Modulo #1.
Parte 1 (37p)
Como funciona a natureza?
Enrique Ortega e Mileine Zanghetin
Laboratório de Engenharia Ecológica
Campinas, SP, outubro de 2008.
(Revisões: abril e julho de 2009).
www.unicamp.br/fea/ortega/
1
Conceitos básicos sobre a biosfera,
os ecossistemas e a economia humana
2
O objetivo desta apresentação é explicar o
mundo em que vivemos.
Vamos usar a abordagem sistêmica, um método
de estudo que consiste em visualizar as coisas
como partes ativas de um todo maior.
Um sistema é um conjunto de objetos
(componentes funcionais) que estabelecem
interações positivas e negativas (fluxos de
energia, materiais, informação) entre si e com o
exterior.
Todos os sistemas se relacionam entre si.
Esses relacionamentos variam de forma e de
intensidade com o tempo.
3
Interessa-nos descobrir como funcionam os
seguintes sistemas:
1. Nosso planeta,
2. A região onde vivemos,
3. As organizações humanas
para produzir e consumir.
4
Vamos aprender a desenhar sistemas,
mostrando as forças e os estoques externos,
os componentes internos e, finalmente, as
interações entre todos eles.
Usaremos a linguagem dos sistemas.
Ela foi desenvolvida pelo professor H. T. Odum
da Universidade da Florida.
Como toda linguagem ela tem símbolos e os
agrupa de maneira a expressar o sentido do
mundo que nos rodeia.
Vamos mostrar os símbolos dessa linguagem:
5
Caminho Energético:
Fluxo de energia ou materiais.
Fonte de Energia:
Energia existente nos recursos usados pelo
ecossistema, como o sol, o vento, a chuva, as
marés, as ondas nas praias, as sementes trazidas
pelo vento e as aves.
Depósito:
É um lugar onde se armazena um recurso:
biomassa florestal, solo, matéria orgânica,
água subterrânea, areia, nutrientes, etc.
Sumidouro de energia degradada:
Energia dispersada durante um processo que não
pode mais ser utilizada, como a água evaporada
durante a fotossíntese, o calor do metabolismo
animal, os mortos em uma guerra, as perdas dos
estoques internos de um sistema, etc.
6
Interação:
Processo que combina diferentes tipos de energias e
materiais para produzir uma ação ou um recurso
diferente.
Produtor:
Unidade auto-catalítica que produz biomassa a partir
de energia e materiais básicos, como as plantas das
lavouras, árvores, os sítios e as fazendas.
Consumidor:
Unidade auto-catalítica que utiliza os produtos
fabricados pelos produtores. Exemplos: insetos,
microorganismos, animais da fauna local, gado,
seres humanos, cidades, países, o consumo global.
7
$
Transação:
Intercâmbio de um recurso produzido (bens ou
serviços) por outros recursos (dinheiro, energia,
materiais ou serviços prestados).
Interruptor:
Dispositivo que dispara um processo que estava
inativo. Esse processo pode ser longo ou curto,
pode se iniciar e terminar logo, como um incêndio
ou a polinização das flores.
Caixa:
Símbolo para definir os limites de um sistema, ou
de um subsistema, etc.
8
Vamos fazer o diagrama de uma lavoura.
Temos que expressar como se fazem as coisas
no sítio ou na fazenda:
“o sol, a chuva, o solo e as sementes são coisas
necessárias para obter uma colheita”.
A partir dessa frase podemos fazer um desenho:
9
Na linguagem de sistemas ficaria assim:
Sementes
Sementes
Chuva
Solo e
estoques
estoques
internos
internos
Sol
Fotossíntese
Fotossíntese
Produto
Calor dispersado
10
Mas nessa unidade produtiva é necessário o
trabalho humano, bem como o trabalho do
animal que vai puxar o arado e também alguns
insumos.
Vamos incluir essas coisas no desenho:
11
Na linguagem de sistemas ficaria assim:
Sementes
Materiais
Chuva
Animais
Solo e
estoques
internos
Sol
Trabalhador
Fotossíntese
Produto
Calor dispersado
12
Para completar a representação do sistema rural,
ele deveria incluir a família que mora nesse lugar
e que consome parte da produção e também
mostrar que uma parte da produção é vendida em
troca de outras coisas úteis ou de dinheiro.
13
Sementes
Materiais
Pagamento
de insumos
Na linguagem de sistemas
ficaria assim:
Chuva
Reciclagem
Animais
diversos
Solo e
estoques
internos
Consumo
interno
Família do
agricultor
$
Dinheiro
recebido
Sol
Fotossíntese
Subprodutos
Produtos
vendidos
Resíduos TR
Resíduos
que saem
Energia dissipada no ambiente
TR = tratamento de resíduos
14
Agora vamos estudar sistemas mais complexos.
Começaremos pelo diagrama de uma semente
germinando.
Ar
Fontes externas de
energia potencial
Solo
Retro-alimentação
Água
Estoques
de recursos
essenciais da
semente
Novas partes
da planta
Produção
O2 CO2
Sol
Processo
germinativo
15
Calor de baixa intensidade
Minerais das
rochas do solo
solubilizados
Exudados biológicos com vitaminas,
hormônios vegetais, antibióticos,
enzimas, ácidos orgânicos, etc.
CO2 , O2,
N, P do ar
Raízes
Chuva
Tronco e
galhos
Açucares e
outras
substâncias
Sol
Processo
de fotossíntese
nas folhas
Flores,
frutos,
sementes
Insetos
polinizadores
Sementes
dispersadas
contendo
informação
genética
Micro
biota do
solo
O2, CO2
Biomassa para
consumidores e
decompositores
Diagrama da planta como sistema independente
16
Agora vamos fazer o diagrama do corpo humano
com seus diversos subsistemas: locomotivo
(esquelético-muscular), circulatório, endócrino,
nervoso, digestivo, respiratório.
17
Sensações e
emoções
Informação
Consciência
do mundo Cerebro
Sistema
muscular
Sentidos e sistema
nervoso endócrino
Oxigênio
Ar
Comida e
água
Respiração
Ingestão
Digestão
Ações
no meio
Trabalho e
descanso
Preservação
da espécie
Reprodução
Nutrientes
Absorção
Circulação
Rins
Sistema do corpo humano
Componentes funcionais
com objetivo comum
Urina
Resíduos
Extrusão
Fezes
Suor com calor
Diagrama do ser humano como sistema autônomo,
com fluxos externos e internos e órgãos funcionais.
Acoplamento entre plantas e animais (sem o homem).
Minerais das
rochas do solo
solubilizados
Materiais que entram
no sistema
O2, N, P
do ar
Nutrientes
disponíveis
Materiais que saem
do sistema
CO2
Chuva
O2
Energia difusa
que movimenta o
ciclo material
Sol
Biomassa
vegetal
Processo
de fotossíntese
nas folhas
Biomassa
animal
Biomassa dos
decompositores
Consumidores
Resíduos
orgânicos
Decompositores
Energia degradada que sai do sistema
19
Plantas e animais se integram em um ciclo de
produção e consumo impulsionado pelas energias
que a biosfera recebe do Sol, da Lua e da Terra
(calor, gravitação, materiais, forma e informação),
A fotossíntese das plantas transforma a radiação
solar e os nutrientes básicos em biomassa vegetal
que alimenta os animais. Os decompositores usam
20
os resíduos e devolvem os nutrientes básicos.
A biomassa animal tem energia disponível que é
aproveitada por outros animais (os predadores).
Esse consumo gera uma “cadeia trófica”.
Os resíduos dos animais ainda têm um pouco de
energia disponível, a qual é aproveitada por um
grupo especial de animais: os decompositores.
Eles devolvem os nutrientes básicos ao sistema
para que o ciclo de vida possa recomeçar.
