Em sua mais recente coluna, Décio Luiz Gazzoni, explora as contribuições que o biodiesel pode dar para a redução de poluentes ruins para a saúde humana.
Uma consulta à literatura científica permite recuperar diversos estudos a respeito dos efeitos negativos para a saúde da exposição aos gases da combustão do diesel de petróleo. Por outro lado, o biodiesel surge no senso comum como um combustível alternativo 'verde', mais amigável ao ambiente, especialmente no que diz respeito à redução de material particulado nas emissões do escapamento. Resultados de estudos de emissões de motores pesados, de ciclo diesel, utilizando alternativamente diesel e biodiesel, fornecem informações importantes sobre a composição e o potencial de emissão de partículas e outros poluentes para a atmosfera. Na maioria dos estudos, as emissões totais de biodiesel são menores que aquelas do petrodiesel, embora estudos individuais discordem em alguns aspectos desta conclusão abrangente.
A revisão de literatura permite contrastar os resultados de emissões comparativas quando motores diesel funcionam com petrodiesel puro ou misturas de petrodiesel e biodiesel. Porém, os estudos de exposição a estas emissões, e seu impacto sobre a saúde humana, são mais abrangentes com petrodiesel do que com biodiesel. Detalhes do impacto de algumas substâncias em particular, como formaldeído, acetaldeído, benzeno e outros ainda apontam lacunas de conhecimento, ou conflitos de conclusões, conforme atestaram Lapuerta et al.1, que não vislumbraram nenhuma tendência real na literatura revisada, em relação a emissões de aldeídos e outros compostos quando utilizando biodiesel. Em um estudo foi verificado que o aumento da percentagem de mistura do biodiesel provocava diminuição das emissões de formaldeído, 1,3-butadieno, tolueno, xileno e acetaldeído, ao tempo em que aumentavam as emissões de benzeno2. Resultado similar foi obtido em um trabalho que verificou menores emissões de formaldeído e acetaldeído, quando foi utilizado B203. De forma conflitante, outra investigação indicou aumento significativo na presença de formaldeído, acetaldeído e acroleína em emissões quando o combustível utilizado foi B1004.
Alguns autores consideram que o uso de biodiesel aumenta as emissões de óxidos de nitrogênio (NO), cuja exposição pode ter efeitos negativos para a saúde humana5. No entanto, outros investigadores mostraram que as emissões de NO são altamente variáveis entre os tipos de motores, e que pode não haver aumento líquido da emissão do NO, utilizando uma mistura de B206. Esta contradição indica que, mesmo em áreas de conhecimento onde se considerava o tema devidamente clarificado, há necessidade de mais pesquisas para estabelecer conclusões definitivas. Os novos estudos devem incluir a caracterização das propriedades químicas, físicas e biológicas de partículas e gases de biodiesel, tanto em laboratório quanto em ambientes de trabalho ou de campo aberto. Estes estudos sobre emissões e exposição são necessários para o desenvolvimento de uma compreensão mais completa dos possíveis impactos potencial do biodiesel na qualidade do ar e na saúde humana, que permita tomar decisões sobre a ampliação de seu uso, com mais segurança.
Em contraste com as emissões, a exposição – definida como o contato humano com as emissões de gases de escape –, que é um elo fundamental na cadeia entre emissões e efeitos na saúde humana, é muito pouco estudada. Embora existam inúmeros estudos de emissões de diesel, as investigações específicas de exposição das emissões do biodiesel são escassas na literatura científica.
Alguns autores, como Nora Traviss7 analisaram e consolidaram os resultados disponíveis acerca do tema, envolvendo tanto emissões quanto exposição e, igualmente, encontraram escassez de estudos em algumas áreas e contradições entre as conclusões de diferentes estudos. O presente artigo tem o objetivo de analisar os resultados mais recentes, contribuindo para a discussão da expansão do consumo de biodiesel no Brasil, como forma de redução dos impactos sobre a saúde humana e sobre o ambiente.
