Fact Sheet | A Brief History of Octane in Gasoline: From Lead to Ethanol

Uma pedra angular da política ambiental dos EUA tem sido a redução das emissões nocivas do tubo de escape de automóveis e camiões. Graças aos regulamentos da EPA de fontes móveis, os poluentes atmosféricos foram reduzidos em milhões de toneladas no ambiente urbano. Vários regulamentos da EPA relativos aos combustíveis têm-se preocupado com a octanagem. A octana é um aditivo da gasolina que é necessário para o bom funcionamento dos motores modernos. As fontes de octano têm assumido muitas formas ao longo dos anos, tanto renováveis como baseadas no petróleo. Incluem chumbo, éter metil terciário butílico (MTBE), benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX), e etanol (um biocombustível). Uma vez que foram descobertas consequências adversas para a saúde e o ambiente para os fornecedores de chumbo e octanas à base de petróleo, estas foram removidas do fornecimento de combustível ou reduzidas. Actualmente, existem duas fontes primárias de octanas utilizadas no fornecimento de gasolina nos EUA, o complexo BTEX (um produto de refinação de petróleo vulgarmente referido como aromático da gasolina), e o etanol.

Octano

>br>>p>p>Fig. 1: índice de octanas da gasolina, tal como apresentado numa
estação de serviço típicabr>>p>p> O índice de octanas é uma medida da capacidade de um combustível para evitar bater à porta. A pancada ocorre quando o combustível é inflamado prematuramente no cilindro do motor, o que degrada a eficiência e pode ser prejudicial para o motor. A pancada é praticamente desconhecida dos condutores modernos. Isto deve-se principalmente ao facto de os combustíveis conterem um oxigenado que impede a pancada ao adicionar oxigénio ao combustível. Este oxigenado é geralmente referido como octano.

Na maioria dos postos de gasolina a retalho, são oferecidas três qualidades de octano, 87 (regular), 89 (grau médio), e 91-93 (premium). Quanto maior for o número de octanas, mais resistente é a mistura de gasolina a bater. O uso de combustíveis de maior octanagem também permite maiores rácios de compressão, turboalimentação, e downsizing/downspeeding-todos os quais permitem maiores eficiências do motor e maior desempenho. Actualmente, o combustível de alta octanagem é comercializado como “premium”, mas os fabricantes de automóveis têm manifestado interesse em aumentar o índice mínimo de octanas nos Estados Unidos para permitir motores mais pequenos e mais eficientes. Fazê-lo aumentaria a eficiência dos veículos e reduziria os gases com efeito de estufa através da diminuição do consumo de petróleo.

Lead

No início do século XX, os fabricantes de automóveis estavam à procura de um produto químico que reduzisse a pancada no motor. Em 1921, engenheiros automóveis que trabalhavam para a General Motors descobriram que o chumbo tetraetilo (mais conhecido como chumbo) fornecia octano à gasolina, impedindo que o motor batesse à porta. Enquanto os hidrocarbonetos aromáticos (como o benzeno) e os álcoois (como o etanol) eram também fornecedores conhecidos de octanas na altura, o chumbo era a escolha preferida devido ao seu custo de produção mais baixo. A gasolina com chumbo era o tipo de combustível predominante nos Estados Unidos até que a Agência de Protecção Ambiental dos EUA (EPA) iniciou a sua eliminação progressiva em meados dos anos 70, devido a graves impactos comprovados na saúde.

