A certificação de sistemas e produtos
rurais usando emergia.
Estudo de caso: Sítio “Duas Cachoeiras”.
Dr. Enrique Ortega
Professor, FEA, Unicamp, CP 6121,
Campinas, SP, Brasil, CEP 13083-970
E-mail: [email protected]
I Seminário Internacional sobre Manejo na Agricultura
Orgânica para Sustentabilidade Embrapa-Yamaguishi
Jaguariúna, SP, 22-28 junho 2003.
Procuram-se modelos sustentáveis,
com novos atributos:







Menos dependentes de insumos comprados
Que gerem empregos
Que não usem agrotóxicos
Que preservem e aproveitem a biodiversidade
Que protejam as nascentes e a paisagem
Que reciclem
Que se auto organizem e discutam preços
Como garantir os novos atributos?

Através de uma certificação de boa qualidade
(de base ecossistêmica e energética)

Criando padrões de qualidade com parâmetros
bem definidos

Promovendo uma imagem de qualidade
O modelo
agroquímico da
revolução verde
Água de
irrigação
Maquinaria e combustível
(derivados do petróleo)
Insumos químicos:
fertilizantes, pesticidas
(derivados do petróleo)
Trabalho rural assalariado
Terra usada para monocultura
Propriedade
Figura 1. A agricultura química vista
como caixa preta de resposta linear
Produto
N2
atmos.
minerais
do solo
O modelo agroecológico
serviços
públicos
água
biomassa,
aquíferos
Reserva
florestal
$
madeira
pessoas,
infraestrutura
Área
agrícola
Sol, vento,
chuva
insumos
urbanos
$
beneficiamento
$
produtos
agrícolas
$
produtos
pecuários
Pecuária
biomassa,
aquíferos
Área de
brejos
$
biomassa
água
limpa
Figura 2. A agricultura ecossistêmica, preservando funções ambientais e sociais
Subsistema do ecossistema
minerais
exíguos
ar e
oceanos
Energia
renovável
recursos de
petróleo, gás, carvão,
baixíssima
aquíferos fósseis,
renovabilidade
espécies da
minerais
recursos de
biodiversidade
lenta renovabilidade
madeira
recursos
produtos
Ecossistemas renováveis
industriais
naturais
infrasolo, água, ar,
estrutura
minerais abundantes
industrial
Ecossistemas
dominados pelo
homem
produtos do
subsistema humano
Figura 3. Os recursos disponíveis na biosfera, suas limitações e
importância na sustentabilidade do sistema humano
retro alimentação
materiais
novos
recursos
trabalho
produto
Energia
externa
processo
produtivo
região
O custo de
produção
energético
sistema maior
Transformidade =
Tr =
emergia solar
energia
=
energia solar necessária
produto que sai do subsistema
sej
J
Tr =
emergia solar
massa
Figura 4. Diagrama da conversão de energia em produto
=
sej
kg
fonte de
energia
fluxo
energia / área / tempo
J2
transformidade
Tr 2
fluxo e2
emergia / energia
emergia / área / tempo
A conversão dos fluxos
de energia e massa
em fluxos de emergia
processo de interação
Figura 6. Procedimento de cálculo de um fluxo emergético:
(1) Indicar o valor do fluxo nas suas unidades comuns: J 2
(2) Converter para unidades SI (J, kg): J2 (SI)
(3) Multiplicar pela transformidade correspondente (Tr2)
(4) Expressa-se o valor do fluxo em emergia (e2).
