RESSALVA Atendendo solicitação do(a) autor(a), o texto completo desta Dissertação será disponibilizado somente a partir de 01/07/2024. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ENGENHARIA DE BAURU PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ANA MARIELE DOMINGUES AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE CENÁRIOS PARA RECICLAGEM DE BATERIAS DE ÍONS DE LÍTIO NO BRASIL BAURU 2022 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ENGENHARIA DE BAURU PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ANA MARIELE DOMINGUES AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE CENÁRIOS PARA RECICLAGEM DE BATERIAS DE ÍONS DE LÍTIO NO BRASIL Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Faculdade de Engenharia - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP, campus de Bauru, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Produção. Área de concentração: Gestão de Sistemas Produtivos. Linha de pesquisa: Sustentabilidade e Sistemas Produtivos. Orientador: Prof. Dr. Ricardo Gabbay de Souza. BAURU 2022 D671a Domingues, Ana Mariele Avaliação do Ciclo de Vida de cenários para reciclagem de baterias de íons de lítio no Brasil / Ana Mariele Domingues. -- Bauru, 2021 172 p. : il., tabs. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia, Bauru Orientador: Ricardo Gabbay de Souza 1. Engenharia de Produção. 2. Reciclagem. 3. Avaliação do Ciclo de Vida. 4. Avaliação de Impactos Ambientais. 5. Gestão de resíduos. I. Título. Sistema de geração automática de fichas catalográficas da Unesp. Biblioteca da Faculdade de Engenharia, Bauru. Dados fornecidos pelo autor(a). Essa ficha não pode ser modificada. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Câmpus de Bauru ATA DA DEFESA PÚBLICA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DE ANA MARIELE DOMINGUES, DISCENTE DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, DA FACULDADE DE ENGENHARIA - CÂMPUS DE BAURU. Aos 01 dias do mês de julho do ano de 2022, às 09:15 horas, por meio de Videoconferência, realizou- se a defesa de DISSERTAÇÃO DE MESTRADO de ANA MARIELE DOMINGUES, intitulada AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE CENÁRIOS PARA RECICLAGEM DE BATERIAS DE ÍONS DE LÍTIO NO BRASIL. A Comissão Examinadora foi constituida pelos seguintes membros: Prof. Dr. RICARDO GABBAY DE SOUZA (Orientador(a) - Participação Virtual) do(a) Departamento de Engenharia Ambiental / Instituto de Ciencia e Tecnologia Campus de Sao Jose dos Campos UNESP, Prof. Dr. ALDO ROBERTO OMETTO (Participação Virtual) do(a) Departamento de Engenharia de Produção / Escola de Engenharia - USP - São Carlos/SP, Prof. Dr. SANDRO DONNINI MANCINI (Participação Virtual) do(a) Departamento de Engenharia Ambiental / Instituto de Ciencia e Tecnologia Campus de Sorocaba Unesp. Após a exposição pela mestranda e arguição pelos membros da Comissão Examinadora que participaram do ato, de forma presencial e/ou virtual, a discente recebeu o conceito final:_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . Nada mais havendo, foi lavrada a presente ata, que após lida e aprovada, foi assinada pelo(a) Presidente(a) da Comissão Examinadora. Prof. Dr. RICARDO GABBAY DE SOUZA Faculdade de Engenharia - Câmpus de Bauru - Av. Engenheiro Luiz Edmundo Carrijo Coube, , 14-01, 17033360 http://www.feb.unesp.br/posgrad_prod/index.phpCNPJ: 48.031.918/0030-69. APROVADA Para Nino. Pelo amor e apoio incondicional em todos os momentos. Você faz do mundo um lugar melhor. AGRADECIMENTOS Agradeço ao bom Deus pela dádiva da vida e inspirações durante a execução deste trabalho e em todos os minutos da minha existência. Ao meu orientador, Ricardo Gabbay de Souza, pelos valiosos ensinamentos, apoio, paciência e generosidade com seu tempo, dedicando incontáveis horas para esclarecer minhas dúvidas sobre a pesquisa. Aos Professores da banca de qualificação e defesa, Aldo Roberto Ometto e Sandro Donnini Mancini, pela generosidade com seu tempo e conhecimento, fornecendo valiosas contribuições para a melhoria e evolução geral do trabalho. Aos parceiros de pesquisa do CTI, Marisa Franzoni, Flavia Padoan e Jose Rocha de Andrade, pela disponibilidade e contribuições para o desenvolvimento da pesquisa. Ao Professor Henrique Leonardo Maranduba pelos ensinamentos sobre o software de modelagem, ajuda nos procedimentos técnicos e generosidade com seu tempo e recursos. A todos os meus colegas do Programa de Pós-Graduação, pelo carinho e acolhimento desde o primeiro dia como aluna especial em 2018, pelas trocas de conhecimento no desenvolvimento de trabalhos e artigos, inúmeros auxílios e palavras de ânimo nos momentos mais desafiadores. A Milena Barros da Cunha pela parceria nos estudos teóricos, modelagem e desenvolvimento de trabalhos sobre ACV. Ao meu companheiro de vida, Airton (Nino). Obrigado por tornar tudo mais fácil para mim, pelo suporte emocional e material, pelas palavras de ânimo, amor e encorajamento em todas a horas. Obrigada por renunciar a tantas coisas para que eu pudesse realizar mais esse sonho. A minha família pelo apoio incondicional em todas a horas, pela compreensão nos momentos de ausência e por acreditarem em mim e em todos os meus sonhos. Aos funcionários da Seção Técnica da Pós-Graduação da Faculdade de Engenharia, especialmente ao Gustavo e a Alessandra, por toda a ajuda e paciência em sanar dúvidas sobre os procedimentos. Aos Professores da Pós-Graduação pelos valiosos ensinamentos. Todos, com os quais tive a honra de ter aulas e conviver, contribuíram de alguma forma com este trabalho e me inspiraram a continuar no caminho da pesquisa e docência. