para ser regaseificado no Brasil. O gás proveniente da Bolívia
também é entregue diretamente a planta de liquefação nacional localizada em São Paulo
por meio de um ramal e, após o processo de liquefação o GNL pode ser comercializado
e distribuído por meio de navios e caminhões.
Em todo o mundo, as relações de mercado desse gás no estado líquido são realizadas
por diferentes modais em função das distâncias e volumes transportados. Para
55
distâncias em torno de 150 km e 400 km entre os terminais de liquefação e
regaseificação e para volumes de até 120 mil m³ utilizam-se barcaças ou navios
criogênicos. Enquanto que distâncias intercontinentais com capacidade de transportar de
45 a 160 milhões de m³ de gás natural são utilizados navios metaneiros. O transporte
também pode ser realizado por meio de caminhões para distâncias curtas e volumes
reduzidos. [64]
Outro fato que pode contribuir significativamente para a disponibilidade de gás natural
liquefeito no território nacional foi o consórcio formalizado em 2009 entre a Petrobras e
a BG Group que visa à construção de uma unidade de liquefação de gás natural
embarcada (GNLE). Geralmente, as unidades de liquefação do gás natural estão
localizadas em terra, contudo, objetivando encurtar as distâncias entre os campos
produtores e as unidades, surgiu a ideia de posicionar essas instalações mais próximas
aos campos, no mar. O encurtamento das distâncias garantirá maior flexibilidade para o
mercado interno e facilitará o escoamento das exportações. [66]
Assim, o progressivo uso do gás natural liquefeito no Brasil tem incentivado o
desenvolvimento tecnológico e a oferta dessas instalações no país, motivando a redução
dos custos associados ao investimento requerido pelas plantas de liquefação do gás,
terminais e demais infraestruturas. Esse ambiente pode impulsionar o uso do gás para
alimentar os motores dos navios.
9.3 Localização dos Modais de Abastecimento de
GNL
A localização para os diferentes tipos de operações de abastecimento constitui uma
decisão problemática visto que a viabilidade desses modais em determinada localidade
deve-se a um conjunto de fatores.
Os custos das redes de transporte e interligação, a capacidade/custo de armazenamento
de cada um dos modais, a proximidade e facilidade de entrega das grandes empresas de
distribuição, acessibilidade, zona de segurança e infraestrutura portuária já pré-existente
são alguns dos principais fatores que podem influenciar na implantação dessas
infraestruturas em uma região.
56
O abastecimento por meios de caminhões é o menos dependente de um ponto de
fornecimento local, o GNL pode ser carregado em um terminal ou planta de liquefação
dentro de um raio de distância adequado. Essa distância deve ser determinada em
função da quantidade de GNL fornecida pelos caminhões e da regularidade das
operações, portanto, as grandes demandas exigem distâncias mais curtas.
O abastecimento por meio de barcaças é mais dependente de um ponto de fornecimento
local do que os caminhões. Geralmente, o GNL deve ser carregado dentro de uma zona
portuária para não haver a necessidade de cruzar mar aberto.
O abastecimento por meio de pontos fixos exige que o terminal de abastecimento de
GNL esteja localizado a uma distância suficiente próxima do cais onde os navios serão
abastecidos. Distâncias muito grandes podem inviabilizar economicamente e
operacionalmente a ligação entre o terminal e o ponto de abastecimento no cais. Além
disso, em virtude da grande diferença entre a temperatura do GNL e do ambiente, as
distâncias mais curtas ajudam a minimizar o aquecimento do GNL.
10 Fundamentação Teórica
Os cálculos e considerações adotados no trabalho são baseados em estudos já
desenvolvidos [35, 67, 68] a respeito do uso de gás natural como combustível para
navios e embarcações.
Os custos associados ao consumo de gás natural liquefeito como combustível marítimo
podem ser contabilizados para os navios de apoio dividindo-os da seguinte forma. Os
custos iniciais podem ser traduzidos no custo de capital investido na embarcação,
compreendendo os investimentos para aquisição da tecnologia necessária para o
consumo do gás e o custo de aço para as modificações das dimensões. Os custos
operacionais consistem nos custos de operação e manutenção do navio. Por último, o
custo de viagem que é expresso pelo custo do combustível e taxas sobre as emissões do
navio. Os resultados serão contabilizados para cada ano operacional e a comparação
entre os diferentes custos obtidos foi realizada em função do valor presente líquido.
57
Figura 30 - Custos associados aos Navios GNL
Em linhas gerais, o uso do gás natural como substituto dos combustíveis convencionais
pode acarretar mudanças consideráveis na estrutura dos custos ligados as embarcações.
Um navio movido a GNL é mais caro do que um navio movido por combustíveis
convencionais.
10.1 Valor Presente Líquido
O valor presente líquido (VPL) permite determinar o valor presente dos custos de um
projeto ao longo de um horizonte de planejamento descontados a data de início do
projeto.
∑
Onde i,n representa o horizonte de planejamento, r a taxa de desconto e C simboliza os
custos a cada período desse planejamento.
10.2 Cálculo dos Custos
A função custo total inclui o custo de capital investido, o custo operacional, o custo de
combustível e o custo com as taxas, conforme está demonstrado na equação a seguir.
∑
58
Onde o custo anual é dividido em custo operacional, custo de combustível e custo com
taxas.
– Custo Total (US$);
- Custo Anual (US$);
– Custo Operacional (US$);
– Custo de Combustível (US$);
– Taxas Ambientais (US$);
Custo de Capital
O representa os custos de investimento realizado no ano operacional inicial
e pago nesse mesmo período e, portanto, esse valor não precisa ser descontado para a
análise de valor presente líquido. Esse custo inclui os custos relacionados às mudanças
necessárias para a utilização do gás, isto é, os custos relacionados às novas tecnologias e
o custo de aço para o aumento da capacidade da embarcação. Inclusive, é importante
destacar que as formas de financiamento desses custos não serão avaliadas nesse estudo.
Onde:
I - Custo de investimento (US$ /kW);
P – Potência Instalada (kW);
Custo Operacional
O consiste nos custos relacionados com a manutenção da embarcação,
principalmente, os reparos e a manutenção dos novos sistemas ligados ao uso do gás.
Pode ser dividido em duas partes. A primeira aborda o funcionamento dos motores em
função das horas de operação, potência e carga de cada motor. Enquanto a segunda
parte cobre os custos unitários de operação por kWh.
59
Onde:
P – Potência Instalada (kW);
H – Número de horas de operação por ano;
L – A carga do motor (%);
– Custo operacional por unidade (US$/kWh);
Custo de Combustível
O é calculado levando em consideração o preço do combustível e consumo
de combustível do motor segundo a relação abaixo que relaciona esse consumo com as
horas de operação, a carga e potência do motor.
Onde:
P – Potência Instalada (kW);
H – Número de horas de operação por ano;
L – A carga do motor (%);
C – Consumo específico de combustível (kJ/kWh);
– Preço do combustível (US$/kJ);
Taxas sobre Emissões
As taxas cobradas sobre as emissões podem ser calculadas segundo a relação
apresentada a seguir. Essa relaciona as emissões do motor com sua potência, horas e
carga por taxa sobre a emissão de poluentes.