J3
J2
Conversão para
emergia usando
a transformidade
(fator de
equivalência)
Tr4
Tr3
Tr2
Energia
solar direta
J4
e2
e3
J5
Tr5
e4
e5
estoques
internos
Q
J1
e1
Recursos energéticos externos
em ordem de intensidade (e
renovabilidade)
produto (s)
EP
Agroecossistema
Emergia usada
Energia produzida =
Ji Tri
Ep
ei
=
Ep
Figura 5. Diagrama para explicar a conversão de fluxos de energia e
massa de diversas qualidades em fluxos de emergia (sej/área/tempo),
passíveis de serem agregados conforme sua origem e renovabilidade
O objetivo do procedimento usado:
agrupar fluxos conforme sua origem
N
R2
R1
M
S
estoque
interno
Q
interações
Figura 7. Diagrama resumido
$
$ vendas
Ep
Energia do produto
As fontes de energia e matéria do subsistema
R1 = Recursos renováveis diretos (sol, vento, chuva)
R2 = Uso de recursos renováveis indiretos (minerais
do solo, nitrogênio da atmosfera, água da bacia,
sedimentos, biodiversidade regional)
N = Recursos renováveis usados de forma não
renovável (solo, biodiversidade local, pessoas)
M = Insumos materiais da economia urbana
(geralmente de tipo não renovável)
S = Trabalho humano externo e serviços urbanos
Q = Estoques internos de energia (água, biomassa,
biodiversidade, pessoas, infraestrutura,
paisagem)
F = insumos da economia humana
M
S
I = Contribuições da natureza
N
F
I
Processo sistêmico
R
Y=I+F
Y energia consumida
Ep energia produzida
Figura 9. Nomenclatura dos fluxos de emergia
Densidade emergética: Y
Transformidade: Tr = Y/Ep
Taxa de rendimento emergético: EYR = Y/R
Taxa de investimento emergético: EIR = F/I
Porcentagem da renovabilidade: %R = 100(R/Y)
A nomenclatura
e os indicadores
Aplicação da metodologia
energética a um caso real:
o sitio Duas Cachoeiras





Perto de Campinas temos vários agricultores que
desenvolvem técnicas de agricultura biológica
Um deles atua em Amparo, desde 1985,
procurando um modelo de agro silvicultura
sustentável.
Tem interesse na pesquisa e no ensino
Está aberto a comunidade.
Participa da AAO e colabora com a Embrapa,
Unicamp e outras instituições
O procedimento de pesquisa





A primeira visita ao sitio foi em 1999, por
indicação de pesquisadores da Embrapa e da
Unicamp. Levei um grupo de alunos de um curso
de extensão.
Guaraci Diniz, o responsável do projeto do sitio
fez o curso de extensão no ano seguinte (2000).
A partir de 2001 começamos a descrição do
funcionamento ecossistêmico do sitio e fizemos
alguns cálculos parciais
Em 2002 publicamos o primeiro artigo
Em 2003 fizemos a analise global do sitio.
Diagrama
do sitio
Diagrama
resumido
Índices
Eficiência:
Tr = Y/Ep
Energia líquida:
EYR = Y/F
Investimento:
EIR = F/I
Renovabilidade
%R = 100(R/Y)
R3
Recursos
hídricos locais
(gratuitos)
R2
Elementos
químicos da
rocha e da
atmosfera
N = Energia não-renovável
da natureza
F = Feedback da economia ou retroalimentação (pode ser não-renovável)
N
Matéria orgânica
do solo perdido
por erosão
F=M+S
Materias, bens,
trabalho externo,
serviços.
Recursos hídricos
cobrados.
Pagamentos
R1
Energia solar
acumulada:
biodiversidade
regional
Q
$
Estoques Dinheiro
internos de
emergia
interações
R0
Energia solar
direta: radiação,
vento, chuva
Contribuição total da natureza
I=R+N
Principal e
juros ou lucro
$ vendas
Produto
Ep = Energia
do produto
agroecossistema
Energia renovável da natureza
R = R0 + R1 + R2 + R3
$
Investimento.
Custeio.
Energia degradada
Emergia incorporada
Y=I+F
Cálculos para analise do sitio: R1, R2
Nota Valor
Cálculo da contribuição
Recursos naturais renováveis.
1 Chuva
1,25 ( m3/m2/ano)*(1000kg/m3)*(5000J/kg)* 104m2/ha
2
4
Unidades
SI
5,0E+10 6,25E+10 J/ha/ano
Água da nascente
5475 ( m3/ano/29ha)*(1000kg/m3)* (5000J/kg)
3
conversão Valor
calculado
1,7E+05 9,44E+08 J/ha/ano
Nitrogênio
45 ( kg/ha/ano)
1,0
45,0 kg/ha/ano
Fósforo
5 ( kg/ha/ano)
1,0
5,0 kg/ha/ano
1,0
25,0 kg/ha/ano
0,48
4827,6 kg/ha/ano
5
Outros minerais
25 ( kg/ha/ano)
Ganho de recursos naturais renováveis.
6 Produção florestal: biomassa
10000 ( kg/ano)*(14ha/29ha)
7
Recuperação do solo agrícola
15000 ( kg/ha/ano)*(0,04kg matéria orgânica/kg solo) * (5400
kcal/kg)*(4187 J/kcal)
9,0E+05 1,4E+10 J/ha/ano
Cálculos para analise do sitio: N
Perda de recursos naturais não renováveis.