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo auxílio financeiro durante a pesquisa. RESUMO Previsões indicam que haverá um aumento exponencial na geração de resíduos de baterias de íons de lítio (LIBs) a partir de 2030, impulsionado pelo aumento da demanda para aplicações em eletrônicos de consumo, veículos elétricos e armazenamento de energia renovável. A reciclagem de materiais das LIBs gastas tem sido apontada uma das soluções para reduzir a pressão sobre os recursos naturais da demanda crescente por metais, para a produção do material ativo das baterias, e da disposição em aterros. No entanto, os impactos ambientais dos processos de reciclagem aplicáveis às LIBs ainda são pouco conhecidos e estudados. Os estudos disponíveis sobre impactos ambientais da reciclagem de LIBs estão focados em países desenvolvidos e priorizam a reciclagem de LIBs presentes em veículos elétricos. Entretanto, no fluxo de resíduos eletroeletrônicos (REEE) uma quantidade significativa de LIBs pode ser encontrada, pois cada aparelho portátil possui acoplado uma bateria recarregável. Apesar do alto volume de LIBs no fluxo de REEE, são escassos estudos que investiguem os impactos e benefícios da gestão e reciclagem de LIBs presentes neste fluxo. O objetivo deste trabalho foi avaliar os potenciais impactos ambientais de quatro cenários para a reciclagem de LIBs provenientes de Smartphones e Notebooks, no contexto brasileiro. A avaliação considera parâmetros como geração anual de resíduos, taxa de coleta e destino dos resíduos coletados. A avaliação foi conduzida por meio da Avaliação do Ciclo de Vida. O cenário avaliado com melhor desempenho prioriza a reciclagem no Brasil e a redução da quantidade de resíduos de LIBs enviados para aterros sanitários. O Cenário 4 apresenta o melhor desempenho, com o aumento da coleta pela Logística Reversa (LR) para 50% dos resíduos gerados e redução da taxa de aterro em 44,4%, 13 categorias de impacto ambiental apresentam benefícios líquidos. Os resultados indicam que benefícios ambientais mais significativos são alcançados quando a taxa de coleta pela LR é aumentada e a recuperação de materiais é feita pela opção de tecnologia menos impactante. A reciclagem das LIBs presentes nos fluxos de REEE tem potencial para gerar benefícios ambientais, sociais e econômicos para o Brasil, pois mitiga a poluição da extração de recursos naturais não renováveis e descarte inadequado, pode gerar empregos, renda e oportunidades de desenvolvimento econômico para o país. PALAVRAS-CHAVE: RECICLAGEM; AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA; LCA; BATERIAS DE ÍONS DE LÍTIO; AVALIAÇÃO DE CENÁRIOS; GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS. ABSTRACT Forecasts indicate that there will be an exponential increase in waste generation from lithium- ion batteries (LIBs) from 2030 onwards, driven by increased demand for applications in consumer electronics, electric vehicles, and renewable energy storage. Recycling materials from spent LIBs has been pointed out as one of the solutions to reduce the pressure on natural resources from the growing demand for metals, to produce active material from batteries, and disposal in landfills. However, the environmental impacts of recycling processes applicable to LIBs are still poorly known and studied. The available studies on the environmental impacts of recycling LIBs are focused on developed countries and prioritize the recycling of LIBs present in electric vehicles. However, in the waste electronics (WEEE) stream, a significant amount of LIBs can be found, as each portable device has a rechargeable battery attached. Despite the high volume of LIBs in the WEEE flow, there are few studies investigating the impacts and benefits of managing and recycling LIBs present in this flow. The objective of this work was to evaluate the potential environmental impacts of four scenarios for the recycling of LIBs from Smartphones and Notebooks, in the Brazilian context. The assessment considers parameters such as annual waste generation, collection rate and destination of collected waste. The assessment was conducted through the Life Cycle Assessment. The scenario evaluated with the best performance prioritizes recycling in Brazil and reducing the amount of waste from LIBs sent to sanitary landfills. Scenario 4 presents the best performance, with the increase in collection by Reverse Logistics (RL) to 50% of the waste generated and a reduction in the landfill rate by 44.4%, 13 environmental impact categories present net benefits. The results indicate that more significant environmental benefits are achieved when the RL collection rate is increased, and the recovery of materials is carried out by the less impacting technology option. The recycling of LIBs present in WEEE streams has the potential to generate environmental, social and economic benefits for Brazil, as it mitigates pollution from the extraction of non-renewable natural resources and inappropriate disposal, it can generate jobs and income and opportunities for economic development for the country. Keywords: LIFE CYCLE ASSESSMENT (LCA); SCENARIOS ASSESSMENT; LITHIUM- ION BATTERIES (LIBS); RECYCLING; WASTE MANAGEMENT. SUMÁRIO 1 Introdução .............................................................................................................................. 