Onde:
P – Potência Instalada (kW);
H – Número de horas de operação por ano;
60
L – A carga do motor (%);
- Taxa emitida por kg (US$ /kg);
- Emissões por kWh (kg/kWh);
Custo Total
O custo total, considerando o investimento inicial e os custos anuais, pode ser
representado conforme a relação abaixo.
∑
Onde:
n - Vida útil esperada (anos);
r - Taxa de desconto;
Como é possível verificar o custo será expresso em custo (US$) e, portanto, deve ser
dividido pela potência contabiliza na vida útil a fim de se obter o custo por unidade de
energia (US$/kWh).
Onde:
P – Potência Instalada (kW);
H – Número de horas de operação por ano;
n - Vida útil esperada (anos);
– Custo por unidade de energia (US$/kWh);
10.3 Taxa de Desconto
O custo de oportunidade do capital investido em um projeto se baseia na ideia de que os
recursos que foram investidos no mesmo poderiam ter sidos direcionados para outra
61
finalidade. Isto é, representa o sacrifício em termos de remuneração por te aplicado os
recursos em uma alternativa ao invés de outra.
Geralmente, esse custo é expresso em termos de uma taxa de desconto que deve refletir
os riscos associados à escolha do projeto. Em vista disso, a seleção da taxa de desconto
consiste em um problema de grande delicadeza. A forma mais comum de proceder
então é aumentar a taxa de desconto a uma taxa que inclua um prêmio pelo risco, para
cobrir as incertezas relacionadas com o investimento. [69]
Para o trabalho em questão foi adotada uma taxa de desconto de 8 %.
10.4 Vida útil
A vida útil de um projeto consiste no período de planejamento que é estabelecido para a
sua análise. Esse valor deve levar em consideração a natureza do projeto bem como o
horizonte das previsões e vida física dos equipamentos e instalações.
A vida útil de uma embarcação costuma durar em média de 20 a 25 anos. Ao final desse
período, os altos custos de manutenção necessários para os reparos nos navios não
compensam, ou seja, não é mais viável economicamente prestar manutenção ao bem.
Então, os armadores e afretadores de navios optam por substituí-las. [69]
Para o trabalho em questão foi adotada uma vida útil de 25 anos.
11 Estudo de Caso
11.1 Área de Operação
11.1.1 Bacia de Campos
Com uma área aproximadamente de 100 mil quilômetros quadrados, a Bacia de Campos
[68] se estende das imediações da cidade de Vitório (ES) até Arraial do Cabo, no litoral
do Rio de Janeiro. Desde a descoberta do primeiro campo com volume comercial, a
62
Petrobras vem atuando e investindo nessa bacia com descobertas de novos campos e a
instalação de plataformas de produção.
As descobertas de reservas de petróleo em águas profundas na Bacia de Campos e a
necessidade de suprir a demanda do país são fatores que provocaram cada vez mais a
necessidade de embarcações especializadas em serviços voltados para o apoio offshore,
como é o caso do PSV.
Figura 31 - Localização Bacia de Campos
Fonte: [70]
11.1.2 Porto de Referência
O porto de referência escolhido para ser base de apoio offshore dos navios PSV’s é o
Porto de Imbetiba, localizado no município de Macaé, RJ.
Figura 32 - Porto de Imbetiba
Fonte: [71]
63
A escolha por esse porto se deve a uma soma de fatores. O primeiro deles é a sua
localização favorável em relação à Bacia de Campos o que faz com que esse porto seja a
principal ligação entre o continente e essa bacia. Além disso, o porto também possui
uma posição estratégica em relação ao fornecimento de gás. E, por último, o porto em
questão apresenta infraestrutura adequada para o abastecimento dos suprimentos e
cargas desse tipo de embarcações. De acordo com a Petrobras, o Porto de Imbetiba é o
maior porto para atividades petrolíferas do mundo.
11.2 Infraestrutura de Distribuição e
Fornecimento de Gás
A seguir é apresentada a estrutura de fornecimento de gás natural atualmente no Brasil.
Para a realização do trabalho em questão será suposto que haja efetiva distribuição de
gás natural liquefeito no país com a finalidade de abastecimento de navios e
embarcações.
Conforme já explicado, tanto as plantas de liquefação quanto os terminais de
regaseificação podem prover o gás natural para as instalações de abastecimento do
combustível. Inclusive, os terminais regaseificação podem disponibilizar o gás antes
mesmo de retornarem ao estado gasoso enquanto que as plantas de liquefação
transportam o gás no estado líquido por meio de navios ou utilizando caminhões.
11.2.1 Malha Dutoviária
No Brasil, a regulação da atividade de transporte de gás natural é de responsabilidade da
ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis), enquanto que a
atividade de distribuição cabe aos governos estaduais que regulam a atividade e
fornecem concessões de serviço tanto para empresas estatais como para privadas.
A malha dutoviária do Brasil em sua quase totalidade é detida pela Petrobras, sendo que
a responsabilidade por esse modal é da sua subsidiária Transpetro [72], inclusive, por
esse motivo é considerada a maior processadora brasileira de gás natural. Segundo a
empresa, a malha dutoviária se estende por mais de 7 mil km integrando as regiões Sul e
Sudeste ao Nordeste do país e fornecendo em torno de 50 milhões de m³ de gás natural
para indústrias, pontos de abastecimento e termoelétricas.
64
Parte dessa malha de gasodutos e oleodutos operados pela Transpetro pode ser vista no
mapa apresentado na figura a seguir.
Figura 33 - Malha Dutoviária - Transpetro
Fonte: [72]
Ainda assim, essa infraestrutura é considerada pouco desenvolvida visto que há uma
concentração em poucos estados brasileiros, inclusive, quando se considera a extensão
do país, essa discrepância é ainda mais acentuada. O aumento da produção de petróleo e
gás em função das recentes descobertas do pré-sal justifica ainda mais a necessidade de
se investir no modal dutoviário para interligar as regiões produtoras as regiões
consumidoras do país e realizar assim, o escoamento de parte da produção. A tendência
é que a malha de dutos do Brasil continue expandido de modo a acompanhar a produção
nacional de petróleo e gás. Os custos de implantação desse modal são altos, contudo, os
custos relacionados à operação e manutenção são considerados baixos e os ganhos de
escala são grandes.
65
Apesar da necessidade de investimentos, é possível verificar que parte da malha de
dutos que compõem a infraestrutura de gás natural se estende por parte do litoral
brasileiro, inclusive, compreendendo as áreas de exploração do pré-sal o que pode
beneficiar e favorecer o uso dos navios movidos a gás nessa região.
Figura 34 - Malha Dutoviária - Gás Natural
Fonte: [73]
11.2.2 Terminal de Regaseificação
O terminal de Regaseificação da Baía de Guanabara [74] localizado na Ilha Redonda no
Distrito Baía de Guanaraba, Rj, possui instalações para o armazenamento e
transferência de gás natural liquefeito e de gás natural e, também, compreende
gasodutos que interligam essas instalações a malha do transporte de gás natural
apresentada anteriormente.
66
Figura 35 - Terminal de Regaseificação da Baía de Guanabara (GNL)
Fonte: [74]
Figura 36 – Localização do Terminal de Regaseificação da Baía de Guanabara
Fonte: [74]
Com capacidade de transferir até 20 milhões de m³/dia de gás natural para a malha de
gasodutos Sudeste, o píer desse terminal possui dois berços de atracação, um destinado
aos navios supridores de GNL e o outro destinado a navios regaseificadores conforme
pode ser visto na figura apresentada abaixo.
