Q4
Q1
Q2
Energias
renováveis
Produtores
Consumidores
Decompositores
Produção
Q3
Consumo
Análise emergética da sustentabilidade
da produção agrícola e pecuária
Dr. Enrique Ortega Rodríguez
Laboratório de Engenharia Ecológica
FEA, Unicamp, CP 6121 Campinas, SP 13083-862
Campinas, SP, 18 de maio de 2010
Conteúdo desta apresentação
1. O que é sustentabilidade do ponto de vista
da Ecologia de Sistemas
2. Gráfico sobre Limites do Crescimento de
Meadows e colaboradores.
3. A modelagem de sistemas e a contabilidade
para o diagnóstico da agricultura.
4. Dados de um estudo de caso.
5. Quem tem interesse na sustentabilidade e
quem é contra?
A perspectiva científica
da Ecologia de Sistemas:
Q4
Q1
Q2
Energias
renováveis
Produtores
Consumidores
Decompositores
Os sistemas de Produção
e Consumo podem ser
sustentáveis ... mais eles
devem ser auto-ajustados.
O consumo depende da
capacidade natural de
produção .. que é limitada!
O consumo deve ser limitado!
Estoques internos
Na natureza se estabelece
Q3
um sistema cíclico através
do qual se consegue o
equilíbrio dinâmico entre os Sistema natural, alta diversidade e complexidade.
consumidores e seu meio.
produção
Q1
consumo
Q2
nutrientes
Q2
Tempo
Ciclos de produção lenta e consumo rápido.
Ecologia dos
sistemas naturais
Q
BV
BA
Energias
renováveis
Produtores
Cons.
prim.
BA
BA
Cons.
terci.
Cons.
sec.
BA
Decom.
Desenvolvimento do
ecossistema em uma
cadeia de transformação
de energia e recursos.
Energias
renováveis
Q
Q3
Sistema natural, alta biodiversidade,
complexidade e reciclagem.
Quantidade de biomassa de cada
estágio da cadeia trófica
Plantas
e algas
Consumidores primários
Os seres humanos estão
nos níveis superiores da
cadeia trófica (mas não
necessariamente no topo).
Consumidores secundários
Consumidores terciários
Decompositores
Tempo
Ecologia dos
sistemas antrópicos
que usam
energia fóssil Energias
renováveis
Possibilidade de
colapso: temos que
rever nossa atitude
com o meio
Energias
renováveis
NR
Q
BV
Produtores
BA
Cons.
prim.
BA
Cons.
sec.
BA
Cons.
terci.
BA
Decom.
Q3
Sistema natural, alta biodiversidade,
complexidade e reciclagem.
Quantidade
biomassa
cada
Quantidade
de de
biomassa
de de
cada
estágio
cadeia
trófica
estágio
da da
cadeia
trófica
NR
Q
A sociedade de
consumo deve virar
uma sociedade
consciente!
Cadeia trófica alterada
(agricultura e pecuária intensiva)
População urbana
(economia industrial
do petróleo)
Cadeia trófica natural
Tempo
Metabolismo Campo-Cidade
Efluentes, emissões
Q3
Q4
Consumidores locais
Mata
nativa
Energias
renováveis
Produção
Q1
Materiais
não renováveis
Produtos e serviços
da economia urbana
Serviços ambientais
Alimentos, fibra e
energia
Q2
Q4
Resíduos
NR
Q3
Consumidores
Decompositores
Q4
Efluentes, emissões
Maiores efluentes e emissões
Q4
Energias
renováveis
Mata
nativa
Q1
(produção industrial com novas entradas
Serviços ambientais adicionais
(população maior)
Sustentabilidade
Vivemos os limites da etapa do crescimento humano
Nossa sobrevivência depende da sustentabilidade
(uso de recursos renováveis)
2000 2010
2100
Meadows, D.H., Meadows, D.L., Randers, J. e Behrens III, W.W., 1978. Limites do
Crescimento. Editora Perspectiva. 2a edição.
Análise emergética
Para entender o funcionamento dos
sistemas de produção agrícola é
necessário conhecimento
multidisciplinar de boa qualidade
sobre a interação entre os recursos
físicos, biológicos e humanos
nas bacias hidrográficas, no país,
na economia global e na Biosfera.
Modelagem de sistemas agrícolas:
Diagrama = Síntese = modelo do
funcionamento
energético do
ecossistema
Finalidades:
• Avaliar o desempenho atual,
• Estudar os mecanismos de resposta a
novos arranjos das forças externas e
internas para simular no computador
novos cenários para o futuro.
Geralmente o valor econômico e o valor real de um recurso no
coincidem, porque o preço de mercado omite (ou mede de
forma incorreta) os fatores de produção.