21
O mundo hoje
Minerais das
rochas do solo
solubilizados
Materiais renováveis que
entram no sistema
Materiais que saem
do sistema
Energia e materiais de
alta concentração
Energia fóssil que movimentam
Minerais
o ciclo material
O2, N, P
do ar
Nutrientes
disponíveis
N2O,
CH4, SOx
CO2
Chuva
Energia difusa
que movimenta o
ciclo material
Sol
Cidades com
industria e
comercio
O2
Biomassa
vegetal
Capacidade
de fotossíntese
aumentada pela
adição de fertilizantes
químicos
Consumidor
de recursos não
renováveis
Resíduos
tóxicos
Decompositores
Energia degradada que sai do sistema
22
As coisas mudaram muito no planeta quando a
humanidade desenvolveu a capacidade de extrair e
usar primeiro carvão e depois petróleo e gás.
O trabalho realizado pela natureza na formação
destes recursos foi muito grande (levou milhões de
anos) e por tanto sua intensidade energética é alta.
Acontece que esse trabalho biofísico não é
considerado na contabilidade econômica.
Hoje, os custos do petróleo são apenas a extração,
o transporte e o beneficiamento, por isso o petróleo
custa pouco. Durante décadas seu valor monetário
foi de 10 dólares/150 litros = 0,2 Reais/litro (aprox.)
23
Os grupos humanos podem destruir os
ecossistemas sem a ajuda da energia fóssil!
Exemplos: as civilizações Maias e Anasazi
(América do Norte), Acadiana (Mesopotâmia), a
população da ilha de Páscoa, etc.
Forças causais → Conseqüências
Derrubada de florestas, caça excessiva, uso
inadequado do solo agrícola → perda de espécies,
erosão, salinização, desertificação, diminuição da
água disponível, mudança do clima local.
Invasão de territórios → injustiça, morte,
concentração da riqueza, marginalização.
Alienação → falta de percepção do funcionamento
24
dos ecossistemas e da interferência humana.
Quando o homem usa os recursos fósseis seu
impacto ambiental aumenta muito!
O trabalho da natureza e humano é substituído pelo
trabalho de produtos químicos e máquinas a motor
com custos sociais e ambientais elevados:
Maior destruição das matas nativas = perda da
biodiversidade, diminuição da água disponível.
Desapropriação (violência social) = concentração
da riqueza, irresponsabilidade, injustiça.
Êxodo rural = marginalização (vida em favelas).
Uso de substâncias tóxicas = doenças e mortes na
lavoura, poluição (custo de tratamento caro).
Alienação = ignorância, perda do sentido da vida.
Mudanças climáticas globais= extinção da espécie!
25
Resíduos, efluentes e emissões
Os resíduos gerados pelos países industriais são
grandes e perigosos, tanto que eles os jogam no
mar ou os depositam em outros países. É a falsa
solução para evitar que suas populações vivam
cercadas por imensos lixões. Os esgotos sem
tratar vão para os rios e os oceanos.
Ao queimar o petróleo ou transformá-lo em
produtos industriais geram-se gases, muitos deles
tem efeito estufa (dióxido de carbono, metano,
óxidos de nitrogênio e enxofre) que aumentam a
absorção do calor que a Terra emite, aumentando
o Aquecimento Global.
26
Aquecimento global: situação atual e riscos futuros
Materiais renováveis que
entram no sistema
O2, N, P do ar
e minerais
solubilizados
do solo
Materiais que saem
do sistema
Nutrientes
disponíveis
Energia difusa
que movimenta o
ciclo material
Energia e materiais de
alta concentração
Energia fóssil que movimentam
Minerais
o ciclo material
N2O,
CH4, SOx
CO2
Calor
Cidades com
industria e
comercio
O2
Biomassa
vegetal
Energias
renováveis
Capacidade
de fotossíntese
aumentada pela
adição de fertilizantes
químicos
Reservas
fósseis
de C
Consumidor
de recursos não
renováveis
Resíduos
tóxicos
Decompositores
Energia degradada que sai do sistema
27
A queima de energia fóssil e florestas libera grandes estoques
de CO2 e CH4 (calotas polares, geleiras, permafrost, clatratos).
Um ecossistema:
CO2, CH4, Nitrogênio
ácidos,
do ar,
metais
minerais do
pesados
solo
Animais
mi
gra
ção
Vento
processos
geológicos
escoamento
superficial
Chuva
ção
a
r
o
evap
ns
tra
o
çã
ra
pi
matéria Solo
orgânica Água
do solo
produção
primária líquida
biomassa
escoamento
superficial
Animais e
pessoas
Pessoas
Recursos
formação
geológica
Sol
vegetação
produção
primária bruta
infiltração
percolação
Água do
subsolo
28
Explicação do diagrama de um ecossistema.
A chuva, o escoamento superficial e o resultado
dos processos geológicos em outras regiões
entram no sistema para criar estoques de solo,
matéria orgânica, água e estruturas geológicas.
A vegetação local recebe a energia do sol e do
vento e utiliza os estoques de água, solo e
matéria orgânica do solo para criar um estoque
interno de biomassa. Essa vegetação fornece
alimento aos animais.
29
Por sua vez, os resíduos desses animais e da
biomassa vegetal geram matéria orgânica para o
solo. Há migração de animais.
Há intercâmbio de pessoas e produtos.
Observamos um escoamento superficial de
água que arrasta parte do estoque de solo;
vemos um fluxo de infiltração, e fluxos de
transpiração e evaporação que, graças a ação
do vento, saem do sistema.
Por último, uma parte da energia sai do sistema
como energia degradada.
30
Usina de álcool (sem mostrar impacto sócio-ambiental):
Escoamento
superficial de
água
Processos
geológicos
Combustíveis
Bens
econômicos
Chuva
Serviços
$
água
Vento
Bens
Solos
Sol
atividades
agrícolas
transporte,
processamento
$
fermentação,
destilação
$
Biocombustível
Resíduos
31
O diagrama representa uma usina de álcool de
forma simplificada. Observamos que ha um
escoamento superficial de água, que junto com a
chuva gera um estoque de água. Os processos
geológicos externos geram um estoque de solo.
O cultivo da cana, o corte, transporte, extração,
fermentação e destilação demandam: energia do
sol, água e solo, mão-de-obra, combustíveis,
produtos químicos e bens econômicos.
Se produz um resíduo (vinhoto), que é reciclado
como fertilizante na lavoura. A venda do etanol
gera um estoque de capital (dinheiro) usado para
pagar insumos, serviços externos e gerar lucro.
O sistema dispersa energia e materiais.
32
Vento
Nitrogênio
do ar,
Chuva
minerais do
solo
o
raçã
o
p
a
ev
escoamento
superficial
processos
geológicos
ns
tra
o
çã
ra
pi
matéria Solo
orgânica Água
do solo
biomassa
Sol
vegetação
produção
primária líquida
Usina de álcool mostrando
o impacto sócio-ambiental:
Animais
mi
gr a
ção
CO2, CH4,
ácidos,
metais
pesados
escoamento
superficial
Animais e
pessoas
Êxodo rural (marginalização).
Perda de espécies.
Menos água no subsolo.
Menos regulação hídrica,
biológica e climática.
Pessoas
formação
geológica
Água do
produção
infiltração
subsoloEscoamento
primária
percolação
bruta
superficial
de água
Redução do espaço
ecossistêmico de 100 para
20%: perda de funções
ambientais importantes.
Processos CombusBens
geológicos tíveis econômicos
Chuva
Serviços
$
água
Vento
Solos
Sol
Aumento do espaço destinado
ao consumo humano urbano.
Aumento da poluição química.
atividades
agrícolas
transporte,
processamento
Bens
$
fermentação,
destilação
$
Resíduos Trat.