Figura 37 - Vista dos dois berços do Terminal de Regaseificação
Fonte: [75]
67
O berço dos navios supridores conta com três braços, dois são utilizados para o
descarregamento de GNL e um para o retorno de vapor. Já o berço dos navios
regaseificadores conta com cinco braços, três destinados às operações de transferência
de GNL entre navios e os outros dois para descarga do gás regaseificado nos navios.
O gás natural proveniente da regaseificação é transferido à malha de gasodutos.
11.2.3 Planta de Liquefação
No Brasil, no ano de 2004 foi inaugurada a primeira planta de liquefação de gás natural
do país resultado de um consórcio entre a Petrobras e a White Martins. A GásLocal
líder do consórcio é a primeira empresa nacional a comercializar e distribuir o gás
natural liquefeito em território brasileiro, visando principalmente as regiões que não são
abastecidas por gasoduto.
Figura 38 – Cadeia Gás Natural – Planta de Liquefação SP
Fonte: [76]
68
A planta de liquefação localizada na cidade de Paulínia, SP, possui capacidade
produtiva [76] para gerar 13,2 milhões de m³/mês de gás natural liquefeito o que
equivale a 440 mil m³/dia.
Figura 39 - Planta de Liquefação Paulínia – SP
Fonte: [76]
Ao todo o projeto teve um investimento [78] de US$ 51 milhões dos quais US$ 9,5
milhões foram provenientes da Petrobras e restante da White Martins. A planta de
liquefação sozinha demandou um investimento de US$ 27 milhões enquanto US$ 14,5
milhões foram utilizados na compra de caminhões e demais custos.
O gás natural chega até Paulínia por meio de um gasoduto onde é resfriado para o
estado líquido e, posteriormente, é destinado por meio de caminhões a diversos estados
do país, como Espírito Santo, Paraná, São Paulo e o Rio de Janeiro conforme pode ser
visto no mapa de atuação da GásLocal.
Figura 40 - Ilustração Caminhão GNL
Fonte: [76]
69
Figura 41 - Mapa de Atuação GásLocal
Fonte: [76]
11.3 Navios de Apoio
11.3.1 Navio PSV
Os navios do tipo PSV (Platform Supply Vessel) possuem como principal função o
transporte suprimentos para as plataformas de produção de petróleo em alto mar, isto é,
são designados como navios supridores.
Apesar de uma gama de embarcações poderem realizar a atividade de suprimento para
as unidades marítimas, os navios PSV’s exercem exclusivamente esse transporte de
suprimentos necessários para operação e manutenção dos equipamentos e instalações
existentes nessas unidades flutuantes.
70
Podem abrigar diferentes tipos de cargas como água doce/potável, óleo combustível,
cimento, fluido de perfuração, lama, granéis sólidos, carga geral de convés, entre outras,
o que o torna esse tipo de embarcação muito versátil e explica a grande frota existente.
A diversidade de cargas exige dessas embarcações amplos espaços de convés e grande
capacidade de armazenamento interno.
Em função da sua proximidade com as demais unidades para realizar o manuseio e
transferência de cargas, esse tipo de navio deve ser capaz de controlar seu
posicionamento dinâmico. Além disso, o fato de enfrentarem condições de mar adversas
reforça ainda mais a necessidade desses sistemas de controle, uma vez que, mesmo
diante de cargas ambientais extremas é necessário garantir o abastecimento das
plataformas.
O sistema propulsivo geralmente encontrado em embarcações como os PSV’s é o
sistema diesel-elétrico, visto que, é considerado o tipo de sistema mais confiável para
navios que exigem alta capacidade de manobra e operam grande parte do tempo em
posicionamento dinâmico.
11.3.2 Frota de Navios PSV
Com base na demanda da Petrobras por navios de apoio do tipo PSV com 3000 e 4500
toneladas de porte bruto foram selecionadas duas embarcações da frota disponibilizada.
Para tanto, foi realizada uma pesquisa de levantamento de dados dessas embarcações. É
importante mencionar que optou-se por embarcações que apresentassem o sistema
propulsivo diesel-elétrico conforme explicado.
Ambas as embarcações selecionadas são de bandeira brasileira e do Grupo CBO [80],
uma das principais empresas nacionais de construção e operação de embarcações
offshore. O PSV de 3000 t selecionado foi o CBO Atlântico e o de 4500 foi o CBO
Ipanema.
As embarcações selecionadas e seus respectivos dados podem ser vistos na tabela
apresentada abaixo:
71
Tabela 12 - Embarcações PSV Sistema Diesel-Elétrico
Figura 42 - CBO Atlântico
Fonte: [80]
Figura 43 – Vista Sistema Propulsivo CBO Atlântico
Fonte: [80]
Figura 44 - CBO Ipanema
Fonte: [80]
72
Figura 45 - Vista Sistema Propulsivo CBO Ipanema
Fonte: [80]
11.4 “Jumborização”
A jumborização de navios foi um sistema desenvolvido com a finalidade de aumentar a
capacidade de carga de uma embarcação. Para tanto, realiza-se um corte transversal
vertical em seu casco para que um novo conjunto de porões seja fundido ao casco
original aumentando assim, a capacidade do navio.
A conversão dos navios movidos a diesel para gás natural liquefeito requer algumas
mudanças nos sistemas e na configuração da embarcação. Como já mencionado
anteriormente, é necessário substituir os motores convencionais abastecidos com diesel
por motores capazes de consumir o gás. Além disso, também se faz necessário a seleção
de tanques específicos para o armazenamento do novo combustível.
O novo sistema que inclui os tanques de armazenamentos e motores requer um maior
espaço em comparação com o original, portanto, para que a capacidade de carga da
embarcação seja mantida recorre-se ao método de “jumborização”. Em geral, PSV’s
com porte bruto de 3000 e 4500 toneladas quando convertidos apresentam capacidades
referentes à PSV’s de porto bruto de 4500 e 6000 toneladas, respectivamente.
11.4.1 Exemplo Real de “Jumborização”
Um exemplo real de uma embarcação que sofreu esse processo é o navio de cruzeiro
Enchantment of the Seas [81]. A conversão do navio para o consumo de gás natural
liquefeito resultou em um acréscimo de uma seção de 22 metros de comprimento. A
nova parte pré-fabricada contendo os tanques de GNL permitiu a adoção do combustível
sem a perda de camarotes.
73
Figura 46 - Projeto de Jumborização do Navio de Cruzeiro
Fonte: [81]
Figura 47 - Resultado da Jumborização
Fonte: [81]
Contudo, nem toda embarcação pode ser convertida desse modo, cada caso deve ser
analisado individualmente. Todas as modificações estruturais, de maquinário e
operacionais devem ser consideradas. É importante salientar que esse tipo de conversão
exige extremo trabalho uma vez que o corte transversal representa que todos os sistemas
cortados deverão ser emendados, incluindo, tubos, dutos, cabos, entre outros.
11.4.2 “Jumborização” dos Navios PSV
Para o estudo em questão, foi suposto que as embarcações PSV’s movidas a diesel serão
modificadas de modo a obter as capacidades necessárias para a conversão do diesel para
o sistema dual fuel. Em vista disso, foram selecionadas embarcações do tipo PSV
movidas a gás e, a partir dessa frota pode-se relacionar as dimensões das embarcações
em função do porte bruto.
