Controle de Emissões Evaporativas de Combustível em Veículos

Marcos dos Programas nos EUA e na China e Implicações para o PROCONVE L7

Glenn W. Passavant

Ingevity Corporation

August 2018

Estamos aqui hoje porque a saúde dos cidadãos do Brasil é importante.

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Finalidade e Visão Geral

• Necessidade de controle

• Fontes de Emissões

• Fatores de Emissão e Inventário

• Por que o controle é importante?

• Quais requisitos de controle são necessários?

• Descrição da Tecnologia

• Custo por veículo

• Eficiência em uso

• Reduções Evaporativas Extra

• Experiência do Fabricante

• Custo e economia de custosReduções de Emissão

• Custo benefício

• Resumo dos Benefícios Ambientais

• Outros pontos

3

A qualidade do ar e a situação da saúde pública no Brasil indicam claramente que é necessário maior controle das emissões por evaporação veicular.O controle de emissões de reabastecimento através da tecnologia ORVR baseada em veículos é a melhor escolha técnica e deve avaliado para ser incluído no PROCONVE L7.

Gasolina e Vapor da Gasolina

• A gasolina é uma mistura de substâncias de hidrocarbonetos de várias fórmulas e pesos de fórmulas amplamente variáveis. Algumas de suas propriedades estão sujeitas a limites de especificação, mas a composição geral não é. Não há dois lotes de gasolina exatamente iguais.

• No que diz respeito ao controle das emissões de vapor de combustível, existem duas características principais da gasolina:• A pressão de vapor ou Reid Vapor Pressure

(RVP) é uma característica crítica da gasolina em relação à sua volatilidade. (~ 62kPa)

• O conteúdo de benzeno é limitado a 1% do volume. As exigências de volume de etanol (27%) são importantes.

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C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11

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número de carbono

fuel

vapor

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Fontes das Emissões Evaporativas no Veículo

a) A quente, durante o resfriamento do veículo, após rodar uma viagem padrão - ensaios de vários dias levam a maior capacidade do canister;

b) Diurna, durante o aquecimento do tanque de combustível, simulando-se o aquecimento do veículo estacionado, pela exposição ao sol;

d) Durante o movimento do veículo por irradiação do solo, ventilação do motor e retorno do combustível (ainda não regulamentada no Brasil);

e) Permeação – sistema de combustível confeccionado com materiais plásticos, passíveis de permeação (ainda não regulamentada no Brasil).

c) Durante o reabastecimento de combustível (ainda não regulamentada no Brasil);

Respingos

Requisitos de Emissão Evaporativa

6

EUA China Brasil EU

Inicial Canister 1 hr diurno 1971

Canister ambient hot embeber 1971

Teste de emissões de perda do canister 1971

Pre-enhanced SHED ambiente quente de molho + 1 hora diurna 1981 1990

Teste de emissões de perda do canister 1981

SHED ambiente quente de molho + 24 hora diurna 2001 2000

Enhanced SHED alta temperatura quente embeber + diurno multi-dia 1996

Perda de funcionamento em alta temperatura SHED 1996

ORVR SHED veículo reabastecimento 1998 2020

IUVP Testes obrigatórios em uso 2000

Tier 2 SHED melhorou temperatura alta quente embeber + diurno multi-dia 2004 2020 2019

Perda de funcionamento em alta temperatura SHED 2004 2020

Tier 3 SHED zero alta temperatura quente embeber + diurno multi-dia 2017

Padrão de vazamento de vapor da caixinha 2017

Padrão de vazamento 2017

Programa Evaporativo

Abordagem de Emissões Evaporativas nos EUA

Inventário de Emissões Evaporativas nos EUA

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HC

Ano civil

Tier 2Tier 3

1990: Pre-enhanced

RFG and RVP Control

• Programa de controle das evaporativas nos EUA começou em 1971.

• Os padrões de emissão e os requisitos relacionados evoluíram e se tornaram mais rigorosos e eficazes à medida que a EPA dos EUA adquiriu uma melhor compreensão de:

• métodos de medição e teste• as variáveis que afetam as taxas de emissão

impactos da qualidade do combustível nas emissões• impactos tecnológicos do veículo• desempenho do sistema evaporativo em uso• necessidades de qualidade do ar• tóxicos do ar.