Gasolina com chumbo & Preocupações com a saúde

P>No seu uso como aditivo de combustível, foram levantadas preocupações com a saúde relativamente ao uso de chumbo na gasolina. Em 1924, 15 trabalhadores de refinaria em Nova Jersey e Ohio morreram de suspeita de envenenamento por chumbo. Como resultado, o Surgeon General suspendeu temporariamente a produção de gasolina com chumbo e convocou um painel para investigar os perigos potenciais do uso de chumbo na gasolina. Embora o painel tenha encontrado provas insuficientes de envenenamento por chumbo durante um curto período de tempo, o painel advertiu que uma exposição mais prolongada ao chumbo poderia resultar em “doenças crónicas degenerativas de carácter menos óbvio”

Embora estes avisos, o Cirurgião Geral estabeleceu um padrão voluntário de teor de chumbo, que a indústria de refinação cumpriu com sucesso durante décadas. Foi só nos anos 60, na sequência de extensa investigação sanitária, que foram estabelecidos os impactos devastadores na saúde da exposição ao chumbo de baixo nível. Os corpos em desenvolvimento das crianças são particularmente sensíveis a exposições ambientais de baixo nível ao chumbo. Os impactos na saúde da exposição ao chumbo em crianças incluem anemia, perturbações comportamentais, baixo QI, dificuldades de leitura e aprendizagem, e danos nos nervos. Nos adultos, a exposição ao chumbo está associada à hipertensão e às doenças cardiovasculares. Antes da eliminação progressiva do chumbo na gasolina, a quantidade total de chumbo utilizado na gasolina era superior a 200.000 toneladas por ano.

br>Fase-out da gasolina de chumbo nos Estados Unidos

Congresso aprovou o Clean Air Act em 1970, pondo em marcha a formação da EPA e, por fim, a remoção do chumbo da gasolina. A EPA estima que, entre 1927 e 1987, 68 milhões de crianças foram expostas a níveis tóxicos de chumbo proveniente apenas da gasolina com chumbo. A eliminação progressiva do chumbo da gasolina reduziu subsequentemente o número de crianças com níveis tóxicos de chumbo no sangue em 2 milhões de indivíduos por ano entre 1970 e 1987.

Timeline of Lead Phase-out

1970: O Congresso aprova a Lei do Ar Limpo. A EPA é formada e recebe autoridade para regular compostos que põem em perigo a saúde humana.

1973: A EPA exige uma redução faseada do teor de chumbo em todos os graus de gasolina.

1974: A EPA exige a disponibilidade de pelo menos um grau de gasolina sem chumbo, a fim de ser compatível com os veículos de 1975, marca e modelo do ano. O chumbo danifica os conversores catalíticos utilizados nestes novos veículos para controlar as emissões do tubo de escape. Os conversores catalíticos ainda hoje são utilizados em veículos.

1996: A EPA proíbe a utilização de combustível com chumbo para veículos rodoviários (a gasolina com chumbo desceu para 0,6% das vendas de gasolina em 1996). O chumbo continua a ser utilizado em alguns combustíveis de aviação.

Graças aos esforços coordenados, o chumbo está agora ausente da gasolina na maior parte do mundo. Após a eliminação progressiva do chumbo nos Estados Unidos, a indústria de refinação de petróleo optou por construir capacidade de refinação adicional para produzir octano a partir de outros produtos petrolíferos, em vez de a partir de fontes renováveis como o etanol.

Éter Butílico Terciário Metilo (MTBE)

As Emendas à Lei do Ar Limpo (CAAA) de 1990 foram a próxima grande regulamentação dos combustíveis. Entre outras coisas, a CAAA exige que as áreas que não cumprem as normas de ozono ao nível do solo utilizem gasolina reformulada (RFG). O RFG tem um conteúdo oxigenado aumentado, o que o ajuda a queimar mais completamente. Como resultado, o RFG reduz a formação de precursores de ozono e outros tóxicos do ar durante a combustão.

As refinarias de petróleo não eram obrigadas a utilizar nenhum oxigenado específico no RFG, mas no final dos anos 90, um produto petrolífero, o éter metilterbutílico (MTBE), era utilizado em 87 por cento do RFG devido à sua facilidade de transporte e mistura. No Midwest, o etanol era um componente mais comum do RFG. Apesar do seu sucesso na redução dos precursores de ozono, o MTBE foi gradualmente eliminado da reserva de gasolina devido a preocupações sobre a sua solubilidade na água, o que resultou na contaminação dos recursos hídricos em numerosos estados. A partir de 2005, a EPA informou que o MTBE não estava a ser utilizado em quantidades significativas nos Estados Unidos. Actualmente, 30 por cento da gasolina vendida nos Estados Unidos é gasolina reformulada. O etanol está a fornecer a octana adicional requerida por RFG.