A seguir está apresentada uma tabela em que constam a embarcações movidas a gás.
74
Tabela 13- Frota Embarcações PSV Sistema Dual Fuel
A relação obtida pode ser vista no gráfico apresentado abaixo.
Gráfico 16- LOA x DWT
O comprimento das embarcações movidas a diesel foi modificado segundo a
formulação encontrada. Os resultados obtidos podem ser vistos na tabela a seguir.
Tabela 14 - Novos Dados
75
11.5 Coeficientes de Forma
Os coeficientes de forma são variáveis que serão utilizadas em vários cálculos
apresentados no decorrer do projeto. Portanto, a fim de estimar esses valores foram
utilizadas as relações do livro Ship Design for Efficiency and Economy [81].
Coeficiente de Bloco
Figura 48 - Fórmula Coeficiente de Bloco
Fonte: [81]
Coeficiente de Seção Mestra
Figura 49 - Fórmula Coeficiente de Seção Mestra
Fonte: [81]
Coeficiente Prismático
Figura 50 - Fórmula Coeficiente Prismático
Posição Longitudinal do Centro de Carena
Figura 51 – Fórmula Posição Longitudinal do Centro de Carena
Fonte: [81]
Coeficiente de Linha d’Água
Figura 52 - Fórmula Coeficiente de Linha d'Água
Fonte: [81]
Os resultados dos coeficientes de forma para as duas embarcações podem ser vistos na tabela
abaixo.
76
Tabela 15 - Coeficientes de Forma
11.6 Resistência ao Avanço
Tendo obtido as novas dimensões para as embarcações podemos calcular a resistência
ao avanço que o sistema propulsivo de cada uma delas requer para navegar na
velocidade de serviço de 13 nós. Para isso recorreu-se ao método proposto por
“J.Holtrop e G.G.J. Mennem, 1984” [83] conforme pode ser visto nas figuras
ilustrativas apresentadas a seguir.
Figura 53 - Cálculo Resistência ao Avanço PSV 3000 GNL
Figura 54 - Cálculo Resistência ao Avanço PSV 4500 GNL
77
A resistência ao avanço para o PSV de porte bruto igual a 3000 t movido a GNL é de
139,100 KN e do PSV de porte bruto igual a 4500 t movido a GNL é de 155,365 KN.
Os valores encontrados para a resistência são de suma importância para os cálculos dos
custos atrelados aos navios, uma vez que a resistência ao avanço de um navio está
diretamente relacionada com o consumo de combustível da embarcação.
11.7 Potência dos Azimutais
Com o valor da resistência ao avanço calculada pelo método Holtrop e com o cálculo
dos coeficientes propulsivos foram obtidas a potência de saída, isto é, a potência
fornecida pelo propulsor ao fluido e a potência de entrada, a potência entregue ao
propulsor, necessárias para propelir os navios em sua velocidade de serviço.
Tabela 16 - Potências Requeridas Azimutais
Como os propulsores azimutais responsáveis pela propulsão também participam do
sistema de posicionamento dinâmico, ainda não é possível selecioná-los e, portanto, se
faz necessário o cálculo das potências requeridas pelo posicionamento dinâmico.
11.8 Potência Thrusters
Sabendo que as embarcações de apoio offshore demandam de um excelente
posicionamento dinâmico em virtude das condições extremas que esse tipo de
embarcação está sujeito, foi preciso realizar cálculos de Stationkeeping para que sejam
selecionados os impelidores de proa de ambas as embarcações. É importante destacar
que os azimutais de popa sozinhos não são suficientes para garantir um bom
posicionamento dinâmico.
As forças envolvidas e que devem ser vencidas pelos bow e stern thrusters, são as forças
do vento, da correnteza e das ondas atuando de través, essas foram calculadas de acordo
com American Petroleum Institute [84].
78
Forças dos Ventos
Figura 55 - Fórmula Forças dos Ventos
Onde Cs é um coeficiente de forma, Ch é um coeficiente de altura relativo ao centro de
área da área projetada exposta, Cw é o coeficiente experimental do vento, Vw é a
velocidade dos ventos na região e A é a área projetada exposta aos ventos estimada por
meio de semelhantes. Os coeficientes Cs e Ch foram retirados dos gráficos abaixo,
dependendo do tipo de área que está exposta ao vento.
Figura 56 - Coeficientes da Forma Cs
Figura 57 - Coeficiente de Altura Ch
Em uma rápida pesquisa, descobriu-se que a velocidade dos ventos na Bacia de Campos
fica em torno de 15~20knots, já tendo chegado a 46knots. Como margem de segurança
adotou-se a velocidade V = 35kn = 18,1 m/s.
Os resultados encontrados podem ser vistos na tabela a seguir.
79
Tabela 17 - Forças dos Ventos
Força das Correntes
Figura 58 - Fórmula Força das Correntes
Onde Cay é o coeficiente empírico devido a corrente, Vc é a velocidade das correntes e
S é a área transversal submersa calculada através dos coeficientes de forma.
Figura 59 - Fórmula da Área Molhada
As correntes na Bacia de Campos ficam em torno de 0,5 m/s a 1,0 m/s. Como margem
de segurança adotou-se V = 1,5 m/s.
Os resultados encontrados podem ser vistos na tabela a seguir.
Tabela 18 - Força das Correntes
Força das Ondas
A força de onda foi calculada a partir de uma extrapolação de dados experimentais de
uma embarcação real baseando-se nas dimensões das embarcações e na altura da onda
de projeto. As relações entre os dados da embarcação de referência e dos navios e a
relação para calcular a força de onda estão apresentadas abaixo.
Figura 60- Relação Comprimento e Altura de Onda
80
Figura 61 - Fórmula Força de Onda
As dimensões da embarcação escolhida são 400 pés de comprimento, 65 pés de boca e
20 pés de calado conforme pode ser visto no gráfico a seguir.
Gráfico 17 - Força de Onda atuante em embarcação semelhante
Utilizando o gráfico acima é possível determinar a relação da força de onda atuante na
embarcação semelhante em função da altura de onda.
Gráfico 18 - Força de Onda atuante em embarcação semelhante
81
Os resultados encontrados podem ser vistos na tabela a seguir.
Tabela 19 - Força de Onda
Forças Ambientais
O sistema de posicionamento dinâmico das embarcações de apoio deve ser capaz de
controlar o posicionamento das mesmas frente às forças ambientais calculadas abaixo.
Tabela 20 - Resultados das Forças Ambientais
As forças ambientais obedecem a proporção de 75 kW/tonelada-força para os bow-
thursters e 60 kW/tonelada-força para os azimutais. Desse modo, as potências
requeridas são as seguintes:
Tabela 21 - Correspondência Potência x Força Ambiental
Tabela 22 - Potências Requeridas pelo DP
O sistema de posicionamento dinâmico de ambas as embarcações é composto por dois
bow-thrusters e dois azimutais. Em função dos critérios de redundâncias exigidos pela
classe DP-2, não pode haver perda da posição da embarcação em caso de falha única do
sistema, dessa forma, cada azimutal de ré deve ser dimensionado para suprir a demanda
82
de potência a ré da embarcação bem como cada bow-thrurter deve ser capaz de suprir a
demanda a vante.
