O uso intensivo de petróleo tem sido matéria de discussões constantes por diferentes setores da sociedade, seja pela possibilidade de seu esgotamento ou pelos potenciais danos ambientais por ele ocasionados. Assim, com o intuito de minimizar os impactos gerados na produção de bens de consumo fundamentalmente constituídos por recursos fósseis, a indústria petroquímica se mobilizou no desenvolvimento de novas tecnologias. No que tange a produção de derivados poliméricos, a principal estratégia adotada nesse sentido está associada à substituição de petróleo por insumos manufaturados a partir de fontes renováveis. Esta solução visa tanto reduzir a extração dos recursos fósseis, quanto amenizar as emissões de gases efeito estufa. Entretanto, poucos são os estudos que avaliam os reais efeitos decorrentes desta medida, quantificando os impactos, positivos e negativos, ocasionados ao meio ambiente e ao homem. Diante deste fato, o presente trabalho tem por finalidade investigar os efeitos ambientais da substituição de eteno de origem fóssil por sucedâneo obtido via desidratação de etanol de cana-de-açúcar, no processo produtivo do poliestireno. O atendimento de tal objetivo foi alcançado a partir da aplicação da técnica de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), cuja visão sistêmica permite analisar a influência da troca de matérias- primas para a produção de uma tonelada de poliestireno cristal (GPPS) e uma tonelada de poliestireno de alto impacto (HIPS), respectivamente. A abordagem possui uma abrangência do berço-ao-portão da fábrica e faz uso do método de avaliação ReCiPe (H) Midpoint, versão 1.07. Considerando treze categorias de impacto, os resultados dos perfis de desempenho do GPPS e HIPS parcialmente renováveis apresentaram-se pior em: mudanças climáticas; acidificação terrestre; eutrofização; toxicidade humana; formação de oxidantes fotoquímicos e material particulado; ecotoxicidade terrestre e aquática; uso de solo agricultável e depleção de água; em resposta às atividades agrícolas para a produção de cana-de-açúcar. Por outro lado, os maiores consumos de gás natural e petróleo requeridos para a manufatura de eteno no sistema de produto do GPPS e HIPS fósseis, contribuíram para impactos relativamente superiores nas categorias de depleção de ozônio, transformação de solo natural e depleção de recursos fósseis. / The intensive use of oil has been a subject of constant discussion among different sectors of society, due to the fossil depletion and potential environmental damage caused by it. Therefore, in order to minimize impacts on the production of consumer goods made from fossil resources, the petrochemical industry has been developing new technologies. Regarding the production of polymer derivatives, the key strategy was to replace fossil assets by raw materials obtained from renewable resources, for the purpose of slowing down the extraction of crude oil, as well as balancing atmospheric emission of greenhouse gases. However, there are only few studies assessing the actual results of this solution, quantifying its positive and negative environmental impacts. Considering this scenario, this study aims to investigate the environmental effects associated to the replacement of ethylene produced from natural gas by ethylene obtained by sugarcane ethanol dehydration in the production of polystyrene. This study used the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, which systemic view allows to analyze the influence of this substitution during the production of one ton of crystal polystyrene (GPPS) and one ton of high impact polystyrene (HIPS). The system boundary comprises a \"cradle-to-gate\" approach and uses ReCiPe Midpoint (H) V1.07 method to analyze thirteen environmental impacts. Both GPPS and HIPS partially made from renewable resource presented unfavorable results in ten impacts categories: climate change, terrestrial acidification, eutrophication, human toxicity, photochemical oxidants formation, particulate matter formation, terrestrial and freshwater Ecotoxicity, agricultural land occupation and water depletion. This scenario can be assigned to sugarcane production activities. On the other hand, the higher consumption of natural gas and crude oil required for the manufacture of ethylene in the fossil GPPS and HIPS system boundary contributed to greater impacts in the categories of ozone depletion, natural land transformation and fossil depletion.

O uso intensivo de petróleo tem sido matéria de discussões constantes por diferentes setores da sociedade, seja pela possibilidade de seu esgotamento ou pelos potenciais danos ambientais por ele ocasionados. Assim, com o intuito de minimizar os impactos gerados na produção de bens de consumo fundamentalmente constituídos por recursos fósseis, a indústria petroquímica se mobilizou no desenvolvimento de novas tecnologias. No que tange a produção de derivados poliméricos, a principal estratégia adotada nesse sentido está associada à substituição de petróleo por insumos manufaturados a partir de fontes renováveis. Esta solução visa tanto reduzir a extração dos recursos fósseis, quanto amenizar as emissões de gases efeito estufa. Entretanto, poucos são os estudos que avaliam os reais efeitos decorrentes desta medida, quantificando os impactos, positivos e negativos, ocasionados ao meio ambiente e ao homem. Diante deste fato, o presente trabalho tem por finalidade investigar os efeitos ambientais da substituição de eteno de origem fóssil por sucedâneo obtido via desidratação de etanol de cana-de-açúcar, no processo produtivo do poliestireno. O atendimento de tal objetivo foi alcançado a partir da aplicação da técnica de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), cuja visão sistêmica permite analisar a influência da troca de matérias- primas para a produção de uma tonelada de poliestireno cristal (GPPS) e uma tonelada de poliestireno de alto impacto (HIPS), respectivamente. A abordagem possui uma abrangência do berço-ao-portão da fábrica e faz uso do método de avaliação ReCiPe (H) Midpoint, versão 1.07. Considerando treze categorias de impacto, os resultados dos perfis de desempenho do GPPS e HIPS parcialmente renováveis apresentaram-se pior em: mudanças climáticas; acidificação terrestre; eutrofização; toxicidade humana; formação de oxidantes fotoquímicos e material particulado; ecotoxicidade terrestre e aquática; uso de solo agricultável