Timeline of MTBE Phase out

1998: A EPA convoca um Painel Blue Ribbon Panel, que encontra que o MTBE representa uma ameaça ao abastecimento de águas subterrâneas. Na altura, o U.S. Geological Survey (USGS) encontra o MTBE presente em 20% dos abastecimentos de águas subterrâneas em áreas RFG.

2000: A EPA anuncia a eliminação progressiva do MTBE para proteger a água potável. Ao mesmo tempo, a EPA e o Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) apelam a um aumento na utilização de etanol para preservar a qualidade do ar.

2000 – 2005: Dezassete estados proíbem ou limitam significativamente o uso de MTBE em piscinas de gasolina.

O Complexo BTEX

O complexo BTEX é uma mistura de hidrocarbonetos de benzeno, tolueno, xileno e etil-benzeno. Comummente referidos como aromáticos da gasolina, estes compostos são refinados a partir de produtos petrolíferos de baixo octano para um aditivo de gasolina de alto octano. Embora algum volume de BTEX seja nativo da gasolina, também é adicionado à gasolina acabada para aumentar a sua octanagem. O volume total de BTEX (aromáticos) na gasolina acabada depende do valor de octanas desejado e de outras propriedades desejadas do combustível.

Aumento do uso de BTEX

Uma consequência da eliminação progressiva do chumbo foi o aumento do BTEX na gasolina. Quando confrontadas com a remoção do chumbo como principal fornecedor de octanas na gasolina, as refinarias tinham duas alternativas disponíveis, BTEX e etanol. A indústria de refinação investiu em capacidade de refinação adicional para substituir o chumbo pelo BTEX, um produto de refinação de petróleo de alto octano. Como resultado da sua substituição pelo chumbo, o volume de BTEX aumentou de 22% para cerca de um terço do reservatório de gasolina em 1990. Nos graus premium de gasolina, o teor em volume de BTEX chegou a atingir 50 por cento. Ao exigir combustíveis mais limpos, através de gasolina reformulada e outros programas, a EPA reduziu o volume de aromáticos para entre 25 a 28% da gasolina convencional, embora alguns profissionais de saúde questionem a segurança mesmo destes níveis.

BTEX & Preocupações de Saúde

Após a eliminação progressiva do chumbo, houve preocupações iniciais em relação ao complexo BTEX. Em 1987, o Senador Tom Daschle manifestou preocupação com os aromáticos da gasolina, escrevendo: “Está a ocorrer uma mudança revolucionária na indústria da gasolina que representa uma séria ameaça para o ambiente e a saúde pública – nomeadamente o aumento da concentração de benzeno e outros aromáticos”

Hoje em dia, a investigação sanitária sugere de facto que mesmo uma exposição muito baixa ao complexo BTEX, a partir de aditivos da gasolina e outros produtos petrolíferos, pode contribuir para respostas negativas em termos de desenvolvimento, reprodução e imunologia, bem como efeitos cardio-pulmonares. Após a combustão incompleta do complexo BTEX contido na gasolina, formam-se partículas ultrafinas (UFP) e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP), que carregam os seus próprios impactos adversos na saúde mesmo a níveis baixos. Os UFP e os PAH são cancerígenos e mutagénicos. Tanto os UFP como os HAP têm também sido ligados a perturbações do desenvolvimento e neurodegenerativas, cancros, e efeitos cardio-pulmonares. Tem sido dada uma atenção considerável ao benzeno no combustível, uma vez que é altamente tóxico. Ao mesmo tempo, a substituição parcial do benzeno por outros compostos aromáticos (xileno, etilbenzeno, tolueno) pode não ser suficiente para reduzir a exposição aos efeitos tóxicos da BTEX.