11.9 Seleção dos Propulsores
Conforme mencionado, os dois azimutais localizados a ré são responsáveis tanto pela
propulsão quanto pelo posicionamento dinâmico das embarcações. Para assegurar que
esses propulsores serão capazes de manter as duas condições, de viagem e de DP, a
seleção desses deve considerar o maior valor entre a potência dos propulsores e a
potência dos thrusters. A seleção dos outros dois propulsores localizados a vante devem
considerar apenas a potência dos thrusters, uma vez que esses propulsores são
responsáveis apenas por manter a posição das embarcações frente às cargas ambientais.
Para a seleção dos azimutais e dos thrusters recorreu-se ao fabricante Wärtsilä [85]
conforme pode ser visto abaixo nas tabelas com os dados técnicos dos mesmos.
Tabela 23 - Catálogo Azimutais Wärtsilä
Tabela 24 - Catálogo Thrusters Wärtsilä
83
Os propulsores selecionados para ambas as embarcações podem ser vistos na tabela
abaixo.
Tabela 25 - Propulsores Azimutais Selecionados
Tabela 26 - Thrusters Selecionados
11.10 Balanço Elétrico
O balanço elétrico tem a finalidade de obter a demanda energética total das
embarcações por meio de uma estimativa dos consumidores elétricos a bordo de cada
um dos navios. Para isso, todos os equipamentos são divididos em grupos de acordo
com a utilização da potência de cada um deles. Os 5 grupos presentes nesse navio são:
Praça de Máquinas - Serviço Contínuo, Praça de Máquinas - Serviço Intermitente, Praça
de Máquinas - Diversos, Máquinas de Convés e Impelidores.
Dentro de cada um desses grupos a utilização de potência dos equipamentos
deve ser contabilizada nas diferentes condições que o navio do tipo PSV pode operar,
são elas: condição em que a embarcação se desloca para o seu local de atuação
denominada Condição Viagem, condição em que a embarcação opera em
funcionamento normal abastecendo uma unidade flutuante denominada Condição
Posicionamento Dinâmico, condição em que a embarcação está localizada no porto para
operações de abastecimento ou/e reparo denominada Condição Porto e, por último, a
Condição Fundeada.
84
Os resultados das potências consideradas para cada uma das 4 condições para ambas
embarcações podem ser vistas a seguir.
Tabela 27 - Potência Total para PSV CBO Atlântico
Tabela 28 - Potência Total para PSV CBO Ipanema
11.11 Tecnologias GNL Adotadas
11.11.1 Layout do Sistema
O uso do gás natural liquefeito como combustível marítimo para essas embarcações
exige uma configuração diferenciada das convencionais. Essa estrutura deve contar com
os seguintes sistemas: sistema de geração de energia composto por motores dual fuel
principais ou auxiliares; sistema propulsivo; sistema de automação e detecção do gás e o
sistema de armazenamento, manuseio e controle do gás – LNGPac. Todos esses
sistemas podem ser vistos na figura a seguir.
Figura 62 – Principais sistemas embarcação movida a GNL
Fonte: [86]
85
A figura abaixo exemplifica o layout de uma embarcação movida a gás natural
liquefeito incluindo todos os seus sistemas.
Figura 63 - Layout embarcação movida a GNL
Fonte: [87]
11.11.2 Motores Dual-Fuel
A Wärtsilä, empresa líder no fornecimento de soluções de energia para o mercado
marítimo dispõe de uma gama de motores que podem operar com dois combustíveis
diferentes. Os modelos de motores do fabricante Wärtsilä [85] que podem consumir
GNL podem ser vistos no gráfico apresentado abaixo, inclusive, todos os modelos de
motores DF estão disponíveis tanto para propulsão elétrica quanto para mecânica.
Gráfico 19- Motores Wärtsilä Dual-Fuel
Fonte: [86]
86
Uma das principais características comprovada da tecnologia Dual Fuel é que o motor
pode ser mudado de óleo combustível para o funcionamento a gás. E essa transferência
ocorre automaticamente após comando do operador sem interrupção de energia ou
instantaneamente no caso de interrupção de fornecimento de gás. Além disso, os
motores também apresentam separação do sistema de combustível líquido o que torna
possível mudar de MDO/LFO para HFO sem que haja interrupção de energia. O gás
natural é fornecido ao motor na forma gasosa através de uma válvula, em que o gás é
filtrado e sua pressão controlada.
Com tecnologia simplificada e trabalhando em pressões baixas, os motores não
precisam de tecnologia de limpeza dos gases de evacuação para atender os regulamentos
ambientais. Todas essas vantagens contribuíram para que os investimentos em
equipamentos tivessem uma redução em torno de 15 a 20%. Os gastos relacionados à
operação dos motores também são inferiores, uma vez que, não são necessários sistemas
de redução de NOx e nem sistemas auxiliares para compressão de gás de alta pressão.
Adicionalmente, a tecnologia possibilita, em todas as cargas de funcionamento,
operação estável em gás. Portanto, a baixa carga não é necessária utilização do diesel,
apenas, no processo de ignição é feito o consumo desse combustível.
Todos esses benefícios obtidos com a tecnologia dos motores dual fuel, inclusive, já
comprovada, estão disponíveis e podem ser empregados em diferentes tipos de navios.
Garantindo uma operação mais fácil e segura, essa inovação contribui para aceitação do
mercado e pode impulsionar, ainda mais, a adoção do GNL.
11.11.3 Sistema LNGPac
O uso de gás natural liquefeito como combustível marítimo exige um armazenamento
seguro a bordo das embarcações e navios. O sistema LNGPac desenvolvido pela
Wärtsilä assegura toda a segurança necessária a bordo. Esse foi projetado de acordo
com as orientações de segurança para o abastecimento de gás natural da IMO. Além do
mais, estão de acordo com IGC Code, são tanques do tipo C.
O sitema LNGPac é um sistema completo de armazenamento e manuseio do gás
combustível para navios abastecidos por GNL . O sistema inclui os tanques de
armazenamento pressurizados, conexões e válvulas criogênicas, automação, controle e
87
dispositivos de detecção do gás. Esses equipamentos estão localizados em um
compartimento soldado ao tanque para ganhar espaço e limitar a segurança da área em
torno do LNCPac. A figura abaixo apresenta os principais componentes do sistema.
Figura 64 - Principais Componentes Sistema LNGPac
Fonte: [86]
Os tanques LNGPac podem ser oferecidos para diferentes configurações e, portanto,
possibilitam a instalação em diferentes motores. As tabelas abaixo apresentam as
diversas opções do LNGPac
Tabela 29 – Diferentes Possibilidades dos Tanques LNGPac
Fonte: [87]
Tabela 30 - Continuação das Diferentes Possibilidades dos Tanques LNGPac
Fonte: [87]
88
As autoridades quando desenvolveram as regras para o uso do gás natural como
combustível marítimo determinaram a redundância da tecnologia dual fuel. A conversão
de gás para combustível líquido é considerada válida para alcançar 100% de
redundância em caso de escape ou falha no sistema de abastecimento. Dentre os
principais requisitos de redundância, para os casos de escape de gás no abastecimento,
deve estar disponível um segundo combustível independente do primeiro.
11.12 Seleção dos Motores
Tendo como referência as potências adquiridas para os azimutais e para os thrusters
com a conversão do sistema diesel-elétrico para o sistema dual fuel foi possível
selecionar os motores para cada uma das embarcações.