12 1.1 Estrutura da dissertação ...................................................................................................... 15 2 Objetivos ................................................................................................................................ 16 3 Visão geral do método de pesquisa ....................................................................................... 17 CAPÍTULO I ............................................................................................................................ 19 1 Introdução .............................................................................................................................. 20 2 Revisão teórica ...................................................................................................................... 24 2.1 LCA .................................................................................................................................... 24 2.1.1 Etapas metodológicas da LCA ........................................................................................ 25 2.2 Composição das LIBs e potenciais riscos........................................................................... 26 2.2.1 Potenciais impactos e riscos do gerenciamento inadequado de LIBs no fim de vida ..... 28 2.2.1.2 Impactos sociais do ciclo de vida das LIBs .................................................................. 29 2.3 Processos para reciclagem de LIBs .................................................................................... 30 3 Método de Pesquisa ............................................................................................................... 33 3.1 Identificação e seleção dos estudos .................................................................................... 33 3.2 Análise de conteúdo............................................................................................................ 35 4 Resultados e discussão .......................................................................................................... 37 4.1 Distribuição das publicações por ano e país ....................................................................... 38 4.2 Análise de conteúdo - requisitos metodológicos da LCA .................................................. 41 4.2.1 Definição do objetivo e escopo ....................................................................................... 41 4.2.2 Função, Unidade Funcional e Fluxo de Referência ......................................................... 42 4.2.3 Definição dos limites do sistema ..................................................................................... 44 4.2.4 Cut-off ............................................................................................................................. 46 4.2.5 Definição do framework de modelagem LCI .................................................................. 47 4.2.6 Multifuncionalidade......................................................................................................... 47 4.2.7 Tipos de produtos e tipos de composição química das LIBs estudadas .......................... 48 4.2.8 Processos de reciclagem .................................................................................................. 50 4.2.9 Materiais alvos da reciclagem ......................................................................................... 54 4.3 Análise de inventário .......................................................................................................... 54 4.4 Representatividade dos dados ............................................................................................. 55 4.4.1 Avaliação de qualidade dos dados ................................................................................... 57 4.5 Avaliação de Impactos........................................................................................................ 58 4.5.1 Método de avaliação de impactos .................................................................................... 60 4.6 Interpretação ....................................................................................................................... 60 4.6.1 Hotspots ........................................................................................................................... 61 4.6.2 Análise de incerteza e sensibilidade ................................................................................ 61 5 Recomendações para futuros estudos de LCA em sistemas de reciclagem de LIBs ............. 62 6 Conclusão .............................................................................................................................. 