Res.
Etanol
Efluentes
tratados
Emissões
de gases de
efeito estufa
Nitrogênio
do ar,
Chuva
minerais do
solo
o
evap
o
raçã
ns
tra
matéria Solo
orgânica Água
do solo
o
çã
ra
pi
biomassa
Sol
vegetação
processos
geológicos
Animais
produção
primária líquida
escoamento
superficial
Absorção do impacto ambiental:
Serviços ambientais a montante
Animais e
pessoas
Pessoas
formação
geológica
Água do
produção
infiltração
subsolo
primária
percolação
bruta
Escoamento
Processos CombusBens
superficial
geológicos tíveis econômicos
de água
Tratamento de resíduos e
Reciclagem
Chuva
Serviços
$
água
Vento
Solos
Sol
atividades
agrícolas
Bens
transporte,
processamento
Serviços ambientais
a jusante
$
fermentação,
destilação
$
Resíduos Trat.
Res.
Etanol
Efluentes
tratados
Emissões
de gases de
efeito estufa
Absorção do impacto social:
CO2, CH4,
ácidos,
metais
pesados
Nitrogênio
do ar,
Chuva
minerais do
solo
Vento
o
raçã
ns
tra
matéria Solo
orgânica Água
do solo
o
çã
ra
pi
Mudança do modelo de produção,
integração do metabolismo campocidade utilizando recursos renováveis
e pleno emprego
o
evap
escoamento
superficial
biomassa
Sol
vegetação
processos
geológicos
Animais
mi
gr a
ção
Vento
escoamento
superficial
mi
gr a
ção
CO2, CH4,
ácidos,
metais
pesados
produção
primária líquida
escoamento
superficial
Animais e
pessoas
Pessoas
formação
geológica
Água do
produção
infiltração
subsolo
primária
percolação
bruta
Diagrama sistêmico de uma região:
CO2, CH4,
ácidos
Metais
pesados
Combus- Bens da
economia
tíveis
Serviços
Nitrogênio
do ar,
minerais do
solo
Pessoas
Ecossistemas
naturais
Recursos
renováveis
Infraestrutura
Indústria e
comercio
Agricultura
Governo
Pessoas
$
Espaços
verdes
Resíduos
Cidade
Área de suporte
35
Três áreas fazem fotossíntese: o setor agrícola,
os ecossistemas remanescentes e os jardins da
cidade. Os resíduos da indústria, do comércio e
da população são reciclados. Supõe-se que o
processo de estoque de resíduos inclui um
processo de tratamento de resíduos.
A infra-estrutura da suporte a indústria, ao
comércio e as moradias. Supõe-se que todos
cidadãos participam do governo da região. A
região vende produtos e compra combustíveis e
bens industriais, paga impostos e recebe
serviços e as pessoas circulam livremente.
O diagrama mostra um sistema não renovável,
sem pessoas no espaço rural.
36
Laços de retro-alimentação nos sistemas.
Estoques não
renováveis
Cuidar do meio ambiente
Normas, gostos, necesidades
Trabalho
Biomassa,
biodiversidade
Recursos
renováveis
Ecossistemas
Cultura,
leis
Preços
Infra-estrutura
econômica,
indústria,
comércio
$
$
Consumidores
Os sistemas se auto-organizam criando laços de retroalimentação e estruturas para aproveitar a energia disponível
e realizar trabalho sistêmico.
A cultura, as leis, os preços, o trabalho, os gostos, as
necessidades sociais constituem a retro-alimentação
37
para a autonomia e a a auto-suficiência.
Primeira pausa
Em breve continuaremos.
Modulo #1.
Parte 2 (31)
Contabilidade Emergética
dos Sistemas
Contabilidade emergética dos sistemas
Já sabemos interpretar sistemas e desenhar seus
diagramas, agora vamos estudar sua contabilidade.
Para comparar coisas diferentes precisamos colocálas na mesma base. Várias metodologias podem ser
usadas. Entre elas, aquela que usa como conceito de
riqueza ou valor: a emergia solar equivalente (ou,
simplesmente, emergia).
“Emergia” se define como a energia total utilizada
para produzir um recurso da Biosfera.
Ao colocar todos os fluxos em emergia solar
podemos conhecer o custo energético integral dos
produtos e comparar processos.
Porque necessitamos da visão sistêmica?
Na economia convencional, o preço de um produto
se calcula somando as despesas com insumos e
serviços mais a margem de lucro desejada.
Preço = Custo dos insumos e serviços + Lucro
Este preço desconsidera custos importantes:
Custo das contribuições da natureza
Custo dos serviços ambientais perdidos
Custo das externalidades negativas
Custo de subornos, coerções e subsídios
O valor dos serviços ambientais residuais
Valor = Contribuição + Custo
+ Serviços
+ Lucro
da natureza dos insumos Adicionais
e serviços
(externalidades)
Insumos e serviços
Matérias-primas
agrícolas
Externalidades negativas
como serviços adicionais
Contribuições
ambientais
Produto
Processo
Energia gasta
(calor de baixa intensidade)
Resíduos
A metodologia emergética coloca todas as entradas
do sistema (energia, materiais, moeda, informação)
em termos de energia solar equivalente (emergia).
A metodologia leva em conta o princípio básico
que rege os sistemas abertos:
Os sistemas na natureza se auto-organizam para
aproveitar ao máximo a energia disponível através
da criação de estruturas unitárias auto-catalíticas e
da formação de redes que integram produtores e
consumidores em cadeias de transformação de
energia (hierarquias funcionais).
Definições:
1. Emergia é a energia potencial disponível (exergia)
que foi previamente utilizada, em forma direta ou
indireta, para produzir um produto ou serviço.
A emergia (exergia dissipada) fornece o valor
do trabalho realizado na produção de um
recurso, o que constitui seu valor.
2. A qualidade de um recurso é medida em
emergia por unidade (massa, energia, dinheiro,
informação, área, pessoa, país, biosfera).
3. A emergia por dólar indica a capacidade de
aquisição de riqueza de uma moeda. A serie
histórica deste indicador mostra a inflação.
4. A razão (emergia/dinheiro) varia com o tempo e
também entre países.
Ela permite converter
os fluxos de emergia
em fluxos de dólares
emergéticos
(emdólares).
E também converter
os serviços humanos
pagos em dólares
em fluxos de emergia.
=
=
Princípio Os fluxos de energia e materiais da Biosfera
constituem o potencial e o limite para o
básico:
desenvolvimento humano.
Princípio
básico:
A capacidade de suporte pode aumentar
temporariamente acima da capacidade
sustentável se o desenvolvimento se faz com
recursos não renováveis.
Considerando esses princípios, podemos dizer que
as políticas públicas terão sucesso se conseguem
aproveitar a emergia disponível em cada etapa do
sistema e prevêem os estágios futuros.
Cuidado! A emergia disponível varia com o tempo,
pode haver várias situações: abundância de
recursos sem condições de usá-los, crescimento
rápido, desaceleração devido ao esgotamento dos
recursos, estancamento, declínio, tempos de
grande escassez e tempos de recuperação.
Cada momento exige uma política diferente que
considere as etapas passadas e futuras do ciclo pois
há o risco de perder a resiliência (a capacidade de
recuperação do ecossistema ou da biosfera).
Além disso, as políticas públicas terão sucesso
• Se retribuem adequadamente o trabalho de
todos os componentes da cadeia energética;
• Se extraem os recursos naturais sem exceder
sua capacidade de reposição pela natureza e se
repõem os nutrientes extraídos para manter a
fertilidade natural e a produtividade;
• Se beneficiam a base natural, não somente o
setor humano. O trabalho da natureza deve ser
reconhecido, valorizado e reforçado.
Vejam as linhas de cor roxa no seguinte diagrama
Interação entre campo e cidade (Odum, 2007).