Os motores foram selecionados em função da potência máxima requerida entre as 4
potências das condições operacionais determinadas no cálculo do balanço elétrico. Para
isso, recorreu-se ao fabricante Wärtsilä [85] cujos modelos e suas respectivas potências,
consumo e peso podem ser vistos na tabela a seguir.
Tabela 31 - Dados Motores Wärtsilä Dual Fuel
O número de motores selecionados para cada uma das embarcações, bem como os
dados referentes à potência de cada um deles, estão demonstrados na tabela abaixo.
89
Tabela 32 - Motores Selecionados
11.13 Perfil Operacional
Para o cálculo de consumo de combustível foi necessário definir um perfil operacional
típico para embarcações do tipo PSV que vão atuar na Bacia de Campos. Como se trata
de um tipo de navio destinado ao apoio de plataformas para o fornecimento de
suprimentos, foi estimado que essas embarcações devem permanecer a maior parte do
tempo de operação em viagem e posicionamento dinâmico, o que seria em torno de 40%
para cada, 10% do tempo no porto e 10% do tempo fundeado.
Gráfico 20 - Perfil Operacional Típico PSV
A potência média em cada condição operacional pode ser calculada conforme a fórmula
abaixo:
∑
Onde representa a porcentagem de tempo que a embarcação permanece na condição i,
isto é, perfil operacional típico das embarcações PSV’s. A consiste no percentual
de potência calculada no balanço elétrico do total da potência instalada para cada uma
das condições i, Viagem, Posicionamento Dinâmico, Fundeado e Porto.
90
Os resultados estão demonstrados na tabela abaixo:
Tabela 33 - Potências Médias
11.14 Autonomia
Como já foram determinadas a área de atuação, Bacia de Campos, e o porto de apoio é
possível determinar a rota das embarcações e, portanto, calcular a distâncias percorridas
pelas mesmas. A partir das distâncias e com os valores das velocidades de serviço pode-
se obter o tempo gasto em viagem para cada embarcação.
Tabela 34 - Distâncias Percorridas
Tendo determinado o tempo de viagem pode-se por meio do perfil operacional
determinar a autonomia de cada navio bem como os tempos gastos nas demais
operações conforme demonstrado na tabela.
Tabela 35 - Autonomia
11.15 Consumo de Combustível
Conforme já explicado os motores dual fuel consumem óleo diesel para acionar os
motores, assim sendo, é considerada que 99% da potência instalada consome o gás
natural liquefeito enquanto que 1% consome o óleo diesel.
91
Outro fato de extrema importância que deve ser levado em conta é que o preço do GNL
apresenta unidade de preço por energia, dessa forma, foram calculados os consumos de
gás em g/h e em kJ/h para cada uma das condições operacionais. Os resultados obtidos
podem ser visualizados na tabela apresentada a seguir.
Tabela 36 - Consumo de Combustível por Hora
11.16 Seleção Tanques LNGPac
Os tanques de armazenamento de gás natural liquefeito são selecionados em função da
autonomia de cada embarcação. Para isso, recorreu-se ao fabricante Wärtsilä cujos
modelos e seus respectivos volumes e pesos podem ser vistos na tabela a seguir.
Tabela 37 – Dados Tanques LNGPac
O número de tanques selecionados para cada uma das embarcações, bem como os dados
referentes ao volume totais e de cada um deles, estão demonstrados na tabela abaixo.
Tabela 38 - Tanques Selecionados
92
11.17 Custos de Capital
11.17.1 Custo de Aço
As modificações realizadas na forma das embarcações representam um custo de capital
significativo no investimento total concebido para o uso de gás natural liquefeito como
combustível marítimo. Parte desse aporte pode ser traduzido no custo de aço extra para
aumentar o comprimento das embarcações.
Usando como referências as formulações do Practical Ship Design [88] que relacionam
os custos dos componentes com seus respectivos pesos, foi possível estimar o valor
gasto em aço para realizar essa conversão.
O custo de aço de uma embarcação pode ser obtido em função do peso de aço através
do gráfico apresentado a seguir:
Gráfico 21 - Custo de Aço em função do Peso de Aço
Fonte: [88]
Com base no gráfico acima foi encontrada a relação entre o custo de aço e o peso de aço
para embarcações de apoio offshore conforme pode ser verificado na tabela e no gráfico
apresentados.
93
Tabela 39 – Peso de Aço x Custo de Aço
Gráfico 22 - Peso de Aço x Custo de Aço
Para estimar o custo de aço com a conversão foi contabilizado o peso de aço dos navios
antes das modificações e o peso de aço após as mesmas terem sido realizadas. A
diferença entre esses pesos equivale ao peso de aço adicionado.
O peso de aço, para ambos os casos, antes e após a modificação da forma das
embarcações, foi determinado por meio da formulação matemática que relaciona o peso
de aço com as dimensões da embarcação e o seu coeficiente de bloco.
Figura 65 - Fórmula Peso de Aço
Fonte: [89]
É importante salientar que os custos de aço obtidos são para o ano de 1993 e por isso,
foram convertidos pela inflação do dólar [90] para o ano presente, 2015.
94
Tabela 40 - Inflação Dólar
Gráfico 23 - Inflação Dólar
Por fim, os resultados das estimativas de custo de aço adicional utilizado para a
conversão das embarcações estão demonstrados na tabela abaixo.
Tabela 41 - Custo de Aço Adicional
95
11.17.2 Custo de Maquinário
O custo de máquinas representa a maior parcela do custo de capital investido na
conversão da embarcação. Usando como referências as formulações do Practical Ship
Design [88] que relacionam os custos dos componentes com seus respectivos pesos, foi
possível estimar o valor gasto para realizar a substituição dos motores diesel por
motores dual fuel e dos tanques de diesel pelos tanques LNGPac.
O custo de maquinário de uma embarcação pode ser obtido em função do peso de
maquinário através do gráfico apresentado a seguir:
Gráfico 24 - Custo de Maquinário em função do Peso de Maquinário
Fonte: [88]
Com base no gráfico acima foi encontrada a relação entre o custo de maquinário e o
peso de maquinário conforme pode ser verificado na tabela e no gráfico apresentados.
Tabela 42 - Peso Maquinário x Custo Maquinário
96
Gráfico 25 - Peso Maquinário x Custo Maquinário
É importante salientar que os custos de maquinário obtidos são para o ano de 1993 e por
isso, também foram convertidos pela inflação do dólar [90] para o ano presente, 2015.
Por fim, os resultados das estimativas de custo de maquinário utilizado para a conversão
das embarcações estão demonstrados na tabela abaixo.
Tabela 43 - Custo Maquinário
11.18 Custo Anual
11.18.1 Custo de Combustível
Tendo determinado o consumo horário de combustível para cada uma das 4 condições
operacionais de cada uma das embarcações, a partir do perfil operacional foi possível
determinar o consumo em kJ de GNL e o consumo em g de diesel para cada uma das
atividades. O consumo total é a soma dos consumos em cada uma das 4 condições de
operação.
O preço de gás natural liquefeito para o abastecimento de combustível em cada um dos
modais está sujeito à disponibilidade e os preços regionais do GNL.
97
O custo total de GNL foi determinado em função do preço de gás natural liquefeito
retirado do gráfico abaixo. Considerando as variações de preço dos últimos 15 anos,
optou-se pelo maior preço em US$/MBTU nesse período.