• Em uma base por veículo, as taxas de emissão em uso foram reduzidas em mais de 95%. Mesmo com o crescimento da frota, as emissões totais por evaporação foram reduzidas em 89% desde 1971.

Abordagem das Emissões Evaporativas na China

• A China começou a regulamentar as emissões por evaporação em 2001 (Euro 3).

• A frota era pequena e as vendas anuais eram modestas. Os problemas de qualidade do ar não foram bem compreendidos.

• Em 2011, a China iniciou deliberações sobre a China 5, que incluiria ORVR dos EUA. Nenhuma decisão sobre novos requisitos de emissões por evaporação.

• À medida que o número de veículos em uso e as vendas anuais aumentaram drasticamente, as preocupações com a qualidade do ar aumentaram muito.

• A China avaliou rigorosamente um programa ainda mais abrangente para a China 6.

• A China adotou o ORVR e criou seu próprio programa evaporativo exclusivo, que inclui os requisitos do procedimento de teste para o controle de perda de funcionamento e os padrões de emissão diurna + de impregnação a quente. Esses novos requisitos são baseados em 20 anos de experiência dos EUA e do Canadá.

• Os requisitos China 6 serão efetivados em 2020, mas muitas províncias estão implementando em 2019.

Inventário de Emissões Evaporativas

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China 5 China 6

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Emissões Evaporativas dos Veículos no Brasil

Emissões por veículo VOCs Emissões Evaporativas Frota por ano

9Evaporativo é 10 vezes maior que o escapamento Evaporação de veículo a motor é 2.5 vezes maior do que a Distribuição de Combustível

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HC

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ano Escapamento

Permeacao

Perda por movimento

Hot Soak

Reabastecimento

Diurno

O total VOCs das Evaporativas é de

8846 g/year

22.399

56.710

5.973

216.616

29.600

Diurno

Reabastecimento

Hot Soak

Perda pelomovimento

Permeação

Total331,000

tons métricas

As emissões por evaporação de veículos são grandes contribuintes para problemas

da poluição atmosférica

• As emissões evaporativas são a principal fonte de VOCs que causam problemas de qualidade do ar ambiente em áreas urbanas. (O inventário é de 331.000 toneladas métricas por ano no Brasil).• O ozônio (O3) é um dos principais poluentes atmosféricos causados por reações fotoquímicas

envolvendo VOC e NOx.• O material particulado fino (PM2.5) é um dos principais problemas de poluição do ar nas áreas

urbanas. Através de processos de transformação atmosférica, os compostos VOC das emissões evaporativas convertem-se em PM2.5. (A contribuição estimada para PM2.5 é de 300 a 3000 toneladas métricas por ano)

• Os vapores da gasolina também são um risco para a saúde pública.• A principal preocupação aqui são os atendentes de postos de combustíveis que respiram vapor de

gasolina durante o reabastecimento do veículo. (219 toneladas / ano)• Os riscos de saúde pública do vapor de gasolina incluem aqueles que vivem perto dos postos• Além disso, as emissões evaporativas de outras fontes , como perda por movimento e diurnas, são um

poluente tóxico comum encontrado no ar urbano. (4.400 toneladas / ano)

• Gases de Efeito Estufa (GEE): o vapor de gasolina emitido para a atmosfera a partir de veículos a motor se oxida para CO2. (~ 980.000 toneladas métricas de CO2)

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Reduções Extra Emissivas Evaporativas

• Alguns sugeriram que para o PROCONVE L7 o padrão de emissão por evaporação deveria ser mudado para um padrão de 2g / teste por um período de teste de 24 horas (usando 12 horas de aquecimento do tanque de combustível seguido por um resfriamento de 12 horas). teste europeu atual.

• Com as atuais margens de conformidade, fica claro que essa mudança não forneceria novas reduções.

• Um padrão de 48 horas 0,5 g / teste (dois ciclos de teste consecutivos de 24 horas) com o valor mais alto de qualquer dia usado para conformidade, seria de maior valor.