Valor = Custos + Contribuição
comuns da natureza
+ Custos
+ Serviços
ocultos
Adicionais
Insumos e serviços
Matérias-primas
agrícolas
Externalidades negativas
como serviços adicionais
Contribuições
ambientais
Produto
Processo
Impactos
Energia gasta
(calor de baixa intensidade)
A análise de sistemas agrícolas gera uma síntese
ENTRADAS
Contribuições renováveis
da natureza dependentes
da biodiversidade
Feedback renovável
da Economia externa
FR
FN
Mudanças nos
estoques internos
R2
NN
NR
Recursos
biológicos
naturais
Energia renovável
R1
Feedback não renovável
da Economia externa
Estoques
antrópicos
Agricultura
SAÍDAS
Depreciação
Serviços ambientais
Perda do capital natural
Produtos agrícolas
Emissões
Curso-de-água
Resíduos, dejetos
Energia degradada
A análise energética dos sistemas permite:
(a) Medir a capacidade de suporte renovável e
compará-la com a capacidade aumentada ao usar
produtos obtidos de recursos não renováveis;
(b) Prever a redução da capacidade de suporte
quando os recursos no renováveis entram em
declínio e pelo efeito dos subprodutos nocivos
Recursos renováveis
(c) Calcular o saldo energético do sistema agrícola
para o sustento das cadeias tróficas humanas;
Y
N Saldo líquido de emergia
--+-EYR = yield ratio = ----- = 1+ R
F
F F
(d) Visualizar as tendências de evolução do sistema
Y
Tr = transformity = ---E
R
Ren = renewability = ---Y
F
EIR = investment ratio = ---I
Valor inverso da eficiência
Renováveis / Recursos totais
Recursos pagos / Gratuitos
Evolução da biosfera: etapa inicial
Saída de materiais
Materiais
de fora
Estoques da
biosfera:
atmosfera,
minerais,
sedimentos
Renováveis
em centenas
ou milhares
de anos
Estoques
biológicos
Renováveis
anualmente
Fluxos
Estoques
energéticos
Minerais
fósseis
Estoques
não- renováveis
Produtores
Fontes externas
de energia
(limitadas)
Sistema da Biosfera
Consumidor
sustentável
Sumidouro de Energia
Fluxos de energia e
materiais na Biosfera
Civilização urbana não industrial
Saída de materiais
Materiais
de fora
Estoques da
biosfera:
atmosfera,
minerais,
sedimentos
Renováveis
em centenas
ou milhares
de anos
Estoques
biológicos
Renováveis
anualmente
Fluxos
Produtores
Fontes externas
de energia
(limitadas)
Sistema da Biosfera
Consumidor
sustentável
Sumidouro de Energia
Estoques
energéticos
Minerais
fósseis
Estoques
Consumidor
não- sustentável
Saída de materiais
Civilização atual
Materiais
de fora
Estoques da
biosfera:
atmosfera,
minerais,
sedimentos
Renováveis
em centenas
ou milhares
de anos
Estoques
biológicos
Renováveis
anualmente
Fluxos
Produtores
Fontes externas
de energia
(limitadas)
Sistema da Biosfera
Estoques
energéticos
Minerais
fósseis
Consumidor
sustentável
Sumidouro de Energia
Estoques
Consumidor
não- sustentável
Emissões
e
Resíduos
Saída de materiais
Situação inicial do reajuste
Materiais
de fora
Energias
fósseis
Não
Renováveis
Estoques da
biosfera:
atmosfera,
minerais,
sedimentos
Estoques
biológicos
Renováveis
anualmente
Fluxos
Estoques
decrescentes
Minerais
Consumidor
não- sustentável
Produtores
Fontes externas
de energia
(limitadas)
Sistema da Biosfera
Consumidor
sustentável
Transferência de
pessoas e recursos
Emissões
e
Resíduos
Senescência
Sumidouro de Energia
“Decoupling”
“Degrowth”
Gráfico das mudanças nos estoques da Biosfera
Seres anaeróbicos e atmosfera ácida
Seres aeróbicos, atmosfera neutra
termo-regulada com O2
Desenvolvimento
Crescimento
Sustentável
industrial
Transição
Apostar no
Crescimento
Biodiversidade,
imobilização
de Carbono
opções
Recuperação
dos
ecossistemas
Manter o sistema como esta hoje
Crescimento
humano em
detrimento de
outras espécies,
ainda sem uso
de energéticos
fósseis
Recuperar a resiliência e a
sustentabilidade por meio da
ruralização ecológica
homeostase
extinção
De 0 até 4 bilhões
de anos da Terra
- 10 000
1500
2000
2100
Tempo
Ajuste da
população e
mudança dos
sistemas de
produção e
consumo
(e) Prever situações de risco e discutir as medidas
para solucionar esses problemas.