Gráfico 26 - Preço GNL [US$/MBTU]
Fonte: [91]
A conversão entre as unidades de energia kJ e BTU pode ser realizada de acordo com a
tabela a seguir.
Tabela 44 - Conversão GNL - BTU x kJ
O custo de gás natural liquefeito por hora de cada uma das embarcações é determinado
pela razão entre o custo total de GNL e a autonomia da mesma. A tabela abaixo
compreende os resultados obtidos com os cálculos aqui descritos.
Tabela 45 - Custo de GNL
98
Para determinar o custo de GNL em um ano de operação basta multiplicar o custo total
[US$/h] pelo número de horas de operação por ano.
Tabela 46 - Custo GNL Anual
O custo total de diesel foi determinado em função do preço do mesmo retirado do
gráfico abaixo. Considerando as variações de preço dos últimos 15 anos, optou-se pelo
maior preço em US$/Gallon nesse período.
Gráfico 27 - Preço Diesel [US$/Gallon]
Fonte: [91]
A conversão entre as unidades galão e toneladas pode ser realizada de acordo com a
tabela a seguir.
Tabela 47- Conversão Diesel - gallon x ton
99
O custo de diesel por hora de cada uma das embarcações é determinado pela razão entre
o custo total de combustível e a autonomia da mesma. A tabela abaixo compreende os
resultados obtidos com os cálculos aqui descritos.
Tabela 48 - Custo Diesel
Para determinar o custo de diesel em um ano de operação basta multiplicar o custo total
[US$/h] pelo número de horas de operação por ano.
Tabela 49 - Custo Diesel Anual
11.18.2 Tributação Ambiental
Como no Brasil não existe ainda nenhuma política de tributação sobre as emissões de
poluentes pelos motores de navios foi considerado para o presente estudo as taxas
ambientais aplicáveis na Noruega. Nesse país os navios que dispõem de tecnologias
para a redução das emissões de NOx e/ou utilizam combustível com baixo teor de
enxofre são beneficiados por taxas sobre emissões diferenciadas. Portanto, a não
conformidade com os regulamentos ambientais pode impactar consideravelmente os
custos ligados à operação das embarcações e navios.
As taxas sobre emissões de NOx para navios que tenham assinado o acordo ambiental é
reduzida para aproximadamente 0,65 US$/kg de NOx emitido enquanto que para
embarcações que não tenham assinado o valor fica em torno de 2,52 US$/kg de NOx
emitido. Nesse estudo foram consideradas que ambas as embarcações PSV’s se
enquadram na taxa sobre emissões para navios que tenham assinado o acordo.
A partir desse valor, possuindo também a potência instalada e carga média dos motores
foi possível obter os custos ligados à tributação para o ano operacional de cada uma das
embarcações. É importante mencionar que as emissões de NOx em g/kWh foram
baseadas no gráfico 5 apresentado nesse trabalho.
100
Tabela 50 - Custo Tributação Ambiental Anual
11.18.3 Custo Operacional
Os custos operacionais de uma embarcação incluem todos os custos ligados com a
operação e funcionalidade da mesma, desse modo, englobam os gatos com a tripulação,
seguros, administração, manutenção e reparos. Pode-se assumir que os custos referentes
à tripulação, seguro e administração não são modificados com a substituição dos
motores diesel por motores GNL, considerando que a mesma tripulação está apta a
operar o navio movido a gás. Os únicos custos que poderiam sofrer influência pela
conversão do combustível seriam os custos de manutenção e reparo dos novos sistemas,
uma vez que, esses estão diretamente relacionados com o tipo de combustível utilizado.
Tendo em vista a experiência recente com o uso do gás natural liquefeito para propelir
embarcações, os custos de manutenção e reparos ligados aos sistemas alimentados pelo
gás ainda não foram claramente estimados. Contudo, acredita-se que o uso de um
combustível mais limpo beneficia inclusive os próprios sistemas reduzindo os gastos
relacionados à operação. Por exemplo, os motores movidos a gás costumam apresentar
uma vida útil superior aos movidos aos combustíveis convencionais, uma das possíveis
explicações para isso está associada à quantidade de enxofre presente nos combustíveis
que pode contribuir para a corrosão dos sistemas.
Assim, para o trabalho em questão, será assumida a igualdade dos fatores que podem
influenciar os custos operacionais de embarcações movidas a gás e embarcações
movidas a diesel.
11.19 Custo Total
O custo total incluindo os custos com investimentos e os custos anuais de cada uma das
embarcações movidas a gás natural liquefeito foi contabilizado no decorrer de toda a
vida útil das mesmas e podem ser vistos nos tópicos a seguir. É importante mencionar
101
que para os cálculos em questão assumiu-se que o preço do combustível não sofrerá
modificações ao longo do tempo.
11.19.1 PSV 3000
Tabela 51 - Cálculo Custos PSV 3000
102
Tabela 52 - Custo Total e Custo por Unidade de Energia - PSV 3000
11.19.2 PSV 4500
Tabela 53 - Cálculo Custos PSV 4500
103
Tabela 54 - Custo Total e Custo por Unidade de Energia - PSV 4500
11.20 Análise dos Cenários
Os três cenários analisados de infraestrutura de abastecimento para a frota de navios de
apoio movida a gás natural liquefeito são: Abastecimento por meio de plataformas
localizadas no porto; Abastecimento por meio de caminhões também realizado no porto;
e, por último, Abastecimento por meio de barcaças na área de operação.
No presente trabalhou buscou-se considerar a infraestrutura de fornecimento e
distribuição de gás natural já existente bem como as proximidades com o local de
operação para analisar a possibilidade de implantação desses modais.
Figura 66 - Representação dos Cenários Estudados
11.20.1 Capacidade Requerida
Seja pelo tamanho físico e isolamentos exigidos ou ainda, pelos altos custos de
construção e investimentos, a capacidade de armazenamento constitui uma das
características mais importantes desses modais. Desse modo, determinar o volume de
armazenamento que os modais devem apresentar para atender uma frota de navios de
apoios, sem dúvida, é um problema de grande complexidade. A magnitude e frequência
das operações de reabastecimento bem como o tamanho e frequências das remessas que
chegam até esses modais são algumas das considerações que devem ser levadas em
conta. Além também, da necessidade de garantir a segurança durante a operação.
104
Nesse trabalho busca-se uma visão geral desses modais, portanto, a fim de estimar qual
a capacidade de abastecimento que os mesmos devem apresentar para atender a suposta
frota de embarcações de apoio estimou-se a demanda de 200 embarcações PSV’s para
atuar na Bacia de Campos, onde 100 deles são PVS com porte bruto de 3000 t e a outros
100 são PSV com porte bruto de 4500 t.
Considerando que a frota é movida a gás natural liquefeito e atua no mesmo local, o
perfil operacional de todas as embarcações pode ser considerado o mesmo. Portanto,
para o trabalho em questão supõe-se que os PVS’s 3000 e os PVS’s 4500 são iguais,
respectivamente, ao CBO Atlântico e ao CBO Ipanema convertidos nesse estudo.
Em vista disso, a capacidade requerida pelos modais para atender a frota das
embarcações foi estimada, de acordo com a magnitude da mesma, em torno de 21.000
m³.
