Sensores de CO2 de alta tecnologia melhoram qualidade do ar

No telhado de um prédio em Hardau, no centro de Zurique, instrumentos de alta precisão registram a concentração de vários gases de efeito estufa e seus complexos fluxos sobre a cidade, como parte do projeto "ICOS Cities". Pekka Pelkonen / ICOS RI

As cidades são responsáveis por quase três quartos das emissões de CO2 de origem humanaLink externo, principalmente devido aos meios de transporte e aquecimento. Mas essas estimativas anuais podem ser imprecisas e desatualizadas.

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O cálculo da “pegada de carbono” de uma cidade – também chamado de inventário – geralmente é feito a partir de uma estimativa das emissões de gases de efeito estufa, que, por sua vez, é baseada em informações fornecidas pela indústria, autoridades de trânsito, empresas de energia, entre outros. Mas essas medições contêm uma grande margem de erro, com possíveis omissões ou superestimativas. 

Datados de 2022, os últimos números oficiaisLink externo da cidade de Zurique mostram uma emissão de 2,4 milhões de toneladas de equivalentes de CO2, uma queda de 37% em relação a 2012. Esses números, no entanto, continuam sendo apenas uma estimativa aproximada. Por isso, não oferecem a oportunidade de comparar de forma precisa os cortes de carbono ou o impacto das medidas de redução.

Atualmente, as populações urbanas estão levando mais a sério as ações climáticas. A Suíça tem uma meta nacional de zerar as emissões líquidas de CO2 até 2050, mas a cidade de Zurique quer avançar ainda mais rápido. Em 2022, 75% dos habitantes votaram a favor da proposta da cidade de zerar as emissões líquidas até 2040Link externo, que contou com um apoio ainda maior (80-85%) no centro da cidade.

Mas, para atingir essa meta ambiciosa, serão necessários dados precisos e confiáveis, diz Lukas Emmenegger, chefe do Laboratório de Poluentes e de Tecnologia Ambiental do Empa (Laboratório Federal de Ciência e Tecnologia de Materiais).

“Para calcular seu inventário, Zurique conta atualmente todos os seus carros e sistemas de aquecimento e multiplica esses números por fatores de emissão. É um método de baixo para cima. O que estamos fazendo é baseado em observações: observamos a atmosfera e as concentrações de CO2 na cidade e combinamos esses dados com diferentes modelos para obter uma estimativa independente das emissões”, explica Emmenegger.

Rede de medição

Faz quatro anos que a cidade de Zurique participa do projeto ICOS CitiesLink externo, que também conta com a participação de Munique e Paris. Em cada uma das cidades, cientistas estão testando novas ferramentas de medição de gases de efeito estufa e criando modelos de computador para estudar as emissões locais.

Um dos seus objetivos é ter uma melhor compreensão da origem do CO2 nas áreas urbanas, se é proveniente do tráfego, do aquecimento, de fontes naturais ou de algum outro lugar. Além disso, os pesquisadores e pesquisadoras querem entender a influência de fatores como ventos, florestas e parques nas concentrações de CO2.

Pequenos sensores de medição baratos são fixados discretamente em lâmpadas de rua e árvores em Zurique. Pekka Pelkonen / ICOS RI

Cada cidade faz sua medição de uma forma específica, que depende de sua topografia. A medição em Zurique é complexa, pois a cidade fica próxima a um lago e a duas colinas com muitas florestas. Essa topografia cria correntes de ar que são difíceis de prever e que transportam rapidamente os gases de efeito estufa para longe de sua fonte. Por isso, é necessária uma combinação de métodos de monitoramento.

Para isso, o Empa utiliza uma rede de instrumentos especiais. Em 60 pontos espalhados pela cidade, foram instalados pequenos sensores de baixo custo em postes e árvores. Dispositivos mais caros e complexos foram fixados em antenas de telefonia móvel. Para identificar as emissões e criar uma “pegada de fluxo”, a equipe instalou um chamado ‘sensor de covariância de Foucault’ numa torre de rádio no topo de um prédio no centro da cidade.

Para quantificar e comparar adequadamente as emissões, a equipe também coletou dados de três torres de medição que ficam fora da cidade e de uma torre na montanha de Jungfraujoch, no Oberland Bernês.

O cenário é diferente em Paris, que é uma cidade plana. Lá, os pesquisadores podem confiar muito mais nos instrumentos instalados a favor e contra o vento, de acordo com os fluxos. Eles também estão utilizando o “balão Generali”, que fica próximo à Torre Eiffel, para medir o CO2 emitido na capital francesa até uma altura de 300 metros.

Emissões naturais e de origem humana

As florestas e outras áreas verdes dentro e ao redor de Zurique inspiram e expiram grandes quantidades de CO2 todos os dias. “Dependendo da estação, as atividades biogênicas são muito fortes, mesmo em uma cidade como Zurique”, diz Emmenegger.