Restringir o aquecimento
Preservar a biodiversidade
Processos
geológicos
Processos
biológicos
Cuidar de todos
os componentes da
sociedade global
Processos
sociais
Área para
provisão de
serviços
ambientais
Produção e
consumo
humanos
Área de
absorção de
impacto
A produção de alimentos pode ser
feita de duas formas:
(a) Sistemas agroecológicos
que usam recursos naturais locais;
(b) Sistemas agroquímicos
que usam insumos industriais
derivados do petróleo, mecanização
e sementes modificadas.
A produção de milho baseada em recursos
naturais ainda existe em alguns lugares e a
produtividade varia entre 500 e 5000 kg/ha/ano.
Ela ocorre junto com a produção de grande
diversidade de plantas e animais, sem poluição.
A produção agrícola sustentável depende de:
1. Energia solar (sol, vento e chuva);
2. Recursos da bacia (água de córregos, com
húmus e sedimentos);
3. Minerais do solo mobilizados pela biota;
4. Nitrogênio fixado pelas bactérias;
5. Trabalho complexo derivado das funções da
biodiversidade;
6. Trabalho animal e humano com infra-estrutura
e organização.
Sistema agrícola sustentável
Feedback renovável
da Economia externa
ENTRADAS
Contribuições renováveis
da natureza dependentes
da biodiversidade
FR
Acumulo interno
R2
NN
Estoques
antrópicos
NR
Energia
renovável
SAÍDAS
Depreciação
Serviços ambientais
Estoques
biológicos
Produtos agrícolas
R1
Agricultura
WT
Resíduos
Energia degradada
Curso-de-água
Mudanças não renováveis na agricultura:
Deforestação (extração predatória da mata nativa);
Fertilizantes, pesticidas, herbicidas e
mecanização intensa (derivados do petróleo);
Infra-estrutura cara;
Maquinaria, eletricidade, combustível;
Produtos químicos diversos;
Sementes produzidas fora da região;
Rações para animais feitas com grãos da
agricultura química não renovável;
Resíduos animais em excesso.
Nos sistemas agroquímicos a produtividade pode ser
maior. No caso de milho: 2000 a 12000 kg/ha/ano
e para a soja entre 2000 a 6000 kg/ha/ano.
Mas ocorre: destruição da vegetação nativa, perda
da biodiversidade com diminuição das funções
ecossistêmicas, poluição, expulsão de posseiros e
pequenos produtores da região, concentração de
renda e dependência de recursos de fora.
Os sistemas agroquímicos de alta produtividade
causam um impacto ambiental e social muito
grande e o uso de recurso renováveis é mínimo
(sustentabilidade muito baixa).
Sistema agroquímico de baixa sustentabilidade
Feedback não renovável
da Economia externa
ENTRADAS
FN
Contribuições renováveis
da natureza dependentes
da biodiversidade
ACUMULO
INTERNO
R2
NN
Estoques
antrópicos
NR
Energia
renovável
R1
SAÍDAS
Depreciação
Serviços ambientais
Estoques
biológicos
Perda do capital natural
Produtos agrícolas
Emissões
Agricultura
WT
Resíduos
Energia degradada
Curso-de-água
Resíduos, dejetos
Inclusão das externalidades negativas (custos ocultos)
Feedback não renovável
da Economia externa
ENTRADAS
FN
Externalidades negativas
Mudanças
internas
NN
Estoques
antrópicos
NR
Energia
renovável
Agricultura
SAÍDAS
Depreciação
Serviços ambientais
Estoques
biológicos
WT
R1
FR FN
Resíduos
Capital natural e
social reparado
Curso-de-água
Emissões de gases
Produtos agrícolas
Energia degradada
A contabilidade ecológica usa como medida
de valor de um recurso todo o trabalho da
natureza e do homem que foi incorporado no
processo de produção. Devemos saber
como se produzem os recursos (memória
energética).
Vamos mostrar, passo a passo, o processo
de abstração de ecossistemas que permite
descobrir seus componentes essenciais e
suas interações básicas.
A idéia é obter um diagrama de fluxos que
permita visualizar seu comportamento.
NeP
atmosfera
Vento
Chuva
Rocha
Intemperismo
Biodiversidade
regional
Minerais e
biomassa
Combustíveis
fósseis, bens e
serviços
Água
superficial
Nutrientes
Matéria
orgânica
Evapotranspiração
Correntes de ar
subterrânea
Substâncias
tóxicas Sedimentos
Órgãos
estaduais
regionais
População
humana
Informação
Sol
Agricultura
Pastagens
Silvicultura
Vegetação
nativa
Indústria e
atividades
urbanas
Pecuária
Curso-de-água
Produtos industriais
incluindo os da
agricultura
Água com
resíduos, dejetos,
e perda de solo
Diagrama resumido das interações de um sistema agrícola.