Combustíveis
e minerais
$
Biodiversidade
Natureza
Sol,
calor interno,
marés
$
Agricultura,
pecuária,
aqüicultura,
silvicultura
Extração,
beneficiamento e
transformação
$
$
$
Cidades
Informação
pública
Economia
da Terra
Energia degradada
Conceitos básicos da metodologia emergética
Se considerarmos que em tudo há energia, a
energia pode ser usada para avaliar a riqueza.
Para comparar diversos tipos de energia, temos
que colocá-las “na mesma base de medida”.
O conceito de emergia resolve esse problema ao
reconhecer a posição de cada energia na
hierarquia universal de energia e expressar isso
como intensidade energética.
Assim, se consegue a resposta a pergunta:
Um Joule desse tipo de energia equivale a
quantos Joules de energia solar?
A natureza e a humanidade são partes de uma
hierarquia universal de energia, estão imersos em
uma rede de transformação de energia, que une
os sistemas pequenos aos grandes sistemas, e
estes, à sistemas ainda maiores.
Para medir a qualidade (funcionalidade) de cada
tipo de energia deve-se avaliar o trabalho que foi
realizado na sua formação. Com essa informação
é possível calcular a eficiência ecossistêmica.
O valor inverso da eficiência ecossistêmica se
denomina transformidade, e indica a posição do
recurso na hierarquia universal de energia. A
transformidade mede a conversão de energia.
Cadeia alimentar da floresta (visão simples).
1000 000
1000 000
1000 000
1000 000
1000 000
Sol
Chuva
Produtores
10 000
9 000
Consumidores
Primários
10%
}
}
1 000
10%
}
10%
10%
}
1%
}
1000 000
}
0.1%
ConsumiConsumi100
10
dores
dores
Terciários
Secundários
1
990 000
Joules /ano
999 000
900
90
9
O valor energético da biomassa é diferente em cada estágio
da cadeia alimentar da floresta.
Joules que entram no sistema
seJ
Tr = ----------------------------------------------- = ------J
Joules da biomassa
em cada estágio
Hierarquia da transformação de energia:
sej/unidade de tempo
(a)
Fluxo de
9
energia solar: 6.10
6.109
Energia solar
(6.104 J/t)
6.109
500
6.109
100
500
Sol
0
1000
10
1000
(b)
20
15
600000
20
6.109
100
00
25
6
40
0
00
(c) Cadeia de emergia com
símbolos que indicam
unidades agregadas;
Agregados
:
(c)
6.109
Sol
6.107
6.106
6.105
9
Transformidade
solar, sej/J
(e)
Transferência de
energia, J/tempo
6.10 sej/tempo
(d)
6.107
6.106
(a) Ocupação do território
pelas unidades da rede
de energia;
(b) Rede de energia
incluindo transformação
e retroalimentação;
6.105
6.104
(d) Diagrama de barras
dos fluxos de energia
entre os diversos níveis
da cadeia trófica;
100000
10000
1
100
0
1
1000
2
3
4
(e) Gráfico dos valores das
transformidades.
materiais
energia
externa
recursos
renováveis
produtores
fotossíntese
consumidores
sustentáveis
cons. sus.
cons.
sus.
decompo
sitores
resíduos
Biosfera
energia disponível para a cadeia trófica
consumidor primário
consumidor secundário
consumidor terciário
autótrofos
(energia
fixada)
respiração
dos
autótrofos
decompositor
Cadeia trófica gerada pela energia captada na fotossíntese.
recursos
não renováveis
materiais
recursos
renováveis
energia
externa
produtores
fotossíntese
consumidor
humano 1
cons.
hum. 2
ch3
ch4
5
decompositores
resíduos
Biosfera
energia renovável
disponível para a
cadeia trófica
energia não renovável disponível para a cadeia trófica
consumidor terciário
consumidor
primário
consumidor
secundário
respiração
dos
autótrofos
1
2
1
2
decompositores
consumidor
adicional
consumidor
adicional
consumidor
adicional
3
autótrofos
(energia
fixada)
6
4
5
3
4
6
Cadeia trófica gerada pela energia captada dos energéticos fósseis.
Sol
A conversão de energia que se estabelece no oceano e a
transformidade como indicador da hierarquia energética.
CO2 e outros gases
calor dissipado
Energia
transformidade
do estrato
108
1
105
1000
104
10 000
103
100 000
102
1 000 000
peixes grandes
10
10 000 000
peixes muito
grandes
1
fitoplâncton
zooplâncton
peixes pequenos
peixes medianos
resíduos
sedimento oceânico
100 000 000
Diagrama de um sistema agroecológico completo:
Biodiversidade
regional
Atmos-fera
(N,P)
Rocha do
subsolo
Bens e
serviços
Chuva
$
Vento
Evapotranspiração
Sol
Energia não
incorporada
Investimento
inicial
Água
Pessoas,
moradias
Reservas
florestais e
pousio
Pessoas,
cultura
Mercado
externo
Solo
Biomassa
$
atividade
industrial
Agricultura
Tratamento
Resíduos
Energia degradada
Produto
para venda
Considerações sobre a elaboração do diagrama;
Os diagramas de energia devem mostrar os
elementos importantes para o funcionamento de
um sistema.
Os fluxos simples, ou de menor intensidade, se
colocam à esquerda, os fluxos de maior
intensidade e mais complexos, à direita.
A energia potencial disponível é transformada
para produzir energias diferentes, em quantidade
menor, esses novos recursos são aproveitados
nas etapas seguintes do sistema ou em outros
sistemas.
A auto-organização do sistema se consegue
pelos laços de retroalimentação que reforçam
o funcionamento das estruturas primárias (à
esquerda no diagrama), fornecendo energias
de maior qualidade vindas dos elementos no
topo da cadeia trófica (à direita no diagrama)
e buscam o aumento da captação de energia.
As energias de tipo diferente diferem em sua
capacidade de fornecer trabalho útil.
Este enunciado se explica a seguir:
Cadeia energética que inclui uma usina termoelétrica.
Nestes cálculos a contribuição dos materiais e
serviços da economia humana foi
desconsiderada.
M+S
10 000 000
Joules solares
R
M+S
5 000 Joules
de biomassa
Produção de
matéria
orgânica nos
ecossistemas
33 Joules de
125 Joules
eletricidade
de carvão
Extração,
Uso da energia
Produção
transporte e
electrica para
geológica
conversão do
produzir trabalho
de carvão
carvão na
termo-elétrica
1 Joule
de
trabalho
humano
Biomassa
Eletricidade
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 2000 -----5 000 Joules
J
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 300 000 -----33 Joules
J
Carvão
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 80 000 -----125 Joules
J
Trabalho humano
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 10 000 000 -----1 Joule
J
M+S
10 000 000
Joules solares
R
M+S
5 000 Joules
de biomassa
Produção de
matéria
orgânica nos
ecossistemas
33 Joules de
125 Joules
eletricidade
de carvão
Extração,
Uso da energia
Produção
transporte e
electrica para
geológica
conversão do
produzir trabalho
de carvão
carvão na
termo-elétrica
1 Joule
de
trabalho
humano
Comparação de tipos de energia:
1 Joule de matéria orgânica = 2000 Joules de energia solar;
1 Joule de carvão = 80000 Joules solares;
1 Joule de eletricidade = 300000 Joules solares
1 J de trabalho humano = 10 x 106 de Joules solares.
Um Joule difere em sua capacidade de fornecer trabalho útil
dependendo do tipo de energia desse joule.
A funcionalidade da energia depende de sua transformidade,
assim como sua posição na jerarquia de energia da Biosfera.
Quanto maior o espaço-tempo necessário para
a produção de um recurso, maior a qualidade da
energia produzida.