• A capacidade do canister e a estratégia de purga estão no centro dos sistemas de controle de emissões por evaporação, e eles serão melhorados com o ORVR.

• Com procedimentos de teste apropriados, os dados da EPA sugerem que a tecnologia ORVR pode reduzir as emissões diurnas e em execução em 70%.

• As reduções extra de emissões por evaporação disponíveis na tecnologia ORVR excederiam qualquer alteração mínima do teste de 24 horas e até mesmo aquelas do teste de 48 horas.

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PROCONVE L6 24 horas 48 horas ORVR US Tier2

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Diurno Reabastecimento Imerso quente Perda de corrida Permeacao

O que deveria ser feito agora para abordar esses impactos adversos

à saúde pública e ao meio ambiente

• Procedimentos de teste de emissões evaporativas e padrões de emissão no Brasil não mudaram significativamente por 25 anos.• O tamanho da frota de veículos cresceu 225% desde 2000.• A tecnologia do veículo mudou.• O consumo anual de combustível mais do que duplicou desde 2000.• As taxas de emissão de HCs por evaporação são cerca de dez vezes maiores que as de HC de

escapamento

• O Brasil pode avançar muito no controle das emissões evaporativas ao incluir o ORVR no PROCONVE L7.• O ORVR é uma tecnologia comprovada que pode reduzir as emissões de reabastecimento em 98%.• Com procedimentos de teste adequados, a tecnologia ORVR também pode reduzir os respingos

durante o reabastecimento em 50% e as emissões diurnas e em perda de funcionamento em 70%.

• O ORVR se encaixa perfeitamente na estrutura regulatória do PROCONVE e nas abordagens de certificação usadas atualmente.

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Principais mudanças no sistema atual

para o sistema ORVR integrado

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Operação do Sistema de Controle tipo ORVR

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Custo do Controle ORVRpor Veículo (US $)

• Com base nas informações da EPA e EC dos EUA, o custo incremental por hardware de veículo da implementação de ORVR é de aproximadamente US $ 25 por veículo.

• Durante os primeiros cinco anos do modelo, o custo seria de cerca de US $ 5 a mais para recuperar investimentos iniciais relacionados à engenharia de aplicações veiculares, certificação de aprovação de tipo e ferramental, bem como modificações e equipamentos menores nas instalações.

• Os custos de desenvolvimento e ferramental são compartilhados por fornecedores de peças e fabricantes de veículos.

• O reabastecimento e vapor evaporativo recuperado no veículo é queimado como combustível. O valor presente líquido do combustível recuperado de vapor durante a vida útil do veículo é de cerca de US $ 65. Isso excede o custo de US $ 25 a US $ 30 necessário para desenvolver e instalar o hardware ORVR.

• Quando totalmente implementada, a tecnologia ORVR pode reduzir o consumo de combustível em 373 milhões de litros por ano.

Atualização do Canister de

carvão ativado45%

Mudanças no tubo de

enchimento e no depósito de combustível

4%

mudanças de linha de vapor e

purga8%

atualização de válvula de purga

11%

atualizar para a válvula de tanque

de combustível de 4 funções

28%

válvula de retenção de

entrada4%

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Eficiência em uso Sistema ORVR

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• O ORVR é exigido na América do Norte desde 1998.

• Houve mais de 350 milhões de carros de passageiros e veículos comerciais leves produzidos com ORVR.

• As regulamentações dos EUA exigem que os fabricantes avaliem as emissões de reabastecimento de veículos em uso de propriedade e operados pelos consumidores.

• Os resultados de mais de 3100 testes ORVR demonstram uma eficiência média de uso em vida útil de 98%.

• Não há manutenção especificada ou inspeções para sistemas ORVR.