64 CAPÍTULO II ........................................................................................................................... 66 1 Introdução .............................................................................................................................. 67 2 Avaliação do Ciclo de Vida (LCA) ....................................................................................... 69 2.1 Fases da LCA ..................................................................................................................... 70 2.2 LCA de reciclagem de LIBs ............................................................................................... 71 3 Método ................................................................................................................................... 72 3.1 Modelagem de cenários para a reciclagem de LIBs no Brasil ........................................... 73 3.2 Modelagem dos fluxos de resíduos de Smartphones, Notebooks e LIBs ........................... 76 3.2.1 Estimativa da geração de resíduos de Notebooks e Smartphones ................................... 76 3.2.2 Estimativa da geração de resíduos de células LIBs ......................................................... 78 3.3 Etapas da LCA .................................................................................................................... 78 3.3.1 Definição do Objetivo e Escopo ...................................................................................... 78 3.3.1.1 Definição do contexto de decisão ................................................................................. 79 3.3.2 Definição do escopo ........................................................................................................ 79 3.3.3 Definição do Sistema de Produto e Fronteira do Sistema ............................................... 81 3.3.4 Análise de Inventário ....................................................................................................... 89 3.3.5 Avaliação de impactos ..................................................................................................... 98 3.3.6 Interpretação .................................................................................................................... 99 3.3.7 Premissas e limitações ..................................................................................................... 99 4 Resultados e discussão ........................................................................................................ 100 4.1 Análise de contribuição das tecnologias de reciclagem ................................................... 101 4.2 Avaliação dos cenários com base em 1t de fluxo de referência ....................................... 109 4.3 Avaliação com base no fluxo de referência de geração total em cada ano ...................... 111 4.4 Análise de sensibilidade ................................................................................................... 112 4.5 Análise de incerteza .......................................................................................................... 114 4.6 Implicações da reciclagem de LIBs em um contexto de Economia Circular e geração de valor ........................................................................................................................................ 115 5 Conclusões ........................................................................................................................... 117 CONCLUSÃO ........................................................................................................................ 120 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 122 APÊNDICES...........................................................................................................................136 APÊNDICE A - Estimativa de geração de resíduos de Smartphones e Notebooks..................137 APÊNDICE B - Resultados da avaliação - processos unitários................................................141 APÊNDICE C – Impactos da reciclagem no exterior e comparação com o processo brasileiro ................................................................................................................................................ 146 APÊNDICE D – Balanço de massa e avaliação de impactos dos cenários modelados com fluxo de referência de 1t....................................................................................................................150 APÊNDICE E – Balanço de massa e avaliação de impactos dos cenários modelados com fluxo de referência de geração anual de resíduos. ........................................................................... 159 APÊNDICE F – Resultados análise de sensibilidade e incerteza ........................................... 