Há menos energia, porém mais emergia por
unidade, nas coisas que exigem mais etapas nas
cadeias de transformação.
A metodologia emergética usa como unidade a
energia solar equivalente (emergia solar).
Para não confundir a energia (exergia) que existe
em um produto (Joules) com a exergia total
empregada para fazê-lo (emergia), se especifica
que as unidades da emergia são emjoules solares
(sej).
A “transformidade” é uma medida da eficiência,
da conversão de emergia em exergia:
Emergiaque entrano sistema
 transformidade
Exergia do recursoproduzido
A transformidade da chuva é 1,53 x 108 joules de
energia solar por quilograma de água.
O petróleo tem uma transformidade de 110000
joules de energia solar por Joule de petróleo.
Conhecida a transformidade de um recurso é
possível calcular a emergia solar equivalente.
Exergia  transformidade  Emergia
Transformidades dos recursos da biosfera
Transformidade = Energia incorporada / Energia do recurso
seJ/J
formação de espécies biológicas
15
10
1014
1013
1012
1011
1010
109
108
107
106
105
104
103
102
101
100
sistemas geológicos globais
conhecimento e informação da sociedade
atividades humanas industriais
conhecimento digital
produtos metálicos
atividades humanas simples
animais aquaticos
animais terrestres
produção
agroindustrial
água
chuva
plantas
vento
produtos eletrônica
produtos químicos
fertilizantes
minerais sedmentares
evaporitos
derivados do petróleo
rochas
energia fóssil
matéria orgânica simples
Sol
Usamos transformidades solares:
emergia solar por unidade de energia
[emjoules solares por Joule ou (sej/J)].
Cálculo da relação [emergia utilizada/dinheiro circulante]
Emdolar = [emergia/dinheiro]
Minerais do
ar e do solo
Emergia=soma de exergia
Minerais
Recursos naturais
e serviços ambientais
de ecossistemas de
outros países
Energias
renováveis
diretas
Energéticos
fósseis
Bens e
serviços da
economia
externa
Investimentos e
créditos
Estoques
renováveis
Ecossistemas
naturais
Minerais e
energéticos
fósseis
PIB
$
Produtos e serviços
Emissões e resíduos
Economia
Agricultura
País
Matérias-primas
Minerais
Serviços ambientais
Como as pessoas têm dificuldades de lidar com
números grandes (como os valores em emergia
solar) se recomenda o uso do emdólar.
O valor do emdólar se obtêm ao fazer a análise
emergética da economia local.
Emdolar do país nesse ano = [emergia/dinheiro].
Essa taxa varia com o tempo e o perfil da
economia da região.
Essa informação nos permite converter o valor
de um fluxo de emergia em fluxo de emdólares
(e vice-versa).
Fluxo de emdolares = dinheiro/(emergia/USD)
Minerais
Minerais do
ar e do solo
Recursos naturais
e serviços ambientais
globais
Energéticos
fósseis
Estoques
renováveis
Ecossistemas
naturais
Energias
renováveis
diretas
Agricultura
PIB
$
Economias
periféricas e
centrais
Biosfera
A relação emergia/dinheiro da Biosfera foi avaliada em
3.4 x 1012 seJ/dólar (Odum, 1996) .
No início da década dos anos 90, 70% da riqueza global
vinha de recursos não renováveis e apenas 30% de energias
renováveis (Brown e Ulgiati, 1994).
Segunda pausa
Continuaremos em breve.
Modulo #1.
Parte 3 (42)
Análise Emergética dos
Sistemas
Enrique Ortega e Fábio Takahashi
A análise “emergética” de sistemas
A análise “emergética” visa ser uma Economia
Biofísica com visão crítica e política. Capaz de
analisar, comparar, diagnosticar, formular e atuar.
É o fruto de muitos anos de pesquisa liderada pelo
professor Howard T. Odum. Hoje, ela é usada por
cientistas de diversas áreas, no mundo inteiro.
Objetivos:
A análise emergética consegue avaliar a
renovabilidade, a emergia líquida, a carga
ambiental e a relação de troca entre sistemas.
Os índices emergéticos permitem analisar as
opções da sociedade e apontar as melhores.
“Emergia” como conceito de valor
A emergia considerar a contribuição da natureza, o trabalho
humano e os custos adicionais das externalidades negativas.
$
F
Materiais e
serviços da
economia
humana
Força de
trabalho
R
Energias e
materiais
renováveis
Fotossíntese
Processamentos
Vendas dos
Produtos
Cobrança: poluição
de efluentes, resíduos,
emissões de gases
de efeito estufa, etc.
“Emergia” como conceito de valor
A emergia considerar a contribuição da natureza, o trabalho
humano e os custos adicionais das externalidades negativas.
R2= Recursos renováveis indiretos
F= Feedback da economia humana urbana
Recursos
da Biosfera
Biodiversidade,
recursos internos
e cultura
Solo
N = Perda
do estoque
R
Energias e
materiais
renováveis
Fotossíntese
R1 = Recursos renováveis diretos
$
F
Materiais e
serviços da
economia
humana
Força de
trabalho
Ocupação externa
Êxodo rural
Serviços ambientais
Perda dos estoques
(erosão)
Processamentos
Produtos
Poluição, resíduos,
emissões de gases
(Externalidades negativas) de efeito estufa, etc.
“Emergia” = (R+N) + (M+S + S adicionais)
F= M+S
Feedback da economia humana urbana
M= Materiais S= Serviços
R2= Recursos renováveis indiretos
M materiais da
economia industrial
(baseada no petróleo)
Recursos da Biosfera
(dados difíceis
de obter)
Biodiversidade,
recursos internos
e cultura
Solo
S
serviços da
economia humana
(baseada no
petróleo)
$
Força de
trabalho
Ocupação externa
N = Perda
do estoque
R
Energias e
materiais
renováveis
Fotossíntese
R1 = Recursos renováveis diretos
Processamentos
(Externalidades negativas)
Êxodo rural
Serviços ambientais
Perda de estoques
(erosão)
Produtos
Poluição, resíduos,
emissões de gases
de efeito estufa, etc.
A tendência da economia é mobilizar tão rápido
quanto possível os estoques de alta qualidade.
No caso dos recursos naturais se apresentam dois
casos extremos: o da abundância e o da escassez.
Quando os recursos são abundantes o trabalho da
natureza é considerado gratuito! Nesse caso, o
valor dos recursos naturais é inversamente
proporcional ao preço. O valor monetário recebido
é menor que o valor real (o trabalho da natureza).
E, quando os recursos naturais se esgotam (e a
demanda se mantém), o preço aumenta e
acelera a extração dos recursos remanescentes
colocando em risco sua preservação.
Como a disponibilidade dos recursos varia com o
tempo, as políticas devem mudar a cada etapa
dos ciclos de evolução.
Para garantir o aporte de recursos da natureza
deve-se reconhecer seu trabalho e investir para
que possa seguir oferecendo os serviços
ambientais, entre eles:
A absorção dos resíduos,
A infiltração da água da chuva,
A fixação biológica de nitrogênio,
A mobilização de nutrientes do solo agrícola
A manutenção da qualidade do clima.
O trabalho da natureza deve ser valorizado e o
dinheiro relativo à sua contribuição deve ser usado
para garantir a sustentabilidade e governança do
sistema, cuidando da reposição do foi extraído e de
manter a fertilidade e qualidade do ecossistema.