TECNOLOGIA ORVR PARA CONTROLAR O VAPOR DE GASOLINA EM RELAÇÃO AO REABASTECIMENTO DE VEÍCULOS

NÃO CONTROLAR - 0% DE EFICIÊNCIA ORVR - EFICIÊNCIA DE 98%

Fabricantes de veículos no Brasil com experiência em ORVR

15 empresas que fabricam veículos no Brasil atualmente que possuem experiência com ORVR

\

6 empresas que estão desenvolvendo veículos ORVR para a China até 2020

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BMW FCA/JeepFord GMJ/LR MercedesVW VolvoMitsubishi ToyotaHyundai SubaruHonda NissanAudi

Geely (EUA em 2019)

JAC

Chery

Suzuki (EUA até 2013)

PSA

Renault

Desde o ano do modelo de 1998, o total de carros de passeio norte-americanos e veículos comerciais levesproduzidos com o ORVR excede 350 milhões de unidades!

Redução de Emissões e Custo de Controle

Reabastecimento Cumulativo e Reduções de Emissão Evaporativa

Custos Cumulativos de Veículos e Créditos de Recuperação de Combustível

Resumo / Conclusão

• O Brasil precisa de um controle mais robusto das emissões por evaporação de veículos.

• Uma boa abordagem seria o Proconve L7 adotar ORVR para controlar os vapores durante o reabastecimento e outras como de movimento e diurnas.

• O ORVR é uma tecnologia comprovada.• Altamente eficiente no controle de emissões de reabastecimento.• Pode fornecer reduções extra de emissões por evaporação.• É durável em uso; nenhuma manutenção programada é necessária.

• O custo inicial da tecnologia ORVR é razoável e a economia na recuperação de combustível excede o custo inicial.• Excelente relação custo-benefício.

• Todos os fabricantes de automóveis brasileiros têm ou terão experiência com o ORVR até 2020.• Mais de 350 milhões de veículos ORVR produzidos na América do Norte; mais para vir na China.• Nenhum impacto adverso em pequenas empresas.

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Resumo dos benefícios ambientais gerais com a tecnologia de ORVR na fase completa

reabastecimento evaporativo total

Poluente Redução Anual de Toneladas Métricas

VOC 50,000 167,300 217,300

PM2.5 70-700 160-1,600 230-2,300

Tóxicos do ar 215 2,945 3,160

CO2 225,500 754,500 980,000

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Comparação de séries temporais de inventários de emissões de VOCs no reabastecimento - 6 áreas

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2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035 2036 2037 2038 2039 2040

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Ano civil

US China EU Brazil Japan India Brazil with ORVR

Brasil sem ORVR

Brasil com ORVR

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Obrigado pela sua atenção.

Glenn W. Passavant

Ingevity Corporation

glenn.passavant@ingevity.com

+01-517-759-9369

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Outros pontos

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• Nenhum estudo adicional é necessário

• Impacto do Atraso no Inventário de VOC do Brasil

• Procedimentos de Teste de Emissão de Reabastecimento

• Embalagem em pequenos veículos

• Prazo de Execução para Implementação

• Mudanças na estação de serviço para ORVR

• Custo-Benefício da Tecnologia ORVR

• Aspectos favoráveis da tecnologia ORVR

Não há necessidade de mais estudos sobre o controle de emissões de reabastecimento - Doze estudos principais

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• Scott Research Labs, “An Investigation of Passenger Car Refueling Losses,” SAE 720931, 1972.

• Scott Environmental Technology, “Expansion of Investigation of Passenger Car Refueling Losses,” CAPE 9, 1975.

• Exxon Research and Engineering, “An Experimental Study of Vehicle Refueling Emissions,” SAE 760307, 1976.

• Stanford Research Institute, “A Study of Variables that Effect the Amount of Vapor Emitted During The Refueling of Automobiles,”1975.

• US EPA, Refueling Emissions from Uncontrolled Vehicles, 1985.

• US EPA, “Factors Influencing the Composition and Quantity of Passenger Car Refueling Emissions - Part I”, SAE 861558, 1986.

• Coordinating Research Council, “A Study of Uncontrolled Automotive Refueling Emissions,” CRC VE-6, 1988.

• US EPA, “Factors Influencing the Composition and Quantity of Passenger Car Refueling Emissions - Part II” SAE 880712, 1988.

• US EPA, “Passenger Car Refueling Emissions with Gasoline-Oxygenate Blended Fuels,” Air Pollution Control Association, 1989.