168 APÊNDICE G – Estequiometria .............................................................................................171 12 1 Introdução A gestão inadequada de resíduos impõe uma carga significativa ao meio ambiente e à saúde humana (Wolf et al., 2022). A geração e o gerenciamento de resíduos sólidos urbanos contribuí para as mudanças climáticas e compromete a qualidade ambiental (Gomez-Sanabria et al., 2022). Uma das classes de resíduos sólidos que têm causado grandes preocupações globais são os Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos (REEE) e seus componentes (Rene et al., 2021; Souza et al., 2016; Beula & Sureshkumar, 2021). O aumento da demanda por Equipamentos Elétricos e Eletrônicos (EEE) aliado a ciclos de vida mais curtos dos produtos, tem acarretado altas taxas de geração de REEE (Chen et al., 2021; Rautela et al., 2021). Somente em 2019, gerou-se 53,6 milhões de toneladas (Mt) de REEE globalmente (Forti et al., 2020). As previsões apontam que a geração deve continuar em expansão, aumentando em média 3% a 4% ao ano (Shittu et al., 2021; Cucchiella et al., 2015). O gerenciamento inadequado dos REEE causa sérios danos ao meio ambiente e à saúde humana (Chen et al., 2021; Rautela et al., 2021). Os perigos são derivados da presença de substâncias perigosas na composição dos materiais, como metais pesados, cromo hexavalente, retardadores de chama bromados, poluentes orgânicos persistentes e baterias (Huang et al., 2015; Rene et al., 2021). O descarte em aterro ou a incineração não são considerados opções de tratamento adequados para os REEE e seus componentes, pois apresentam riscos potenciais de contaminação do ar e da água; os lixiviados do aterro podem transportar substâncias tóxicas para as águas subterrâneas; a incineração pode emitir gases tóxicos para a atmosfera (Kiddee, Naidu & Wong, 2013) Em contrapartida, os REEE podem ser considerados fontes promissoras de matéria- prima secundária (Ottoni et al., 2020; Xavier et al., 2021). Alguns componentes, como as Placas de Circuito Impresso (PCI) e as Baterias de íons de lítio (LIBs), fornecem a recuperação de altos conteúdos de metais preciosos e críticos1 (Bookhagen et al., 2020; Sethurajan et al., 2019; Kumar et al., 2017). Muitos esforços têm sido direcionados para a recuperação de metais das PCI, pois um alto conteúdo de metais valiosos, como Ouro (Au), Prata (Ag), Paládio (Pd) e Cobre (Cu) podem ser recuperadas de PCI descartadas (Petter et al., 2014; Kaya, 2019). A reciclagem de LIBs têm recebido cada vez mais atenção, pois possuem em sua composição metais críticos como Cobalto (Co) e Lítio (Li), e metais básicos como Cobre (Cu), 1Matérias-primas críticas: qualquer substância que esteja sujeita a riscos de fornecimento e para a qual não haja substitutos fáceis; a criticidade é conceituada como uma função da probabilidade e gravidade das interrupções no fornecimento de determinada matéria-prima (Santillàn-Saldivar et al., 2021). 13 Alumínio (Al), Ferro (Fe) e Níquel (Ni) (Zheng et al., 2013; Buchert et al., 2012). As LIBs presentes em Smartphones e Notebooks são uma fonte promissora para a recuperação de Cobalto (Cucchiella et al., 2015). Somente em uma única bateria de Notebook, podem ser encontrados até 65g de Cobalto (Hagelüken & Corti, 2010). E, em baterias de Smartphones, até 6,3g de Cobalto (Buchert et al., 2012; He et al., 2020). Entretanto, se as LIBs em fim de vida forem mal gerenciadas, sendo descartadas ou recicladas de forma inadequada, podem provocar graves efeitos adversos à saúde humana e ao meio ambiente (Winslow et al., 2018; Mrozik et al., 2021; Wang et al., 2021). Os resíduos de LIBs são considerados perigosos, pois constituem-se de materiais potencialmente tóxicos, como os metais pesados e os polímeros e materiais orgânicos perigosos e inflamáveis do eletrólito (Kang et al., 2013; Zheng et al., 2018). Os eletrólitos contêm solventes orgânicos, saís de lítio e aditivos que, em contato com o meio ambiente, podem se decompor em substâncias perigosas, como arsênico e fósforo (Jin et al., 2022). Se as LIBs forem descartadas junto ao lixo comum, incêndios podem ocorrer nos veículos de coleta e nos aterros sanitários (Winslow et al., 2018). Se uma LIB for incinerada com resíduos sólidos gerais, produzirá gases tóxicos, como o fluoreto de hidrogênio, resultando em poluição atmosférica (Zhang et al., 2018). O descarte de LIBs em aterros podem contaminar o solo e águas subterrâneas, pois os metais pesados podem lixiviar (Raj et al., 2022). As reações químicas dos solventes orgânicos liberam formaldeídos e metanol, ambos com potencial para poluir as águas (Jin et al., 2022). Portanto, o descarte ou tratamento inadequado das LIBs resulta em poluição do meio ambiente e na perda de recursos materiais valiosos (Meshram et al, 2020). A recuperação de matérias-primas das LIBs, através da reciclagem, é apontada como uma solução adequada para limitar a necessidade de extração de recursos naturais e mitigar a poluição do descarte inadequado (Ducoli et al., 2022). A prevenção de impactos no setor de mineração pode ser reduzida por abordagens de ciclo fechado e sustentável de Economia Circular, como a mineração urbana de REEE (XAVIER et al., 2021). Além disso, a disponibilidade futura de metais é um tópico complexo que têm suscitado preocupações (Harper et al., 2019). A transição energética para fontes de baixo carbono depende fortemente de matérias-primas, como cobalto e lítio, que atualmente são obtidos principalmente da extração primária (Herrington, 2021). O aumento estimado na demanda por matérias-primas relacionadas a LIBs, para uso em veículos elétricos e armazenamento de energia renovável, terá um impacto