Os cientistas da Universidade da Basileia colaboraram com o Empa estudando essas flutuações naturais. Eles observaram, por exemplo, a umidade do solo e o fluxo de seiva em determinadas árvores nos parques da cidade. O fluxo de seiva é uma medida da absorção fotossintética de CO2 pela planta.

Distinguir entre emissões antropogênicas – como são chamadas as emissões de origem humana – e o ciclo natural do CO2 na atmosfera continua sendo um dos principais desafios do monitoramento. “As emissões antropogênicas são da mesma ordem de grandeza das emissões biogênicas, por isso é difícil diferenciá-las”, diz Emmenegger.

A fase de modelagem consegue fazer essa separação, realizando simulações complexas que reconstroem os fluxos de CO2 de árvores, gramas e plantações – e até mesmo da respiração humana (estima-se que esta última seja 10% do total).

Modelagem

Após dois anos medindo as concentrações de CO2, a equipe do Empa está terminando de integrar os dados em modelos de alta resolução. O projeto-piloto deve terminar oficialmente em dezembro de 2025, quando os relatórios finais e as conclusões serão publicados. Mas a equipe de Zurique já afirmou que seus resultados preliminares são promissores.

“Sabemos que há incertezas substanciais em todos esses métodos, mas os resultados [de diferentes modelagens] acabam ficando muito próximos. Isso nos dá alguma confiança de que essas informações são realmente úteis”, diz Dominik Brunner, pesquisador titular do Empa.

Com sua abordagem baseada em observação, a equipe conseguiu medir uma redução considerável nas emissões de CO2 no inverno de 2022/23. Nesse período, Zurique reduziu significativamente seu consumo de energia em meio à atual crise energética na Europa.  Um dos resultados mais surpreendentes veio de dois modelos que sugerem que o atual método de medição de CO2 pode superestimar as emissões anuais em cerca de 20%.

Utilizadas atualmente apenas para fins de pesquisa, as estações de monitoramento deverão oferecer maior transparência no futuro, permitindo que os formuladores de políticas e o público monitorem os níveis flutuantes de emissões e verifiquem se a cidade está no caminho certo, dizem os cientistas do Empa. “Se continuarmos com essas observações de CO2 no futuro, seremos capazes de traçar o caminho para zerar as emissões líquidas até 2040? Sim, acreditamos que podemos fazer isso”, diz Brunner.

Stadt-Zurich/Empa

Em última instância, porém, quando o projeto-piloto terminar, caberá às autoridades da cidade a tarefa de decidir se ele será continuado e a forma como isso ocorrerá.

Anke Poiger, chefe de comunicação da Secretaria de Meio Ambiente e Saúde de Zurique, diz que as autoridades estão entusiasmadas com a possibilidade de comparar os dois métodos diferentes de monitoramento de CO2.

“Esperamos que isso nos forneça informações sobre a exatidão de nossos cálculos e sobre possíveis desvios. A abordagem do projeto ICOS Cities também possibilita uma análise com maior resolução espacial e temporal, o que também é muito interessante para nós”, disse, acrescentando que as autoridades ainda estão avaliando com o Empa “a possibilidade de continuar a rede estabelecida”.

Brunner é mais otimista: “Eles estão interessados em manter o sistema após o término do projeto ICOS Cities. Mas temos que discutir os detalhes. Estamos muito otimistas quanto à possibilidade de continuar com essa infraestrutura de medição por vários anos, ainda que parcialmente”.

Os diferentes métodos testados em Zurique variam em termos de investimento e custos. Mas continuar as medições e as modelagens deve gerar um custo (em francos suíços) na “faixa muito baixa dos seis dígitos”, estima Emmenegger. “Se você comparar com os muitos milhões gastos para realmente se livrar do CO2, não é tanto assim”, acrescenta.

Outras 12 cidades europeias, incluindo a Basileia, na Suíça, se juntaram à rede ICOS CitiesLink externo para testar, após 2025, as técnicas e os serviços de monitoramento que estão sendo aplicados em Zurique, Paris e Munique.

“Planejamos desenvolver serviços para orientar as cidades sobre como estabelecer e operar uma rede urbana de monitoramento de gases de efeito estufa”, disse o diretor-geral da ICOS ERICLink externo, Werner Kutsch.

“Cada cidade é diferente. As cidades diferem em tamanho, localização, clima e, é claro, nas emissões de gases de efeito estufa, na liderança política e nas ambições de suas metas climáticas. Cada uma das cidades da rede tem sua própria pesquisa sobre emissões urbanas vinculada ao projeto. Dessa forma, estamos criando uma grande rede de pesquisa europeia”, conclui.

Edição: Balz Rigendinger/fh

Adaptação: Clarice Dominguez