• US EPA, “Application of Onboard Refueling Emission Control System to a 1988 Ford Taurus Vehicle,” EPA-AA-SDSB-91-06, 1991.

• Fung, F. & Maxwell, B, “Onboard Refueling Vapor Recovery: Evaluation of the ORVR Program in the United States,” InternationalCouncil on Clean Transportation, 2011.

• European Commission, Joint Research Council, “Review of the European Test Procedure for Evaporative Emissions: Main Issues and Proposed Solutions,” 2012.

Impacto do atraso de cinco anos

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Ano civil

PROCONVE L6 PROCONVE L6 com 24 horas HS + DBL em 2022 PROCONVE L6 com ORVR em 2022 PROCONVE L6: HS + DBL 24 h em 2022 e ORVR em 2027

3 milhão de toneladas

1 milhão de toneladas

O Procedimento de Teste de Emissão de Reabastecimento de Veículo e o Padrão de Emissão Estão Prontos

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• O objetivo do procedimento de teste e padrão de emissão é obter a resposta tecnológica desejada no veículo.

• Existem procedimentos de teste de emissão de reabastecimento bem compreendidos e comprovados nos EUA e na China. Ambos exigem a medição das emissões de escape, mas as emissões por evaporação são medidas em testes separados.

• Os procedimentos dos EUA e da China são conceitualmente muito semelhantes. • Os procedimentos da EPA dos EUA na 40 CFR 86 subparte B usam os ciclos de condução dos EUA como é feito

para as emissões por evaporação no Brasil hoje.• Os procedimentos chineses conhecidos como Tipo VII usam o WLTP.• Os padrões de emissão de reabastecimento dos EUA e da China são da mesma severidade (0,05 g / litro).

• AEA desenvolveu e aprovou procedimentos de teste de emissão de reabastecimento para o Brasil. Estes foram enviados à ABNT para uma análise mais aprofundada.

• Alguns refinamentos são necessários para garantir a eficácia em uso, mas estes são basicamente completos.• Os dados mostram claramente que um padrão de emissão semelhante ao dos EUA ou da China é viável.

ORVR pode ser instalado em pequenos veículos

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Prazo de Execução para Implementação

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• O prazo de execução é necessário para uma implementação eficiente e ordenada do ORVR. Isso faz bom uso dos recursos do fabricante e reduz o custo.• Novas instalações não são necessárias. O tempo é necessário para a engenharia de

aplicações de sistemas de veículos e combustíveis, certificação e quaisquer mudanças de ferramentas. • Os fornecedores estarão envolvidos no fornecimento de válvulas atualizadas do tanque de

combustível, válvulas de purga e canisters.

• O ORVR pode ser necessário em apenas dois anos após uma decisão final.• Nos EUA e no Canadá, os fabricantes tinham cerca de 3 anos e meio de tempo de

espera. Houve também uma fase de três anos, conforme prescrito por lei. Este foi o primeiro requisito de ORVR e havia muitos modelos.

• Na China, os fabricantes recebiam 3 anos e meio de tempo de espera, mas não adiantavam. Atualmente, muitas províncias estão exigindo a China 6 veículos após apenas 2 ½ do prazo de entrega.

Não são necessárias alterações na estação de serviço para o ORVR

• Não foram necessárias alterações no dispensador de combustível da estação de serviço para ORVR na América do Norte ou na China.• A principal interface entre o veículo e o distribuidor é o bocal de combustível.

Nenhuma geometria do bico ou alterações operacionais foram necessárias (consulte ISO 9158 e SAE J285). Uma taxa de distribuição de combustível representativa dos valores em uso (36-38,2 litros / minuto) é especificada nos procedimentos de teste US e China ORVR.