Água da bacia,
Sedimentos,
Matéria
orgânica
NeP
atmosfera
Biodiversidade
regional
Produtos
agrícolas
Insumos
químicos
Produtos
pecuários
Bens
Infraestrutura
Substâncias
tóxicas
Combustíveis e
eletricidade
População
humana
Chuva
Informação
Evapo-transpiração
Infraestrutura
produtiva
Solo e biodiversidade
local
Vento
Sol
Serviços
públicos e
privados
Organização
familiar e dos
trabalhadores
residentes
Agricultura
Serviços para
o exterior
Serviços ambientais
Produtos da
agricultura
Curso-de-água
Resíduos,
dejetos, perdas
Energia degradada
Emissões
Diagrama de fluxos de energia, materiais e informação.
Materiais da
economia urbana
(não renováveis
Recursos
renováveis da
natureza
(indiretos)
R2
Recursos
renováveis da
natureza
(diretos)
R1
Albedo
S
M
N1
Solo e
biodiversidade
não reposta
Evapo-transpiração
Serviços da
economia urbana
(não renováveis)
N2
Infra-estrutura
e organização
não reposta
Serviços para o exterior
Serviços ambientais
Produtos da agricultura
Agricultura
Curso-de-água
Resíduos, dejetos, perdas
Emissões
Energia degradada
Diagrama resumido dos fluxos de energia, materiais e informação na
agricultura.
ENTRADAS
Contribuições renováveis
da natureza dependentes
da biodiversidade
Feedback renovável
da Economia externa
FR
FN
Mudanças nos
estoques internos
R2
NN
Energia renovável
R1
Feedback não renovável
da Economia externa
NR
Recursos
biológicos
Estoques
antrópicos
Agricultura
SAÍDAS
Depreciação
Serviços ambientais
Perda do capital natural
Produtos agrícolas
Emissões
Curso-de-água
Resíduos, dejetos
Energia degradada
Diagrama de fluxos agregados de um sistema agrícola.
F=M+S
M = MR + MN
S = SR + SN
F
I=R+N
R
N
R
Atividades
agrícolas
Estoques
internos
INPUT
Y=I+F
OUTPUT
E = sum (Ei)
Despesas
adicionais
E = energia dos produtos
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Perda dos
estoques internos
Tratamentos
Resíduos e
e cuidados
contaminantes
especiais
Emissões
Fluxos de saída tratados
(baixo impacto)
Fluxos de saída
não tratados
(alto impacto)
O diagrama de fluxos agregados deve incluir
o cuidado com as externalidades negativas assim
como a produção de serviços ambientais
I=R+N
F
A2
R
R
N
Atividades
agrícolas
A1
INPUT
Y=I+F
OUTPUT
E = sum (Ei)
Despesas adicionais
(mais Feedback)
Estoques
internos
Mata nativa
R
F=M+S
M = MR + MN
S = SR + SN
E = energy of products
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Perdas
internas
A3
Tratamentos
e cuidados
especiais
Resíduos e
contaminantes
Emissões gasosas
Fluxos tratados
(baixo impacto)
Fluxos não tratados
(alto impacto)
A produção rural exige um projeto de Engenharia Ecológica
A1: Área para alimentos, fibra, animais e produção de energia
A2: Área para fornecer serviços ambientais locais e regionais
A3: Área para absorção do impacto social e ambiental.
I=R+N
R
N
Atividades
agrícolas
INPUT
Y=I+F
OUTPUT
E = sum (Ei)
Despesas adicionais
(mais Feedback)
Estoques
internos
Mata nativa
R
R
F
F=M+S
M = MR + MN
S = SR + SN
E = energy of products
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Perdas
internas
Tratamentos
e cuidados
especiais
Resíduos e
contaminantes
Emissões gasosas
Fluxos tratados
(baixo impacto)
Fluxos não tratados
(alto impacto)
O diagrama mínimo de fluxos agregados permite
visualizar as forças que definem o comportamento
do sistema agrícola
... e também definir indicadores de desempenho.
Os indicadores são razoes entre os fluxos agregados.
I=R+N
R
N
Atividades
agrícolas
INPUT
Y=I+F
OUTPUT
E = sum (Ei)
Despesas adicionais
(mais Feedback)
Estoques
internos
Mata nativa
R
R
F
F=M+S
M = MR + MN
S = SR + SN
E = energy of products
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Perdas
internas
Tratamentos
e cuidados
especiais
Resíduos e
contaminantes
Emissões gasosas
Fluxos tratados
(baixo impacto)
Fluxos não tratados
(alto impacto)
YYR F R+N
/líquido
Recursos
totais
1 +Renováveis
---Saldo
emergia
EYR
=
yield
ratio
=
----EIR
investment ratio
== ---Ren
renewability
---Recursos
pagos
/ de
Gratuitos
Valor
inverso
da
eficiência
Tr == transformity
==F
---F
EY I
Pode-se avaliar a eficiência, a sustentabilidade, o saldo de
energia líquida, a pressão no ambiente, entre outros.