Combustíveis
e minerais
$
Biodiversidade
Natureza
Sol,
calor interno,
marés
$
Agricultura,
pecuária,
aqüicultura,
silvicultura
Extração,
beneficiamento e
transformação
$
$
$
Cidades
Informação
pública
Economia
da Terra
Energia degradada
Cálculo do desempenho emergético de um sistema
1. Prepara-se o diagrama de fluxos de energia,
materiais e serviços do sistema;
2. Obtenção dos valores dos fluxos das entradas
e dos estoques utilizados;
3. Conversão desses valores em fluxos de emergia
solar (mediante a multiplicação com fatores de
conversão de energia ou “transformidades”);
4. Ao ter todos os fluxos expressos na mesma
unidade (emergia solar) surge a possibilidade de
agregar os fluxos conforme seu tipo e calcular os
índices de desempenho.
Exemplo simples de cálculo:
Para calcular a energia agregada na
produção de um lápis devemos
considerar a madeira, a tinta, o grafite,
a mão de obra e os serviços utilizados
na sua produção.
Os fluxos desses materiais estão expressos em
diversas unidades:
kg de madeira/lápis,
kg de tinta/lápis,
kg de grafite/lápis,
$ de serviços/lápis.
Para fazer a conversão para os fluxos
equivalentes expressos em Joules de energia
solar devemos usar os fatores de conversão: as
transformidades solares.
Elas expressam essas relações em termos de
Joules equivalentes de energia solar (sej) por
unidade de recurso (J, kg, $).
Temos que conseguir as transformidades da
madeira, da tinta, do grafite, do trabalho humano,
e dos serviços em termos de sej/J,sej/kg, sej/$.
Depois de obter os valores dos fluxos de emergia,
é possível somar os fluxos (pois todos eles estão
na mesma unidade: emergia solar equivalente).
Assim podemos obter o valor da energia
necessária para produzir o lápis, ou, de acordo
com a metodologia empregada, a "emergia" do
lápis, expressa em Joules de energia solar
equivalente (seJ/lápis) ou emdolares/lápis.
Os valores em emergia representam os
verdadeiros valores dos recursos.
Estoques: calotas polares, glaciares, geleiras, permafrost, recifes, etc.
N atm
NPK
insolúvel
no solo
Chuva
Serviços biosféricos:
Estoques
críticos da
biosfera
manutenção da temperatura,
da umidade, das composições
da atmosfera, dos oceanos
e da superfície terrestre.
Nutrientes
Reciclagem de nutrientes
,
Insumos e Serviços Urbanos
Biodiver
sidade
Floresta
nativa
Pessoas
e IE*
Vento
Sol
Minerais
Produtos
Combusindustriais
tíveis
Serviços
urbanos
$
$
Biomassa
Solo e
água
Plantação
Estoques
$
IE
Serviços ambientais Pessoas
na cidade
Produtos agrícolas
Sistema
Rural
Sistema
urbano
periférico
Pessoas
na cidade
Resíduos
Sistema
urbano
central
IE
Resíduos
* IE = infra-estrutura
Para entender um sistema deve fazer-se a análise de ciclo de vida
(desde as origens das matérias primas até o consumo dos produtos).
Materiais
da
natureza
Sol
Sedimento
Biomassa
vegetal
Fotossíntese
Reações
Reações
Produção
primária de
petróleo
Estoques
Extração e
transporte
Refinação
Petróleo,
gás, carvão
Hidrocarbonetos
Biomassa
sepultada
Decompositores
Produtos
petroquímicos
Indústria
petroquímica
Reações
Produtos
industriais
Industrias
diversas
Calor
Minerais
CO2
Extração
Redução da
dissipação
a atmosfera
Aquecimento global
Estoques:
calotas polares, glaciares,
geleiras, permafrost, recifes, etc.
Estoques
Serviços biosféricos:
manutenção da temperatura,
da umidade, das composições
da atmosfera, dos oceanos
e da superfície terrestre.
Ecossistemas
globais
preservados
N atm
NPK
insolúvel
no solo
Nutrientes
Floresta
nativa
Reciclagem de nutrientes
,
Insumos e Serviços Urbanos
Biodiversidade
$
Pessoas
e IE*
Chuva
$
Biomassa
Vento
Sol
Solo e
água
Plantação
$
IE
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Pessoas
na cidade
Pessoas
na cidade
Resíduos
Sistema
Rural
* IE = infra-estrutura
Estoques
Sistema
Urbano
Sistema
Urbano
IE
Resíduos
Análise de ciclo de vida
(desde as matérias
primas do lápis até o
consumo do produto).
Emergia de um lapis:
0,006 kg de madeira/lápis = 3 x 1011 sej = 0,01 emdolares
0,001 kg de tinta/lápis = 1 x 1011 sej = 0,006 emdolares
0,005 kg de grafite/lápis = 2 x 1011 sej = 0,02 emdolares
0,02 $ de serviços/lápis = 6 x 1011 sej = 0,026 emdolares
=
+
+
+
= 12 x 1011 sej = 0,042 emdolares
Diagrama simplificado de fluxos agregados
R2
R2
R = R1+R2
R1
F = M+S
MN M
Biodiversidade
e recursos da
atmosfera que hoje se
convertem em
não renováveis
N
erosão do
solo
Energias e
materiais
renováveis
Recursos renováveis da natureza: R
Recursos não renováveis da natureza: N
Contribuição da natureza: I = R + N
R Recursos da economia
em grande parte
não renováveis
M = MN+MR
$
SN
SR
S = SN+SR
Ocupação
externa
Serviços
ambientais
Produtos
Perdas
Êxodo
Poluição
Materiais comprados: M
Serviços comprados: S
Feedback da economia: F = M + S
Cálculo dos fluxos de Emergia das Entradas,
Perdas e da Energia dos Produtos
Renováveis da natureza:
R = Σ (Jei * Tri)
Naturais não renováveis:
N = Σ (Jei * Tri)
Materiais comprados:
MR = Σ (Jei*Tri) (Reni)
MN = Σ (Jei*Tri) (1-Reni)
Serviços comprados:
SR = Σ ($i*(Em/$)) (Reni)
SN = Σ ($i*(Em/$)) (1-Reni)
Contribuição da natureza:
I=R+N
Feedback da economia:
F = (MR+MN)+(SR +SN)
Emergia usada: Y = I + F
Energia produzida: Ep = energia dos produtos
Índices de
desempenho
emergético
Transformidade:
Tr = Y/E:
Renovabilidade:
%Ren = 100 (R/Y)
Taxa de benefício custo ambiental:
BCR = R/F
Taxa de rendimento emergético:
EYR = Y/F
Taxa de intensidade emergética:
EIR= F/I:
Taxa de carga ambiental:
ELR = (N+F)/R
Índice de Sustentabilidade Emergético:
ESI = EYR/ELR
Taxa de intercâmbio emergético:
EER = [Y] / {(produto)*(preço de venda) * (emergia/USD)}
Indicadores de desempenho emergético
Transformidade:
Tr = Y/E
A transformidade (“transformity”) é o valor inverso
da eficiência ecossistêmica. Avalia a intensidade da
energia produzida. É obtida dividindo a emergia
total (Y) entre a energia (ou a massa) do recurso
produzido (E). Costuma-se considerar apenas o
produto principal, porém a tendência é considerar
a soma das energias de todos os produtos.
Uma idéia interessante é usar duas transformidades
complementárias para denotar a parte renovável e a
não renovável:
Tr = (YR/E) + (YN/E)
Porcentagem de renovabilidade:
%Ren = (R / Y)*100.
Pode-se calcular a renovabilidade dividindo a
emergia dos recursos renováveis (R) entre a
emergia total usada no sistema (Y).
É uma medida da sustentabilidade.
Subsídio de sustentabilidade.
Como a renovabilidade dos países industriais é
baixa e dos países subdesenvolvidos é alta, no
intercâmbio internacional há uma transferência da
riqueza ambiental da periferia aos países centrais.
No decorrer de um século a renovabilidade da
biosfera que era de 95 caiu a 28% e nos países
industriais a renovabilidade caiu mais (5-10%)
(Brown, 1998).