8 Erosão do solo agrícola
5000 ( kg/ha/ano)*(0,04kg matéria orgânica/kg solo) *
(5400 kcal/kg)*(4186J/kcal)
9,0E+05 4,5E+09 J/ha/ano
Cálculos para analise do sitio: M
Materiais da economia urbana (M):
Depreciação das instalações
9 Casarão
140 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/150anos
10
Casa do Guaraci
11
70 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos
Casa azul
70 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos
12
13
Moradia
63 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos
0,128
8,94 $/ha/ano
0,128
8,94 $/ha/ano
0,128
8,05 $/ha/ano
0,287
11,49 $/ha/ano
0,192
24,90 $/ha/ano
0,038
0,77 $/ha/ano
Refeitório
130 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$3,60/R$)/20anos
15
3,58 $/ha/ano
Salas de aulas/S. Bosque.
40 ( m2/29ha)*(600R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos
14
0,026
Escritório/Biblioteca
20 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/100anos
M
16
Oficina mecânica/marcenaria
162 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos
17
0,032
5,17 $/ha/ano
0,096
9,58 $/ha/ano
Estufas
500 ( m2/29ha)*(20R$/m2)*(US$/3,60R$)/8anos
0,024
11,97 $/ha/ano
Cerca
5000 ( m/29ha)*(12,30R$/m)*(US$/3,60R$)/3anos
0,039
196,36 $/ha/ano
Nascente
50 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos
0,032
1,60 $/ha/ano
Lago
250 ( m2/29ha)*(50R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos
0,032
7,98 $/ha/ano
0,064
6,39 $/ha/ano
0,125
7,47 $/ha/ano
0,001
2,59 $/ha/ano
0,096
1,15 $/ha/ano
Galpão de ovelhas
100 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos
18
19
20
21
22
Galpão de processamento de grãos
100 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos
23
Casa dos extratos
24
60 ( m2/29ha)*(260R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos
Projeto de capacitação
3000 ( US$/29ha)/40anos
25
Paiol de armazenamento
12 ( m2/29ha)*(200R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos
26
M
27
28
29
30
Fossa
3500 ( R$/29ha)*(US$/3,6R$)/10anos
0,001
3,35 $/ha/ano
Trator
40000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/20anos
0,0005
19,16 $/ha/ano
2600 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/10anos
0,001
2,49 $/ha/ano
Colméias
1800 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/1,5 ano
0,006
11,49 $/ha/ano
0,0006
0,38 $/ha/ano
0,0006
0,45 $/ha/ano
0,0006
0,13 $/ha/ano
400 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
0,0006
0,26 $/ha/ano
Carda
50 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/25anos
0,0004
0,02 $/ha/ano
0,0006
1,21 $/ha/ano
0,0019
11,49 $/ha/ano
Implementos do trator
Centrifugas
600 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
31
Geladeiras
700 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
32
Implementos para o mel
200 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
33
34
Tosquiador
35
Tecelagem
36
1900 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
Computador
6000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/5anos
37
Biblioteca
0,0004
1,92 $/ha/ano
38
5000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/25anos
Mobília escola
1000 (R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos
0,0006
0,64 $/ha/ano
Cálculos para analise do sitio: M
Insumos materiais da economia humana (M):
39 Combustível
4000 (litros/29ha)*(0,75kg/l)*(10000kcal/kg)*(4187J/kcal)/1
ano
40 Eletricidade
300 (kWh/ano)*(1/29 ha)*(1000W/kW)/(364*24*60)
41 Materiais de manutenção
1008 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$)
1,1E+06 4,3E+09 J/ha/ano
1,8E+07 5,4E+09 J/ha/ano
0,0096
9,66 $/ha/ano
Cálculos para analise do sitio: S
Serviços da economia humana (S):
Despesas anuais.