Nos últimos séculos e sobre tudo nas últimas décadas
os sistemas agrícolas incorporaram recursos não
renováveis e destruíram as reservas de mata nativa
que geram serviços ambientais importantes.
F
R
N
R
Sistema agroecológico antigo.
Sistema agro-químico
super intensificado.
F
Sistema agroquímico “moderno”.
R
R
N
Sistema sem
fertilidade, de baixa
produtividade.
F
N
R
Transição
agro-ecológica
Sistema agro-ecológico recuperado
F
R
N
R
Não renováveis
Renováveis
M
S
N
R3
R2
R1
As externalidades negativas dos
sistemas agrícolas exigem
serviços adicionais (custos extras)
da economia e dos ecossistemas.
Por exemplo: os cuidados com as
mudanças climáticas.
SA
M
S
R3
Renováveis
R2
R1
N
Não renováveis
Produção
Investimentos e custos
Serviços ambientais
Estoques biológicos
Resíduos e dejetos
Emissões
Preço dos produtos
Preço dos insumos
Lucro por hectare
Concentração de área
Problemas sociais e climáticos
Margem de lucro
F
Sistema degradado
sem fertilidade
F
Sistema regenerado
ecologicamente
F
F
N
R
R
R
N
Estoques biológicos
Serviços ambientais
Impactos
(Externalidades)
R
F
Recursos renováveis
Produtos
N
N
P
Ex
Renováveis / Recursos totais
R
Ren = renewability = ---Y
N
R
Feedback da economia
Fluxos
agregados de
emergia
Índices de
emergia
Valor inverso da eficiência
Y
Tr = transformity = ---E
Recursos pagos / Gratuitos
Saldo líquido de emergia
Y
EYR = yield ratio = ---F
F
EIR = investment ratio = ---I
Recomendações:
Pagar os serviços ambientais devidos
Cobrar os impactos socioambientais
F
N
R
F
Y (R  N)  F  F''
T r

Ep
Ep
F
F
N
R
Deve-se contabilizar:
o saldo nos estoques naturais (solo, água, biodiversidade, pessoas) que
geram serviços ambientais (percolação de água, captura de carbono, vigor
genético, controle biológico, cultura ecológica), a poluição, o assoreamento,
os serviços urbanos para a população marginalizada.
I=R+N
R
N
Atividades
agrícolas
INPUT
Y=I+F
OUTPUT
E = sum (Ei)
Despesas adicionais
(mais Feedback)
Estoques
internos
Mata nativa
R
R
F
F=M+S
M = MR + MN
S = SR + SN
E = energy of products
Serviços ambientais
Produtos agrícolas
Perdas
internas
Tratamentos e
cuidados
especiais
Resíduos e
contaminantes
Emissões gasosas
Fluxos tratados
(baixo impacto)
Fluxos não tratados
(alto impacto)
Sugestões de Políticas Publicas:
Pagamento de serviços ambientais prestados
Cobrança das externalidades negativas
Vai ser necessário estudar de forma sistêmica os processos que
geram serviços ambientais e impactos sócio-ambientais e daqueles
que cuidam das externalidades negativas para conhecer seus custos
unitários para poder incluí-los no balanço econômico-ecológico
A intensificação do uso de recursos não renováveis
(subsidiados pela economia global) aumenta a
rentabilidade das empresas
Por outro lado, como não se reconhecem os
serviços ambientais remanescentes e não se
cobram as externalidades negativas se sacrifica o
ambiente e o futuro da humanidade.
Assim chegamos a uma situação de:
- Baixa sustentabilidade (ou renovabilidade);
- Perda da capacidade de suporte renovável;
- Atingir os limites de resiliência da biosfera
Mudança de assunto
Vamos agora conversar sobre emergia
e índices emergéticos
Diagrama do sistema
I=ΣRi+N
Recursos
renováveis
provenientes de
outros espaços
F=M+S
Solo
Uso
racional
Recursos
Água e outros
derivados da
materiais da bacia
ação da
biodiversidade Nutrientes do
solo de do ar
R3
Serviços ambientais locais R2
Sol,
R1
vento,
chuva
Materiais
Serviços
Informação
Insumos e serviços
externos (privados
e públicos)
Y=I+F
N
Erosão
M
Mão-de-obra
S
$
Produtor
rural
Água evapotranspirada
Exergia
Água percolada
que sai
Dinheiro
do sistema
Vendas $
Parcela
agrícola
Energias renováveis
que incidem
diretamente
Emergia
que entra
no sistema
Produto
agrícola
Água infiltrada
Ep
Externalidades
Água superficial
que arrasta solo
Resíduos,
efluentes,
emissões Perdas de estoques
e insumos
Transfomidade =
Y
Tr 
Ep
 sej
 J 
Ex
R

Renovabilidade = Ren 
i
Y
METODOLOGIA EMERGÉTICA




Quantificar os fluxos de energia do sistema
Mostrar a dependência do produto das diversas
fontes de energia (naturais ou fósseis)
Discutir a interação entre a economia e os
ecossistemas
Quantificar a sustentabilidade
A metodologia emergética considera dois
tipos de fluxos de energia:



As contribuições da natureza
O fornecimento de insumos e trabalho
humano da economia
Como todos os fluxos são colocados em
termos de energia solar incorporada
(emergia solar) podemos agregar fluxos e
fazer comparações
Emergia: é a energia disponível (exergia),
previamente utilizada, para produzir um certo
recurso (produto ou serviço), em outras palavras:
a emergia de um recurso corresponde a seu
custo exergético.