significativo nas rotas de produção de matérias-primas primárias globais (European Union, 2020a). Estima-se que até 2050, a demanda por matérias- 14 primas como o Grafite, Cobalto e Lítio tenham um aumento de mais de 450% cada (Herrington, 2021). Nesse contexto, os estoques antropogênicos de materiais secundários são considerados meios-chave para garantir o fornecimento de recursos (Matos et al., 2022). A reciclagem de metais de fluxos de resíduos será cada vez mais importante para o atendimento da demanda futura e para o alcance das metas de desenvolvimento sustentável (UNEP, 2011; Graedel et al., 2011) As LIBs presentes em REEE, como Smartphones e Notebooks, são uma fonte em potencial para a recuperação desses materiais secundários importantes. As baterias recarregáveis LIBs são a fonte de energia portátil mais utilizada em produtos eletrônicos de consumo (Buchert et al., 2012; Chang et al., 2009). Estima-se que 75% das LIBs fabricadas são usadas em eletrônicos de consumo (Sun et al., 2017). A grande penetração no mercado de Notebooks e Smartphones, com as vendas de dispositivos novos crescendo a taxas rápidas, revela a importância do gerenciamento adequado e recuperação de recursos destes dispositivos (He et al., 2020). Em 2021, aproximadamente 261 milhões de Notebooks foram vendidos em todo o mundo; espera-se que mais 259 milhões sejam vendidos em 2022 (STATISTA, 2022a). Em relação às vendas globais de Smartphones, em 2021, 1,38 bilhões de dispositivos foram vendidos globalmente, e, em 2022, espera-se um crescimento de 4%, chegando-se a 1,43 bilhões de novos dispositivos vendidos (STATISTA, 2022b). No cenário brasileiro, as vendas de Notebooks e Smartphones também representam um alto volume. Segundo a Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica (ABINEE), em 2021 foram vendidos, aproximadamente 40 milhões de Smartphones e 5,0 milhões de Notebooks no mercado nacional (ABINEE, 2022). Existe grande potencial de geração de resíduos LIBs nos fluxos de REEE e, consequentemente, a recuperação de metais pela reciclagem (Buchert et al., 2012; Chang et al., 2009). Contudo, para que a reciclagem das LIBs seja realmente benéfica torna-se essencial o desenvolvimento, implementação e avaliação de processos adequados (Nature Energy, 2019; Meshram et al., 2020). No entanto, para o contexto das LIBs ainda não está claro qual ou quais métodos de reciclagem são ambientalmente preferidos (Rey et al., 2021). As tecnologias para a reciclagem de LIBs em fim de vida ainda se encontram em estágios iniciais de implantação em escalas industriais (Rhee, Jang, Kim, 2021). E, embora a reciclagem possa levar a benefícios ambientais, o benefício real depende do impacto da produção da matéria-prima e do consumo direto de recursos para o processo de reciclagem (Stucki et al., 2021). Portanto, para desenvolver sistemas de reciclagem mais sustentáveis é obrigatória a aplicação de abordagem 15 de avaliações sistêmicas, que considerem todos os processos, etapas e recursos envolvidos nos processos (Agusdinata et al., 2018; Rocha & Penteado, 2021). A técnica de Avaliação do Ciclo de Vida (LCA) tem sido apontada como uma técnica de avaliação adequada para quantificar as implicações ambientais de sistemas de gerenciamento de resíduos, pois permite capturar os potenciais impactos ambientais associados ao sistema de gerenciamento em uma abordagem sistêmica, para evitar a transferência de cargas para outros compartimentos ambientais (Laurent et al., 2013a). A LCA é uma abordagem científica holística, amplamente utilizada para avaliar os impactos ambientais do ciclo de vida de produtos, processos e serviços (Santillán-Saldivar et al., 2021). No apoio às políticas de gestão de resíduos sólidos urbanos (RSU), a LCA pode servir para comparar os impactos ambientais de duas ou mais opções de processamento de resíduos (Laurent et al., 2013; Meylan et al., 2014). É considerada uma técnica ideal para investigar os impactos ambientais dos processos de reciclagem, pois fornece uma estrutura padronizada e sistemática para trazer à tona questões sobre os fluxos principais de poluição direta e indireta (Chordia et al., 2021). 1.1 Estrutura da dissertação Além desta seção introdutória, que contempla a contextualização sobre o tema e os objetivos da pesquisa, este trabalho é constituído por dois capítulos organizados como artigos científicos independentes, mas conectados por um tema central: avaliação de impactos ambientais em processos de reciclagem de resíduos de Baterias de íons de lítio (LIBs) utilizando a técnica de avaliação LCA. O Capítulo I, intitulado “Revisão da Avaliação do Ciclo de Vida (LCA) na reciclagem de Baterias de íons de lítio”, teve como objetivo revisar e analisar criticamente os estudos existentes sobre LCA aplicada à reciclagem de LIBs, buscando sumarizar o estado-da-arte para fornecer orientações para a melhoria desses sistemas de reciclagem e uma agenda de pesquisa para futuros estudos de LCA. Para tanto, utilizou-se do método de Revisão Sistemática da Literatura conjuntamente a análise de conteúdo para mapear a evolução das publicações, representatividade geográfica, características e origem dos resíduos LIBs, processos de reciclagem aplicáveis e as escolhas metodológicas na aplicação