Diesel e saúde
As emissões da combustão do diesel incluem material particulado (MP) ultrafino (<0,1 µm),fino (<2,5 µm), e partículas de maior dimensão, além de compostos voláteis como óxidos denitrogênio (NOx), de enxofre (SO2), carbonilas e outros compostos orgânicos, tais comohidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPs ou PAHs, na sigla em inglês). Moléculas de HAPscontendo mais de cinco anéis e nitro-HAPs, muitas delas com propriedades mutagênicas ecarcinogênicas, podem ser adsorvidas na superfície dos particulados (MP), onde também sãoencontradas pequenas quantidades de metais, o que pode significar impacto deletério sobre asaúde do homem e de animais. A revisão da literatura indica que as características químicase físicas das emissões da combustão do diesel dependem do tipo de motor, da sua regulagem,da qualidade do combustível, das condições de funcionamento e dos processos de transformaçãoque ocorrem quando as emissões são liberadas na atmosfera.
Estudos realizados nos EUA estimaram que a contribuição da emissão de materiais particulados(MP) de motores diesel, para o total de MP do ambiente, com tamanho menor que 2,5 µm(chamado de PM2,5) atinge 6% na média nacional, com picos de 10 a 36% em algumas áreasurbanas na Califórnia, Colorado e Arizona. Efeitos negativos para a saúde, associados àexposição a MP, incluem redução da função pulmonar, exacerbação da asma, arritmia,hipertensão e, consequentemente, maiores taxas de mortalidade. Uma ampla revisãoepidemiológica da pesquisa in vivo e in vitro sugeriu que a exposição a emissões veicularespode ser um importante fator ambiental para a mortalidade e a morbidade associadas a causascardiopulmonares, nos EUA8. Uma revisão da literatura epidemiológica conduzida por Pope etal9. indica que a exposição baixa a moderada (5-50 µg/m3) de MP2,5 resulta em uma curva daexposição-resposta que é muito acentuada e quase linear, levando os autores a sugerir quepode não haver nível seguro de exposição a particulados.
Cientistas que atuam em saúde pública estão preocupados com o desenvolvimento de câncer ecom os efeitos não oncológicos da exposição às emissões de diesel. Um recente estudoepidemiológico envolvendo mineiros em ambientes subterrâneos concluiu que existe um aumentodo risco de mortalidade por câncer de pulmão associado com exposição às emissões dediesel10. Um estudo de trabalhadores em ferrovias, com exposição ocupacional às emissões dediesel, indicou elevada mortalidade por câncer de pulmão11. Com base nesses e em outrosestudos científicos, as agências reguladoras dos EUA estabeleceram que as emissões de dieselrepresentam um “potencial fator cancerígeno ocupacional" para os seres humanos, devido à sua inalação a partir de exposições no ambiente cotidiano12.
Estudos recentes também associaram as emissões de MP do diesel com o estresse oxidativo celular e com respostas pró-inflamatórias13. O aumento da atividade reativa do oxigênio, ou da expressão de citoquinas inflamatórias, foram relatadas a partir de estudos in vitro de emissões de MP de diesel, relacionadas com o tráfego14. De acordo com Araújo15, a toxicidade cardiopulmonar parece correlacionar-se com o potencial oxidativo e inflamatório das emissões de MP do diesel. Autores como Cheung16 afirmam que os metais presentes no MP também podem desempenhar um papel incremental no potencial oxidativo das emissões do diesel.
Biodiesel x diesel
Reduzir o impacto das emissões do diesel de petróleo sobre a saúde pública é um objetivo a ser perseguido por políticas públicas, voltadas à saúde e ao ambiente, tanto no Brasil quanto em qualquer outro país. Encaixam-se nesse objetivo os avanços tecnológicos como diesel com concentrações baixas de enxofre, filtros de particulados do diesel, catalisadores de oxidação e melhorias na tecnologia de motor, assim como a substituição por combustíveis menos poluentes.