A emergia de um tipo que corresponde à
energia de outro tipo denomina-se
Transformidade (é um fator de conversão
de emergia em energia)
Joules de emergia solar
Energia de um recurso
= Transformidade
Visão
convencional
Visão de análise de ciclo de vida
até a produção do recurso
Emergias das
entradas
Energias das
entradas
Fontes
primárias
Processo
Emergia
Energia
do produto do produto
resíduos industriais
absorção e modificação
bioquímica
efluentes tratados
petróleo
R
R
insumos
industriais
solo
chuva
R
milho
carne
AVALIAÇÃO DE EMERGIA
Realizada em três etapas:
1. Medida dos fluxos emergéticos de entrada
e das energias produzidas pelo sistema
2. Obtenção dos índices emergéticos
3. Interpretação dos índices emergéticos


O primeiro passo para conhecer um sistema
é identificar seus principais componentes, as
entradas e as saídas
Desenhar um diagrama para mostrar de forma
simbólica os caminhos seguidos pelos fluxos de
massa e energia
R2 = fluxos
renováveis do
local e da região
R2
R1 = energia solar,
lunar e calor interno
da terra (recursos
renováveis diretos)
R1
Albedo
N = fontes nãorenováveis da natureza:
destruição do capital
biológico local
F
F=Retro-alimentação (Feedback)
de bens e serviços comprados da
economia urbana (basicamente
não renováveis)
N
Erosão
bens
Controle humanos
Infra-estrutura e
processamento
Produtos
E1 vendidos
Processo de
fotossíntese
E2
Perdas e
desperdício
(sem taxar)
E3 Serviços
Unidade de produção
ambientais
(sem retribuição)
Energia
degradada
Soma (Ei) = produto total
Da figura do sistema de produção
podemos identificar:

As contribuições da natureza (I):
I=R+N

A retro-alimentação ou feedback (F):
F=M+S

A emergia do recurso produzido (Y) ou
exergia incorporada:
Y=I+F
A metodologia emergética considera dois
tipos de fluxos de energia:



As contribuições da natureza
O fornecimento de insumos e trabalho
humano da economia
Como todos os fluxos são colocados em
termos de energia solar incorporada
(emergia solar) podemos agregar fluxos e
fazer comparações
Recursos externos
renováveis da bacia
hidrográfica incluindo
a migração de espécies
N
Forças e recursos externos da
natureza de tipo não renovável
(o impacto pode ser negativo)
FR
Entradas da economia
de tipo renovável
Pagamento pelo consumo de água da bacia
R3
R2
Água e minerais do
subsolo e do ar
obtidos pela ação da
biodiversidade local
(microbiota e plantas
de raízes profundas)
$
Distribuição das entradas da economia
para uso dentro do sistema
Estoque
biológico
Mão de
obra local
NB
Infra-estrutura e
bens humanos
locais
NH
Mata
nativa
Entradas da economia
de tipo não renovável
$
Estoque
monetário
local
Investimento
Erosão
kg/ha/a
Serviços
ambientais
NB
Reciclagem
R1
Radiação do Sol,
calor interno da Terra,
força gravitatória da Lua
Lavoura
Processamento
FN
$
Consumo
interno
Serviços
ambientais
internos
Pagamentos pelos
insumos e serviços
Produto
processado
kg/ha/a
Vendas
$
$
kg/ha/a
kg/ha/a
Matéria prima
$
Resíduos sem tratar
(Gases, efluentes e sólidos problemáticos)
Multas e taxas
kg/ha/a
Índices emergéticos convencionais
Densidade Emergética (Y)
(R+N) + (M+S)
Soma dos produtos (E)
Produção total (J ou kg)
Transformidade (Tr)
Y/E
Renovabilidade (%Ren)
100 (R/Y)
EYR (razão de rendimento)
Y/F
EIR (razão de investimento)
(F)/(R+N)
EER (razão de intercâmbio)
Y/[(kg/ano)($/kg)(seJ/$)]
Sobre os índices de emergia (1)
R deve considerar todos os fluxos renováveis
R  R1  R2  R3 Diretos, derivados da biodiversidade, regionais
F deve incluir as externalidades negativas como F adicional
Cada fluxo de M e S tem uma certa renovabilidade
M  MR  MN
F  FR  FN
S  SR  SN
Y  YR  YN
Tr pode ser divida em dois termos:
Tr renovável e Tr não renovável
No índice EYR, os termos N/F e R/F
apresentam efeitos opostos, por isso
esse índice deve ser dividido:
Y FR N
R N
EYR  
1 
F
F
F F
EYR 1  RS  NS
Assim, F, Y e Tr apresentam
uma renovabilidade
Y YR YN
Tr     TR  TN
Ep Ep Ep
R
RS 
F
N
NS 
F
Suporte
renovável
Suporte
não renovável
Sobre os índices de emergia (2)
A Renovabilidade deve considerar
todos os fluxos renováveis,
incluindo MR e SR
ELR deve considerar
FR e FN
R Ri  MR  SR
Ren  
Y
Y
Ri  FR
renováveis

ELR 

não renováveis
N  FN
EER deve incluir os
Y produto produtos  serviços amb.