Este índice pode ser aprimorado, se
considerarmos que os materiais e os serviços da
economia são em parte renováveis:
Ren = (R + MR + SR) / Y
Taxa emergética de rendimento líquido: EYR = Y/F
Para conhecer o benefício líquido, calcula-se a
razão de rendimento emergético (“emergy yield
ratio” ou “net emergy ratio”) dividindo a emergia
total pela emergia das entradas da economia (F).
Indica se o processo pode competir com outros
no fornecimento de energia primária para a
economia (o conjunto de consumidores).
Este indicador pode ser aprimorado:
EYR = (I + F) / F = ((R+N) + (M+S)) / F
Os recursos energéticos fósseis, dependendo da
concentração, localização, preço e situação
política fornecem 3 a 15 vezes mais emergia
(valor alto de N) que a investida na extração e
processamento. Porém a tendência é a queda no
valor do EYR do petróleo, pois valor de F está
aumentando.
Os produtos florestais rendem entre 2 e 10 vezes
o investimento feito.
Os produtos agrícolas obtidos com insumos
agro-químicos apresentam valores pequenos
(entre 1,1 e 2). Os produtos agro-ecológicos
apresentam valores maiores.
Quando o valor de EYR é próximo da unidade,
não há emergia líquida, pois a captura da
energia da natureza (I/F) é mínima:
EYR = Y/F = (R+N+F)/F = 1.0+[(R+N)/F]
EYR = 1.0 + (I/F)
Pode-se aprimorar separando o saldo renovável e
o saldo não renovável:
EYR = (I+F)/F = ((R+FR)/F)+((N+FN)/F)
EYR = EYRR+EYRN
Taxa emergética de investimento:
EIR = F/I
Esse índice mede a proporção entre os recursos
da economia com custo monetário (F) e a emergia
da natureza gratuita (I).
Em certa forma mede a viabilidade econômica.
Quando a contribuição da fonte ambiental é alta
e os custos de produção são baixos.
Para sobreviver, os países industriais com
produtos de EIR alto taxam as importações de
países da periferia que usam mais recursos
naturais (EIR menor).
Taxa de carga ambiental:
ELR = (N+F)/R
A taxa de carga ambiental (“emergy loading ratio”)
mede a proporção entre recursos não renováveis e
os renováveis.
Os processos ecológicos apresentam um valor
baixo, já os processos que usam intensamente os
recursos não renováveis possuem valores altos.
Este indicador pode ser aprimorado:
ELR= (renováveis)/(não renováveis)
= (N+MN+SN)/(R+MR+SR)
Taxa de intercâmbio emergético:
EER = Y / Σ [(produção anual*preço)*(emergia/USD)]
A razão de intercâmbio de emergia (“emergy
exchange ratio”) é a proporção entre a emergia
cedida e a emergia recebida na transação.
Para o consumidor quanto maior o valor melhor.
As matérias-primas (minerais, produtos agrícolas,
pesqueiros e da silvicultura), apresentam valores
altos de EER. O dinheiro recebido somente paga
parte dos serviços humanos e não retribui o
trabalho da natureza.
Este índice permite avaliar o intercâmbio
internacional.
Hoje há uma grande falta de equidade no
intercâmbio da riqueza real no comércio
internacional.
Ao comprar matérias-primas de países menos
desenvolvidos as nações industriais transferem
um saldo de emergia, pois a emergia dos
recursos monetários recebidos é muito menor
que a contida nas matérias-primas vendidas.
Tendências dos índices ao mudar o modelo global
Fim do Petróleo = Redução de CO2
Bilhões de barris por ano
Devem decrescer:
N/F, ELR, EIR, Tr, EER
Aumento:
Ren, R/F
Tendência ao aumento:
N/F, ELR, EIR, Tr, EER
Tendência a diminuição:
Ren, R/F
Individualismo, competição
capitalismo & exclusão
Esforços sociais
e ecológicos para
Soluções
comunitárias
Aumento:
Ren, R/F
Esforços sociais
e ecológicos para
Soluções
comunitárias
2000
As reflexões de H.T Odum
e E.C. Odum sobre o
futuro (após a era do
crescimento) podem ser
lidas no livro: “Prosperous
Way Down”, publicado em
2001
Exemplo de cálculo
Maçã
EmDollar: 3.05 E12 sej/US$
Unicamp
Sustentabilidade
Proporção dos recursos utilizados
30.5%
Recursos renováveis
Recursos não renováveis da natureza
1.6%
67.9%
Recursos não renováveis da economia urbana
Obs.
Item
Fração
Quantidade
renovável
Unidade
Transformidad
Emergia
Emergia não
Fator de
e
Emergia total
renovável
renovável
conversão
dos fluxos
E12 sej/ha/ano
E12 sej/ha/ano E12 sej/ha/yr
(sej/unidade)
R1 Sol
1.0
31000000000 J/ha/ano
1
1
0.031
0.000
0.031
R2 Vento
1.0
31600000 J/ha/ano
1
2450
0.077
0.000
0.077
R3 Chuva
1.0
63300000000 J/ha/ano
1
31000
1962.300
0.000
1962.300
R4 Água de Córrego
Fósforo
R5
atmosférico
Nitrogênio
R6
atmosférico
N1 Perda do solo
Combustível
M1
Fóssil
M2 Eletricidade
Cálcio
M3
Queletizado
Sulfato de
M4
Magnésio
M5 Calcário
1.0
47200000 J/ha/ano
1
8.307
0.000
8.307
99.660
0.000
99.660
81.940
0.000
81.940
0.000
112.096
112.096
0
904000000 J/ha/ano
176000
2200000000000
1
0
2410000000000
1
0
1
124000
0.01
445047148 J/ha/ano
1
110000
0.490
48.466
48.955
0.05
815000000 J/ha/ano
1
269000
10.962
208.273
219.235
1.0
4.53 kg/ha/ano
1.0
3.4 kg/ha/ano
0.01
0.765 kg/ha/ano
1 380000000000
0.003
0.288
0.291
0.01
8.15 kg/ha/ano
1 380000000000
0.031
3.066
3.097
0.01
226.42 kg/ha/ano
1 1000000000000
2.264
224.156
226.420
M6 Sementes
0.01
2.11 kg/ha/ano
1
1480000000000
0.031
3.092
3.123
M7 Concreto
0.01
90 kg/ha/ano
1
1540000000000
1.386
137.214
138.600
M8 Potássio
0.01
45.28 kg/ha/ano
1
1740000000000
0.788
77.999
78.787
M9 Aço
0.01
19.2 kg/ha/ano
1
2200000000000
0.422
41.818
42.240
M10 Mudas Frutíferas
0.01
36.8 US$/ha/ano
1
3110000000000
1.144
113.304
114.448
M11 Hormônios
0.01
52.7 US$/ha/ano
1
3110000000000
1.639
162.258
163.897
M12 Sulfato de Cobre
0.01
0.86 kg/ha/ano
1
6380000000000
0.055
5.432
5.487
M13 Fósforo
0.01
45.28 kg/ha/ano
1
22000000000000
9.962
986.198
996.160
M14 Nitrogênio
0.01
33.96 kg/ha/ano
1
24100000000000
8.184
810.252
818.436
M15 Fungicida
0.01
17.92 kg/ha/ano
1
24900000000000
4.462
441.746
446.208
M16 Herbicida
0.01
2.51 kg/ha/ano
1
24900000000000
0.625
61.874
62.499
M17 Inseticida
0.01
1.584 kg/ha/ano
1
24900000000000
0.394
39.047
39.442
1