da técnica de LCA. Os principais resultados apontaram lacunas importantes de conhecimento, destacando-se a falta de estudos sobre o impacto ambiental da reciclagem de LIBs presentes em fluxos de REEE, a escassez de estudos em países em desenvolvimento, a ausência de dados completos sobre o 16 consumo de recursos e emissões dos processos de reciclagem e a cobertura limitada de categorias de avaliação de impactos ambientais. O Capítulo II, intitulado “Avaliação do Ciclo de Vida de cenários para reciclagem de baterias de íons de lítio no Brasil”, teve como objetivo avaliar os potenciais impactos e benefícios ambientais de diferentes cenários para a reciclagem de LIBs no Brasil, aplicando a técnica de LCA, visando contribuir com o desenvolvimento de sistemas de reciclagem sustentáveis para a recuperação de materiais dos resíduos LIBs nos fluxos de resíduos REEE. O estudo fornece a estimativa de geração de resíduos LIBs no Brasil, oriundos de Smartphones e Notebooks descartados, para os próximos quatro anos e a avaliação dos potenciais impactos ambientais de quatro cenários para gerenciamento desses resíduos. Além disso, um processo de referência para a reciclagem de LIBs no Brasil foi mapeado e avaliado quanto aos potenciais impactos ambientais, o que permitiu a elaboração de um inventário do ciclo de vida para o processo, a identificação dos principais hotspots ambientais da reciclagem de LIBs no Brasil e a quantificação dos potenciais benefícios da recuperação dos materiais pela reciclagem. Por fim, uma seção de conclusão geral sumariza as principais conclusões deste trabalho, limitações e oportunidades de pesquisas futuras. 2 Objetivos O objetivo geral do presente trabalho é avaliar os potenciais impactos e benefícios ambientais de diferentes cenários de reciclagem para LIBs no Brasil, utilizando a técnica de LCA, visando contribuir com o desenvolvimento de padrões mais sustentáveis para a recuperação de materiais dos fluxos de resíduos para a destinação ambientalmente correta2 destes resíduos perigosos. 2 Adota-se a definição de Destinação e Disposição final Ambientalmente Correta de acordo com a Lei 12.305/2010 (BRASIL, 2010): “VII - destinação final ambientalmente adequada: destinação de resíduos que inclui a reutilização, a reciclagem, a compostagem, a recuperação e o aproveitamento energético ou outras destinações admitidas pelos órgãos competentes do Sisnama, do SNVS e do Suasa, entre elas a disposição final, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos.” “VIII - disposição final ambientalmente adequada: distribuição ordenada de rejeitos em aterros, observando normas operacionais específicas de modo a evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança e a minimizar os impactos ambientais adversos.” 17 2.1 Objetivos específicos ● Mapear e revisar sistematicamente os estudos de LCA que avaliam a reciclagem de LIBs (Artigo 1). ● Identificar questões críticas de lacunas de dados e aplicação da metodologia LCA nos estudos revisados (Artigo 1); ● Mapear e analisar os processos de reciclagem de LIBs no Brasil e no mundo (Artigo 1); ● Elaborar um inventário de ciclo de vida para o processo de reciclagem investigado como referência para implementação no Brasil (Artigo 2); ● Avaliar os potenciais impactos ambientais da reciclagem de LIBs, considerando diferentes cenários alternativos, em que a logística reversa seja promovida e adotada progressivamente (Artigo 2); ● Identificar os principais hotspots da reciclagem de LIBs no Brasil (Artigo 2); ● Propor melhorias para a mitigação de impactos ambientais negativos (Artigo 2). 3 Visão geral do método de pesquisa A condução do trabalho exigiu a aplicação de diferentes métodos, de acordo com as atividades propostas para cada etapa de desenvolvimento, coleta e análise de dados. A Figura 1 (Introdução) apresenta uma síntese do fluxo de trabalho da pesquisa, resumindo as etapas, atividades e procedimento metodológicos desenvolvidos. A pesquisa seguiu cinco etapas sequenciais e complementares. Os resultados principais da dissertação são os dois artigos (Capítulo I e Capítulo II). Os detalhes dos procedimentos metodológicos são encontrados na seção correspondente de cada um dos artigos desenvolvidos. 18 Figura 1. (Introdução) - Resumo gráfico das etapas e métodos aplicados na pesquisa. Fonte: Elaborada pela autora (2022). 120 CONCLUSÃO A reciclagem das LIBs é um tema emergente, devido a sua relevância nas políticas de armazenamento de energias renováveis e descarbonização dos sistemas antrópicos. Além disso são componentes essenciais para os dispositivos móveis amplamente utilizados nas sociedades modernas. Por esses motivos, a demanda por LIBs deve aumentar significativamente nas próximas décadas, o que implica em desafios adicionais no fornecimento de recursos para a sua produção e gestão de resíduos. A reciclagem em circuito fechado deve fornecer grande parte dos materiais metálicos necessários para a fabricação futura das LIBs. No entanto, as implicações ambientais dos processos de reciclagem ainda são pouco conhecidas, o que gera incertezas em relação à escolha da tecnologia de reciclagem ambientalmente mais benigna. O fluxo de LIBs presentes nos REEE apresentam um alto volume de recursos valiosos que, se