serviços ambientais
EER 

prestados (produto) e
Y recebida
vendas  subsídios
o subsídio (entrada)
F M S
EIR  
I R N
A reciclagem é indispensável
nos sistemas ecológicos e
deve haver um índice especial
Uma nova definição
de EIR sem incluir N
WR 
F MS
EIR  
R
R
C fluxos internos de reciclagem

Y
Y
Índices emergéticos modificados
Densidade Emergética (Y)
(R+N) + (M+S)
Soma dos produtos (E)
Produção (J ou kg) +
Serviços ambientais (kg)
Transformidade (Tr)
Y/E = (YR /E) + (YN /E )
Renovabilidade (%Ren)
100 ((R+MR+SR)/Y)
EYR (razão de rendimento)
Y/F= 1 + R/F + N/F
EIR (razão de investimento)
F/I = (F)/(R+N)
EER (razão de intercâmbio)
Y/[(kg/ano)($/kg)(seJ/$)]
Sobre os índices de emergia (3)
O fim do petróleo
Produção atual e futura
Índices que aumentaram:
N/F, ELR, EIR, TrN, EER
Índices que decresceram:
N/F, ELR, EIR, TrN, EER
Individualismo, capitalismo
competição e exclusão
Soluções
comunitárias
O uso de R/F e N/F ajuda a
entender melhor as
tendências do que EYR
O mesmo pode se
dizer de TrN end TrR
Decrescem:
%Ren, R/F, TrR
Recursos renováveis disponíveis
Crescem:
%Ren, R/F, TrR
Dinâmica dos
sistemas agrícolas.
Y = Fluxo de energia solar absorvido
E = Fluxo de energia
dentro do sistema
Ep = Energia produzida pelo sistema
Ciclagem de nutrientes dentro do sistema
F = Feedback dentro
do sistema
Feedback
externo
F1
Nutrientes
externos
Ep1
Sol
F2
Ep2
Decompositores
Resíduos
Sistema
natural.
Q = Energia dispersada nas transformações
Ep3
Y = Fluxo de energia solar absorvido
E = Fluxo de energia
dentro do sistema
Ep = Energia produzida pelo sistema
Ciclagem de nutrientes dentro do sistema
F = Feedback dentro
do sistema
Nutrientes
externos
Feedback
externo
Comportamento
temporário como
resposta a um pulso
de energia externa
F1
Ep1
F2
Sol
Ep2
Decompositores
Resíduos
Sistema
natural.
Q = Energia dispersada nas transformações
Ep3
Ciclos de produção e consumo na agricultura
Sistema
natural
Sistema de
agricultura
simples
Sistema de
agricultura
mais intenso
Retorno aos
Sistema de
níveis de maior
agricultura
super intensificado renovabilidade
Produtividade
Capacidade de suporte aumentada
artificialmente usando recursos nãorenováveis
Capacidade de suporte natural
(máxima renovabilidade e
diversidade)
Retorno ao
desenvolvimento
sustentável
Uso de petróleo e
seus derivados na
produção, consumo
e tratamento
Tempo
Dinâmica de sistemas (Holling, 1986)
Hipertrofia
Oligotrofia
Eutrofia
Mesotrofia
Distrofia
O ciclo dos sistemas humanos consta de quatro etapas:
exploração (organização do sistema político e social),
desenvolvimento (manutenção e proliferação do sistema),
desagregação (revolução e/ou colapso) e
reorganização (mudança de regime e novo paradigma). .
Porém o cenário do futuro
se complica muito mais
se consideramos as
mudanças climáticas.
petróleo
CO2
Produtos
industriais
Aquecimento da
temperatura média
do planeta acima
de 2 graus Celsius.
Gases do
Permafrost,
auto-ignição
de florestas,
clatratos
Ameaça gravíssima a
resiliência da Biosfera!