Nos EUA, os motores a diesel mais modernos são projetados para produzir emissões muito mais limpas, assim como, desde 2004, estão previstas melhorias de motores estacionários, que devem ser implantadas a partir de 201417. Estas inovações e imposições legais melhoraram a qualidade do ar nos EUA, na última década, reduzindo especialmente as concentrações de SOx, NOx e MP18. No entanto, a preocupação dos americanos é com a vida útil dos motores de ciclo diesel, que podem ultrapassar 20 anos, de maneira que modelos mais antigos ainda estarão em uso na próxima década. Por esta razão, combustíveis alternativos que podem reduzir as emissões, de imediato, passam a ser de grande interesse.
Hill et al.19 concluíram que o biodiesel de soja em comparação com o diesel, produz 93% mais energia do que aquela que foi usada em sua cadeia produtiva, e reduz as emissões de gases de efeito estufa em 41%. No entanto, o consumo de biodiesel no motor é mais elevado, principalmente devido ao poder calorífico inferior mais baixo, maior densidade e maior viscosidade, apesar do número de cetano mais elevado20. Maior viscosidade está associada com pior atomização de injeção de combustível, o que pode afetar o desempenho em locais de baixa temperatura, bem como as suas emissões. Este não é o caso do Brasil, predominantemente tropical e subtropical, com regiões restritas em épocas curtas, onde pode ocorrer frio intenso.
Biodiesel x qualidade do ar
Numerosos estudos têm demonstrado que a combustão do biodiesel, comparada ao diesel de petróleo, reduz as emissões de MP, CO e hidrocarbonetos totais21. A redução do MP é associada com o maior teor de oxigênio do biodiesel e a ausência de hidrocarbonetos aromáticos e de enxofre, conforme os estudos de Xue et al, Mc Cormick et al, La Puerta et al., já referidos na nota (21). No entanto, outros pesquisadores observaram aumento do MP em emissões de biodiesel, em veículos de passeio, sob determinado tipo de biodiesel e de mistura, bem como das condições de funcionamento do motor22. A utilização de biodiesel proveniente de ácidos graxos mais saturados, ou oxidados, além de partida a frio, resultou em maiores emissões de MP no escape, de acordo com Fontaras et al. e Bakeas et al. (v. nota 22).
A análise dos estudos referidos acima mostra que múltiplos fatores são fundamentais para a compreensão do impacto do biodiesel na qualidade do ar e na saúde humana. Apesar de misturas de biodiesel em geral, reduzirem a massa total de MP nas emissões, em comparação com o diesel de petróleo, os estudos referidos acima sugerem que o biodiesel pode aumentar a concentração de partículas ou diminuir o tamanho de partícula. Já, outros investigadores concluíram o oposto, ou seja, que o uso do biodiesel redunda em menor número de partículas emitidas23. Alguns pesquisadores descobriram maiores concentrações de metais em MP de biodiesel24, sugerindo maior toxicidade, enquanto outro estudo mostrou teores semelhantes de metais nas emissões tanto de petrodiesel quanto de biodiesel25.
No que diz respeito ao impacto sobre a saúde, com a diminuição da dimensão das partículas ocorre um aumento na eficiência de deposição nos alvéolos pulmonar; partículas menores, com menos massa total, podem penetrar mais profundamente no pulmão e, potencialmente, apresentar riscos mais significativos para a saúde. Avaliar a composição da MP em relação à presença de substâncias orgânicas, HAP e metais também fornece informações importantes sobre a sua toxicidade. Lembrando que os HAPs são reconhecidos agentes cancerígenos, e que metais desempenham um papel fundamental na atividade reativa do oxigênio, associada às respostas inflamatórias do organismo.