corretamente reciclados, podem ser reintroduzidos nas cadeias produtivas e gerar benefícios ambientais, sociais e econômicos. Os principais benefícios ambientais são derivados da redução do consumo e extração de minerais metálicos primários e da redução da poluição pelo descarte inadequado. Os benefícios sociais podem ser traduzidos, mas não se limitando, em geração de emprego e renda, ao longo de toda a cadeia de valor gerada pela implantação de plantas industriais de reciclagem no país. A reciclagem de LIBs tem potencial para recuperar metais valiosos, que possuem preços atrativos nos mercados de commodities internacional, podendo gerar novas fontes para o comércio, bem como fomentar o desenvolvimento industrial do país, atraindo investimentos e instalações de indústrias de produção de LIBs no país. Primeiramente, este trabalho contribui com a literatura com uma revisão abrangente e sistemática, executada nos estudos de LCA em processos de reciclagem de LIBs, para o aumento do conhecimento sobre os impactos ambientais da reciclagem das LIBs, fornecendo uma síntese dos estudos disponíveis e das lacunas de pesquisa. Por meio da análise aprofundada das características metodológicas dos estudos e identificação de lacunas de pesquisa, este estudo fornece uma agenda para o desenvolvimento de pesquisas futuras. Para os tomadores de decisão, a LCA fornece dados quantitativos e científicos para a escolha entre diferentes alternativas. Este estudo fornece uma visão geral das implicações ambientais até agora avaliadas por estudos de LCA, esclarecendo as vantagens e desvantagens de diferentes métodos de reciclagem, o que pode orientar o desenvolvimento e implementação de tecnologias sustentáveis para o gerenciamento e recuperação de materiais valiosos desse fluxo de resíduos. Em segundo lugar, com os resultados de avaliação de impactos ambientais para cenários prospectivos de reciclagem de resíduos de LIBs em fluxos de REEE no Brasil, este trabalho 121 contribui para algumas das lacunas identificadas na revisão da literatura, como a avaliação dos impactos e benefícios ambientais da reciclagem de LIBs oriundas de REEE e gerenciadas em um contexto de país em desenvolvimento. Além disso, a quantificação e análise dos benefícios da progressão para um sistema formal de coleta e reciclagem e redução da taxa de aterro são fornecidos. Os resultados da LCA mostram que benefícios ambientais mais significativos são alcançados quando a taxa de coleta pela LR é aumentada e a recuperação de materiais é feita pela opção de tecnologia menos impactante. Os resultados da avaliação incorporam parâmetros relacionados ao tipo de coleta e proporção dos resíduos de LIBs gerados no Brasil, fornecendo informações para os tomadores de decisão para responder a questões sobre qual a melhor estratégia para o gerenciamento desse tipo de resíduo no Brasil. Os impactos e benefícios líquidos da reciclagem de LIBs no Brasil também foram quantificados, e os resultados podem auxiliar os tomadores de decisão a promover a reciclagem de LIBs no Brasil, esclarecer sobre os pontos críticos ambientais da rota hidrometalúrgica e os benefícios da recuperação de materiais. Entretanto, algumas limitações são encontradas, derivadas de premissas e suposições assumidas, uso de dados secundários para os processos de reciclagem no exterior e produção de produtos químicos. Portanto, desenvolvimentos adicionais podem melhorar a avaliação da gestão de resíduos de LIB no Brasil, dimensionando e incluindo na avaliação os impactos referentes as etapas de coleta, transporte e triagem dos produtos Smartphones e Notebooks, bem como a inclusão de outros produtos como LIBs de veículos elétricos. Outra oportunidade de pesquisa refere-se à contabilização dos impactos evitados em ciclo fechado. Neste estudo, os impactos evitados foram avaliados com base em um ciclo aberto de reciclagem, onde os materiais recuperados deslocam a extração, beneficiamento e refino de metais brutos, estudos futuros podem avaliar a mudança no perfil ambiental se a reciclagem for avaliada em um ciclo fechado, onde os materiais recuperados retornam na cadeia upstream para produzir materiais precursores na própria produção de LIBs. As implicações da recuperação de outros tipos de materiais, como plásticos, cobre, aço e alumínio dos invólucros e coletores de corrente podem melhorar o desempenho do processo atual e devem ser objeto de estudos. Por fim, uma contribuição importante para a literatura será a avaliação da sustentabilidade do ciclo de vida das LIBs, incluindo no escopo todas as etapas do ciclo de vida, desde a extração de matéria- prima até as opções de disposição final, considerando impactos ambientais, sociais e econômicos. 122 REFERÊNCIAS AALTONEN, M. et al. Leaching of Metals from Spent Lithium-Ion Batteries. Recycling 2017, Vol. 2, Page 20, v. 2, n. 4, p. 20, 2017. ABBONDANZA, M. N. M.; SOUZA, R. G. Estimating the generation of household e-waste in municipalities using primary data from surveys: A case study of Sao Jose dos Campos, Brazil. Waste Management, v. 85, p. 374–384, 2019. ABNT(a). 14040. Gestão ambiental–Avaliação do ciclo de vida–Princípios e estrutura. Rio de Janeiro: ABNT, 2009. 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