2800000
127.176
84.784
211.960
S1 Mão de Obra
0.6
S2 Impostos
0.05
66.9 US$/ha/ano
1
3110000000000
10.403
197.656
208.059
0
360 US$/ha/ano
1
3110000000000
0.000
1119.600
1119.600
S3 Externalidades
75700000 J/ha/ano
Produto
valor
Maçã
Massa
7188.68 kg/ha/ano
Umidade
84.3 %
Proteína
25 %
Lipídios
25 %
Carboidratos
7%
Preço
0.3 US$/kg
Valor calórico
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Produto valor
Valor calórico
Nectarina
Massa
471.70 kg/ha/ano
Umidade
87.6 %
Proteína
8.5 %
24000000 J/kg
Lipídios
2.6 %
39000000 J/kg
Carboidratos
85 %
17000000 J/kg
Preço
0.4 US$/kg
Produto
Cebola
Massa
Umidade
Proteína
Lipídios
Carboidratos
Preço
valor
5.66
88.9
15.3
0.9
80.2
0.37
Valor calórico
kg/ha/ano
%
%
%
%
US$/kg
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Produto
Pêssego
Massa
Umidade
Proteína
Lipídios
Carboidratos
Preço
valor
3.77 kg/ha/ano
87.87 %
8.2 %
2.2 %
85.7 %
0.43 US$/kg
Valor calórico
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Produto
valor
Valor calórico
Ameixa
Massa
7.55 kg/ha/ano
Umidade
87.23 %
Proteína
5.5 %
24000000 J/kg
Lipídios
2.2 %
39000000 J/kg
Carboidratos 89.4 %
17000000 J/kg
Preço
0.8 US$/kg
Produto
valor
Valor calórico
Goiaba
Massa
33.96 kg/ha/ano
Umidade
80.8 %
Proteína
13.3 %
24000000 J/kg
Lipídios
4.9 %
39000000 J/kg
Carboidratos
74.6 %
17000000 J/kg
Preço
1.25 US$/kg
Produto valor
Valor calórico
Milho
Massa
588.68 kg/ha/ano
Umidade
75.96 %
Proteína
13.4 %
24000000 J/kg
Lipídios
4.9 %
39000000 J/kg
Carboidratos 79.1 %
17000000 J/kg
Preço
0.15 US$/kg
Produto
Feijão
Massa
Umidade
Proteína
Lipídios
Carboidratos
Preço
valor
Produto
Mandioca
Massa
Umidade
Proteína
Lipídios
Carboidratos
Preço
valor
Valor calórico
13.58 kg/ha/ano
14 %
23.3 %
1.5 %
71.2 %
0.33 US$/kg
3.77
61.8
2.9
0.8
94.8
0.05
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Valor calórico
kg/ha/ano
%
%
%
%
US$/kg
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Produto valor
Valor calórico
Batata doce
Massa
3.77 kg/ha/ano
Umidade
69.5 %
Proteína
4.3 %
24000000 J/kg
Lipídios
0.3 %
39000000 J/kg
Carboidratos 92.5 %
17000000 J/kg
Preço
0.4 US$/kg
Produto valor
Valor calórico
Pipoca
Massa
0.94 kg/ha/ano
Umidade
35 %
Proteína
42 %
24000000 J/kg
Lipídios
23 %
39000000 J/kg
Carboidratos
7%
17000000 J/kg
Preço
0.6 US$/kg
Produto valor
Valor calórico
Batata
Massa
2.83 kg/ha/ano
Umidade
82.9 %
Proteína
10.5 %
24000000 J/kg
Lipídios
0%
39000000 J/kg
Carboidratos
86 %
17000000 J/kg
Preço
0.37 US$/kg
Produto valor
Valor calórico
Amendoim
Massa
1.51 kg/ha/ano
Umidade
6.4 %
Proteína
25.9 %
24000000 J/kg
Lipídios
46.9 %
39000000 J/kg
Carboidratos 21.7 %
17000000 J/kg
Preço
1 US$/kg
Produto
Abóbora
Massa
Umidade
Proteína
Lipídios
Carboidratos
Preço
valor
Valor calórico
13.58 kg/ha/ano
95.7 %
14 %
0%
76.7 %
0.2 US$/kg
24000000 J/kg
39000000 J/kg
17000000 J/kg
Produto valor
Valor calórico
Pepino
Massa
3.77 kg/ha/ano
Umidade
96.8 %
Proteína
28.1 %
24000000 J/kg
Lipídios
0%
39000000 J/kg
Carboidratos 62.5 %
17000000 J/kg
Preço
0.34 US$/kg
Fluxos agregados
x E13 sej/ha/ano
Recursos renováveis da natureza
R = Soma (Renováveis)
196.24
Recursos não renováveis da natureza N = Soma (Não renováveis)
11.21
I=R+N
207.45
Materiais da Economia
M = Soma (Materiais)
336.45
Serviços da Economia
S =Soma (Serviços)
140.20
F=M+S
494.69
Emergy usada
Y=I+F
702.14
Classificação das entradas
Sistema geral
Área
Massa seca total
Energia do produto
Vendas
Emergia recebida na venda
Valor real do produto
Equação
Valores
Unidades
26.5 ha
1354.68 kg/ha/ano
2.08 E10 J/ha/ano
66225.83 US$/ano
7.62 E13 sej/ha/yr
2302.11 em-US$/ha/yr
Índices de desempenho
emergético
Transformidade (sej/J)
Tr=Y/E=Emergia/Energia
Transformidade (sej/kg)
Renovabilidade
Taxa de rendimento
Tr=Y/M=Emergia/Massa seca
Ren=(100)*((R+Mr+Sr)/Y)
EYR=Y/(Mn + Sn)
Taxa de investimento
EIR=(Mn+Sn)/(R + Mr +Sr +N)
Taxa de intercâmbio
Taxa de carga ambiental
Equação
Valor
Comentário
337417
Bom
5.18 E12
30.52%
1.47
2.22
Baixa
Razoável
Razoável
EER=Y/(Emergia recebida nas vendas)
0.92
Quase bom
ELR=(N+Mn+Sn)/(R+Mr+Sr)
2.28
Exige cuidados
A renovabilidade é baixa (30%) em comparação a sistemas
agro-florestais e agrosilvopastoris que valores entre 60 e 95%.
Os valores de taxa de rendimento e de investimento são
razoáveis. O produtor vende seus produtos a bom preço e
quase atinge a igualdade entre a emergia do produto vendido
e a emergia do dinheiro recebido.
Deve começar a se preocupar com os insumos que usa, pois
são do tipo não renovável (derivados do petróleo).
Software para a avaliação emergética
Hoje usamos o computador para facilitar nossa
vida. É possível fazer compras, acessar a conta
bancária, consultar informações, etc.
Na página web do Laboratório de Engenharia
Ecológica se explicações sobre a metodologia
emergética, acesse: www.unicamp.br/fea/ortega.
Nessa página web pode acessar um sistema de
avaliação emergética on-line de sistemas agrícolas.
Ao acessar o sistema, se abre uma página com explicações.
Depois de ler elas, clique no link como indicado na figura.
Você será redirecionado
para a página do sistema,
onde poderá se cadastrar
e começar sua análise.
Você poderá usar tabelas de
modelos já estudados ou usar
uma tabela geral (útil para
qualquer sistema).
Pode usar ela para criar uma
nova análise. Preencha as
caixas de texto com os valores
dos insumos utilizados no seu
sistema.
Após o usuário colocar os dados o programa mostra uma
nova página web com um gráfico que da as porcentagens
de recursos renováveis e não renováveis utilizados e uma
tabela com os indicadores emergéticos.
Desta forma podemos obter os índices
emergéticos de uma forma fácil e rápida.
Qualquer pessoa pode acessar o sistema,
modificar os valores existentes e verificar como
a sustentabilidade é modificada com o aumento
ou diminuição do uso de um insumo.
Acesse já e veja como é fácil!