• Amostra de modelos ORVR operando agora no Brasil:

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Custo-benefício da tecnologia ORVR para os veículos do Ano Modelo 2020-2040

32

Total de veículos com ORVR: 72,96 milhões

Custo por veículo: US $ 30 de curto prazo; $ 25 de longo prazo

ORVR ORVR+Evap

3% NPV 3% NPV

Custo inicial total de compra de veículo (milhões de USD) $1,396 $1,396

Crédito total de recuperação de vapor de combustível (milhões de USD)-$1,397 -$4,769

Custo líquido (milhões de dólares) -$1 -$3,373

Redução total de emissões de COV (toneladas métricas)1,623,770 5,569,683

CUSTO BENEFÍCIO

Custo inicial (VPL) / redução de emissões (USD / tonelada)$860 $250

Custo total (NPV) / redução de emissões (USD / tonelada) poupança poupança

A medida comum da eficiência de uma medida reguladora é a razão entre os custos e os benefícios. Neste caso, é o custo total (preço de compra - crédito de recuperação) dividido pelas reduções de emissão.

ORVR de veículo integrado / sistemas de controle de evaporação

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Sistema de Controle Evaporativo Atual

ORVR Integrado / Sistema de Controle Evaporativo

Aspectos favoráveis da tecnologia ORVR

Tecnologia e Teste

1. As taxas de tecnologia de geração de reabastecimento e controle de emissões foram estudadas desde 1972. Elas são bem caracterizadas e compreendidas. Nenhum outro estudo é necessário.2. Demonstrou 98% de eficiência em uso durante a vida útil do veículo. Nenhuma manutenção programada é necessária.3. Mais de 350 milhões de veículos em uso na América do Norte; A China exige para todos os novos veículos até julho de 2020.4. A tecnologia ORVR funciona com gasolina C, FFVs e E100 e híbridos.5. Todos os 21 fabricantes de automóveis brasileiros já têm ou terão experiência com a tecnologia ORVR até 2020. Os fabricantes sabem como construir e instalar o ORVR mesmo em automóveis pequenos.6. O desempenho do sistema ORVR em uso pode ser monitorado por diagnósticos onboard atuais no veículo.7. Os procedimentos de teste ORVR estão bem desenvolvidos. Nenhuma nova instalação de teste é necessária.

Custo e Custo-Benefício

1. O ORVR é uma extensão dos sistemas de controle de evaporação de veículos atuais. O custo inicial incremental do hardware ORVR é baixo (US $25 a US $30).2. Durante a vida útil do veículo, o valor monetário do vapor de combustível recuperado pela ORVR excede o preço de compra. Há uma economia líquida para o proprietário. 3. Custos de ferramental compartilhados por fabricantes de automóveis e fornecedores de componentes.4. O custo / benefício para o ORVR é excelente. Os custos líquidos estão abaixo de zero.

Impacto Ambiental

1. A tecnologia ORVR reduz o reabastecimento e as emissões de COV evaporativo para o meio ambiente. Estas emissões são precursoras do ozono e das partículas no ar ambiente.2. A tecnologia ORVR reduz muito a exposição ocupacional e comunitária ao vapor de benzeno. Impacto positivo para atendentes de postos de serviços.3. Com os procedimentos de teste apropriados, a tecnologia ORVR reduz substancialmente outros tipos de emissões por evaporação de veículos, como perda de funcionamento e derramamento de combustível diurno durante a dispensação.4. A tecnologia ORVR reduz o consumo anual de combustível, já que o vapor recuperado é usado como combustível pelos veículos. Quando a ORVR é totalmente implementada, a economia de combustível é superior a 373.000 m3 por ano. Isso é cerca de 0,6% do consumo.5. A tecnologia ORVR reduz as emissões de GHG, uma vez que a porção de carbono do vapor de combustível recuperado é usada pelos veículos como combustível, em vez de converter-se em CO2 na atmosfera. A redução é de cerca de 980.000 toneladas/ano.

Impacto Empresarial e Governamental

1. Grande parte do hardware ORVR é fabricado por empresas brasileiras. ORVR significaria mais empregos para o Brasil.2. O ORVR é compatível com os bicos de combustível convencionais atuais. Nenhum impacto nas estações de serviço.3. O ORVR não afeta negativamente as pequenas empresas.4. O ORVR requer poucos recursos governamentais adicionais para certificação. Ele se enquadra no protocolo de certificação atual para outros padrões do PROCONVE.

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