br>Timeline of Benzene Regulation

1990: O Congresso aprova as Emendas à Lei do Ar Limpo, as quais, entre outras coisas, exigem a redução do teor de benzeno em áreas que não cumprem as normas de ozono ao nível do solo. Aprovada como parte da CAAA foi a S.1630, a emenda da Lei do Ar Limpo, que dá à EPA a autoridade para usar “aditivos benignos para substituir os aromáticos tóxicos que são agora usados para aumentar a octanagem na gasolina”

2007: A EPA actualiza o Controlo de Poluentes Atmosféricos Perigosos de Fontes Móveis (MSAT2), que limita o teor total de benzeno na gasolina a 0,62%, contra uma média de 1,3%. Os outros aromáticos, tais como tolueno e xileno, não são limitados.

Etanol

Os fabricantes de automóveis manifestaram interesse em combustíveis à base de álcool de origem vegetal, tais como o etanol. Henry Ford concebeu o primeiro Modelo T a funcionar com etanol. Mas, na altura, a gasolina era um combustível muito mais barato. Além disso, o Standard Oil estava “relutante … em encorajar o fabrico e venda de um combustível competitivo produzido por uma indústria sem qualquer relação com o petróleo”. A indústria petrolífera tem controlado o mercado de combustíveis desde então.

Durante o embargo petrolífero de 1973, os preços regulares da gasolina sem chumbo subiram 57% e a escassez rotineira de gasolina também ocorreu. Estes acontecimentos, e a regulação de muitos poluentes atmosféricos, despertaram um interesse renovado na eficiência dos combustíveis, veículos eléctricos, e combustíveis renováveis como o etanol, que foram vistos como formas de cumprir os novos regulamentos e reduzir o consumo de petróleo. Actualmente, a maioria do etanol nos Estados Unidos é misturado com gasolina para produzir E10 (10% de etanol, 90% de gasolina). Mais de 95% da gasolina vendida nos Estados Unidos é E10.

Etanol como um impulsionador de octanas

Além de ter um ciclo de vida de emissões de gases com efeito de estufa inferior ao da gasolina convencional, o etanol é um excelente fornecedor de octanas, com etanol puro (puro) com uma octanagem superior a 100. Actualmente, as refinarias criam “gás sub-octano”, que tem uma octanagem inferior à necessária. O etanol, que é geralmente o fornecedor de octanas mais barato, é então utilizado para levar a octanagem da gasolina até ao valor de octanas rotulado na bomba de gasolina. Por exemplo, a gasolina de 84 octanas é tipicamente misturada com 10% de etanol para atingir a octanagem mínima exigida de 87 octanas para a gasolina de venda a retalho.
>br>

A procura de octanas adicionais

Correntemente, existem duas formas de aumentar o teor de octanas da gasolina: aumentando o volume de aromáticos da gasolina ou aumentando o volume de etanol.

h4>Etanol & Preocupações de saúde

Embora o etanol tenha uma maior volatilidade do que a gasolina, o que significa que se vaporiza mais rapidamente, é uma alternativa de queima mais limpa do que os impulsionadores de octanas à base de petróleo. Além disso, a toxicidade do etanol é baixa em comparação com os efeitos na saúde do BTEX e dos seus produtos de combustão, tais como partículas ultrafinas (UFPs) e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs). Um aumento modesto do teor de etanol no combustível de 10 para 15% resultaria numa redução antecipada de 6,6% do risco de cancro devido às emissões do tubo de escape.