CO2
CH4
Concentração de CO2 na atmosfera
420
400
ppm de CO2
380
Com inovação transdisciplinar que
cuide de todos aspectos do novo
modelo de desenvolvimento
baseado em SIPAES
360
340
Tem que ocorrer uma
inversão da tendência!
320
Como?
300
280
1950
6 anos?
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Bezerros
Magros
Policultura
Reflorestamento
Integração
Serviços
Pastos, grãos,
arbustos
de
energia e serviços ambientais
Vegetação
Nativa
Parcela
individual
Sol,
vento,
chuva
Materiais,
energia
Água, solo, SIPAES: sistema integrado
biodiversidade,
micro-clima produção de alimentos,
Minerais
Nitrogênio
Atmosferico
Formicida
Pessoas
Consumo
interno
Mãode-obra
Produto e
serviços do
bosque nativo
Produtos da
horta e do pomar
Vinhoto
Gado
Gado gordo em pé
Cinzas
Eucalipto
Cana-deaçucar
Postes
Micro-usina de álcool,
agroindústria local e
regional.
Álcool 94%
Esterco
Comparação dos indicadores emergéticos de usinas
de álcool: convencional versus SIPAES.
Fórmulas
Índice
Grande
usina
(30 000 ha)
Micro usina
+ policultura e
SAF (30 ha)
48 700
74 000
35
76
Tr (seJ/J)
Y/E
%R*
100 x ((R+MR+SR)/Y)
EYR
Y/(MN+SN)
1,57
6,31
EIR
(MN+SN)/(R+MR+SR+N)
1,39
0,37
ELR*
(N+MN+SN)/(R+MR+SR)
1,82
0,29
O sistema que combina policultura ecológica,
sistema agroflorestal (ou agrosilvopastoril) e
micro-destilaria de etanol ganha em quase todos
os indicadores da análise emergética:
 maior renovabilidade
 maior saldo energético,
 menor taxa de investimento,
 menor carga ambiental.
Os resultados da análise econômica estão
sendo revisados, mas se mostram promissores.
A taxa de emprego corresponde a da agricultura
familiar (1 família/10 ha) melhor que o modelo
agroquímico (1 trabalhador/300 ha).
Folha de São Paulo (26/09/2009 - 09h25)
www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u629600.shtml
Cientistas dizem que a Humanidade esgota
seu "espaço de operação"
A humanidade está destruindo a estabilidade
ambiental que existe desde 10 mil anos atrás e
criando uma crise com conseqüências "catastróficas".
O alerta foi publicado em artigo recente na revista
"Nature“ por um grupo de 29 especialistas em
Paleoclimatologia e no funcionamento da biosfera,
entre eles Paul Crutzen, Nobel de Química em
1995 por seu trabalho sobre a camada de ozônio.
Eles identificaram nove fatores-chave do
funcionamento do planeta que não deveriam
ser perturbados além de um certo limite para
que a estabilidade ambiental continue.
Limites de resiliência excedidos
1. A mudança climática (aquecimento global);
2. A perda da biodiversidade;
3. A alteração no ciclo do nitrogênio;
Sem informação suficiente,
4. A poluição química;
5. O lançamento de aerossóis na atmosfera;
Podem ultrapassar seus limites,
6. O uso de água doce;
7. A mudança no uso da terra;
8. A acidificação dos oceanos;
Revertido aos valores pré-industriais.
9. A destruição do ozônio estratosférico.
82
O grupo de pesquisadores aponta que o fato de
"apenas" três limiares terem sido cruzados não
é garantia de que o mundo não sofrerá
mudanças catastróficas pois, afinal, há múltiplas
interações entre os limiares.
"Transgredir a barreira do nitrogêniofósforo pode erodir a resiliência dos
ecossistemas marinhos, reduzindo sua
capacidade de absorver CO2,
afetando assim a barreira climática."
Novas idéias: Eco-Socialismo e
Decrescimento. É tempo de:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Reavaliar os sistemas
Refazer e renovar os conceitos
Re-estruturar os sistemas de P-C
Recuperar os ecossistemas
Redistribuir os meios de produção
Re-localizar os sistemas
Reduzir as escalas de produção e consumo
Reutilizar/reciclar
Questionar, estudar e atuar coerentemente!
Reciclagem, manejo sustentável
Duas visões
em conflito
Biodiversidade
Cultura
humana
ecológica
Sistemas
agroecológicos
Produtos químicos,
maquinaria, diesel,
subsídios
Custos ocultos
Extração
predatória
Monoculturas
Sistemas
agro-químicos
Minerais
Energia
fóssil
Cultura
humana
industrial
Maior produção, menor preço, mas gente
Impacto social, ambiental e climático
Cambio
climático
Erosão
Resíduos
Emissões
Perdas sociais
e biológicas
www.unicamp.br/fea/ortega/
Agradeço
a atenção e fico a disposição!
Contatos: [email protected]