A fração orgânica solúvel (SOF, na sigla em inglês) do MP do biodiesel é normalmente maior do que a SOF do MP do diesel26, mas a sua composição e o impacto sobre a saúde não estão claramente estabelecidos. Estudos recentes de emissões de motores a diesel concluíram que o uso do biodiesel misturado ao diesel diminui a fração total de HAP e de HAP nitro (tanto na fase gasosa quanto em partículas), assim como de MP com HAPs adsorvidos na sua superfície27. Resultados como esse indicam que a mistura de biodiesel, reduzindo a exposição à HAP, pode ser benéfica para a saúde humana, se comparada ao uso exclusivo de petrodiesel.
Além dos estudos epidemiológicos ou em condições de campo aberto, a literatura também registra inúmeras investigações laboratoriais do impacto do biodiesel na saúde, os quais avaliam as respostas biológicas em modelos celulares e animais. Em um desses estudos, foi verificado que o SOF do MP do biodiesel pode produzir uma resposta inflamatória mais potente de células epiteliais das vias respiratórias humanas que o petrodiesel28. Entretanto, estudo conduzido por Cheung e colaboradores concluiu que o potencial oxidativo de MP do biodiesel e do petrodiesel, emitido por um motor de automóvel, foi semelhante29. Um estudo envolvendo parâmetros toxicológicos (inflamação, citotoxicidade, genetoxicidade e estresse oxidativo) causados por emissões de partículas de um motor estacionário, operando sob diferentes configurações (proporção de mistura diesel / biodiesel; regulagem do motor; presença e ausência de catalisador) mostraram menor impacto com o aumento da mistura de biodiesel, ou, em alguns casos, efeitos similares30.
As diferenças de conclusões entre trabalhos de campo e modelos de laboratório indicam a necessidade de uma discussão crítica aprofundada acerca da metodologia e das condições dos estudos toxicológicos, antes de serem utilizados para a tomada de decisão em relação a políticas públicas.
Exposição ao biodiesel
A exposição a um agente é definida como o contato entre um composto químico, um fator físico ou um organismo com um alvo. No caso de estudos de saúde humana, o alvo seria uma pessoa. A exposição é considerada como um passo intermediário na seguinte sequência: fontes de poluentes, movimentação de poluentes, exposição, e impactos na saúde. A avaliação de cada etapa deste modelo conceitual de risco é fundamental para a compreensão do impacto global do biodiesel na qualidade do ar e da saúde.
Enquanto a maioria dos estudos de emissões de biodiesel sugere melhoria da qualidade do ar, e eventuais benefícios para a saúde humana, em decorrência das reduções de MP e dos teores de hidrocarbonetos, estudos de exposição ao biodiesel, que ratificariam esta associação, são mais difíceis de serem encontrados na literatura. Os estudos de emissões de gases de escape ajudariam a elucidar o primeiro passo do modelo conceitual acima exposto (fonte de poluentes), mas não necessariamente permitiria concluir se a redução das emissões de gases de escape de biodiesel resultaria em reduções de exposição no local de trabalho ou de pessoas próximas ao ambiente onde ocorre a emissão, e qual seria o seu impacto na saúde humana.
Uma série de avaliações de exposição ao diesel, em diversas áreas ocupacionais, foram realizadas ao longo das últimas duas décadas. Uma brilhante revisão dessa literatura foi efetuada em 2009 por Pronk et al31. A revisão mostra que a maioria dos trabalhadores como motoristas, mecânicos e operadores de equipamentos normalmente experimentam exposições ao MP de diesel consideravelmente mais elevados que o público em geral. Infelizmente, pouco se sabe sobre o impacto do uso de biodiesel em exposição em ambientes ocupacionais, devido à ausência de estudos similares aos que foram efetuados com petrodiesel.
A literatura indica emissões medidas no escapamento de motores estacionários, utilizando B20, sendo 10 a 24% inferiores ao petrodiesel32. Entretanto, quando o estudo é conduzido em condições de estrada, com misturas B20 ou petrodiesel, usando moto niveladoras executando várias atividades rotineiras, foi verificado que a emissão de MP foi reduzida entre 8 e 48%, com o uso de B2033. Embora em ambos os casos a redução tenha favorecido o uso do biodiesel, as condições rotineiras de operação indicam maior amplitude e um pico de redução mais elevado.