42 Mão de obra simples
43
1 (pessoa/29ha) * (3500 kcal/pessoa/dia) * (365 d/ano)
* 4186 J/kcal
1,8E+08 1,8E+08
2 (pessoas/10ha) *(3500 kcal/pessoa/dia) * (120 d/ano)
* 4186 J/kcal
1,8E+08 3,5E+08
Mão de obra familiar
3 ( pessoa/29ha) * (3500 kcal/pessoa/dia) * (365 d/ano)
* 4186 J/kcal
44
47
Seguros
0 R$/ano/29ha
Serviços privados (associação)
250 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$)
48
0,0096
25,86 $/ha/ano
0,0096
23,95 $/ha/ano
0,034
0,00 $/ha/ano
0,0096
2,39 $/ha/ano
0,0096
28,74 $/ha/ano
Serviços públicos: Impostos (estimativa)
2500 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$)
46
1,8E+08 5,5E+08 J/ha/ano
Manutenção
2700 ( $/29ha)*(US$/3,60R$)/1ano
45
5,4E+08 J/ha/ano
Telefone
3000 ( $/29ha)*(US$/3,60R$)/1ano
S
Amortização das despesas iniciais.
49 Serviços da divida
0 (US$/ha/ano)
50
0,0 $/ha/ano
4,5E+07
0,0 J/ha/ano
4,5E+07
0,0 J/ha/ano
Mão de obra durante a construção
0 (pessoas/29ha) * 90dias * (3500kcal/pessoa/dia) *
4186J/(kcal)
51
1,0
Administração no arranque
0 (pessoas/29ha) * 90dias * (2500kcal/pessoa/dia) *
4186J/(kcal)
Produtos
nota Produto
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
milho
girassol
óleo girassol
torta girassol
feijão
abóbora
mandioca
batata doce
arroz
soja
hortaliças
frutas
lã fiada
lã tapete
lã tecido
esterco
mel
própolis
cera
Soma párcial
20 aulas
21 pesquisa
Valores médios
ProduÁrea
tividade
plantada Produção
kg/ha
ha
3000
1
3000
1000
4
4000
300
4
1200
700
4
2800
900
0,43
387
3500
0,1
350
10000
1
10000
10000
0,05
500
2500
0,16
400
2400
0,084
200
30000
0,13
3900
10000
0,5
5000
50
0,72
36
50
0,48
24
50
1,2
60
7200
3
21600
1200
0,5
600
20
0,5
10
40
0,5
20
11,2
54087
4800
600
Unidades
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
h/ha/ano
h/ha/ano
Valor
calórico J/kcal Energia do
kcal/unid.
produto
3644 4186
4,58E+10
5843 4186
9,78E+10
9000 4186
4,52E+10
2692 4186
3,16E+10
3436 4186
5,57E+09
400 4186
5,86E+09
1111 4186
4,65E+10
1255 4186
5,25E+10
3504 4186
3,67E+10
3950 4186
3,97E+10
16 4186
2,01E+09
800 4186
3,35E+10
4500 4186
9,42E+08
4500 4186
9,42E+08
4500 4186
9,42E+08
5000 4186
1,51E+11
3125 4186
1,57E+10
5000 4186
4,19E+08
8000 4186
1,34E+09
125
125
4186
4186
%
7,4%
15,9%
7,3%
5,1%
0,9%
1,0%
7,5%
8,5%
5,9%
6,4%
0,3%
5,4%
0,2%
0,2%
0,2%
24,4%
2,5%
0,1%
0,2%
2,51E+09
0,4%
3,14E+08
0,1%
6,16E+11 100,0%
Preço
Vendas
(R$/kg)
R$
0,35
1.050
0,25
1.000
6,25
7.500
0,16
448
2,30
890
0,90
315
1,10
11.000
0,90
450
4,00
1.600
1,50
300
1,00
3.900
1,00
5.000
36,00
1.296
35,00
840
120,00
7.200
0,35
7.560
8,00
4.800
100,00
1.000
10,00
200
25,00
0,10
120.000
60
176.409
nota Contribuição
Tabela
Valor
Unidades
numérico
Recursos naturais renováveis (R)
1 Chuva
6,25E+10
2 Nascente e córrego
9,44E+08
3 Nitrogênio
45
4 Fósforo
5
5 Outros minerais
25
6 Produção florestal: biomassa
4828
Acumulo de estoques internos
7 Recuperação do solo agrícola
1,36E+10
Perda de recursos naturais não renováveis (N)
8 Erosão do solo agrícola
4,68E+08
Contribuições da economia urbana:
9 Depreciação das instalações
328,5
Consumo anual
39 Combustível
1,1E+09
40 Eletricidade