11.20.2 Plataformas de Abastecimento
O abastecimento em terminais dentre os modais é o que apresenta as maiores taxas de
carregamento e a maior capacidade de armazenamento, o que permite um menor tempo
de abastecimento. Assim, em virtude das altas frequências de abastecimento e dos
tempos de reabastecimentos curtos que frota desse porte exige, a solução utilizando
pontos fixos pode representar a alternativa mais vantajosa para suprir essa demanda.
Além do mais, a capacidade de armazenamento dos tanques dessas plataformas é muito
flexível, variando desde pequenos volumes de 20 m³ até grandes volumes de 100.000
m³. Tal fato permite adequar sem grandes problemas a capacidade desses terminais à
capacidade requerida pela frota.
A principal limitação dessas plataformas de abastecimento está associada à distância
entre os fornecedores e o ponto de abastecimento o que pode exigir quilômetros de
gasodutos encarecendo e inviabilizando a operação. Por esse motivo, estabelecer um
terminal próximo aos terminais de regaseificação já existentes pode ser um elemento
crucial, tendo em vista que, os navios que importam o GNL e se destinam a esses
terminais podem também fornecer o gás para as plataformas de abastecimento de
navios. Ou ainda, existe também a possibilidade de um ramal ligando os dutos já
existentes a esse terminal.
105
Figura 67 - Abastecimento por Ponto Fixo no Porto
Fonte: [92]
11.20.3 Barcaças Supridoras
O uso das barcaças para o abastecimento da frota está extremamente ligado às
condições ambientais da área de operação, uma vez que, o mau tempo, a falta de
visibilidade, ondas, correntes e marés podem interferir significativamente no tempo de
atracação ou até mesmo, na operação. Se tratando da Bacia de Campos a frota estará
sujeita a condições críticas que podem inviabilizar o abastecimento por meio de
barcaças.
A movimentação e a operação entre ambos os navios deve ser ao mesmo tempo segura e
eficiente. Tendo em vista que, um maior tempo para atracar as unidades pode aumentar
o tempo de abastecimento de um dos navios e consequentemente, das demais
embarcações que constituem a frota.
Outro fato que deve ser levado em consideração é o custo de combustível e o tempo de
deslocamento dessas barcaças até o próximo navio a ser abastecido. Ademais, as
próprias barcaças deverão que se deslocar até um terminal e um porto para seu
abastecimento e para o suprimento do GNL, esse custo também deve ser contabilizado.
Inclusive, com o término da autonomia, os navios PSV’s devem retornam ao porto para
o reabastecimento de suprimentos, por razões operacionais o ideal é que pudesse ser
realizado o abastecimento simultâneo de carga e de combustível em alto mar.
106
Outro obstáculo são os altos investimentos requeridos por esses navios, assim, em
virtude da magnitude da frota e das frequências de abastecimento seriam necessárias
mais que uma unidade para realizar a operação de abastecimento de toda a frota.
Figura 68 - Abastecimento por Barcaças
Fonte: [93]
11.20.4 Caminhões
A capacidade máxima permitida para esses caminhões varia de acordo com o país e,
portanto, está extremamente ligada com a capacidade de transporte nacional e as
infraestruturas rodoviárias. No caso do Brasil, aproveitando as infraestruturas já
existentes, a melhor conjuntura seria os caminhões, vindos da planta de liquefação
localizada em Paulínia, abastecerem os navios no porto.
Contudo, diante da capacidade de abastecimento que uma frota desse porte requer o uso
de caminhões para o abastecimento do gás natural liquefeito é inviável, uma vez que, a
capacidade de armazenamento de um caminhão está na faixa de 40- 80 m³.
Inclusive, as taxas de transferência do combustível nesse modal são baixas, muito
inferiores às demais alternativas. Geralmente, a operação de abastecimento costuma
durar em torno de 1-1,5 h e, portanto, o tempo de resposta é insuficiente para o
atendimento da frota o que pode exigir um número de unidades muito grande
inviabilizando a operação no porto.
Apesar dos investimentos nesses caminhões serem inferiores às demais opções, os seus
tanques devem ser fabricados com aço e isolamento térmico especial para manter o gás
natural no estado líquido. Por esse motivo, os custos por metro cúbico são considerados
muito elevados em relação aos caminhões convencionais. Desse modo, é necessário um
investimento alto para aquisição de muitas unidades como é o caso da frota em questão.
107
Figura 69 - Tanques Armazenamento Caminhões
Figura 70 - Abastecimento por Caminhão
Fonte: [94]
12 Conclusão
Com a realização do trabalho pode-se concluir que a utilização do gás natural liquefeito
para alimentar os navios pode contribuir de forma significativa para qualidade do clima
e da saúde do planeta. Os novos regulamentos para controlar a emissão de poluentes
advindas dos navios podem contribuir para que haja uma mudança no cenário mundial
com o uso de combustíveis alternativos, como o gás natural liquefeito.
No que concerne aos custos associados aos navios movidos por GNL, pode-se perceber
a significativa influência do método de conversão adotado e do porte bruto das
embarcações. Além disso, o tipo de motor escolhido e a configuração adotada pelos
108
armadores dos navios, como o número de motores e o sistema propulsivo, estão
diretamente relacionados com os custos de viagem e as emissões desses navios.
Economicamente, o GNL pode ter potencial para competir com os demais combustíveis
fósseis o que vai depender das relações entre os preços dos combustíveis e do preço do
petróleo. O advento de incentivos financeiros e as taxas diferenciadas sobre as emissões
de poluentes dos navios também podem a vir contribuir para que os altos custos de
conversão desses navios sejam compensados ainda no decorrer da vida útil desses
projetos, incentivando, assim, a adoção desse combustível.
No que diz respeito aos três modais de abastecimento apresentados, grandes desafios
técnicos, econômicos e logísticos devem ser superados para a efetiva distribuição de gás
natural liquefeito como combustível no Brasil. O estudo desenvolvido aborda de
maneira geral os obstáculos encontrados para a viabilidade da implantação dos cenários
de abastecimento considerando o local de operação, perfil operacional e dados da frota
escolhida.
Dentre as opções apresentadas o abastecimento nas plataformas (pontos fixos) constitui
a alternativa mais vantajosa para abastecer a frota de navios de apoio. Isso se deve em
grande parte a carência de infraestrutura do país, ao local de operação e principalmente,
a frota de navios de apoio.
Figura 71 - Comparação Cenários para Frota em questão
109
O tamanho da frota, o perfil operacional e a conversão dos navios influenciam
extremamente os diferentes cenários de abastecimento. Assim, cada caso precisa ser
avaliado em particular, visto que, fatores de diferentes ordens podem influenciar as
vantagens e superioridades sobre as demais alternativas.
Uma alternativa que não foi considerada, mas que pode suprir a falta de estrutura de
GNL é o uso de plataformas flutuantes de liquefação de gás natural (FLNG) para
produção e liquefação do gás. O mesmo pode ser armazenado nos tanques do navio-
plataforma e, posteriormente, aliviado para os navios gaseiros.
Esse estudo constitui apenas o início de muitas análises que podem ser realizadas a fim
de ser qualificar a infraestrutura de abastecimento no Brasil. Para futuros estudos que
objetivam uma visão mais completa é preciso levar em consideração os custos e gastos
com cada uma das alternativas bem como a operação e logística de abastecimento
nesses cenários.
110
13 Bibliografia
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