Existem provas contraditórias de que o aumento do teor de etanol na gasolina aumenta as emissões de óxido nitroso (NOX), um precursor do ozono. Vários estudos não encontram qualquer relação entre a mistura de etanol e as emissões de NOX, ou encontram uma diminuição das emissões de NOX com o aumento dos volumes de etanol. Outros estudos sugerem que os carros mais antigos emitem mais NOX quando usam misturas de etanol. No entanto, um estudo de 2012 sobre as marcas e modelos de veículos não encontrou qualquer aumento nas emissões de NOX entre as misturas E10, E15 e E20, sugerindo que tanto a concepção do motor como a idade do motor desempenham um papel nas emissões de NOX. Globalmente, o efeito do etanol nas emissões de NOX e monóxido de carbono (CO) é menor nos sistemas de controlo de emissões dos motores mais recentes.

Linha de tempo da fase de introdução do etanol

1975: O Congresso aprova a Lei de Política Energética e Conservação (EPAct), estabelecendo normas de Economia Média Corporativa de Combustível (CAFE) para automóveis e camiões.

1988: A Lei de Combustíveis Alternativos para Motores estabelece incentivos no âmbito do CAFE para veículos com combustíveis alternativos.

1992: A Lei de Política Energética de 1992 define combustíveis alternativos e estabelece programas a nível federal para aumentar a utilização e investigação de combustíveis alternativos.

2005: O Congresso aprova a Lei de Política Energética de 2005, estabelecendo a Norma de Combustíveis Renováveis (RFS). A RFS estabelece um volume mínimo de biocombustíveis renováveis a serem misturados no fornecimento de combustível para transportes.

2007: O Congresso aprova a Lei de Independência e Segurança Energética (EISA), aumentando significativamente o volume de combustíveis renováveis mandatado ao abrigo da RFS, para 36 mil milhões de galões até 2022.

2013: Citando a falta de infra-estruturas de combustíveis renováveis, a EPA propõe a redução do volume de combustíveis renováveis ao abrigo da RFS.

2015: A Administração fixa os volumes de combustíveis renováveis para 2014 – 2016. Os volumes finais de combustível renovável para 2016 são de 18,11 mil milhões de galões, fixados em cerca de mil milhões de galões acima da proposta de 2013, e em pouco mais de 10 por cento do fornecimento de combustível. Isto inclui as categorias de combustíveis renováveis, biocombustíveis celulósicos, biocombustíveis avançados e diesel à base de biomassa.

Conclusões

Lead e vários produtos petrolíferos têm fornecido octano à gasolina há mais de 100 anos, mas a evolução das preocupações sanitárias e ambientais levou os decisores políticos a reconsiderar a utilização generalizada de muitos destes compostos. Como os Estados Unidos procuram reduzir a intensidade dos gases com efeito de estufa do sector dos transportes, o aumento do valor de octanas da gasolina é um caminho promissor, uma vez que permitiria motores mais eficientes em termos de consumo de combustível. Mas os impactos na saúde e no ambiente das fontes de octanas que são utilizadas também devem ser considerados. Ao adicionar etanol à gasolina acabada, chamada “mistura de splash”, a octanagem pode ser aumentada ao mesmo tempo que se reduzem as fontes de octanas tóxicas.

Uma transição nacional para uma mistura optimizada de etanol de nível médio, entre E25 (25% de etanol, 75% de gasolina) e E40 (40% de etanol), reduziria os custos de combustível para o consumidor e normalizaria o abastecimento de combustível. O Departamento de Energia reconhece que o aumento do teor de etanol da gasolina é uma via potencial para aumentar a octanagem do abastecimento de gasolina. Uma mistura de etanol de nível médio permitiria a concepção de motores altamente eficientes em termos de combustível, que reduziriam significativamente o consumo de petróleo, reduziriam as emissões de gases com efeito de estufa durante o ciclo de vida, e ajudariam a satisfazer padrões mais elevados de economia de combustível. A partir de agora, o Departamento de Energia e a EPA aprovaram a utilização do E15 para veículos de marca e modelo do ano 2001 e para veículos mais novos, que representam 80% dos veículos actualmente em circulação.