e depleção de água; em resposta às atividades agrícolas para a produção de cana-de-açúcar. Por outro lado, os maiores consumos de gás natural e petróleo requeridos para a manufatura de eteno no sistema de produto do GPPS e HIPS fósseis, contribuíram para impactos relativamente superiores nas categorias de depleção de ozônio, transformação de solo natural e depleção de recursos fósseis. / The intensive use of oil has been a subject of constant discussion among different sectors of society, due to the fossil depletion and potential environmental damage caused by it. Therefore, in order to minimize impacts on the production of consumer goods made from fossil resources, the petrochemical industry has been developing new technologies. Regarding the production of polymer derivatives, the key strategy was to replace fossil assets by raw materials obtained from renewable resources, for the purpose of slowing down the extraction of crude oil, as well as balancing atmospheric emission of greenhouse gases. However, there are only few studies assessing the actual results of this solution, quantifying its positive and negative environmental impacts. Considering this scenario, this study aims to investigate the environmental effects associated to the replacement of ethylene produced from natural gas by ethylene obtained by sugarcane ethanol dehydration in the production of polystyrene. This study used the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, which systemic view allows to analyze the influence of this substitution during the production of one ton of crystal polystyrene (GPPS) and one ton of high impact polystyrene (HIPS). The system boundary comprises a \"cradle-to-gate\" approach and uses ReCiPe Midpoint (H) V1.07 method to analyze thirteen environmental impacts. Both GPPS and HIPS partially made from renewable resource presented unfavorable results in ten impacts categories: climate change, terrestrial acidification, eutrophication, human toxicity, photochemical oxidants formation, particulate matter formation, terrestrial and freshwater Ecotoxicity, agricultural land occupation and water depletion. This scenario can be assigned to sugarcane production activities. On the other hand, the higher consumption of natural gas and crude oil required for the manufacture of ethylene in the fossil GPPS and HIPS system boundary contributed to greater impacts in the categories of ozone depletion, natural land transformation and fossil depletion.

Zahlreiche Hoffnungen sind mit einer auf Pflanzen basierenden Wirtschaft, einer Bioökonomie, verbunden. Ob deren Weiterentwicklung den Zustand der Umwelt und die Wohlfahrt eines Landes verbessern kann, bleibt jedoch fraglich. Sich im Aufbau befindliche Bioökonomie-Monitoring-Systeme haben die Aufgabe, Informationen über Zielkonflikte zu liefern und somit eine erkenntnisgestützte Politikgestaltung zu ermöglichen. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, Erkenntnisse für die Weiterentwicklung solcher Systeme zu gewinnen. Bisher entwickelte Bioökonomie-Indikatoren sind ungeeignet, den Übergang von einer fossil-basierten zu einer bio-basierten Wirtschaft korrekt abzubilden. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb entsprechende Indikatoren entwickelt und am Beispiel der Biokunststoffproduktion in Deutschland gemessen. Damit leiste ich einen Beitrag zur systematischen Indikatorenentwicklung, zur Charakterisierung einer bestimmten Bioökonomie-Transformation und zur quantitativen Modellierung der Indikatoren. Zukünftige Bioökonomie-Monitoring-Systeme könnten davon profitieren, wenn die Indikatorenentwicklung noch stärker als Prozess verstanden wird, der eine Auseinandersetzung mit den Zielen und deren Messbarkeit umfasst, sich so lange wiederholt bis zufriedenstellende Indikatoren verfügbar sind und die wichtigsten Akteure einbezieht. Zudem ist ein stärkerer Fokus auf nachhaltige Bioökonomie-Transformationen erforderlich, die sich an einem kreislauf- und suffizienzbasierten Wirtschaften orientieren und den Substitutionsbegriff weiter fassen als bisher. Das hier entwickelte Biokunststoff-Modell könnte in Monitoring-Systeme integriert werden, wenn es um Kohlenstoffflüsse und Post-Produktionsprozesse ergänzt wird. Forschungsbedarf besteht beim Aufbau eines auf gesellschaftliche Bedürfnisse fokussierten Monitoring-Systems und bei der Wirksamkeit von Monitoring-Systemen in der politischen Entscheidungsfindung. / The relationship between bioeconomy transitions and sustainable development is not straightforward. For policymakers it is often difficult to keep track of bioeconomy developments and formulate appropriate bioeconomy-related policies that are also conducive towards sustainable development. Consequently, bioeconomy monitoring systems have recently been initiated to provide more reliable sources of information. There is a clear mismatch between the vision of a transition from fossil-based to bio-based economies and available indicators. I aim here to enhance current bioeconomy monitoring systems by developing and applying a set of appropriate indicators and providing insight into three key issues: 1) how indicators can be systematically developed, 2) what dimensions of an economy need to receive attention while monitoring transition from a fossil-based to a bio-based one, and 3) what kinds of quantitative models are suitable for this purpose. This study shows that it is possible to quantify the bioeconomy transition and measure it with systematically developed indicators, applied to plastics substitution. I conclude that, 1) developing bioeconomy indicators should be a process that is goal-oriented, iterative, and inclusive, 2) bioeconomy transition indicators need to exhibit advancement in the circular use of biomass and in sufficient consumption behavior, and 3) the model developed here can be integrated into bioeconomy monitoring systems but requires advances regarding carbon flows and post-production processes. Developers of bioeconomy monitoring systems should develop new indicators through stronger involvement of carefully selected stakeholders. Policymakers need to participate more actively in designing such systems and provide greater and more stable funding. Research could explore sectoral strategies to reduce environmental impacts while fulfilling societal needs, design related indicator sets, and assess their relevance for political decision-making.