Bugarski et al, avaliou o uso de misturas de biodiesel em um motor estacionário de 56 HP, sob condições variáveis, simulando um ambiente subterrâneo, como ocorre em minas. O aumento do percentual de mistura de B50 a B100 diminuiu a fração de carbono elementar e aumentou a fração de carbono orgânico. Os autores concluíram que, aumentando o teor de biodiesel na mistura, pode ocorrer um aumento da fração orgânica ligadas ao PM34.
Estudos conduzidos por Traviss e equipe contrastaram perfis de exposição de B20 e petrodiesel em área de trabalho e nas proximidades, em uma instalação de recuperação de materiais que utiliza equipamentos pesados estacionários35. O uso de B20 significou reduções significativas na emissão de MP2,5 (redução de 56 a 76%), redução da emissão de carbono elementar (5 a 29%) e aumentos consideráveis de emissões de carbono orgânico (294 a 467%). Nesses estudos as concentrações de carbono orgânico aumentaram significativamente, embora os autores indiquem serem as mesmas comparáveis aos níveis relatados em avaliações de exposição a diesel, por outros autores36.
Com relação ao impacto do diesel sobre a saúde humana, um trabalho realizado pela equipe do Prof. Paulo Saldiva, da USP37, mostrou que a análise das emissões de combustíveis é crucial para a compreensão da patogênese da mortalidade causada pela poluição do ar. O objetivo do estudo foi avaliar a toxicidade cardiovascular e inflamatória de partículas emitidas pela combustão de diesel e de biodiesel. Para o estudo foram utilizados ratos expostos aos combustíveis por uma hora. A frequência cardíaca, sua variabilidade e a pressão arterial foram obtidas antes da exposição, bem como 30 e 60 minutos após a exposição. Após 24h, lavado broncoalveolar, sangue e medula óssea foram recolhidas para avaliar a inflamação. O tratamento com B100 diminuiu os seguintes parâmetros de emissão: massa, negro de carbono, metais, CO, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos e compostos orgânicos voláteis em comparação com o B50 e com o diesel. As diferenças no intervalo de batimento cardíaco aumentaram com diesel em comparação ao controle; a baixa frequência de batimentos cardíacos aumentou tanto com diesel quanto com B100, em comparação com o controle. O número de leucócitos aumentou com B50 em comparação com diesel; a concentração de plaquetas aumentou com B100 em comparação com diesel e com o controle; os reticulócitos aumentaram com B50 em comparação com diesel, controle e B100; o número de metamielócitos aumentou com B50 e B100 em comparação com diesel e o de neutrófilos aumentou com diesel e B50 em comparação com o controle, aumentando os macrófagos com diesel B50 e B100 em comparação com o controle. Os autores concluíramm que o biodiesel foi mais tóxico do que o diesel porque promoveu alterações cardiovasculares, assim como inflamação pulmonar e sistêmica.
Como referido anteriormente, as operações no mundo real podem produzir emissões de biodiesel com perfis muito diferentes do que o previsto pelos protocolos de testes padronizados de motor, o que resulta em condições diferentes de exposição, bem como diferentes impactos sobre a saúde humana. Este fato torna mais complexa a compreensão do efeito da exposição, se cotejadas as condições de laboratório com ambientes de trabalho ou na comunidade em geral. Em suma, vale o alerta efetuado no início deste artigo, sobre a necessidade premente de estudos abrangentes e conclusivos sobre emissões, exposição e impactos do biodiesel sobre a qualidade do ar e a saúde humana, comparativamente ao petrodiesel.
Décio Luiz Gazzino é engenheiro agrônomo e pesquisador da Embrapa Soja. Visite o website do autor.
NOTAS
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