Modelo espaço-temporal de inventário de emissões veiculares : estudo de caso em Curitiba-PR

Abstract

Resumo: Os inventários de emissão veicular são ferramentas importantes para compreender os problemas de qualidade do ar no ambiente urbano. O presente trabalho propõe plataforma de avaliação de emissões veiculares, embasada no modelo de transportes 4 etapas e em dados de pesquisa Origem/Destino (O/D), para avaliar cenários de políticas públicas de mobilidade urbana. Como estudo de caso, foi considerada as emissões geradas por viagens de automóvel em Curitiba-PR, utilizando dados da Pesquisa O/D conduzida na região metropolitana do município. Visando comparar os resultados nas emissões utilizando o modelo de transportes proposto, foram estimadas as emissões veiculares utilizando o modelo de transportes comercial adotado pela Prefeitura de Curitiba (desenvolvido através do software VISUM). A estimativa das emissões adotou a abordagem bottom-up, agregando dados em escala veicular (distribuição de idade da frota, categoria de veículo, tipos de combustível), padrões de viagem pelo API (Application Programming Interface) da Google (velocidades médias e rotas preferenciais) e os processos emissores (emissões por exaustão). Foram estimadas emissões para monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxidos de nitrogênio (NOx) e hidrocarbonetos do tipo não metano (NMHC). O estudo apresentou aplicações do modelo proposto para diferentes cenários de mobilidade urbana: mudanças de fatores de emissão, que considera maior efeito da degradação dos veículos mais antigos; alterações na idade máxima da frota circulante, bem como incremento de veículos em circulação, tanto movidos à combustível fóssil como elétricos. Os resultados mostraram que os padrões macroscópicos de fluxo viário do modelo proposto foram similares ao modelo adotado pela Prefeitura de Curitiba, apesar de concentrar maior fluxo nas principais vias arteriais do município. As aplicações de cenários sugeriram que medidas de restrição de frota de idade superior a 20 ou 30 anos podem reduzir os níveis de emissões em 8-40% para os compostos estudados. A variação nos fatores de emissão resultaram em uma mudança nas emissões em 24%, 44.5%, 32% para CO, NMHC e NOx, respectivamente; mostrando o efeito da degradação dos veículos e motores sobre as emissões globais. Os cenários de aumento da frota circulante indicaram aumento das emissões, seja a partir da inserção de veículos a combustão interna ou elétricos - neste último caso, verificou-se aumento das emissões devido ao impacto da diminuição da velocidade média dos veículos a combustão interna. Mostrou-se a viabilidade do emprego de dados do tipo Origem/Destino para estimativa das emissões, assim como a importância da avaliação dos cenários das emissões em escala espacial e temporal. Palavras-chaves: Emissões veiculares, Modelo de transportes 4 etapas, Pesquisa Origem-Destino, Poluição Atmosférica.

Abstract: Vehicle emissions inventories are important tools to understand air quality impacts on the urban environment. This work proposes a platform for vehicle emissions estimation, based on the 4 stages transportation model and Origin/Destination (O/D) survey data, to evaluate scenarios of public policies on urban mobility. As a case study, emissions from passenger cars were estimated in Curitiba-PR, using data from O/D survey conducted in the Municipality's Metropolitan Region. To compare the emissions from this study's transportation model, the study estimated the emissions from Curitiba's City Hall model (generated from VISUM model). The estimation adopts a bottom-up approach, aggregating data at the vehicle level (age distribution of fleet, category of vehicles, types of fuel), trips patterns from Google Directions API (Application Programming Interface) (average speeds, preferential routes) and emission processes (hot exhaust emissions). The pollutants estimated were carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrogen oxides (NOx) and non-methane hydrocarbons (NMHC). This work included applications of the proposed model for different scenarios of urban mobility: changes on emission factors, which considers the effect of higher degradation on old fleet emissions; limitation on the maximum age of fleet; as well as an increment of vehicle flow, powered by fossil fuels and electric. Results showed that the macroscopic patterns of traffic flow were similar between this study's and Curitiba's City Hall transport model, despite differences in the number of vehicles circulating on main roads. The scenario analysis suggested that a policy restricting the maximum vehicle age up to 20 or 30 years could reduce emission levels by 8-40% for the studied pollutants. A change on emission factors resulted in a variation of 24%, 44.5%, 32% for CO, NMHC and NOx emissions, respectively; showing the effects of vehicle and engine's degradation on global emissions. The scenarios of fleet increase indicated an increase in emissions, either from the insertion of internal combustion or electric vehicles - in the latter case, there was an increase in emissions due to the impact of the decrease in the average speed of internal combustion vehicles. The possibility of using Origin/Destination data to estimate vehicle emissions was shown, as well as the importance of evaluating emissions on spatial and temporal resolution. Key-words: Vehicular Emissions, 4 Stages Transportation Model, Origin-Destination Survey, Atmospheric Pollution.