5,44E+09
41 Materiais para manutenção
9,7
Despesas anuais em trabalho humano local (L)
42 Mão-de-obra simples
5,36E+08
43 Mão-de-obra familiar
5,53E+08
Despesas anuais em serviços externos (S)
44 Manutenção
25,9
45 Impostos (predial+ambiental+vendas)
3,8
46 Seguros
0,0
47 Serviços privados (associação)
2,4
48 Telefone
28,7
49 Amortização das despesas iniciais
31,1
TOTAL
Transformidade
Fluxo de
emergia
%
US$/ha/a
sej/unidade sej/ha/ano
J/ha/ano
J/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
kg/ha/ano
1,82E+04
1,10E+05
4,60E+12
2,70E+12
1,71E+12
3,69E+11
J/ha/ano
7,38E+04
J/ha/ano
7,38E+04
$/ha/ano
3,7E+12
J/ha/ano
J/ha/ano
$/ha/ano
6,60E+04
4,00E+05
3,70E+12
J/ha/ano
J/ha/ano
4,00E+05
4,00E+05
$/ha/ano
$/ha/ano
$/ha/ano
$/ha/ano
$/ha/ano
varios
3,70E+12
3,70E+12
3,70E+12
3,70E+12
3,70E+12
varios
4,29E+15
1,14E+15
1,04E+14
2,07E+14
1,35E+13
4,28E+13
1,78E+15
0,50
0,13
0,01
0,02
0,00
0,00
0,21
1.158,68
307,43
28,06
55,95
3,65
11,55
481,45
1,00E+15
3,45E+13
3,45E+13
4,27E+15
1,22E+15
2,28E+15
7,15E+13
2,17E+15
3,57E+13
4,36E+14
2,14E+14
2,21E+14
3,40E+14
9,57E+13
1,42E+13
0,00E+00
8,86E+12
1,06E+14
1,15E+14
8,60E+15
0,12
0,00
0,00
0,41
0,14
0,27
0,01
0,25
0,00
0,05
0,02
0,03
0,04
0,01
0,00
0,00
0,00
0,01
0,01
1,00
270,58
9,33
9,33
1155,02
328,50
616,78
19,32
587,81
9,66
117,78
57,96
59,82
91,95
25,86
3,83
0,00
2,39
28,74
31,13
Resultados
da analise do
sitio
Produção e Vendas
52 Massa total
53 Energia total
54 Receitas
54087 kg/ha/ano
6,2E+11 J/ha/ano
176409 US$/ha/ano
Fluxos de emergia agregados
Recursos renováveis
Recursos não renováveis
Contribuição da natureza
Materiais
Serviços internos (mão-de-obra)
Serviços externos
Contribuição da economia
Emergia total
Índices emergéticos
Tr
Transformidade (media)
EYR Taxa de rendimento
EIR Taxa de investimento
%R Renovabilidade
EER taxa de intercambio (media)
R=
N=
I = R+N =
M=
S1=
S2=
F = M+S =
Y = I+F =
4,29E+15
3,45E+13
4,32E+15
3,50E+15
4,36E+14
3,40E+14
4,27E+15
8,60E+15
Valores considerando
renovável a mão-de-obra
13942
2,01
1,99
50
2,91
2,2
1,1
55
boa eficiência
ótimo valor
bom resultado
alta
normal
Outros resultados
Rentabilidade (Renda / Despesas):
1,19 (aceitável)
Trabalho familiar (5 pessoas / 29 ha):
0,17 (médio)
Escolaridade (universitário 2, médio 1, básico 2):
0,50 (alta)
Fluxos emergéticos anuais por hectare multiplicados por E13
I = Contribuições da natureza
F = insumos da economia humana
I=R+L+N
F=M+S
L
Mão-deobra local
N
Perda de solo
e biota
45
R
429
recursos
renováveis
Etiqueta de
certificação
3
M
materiais
350
384
Processo agrícola
e beneficiamento
477
S
serviços
externos
34
Y = I + F = 861
Massa produzida
Mp = 54087 kg
Energia produzida
Ep = 6,2E11 J
Índices emergéticos
Transformidade: Tr = Y/Ep = 13942 (alta eficiência)
Taxa de rendimento: EYR = Y/R = 2,2 (capta 120% de energia)
Taxa de investimento: EIR = F/I =1,1 (demanda pouco da sociedade)
Renovabilidade: %R = 100(R/Y) = 55% (padrão sustentável)
Empregabilidade: 5 pessoas/29 hectares (aceitável)
Resultados e discussão
Os indicadores emergéticos foram bons e mostram que:
(a) A propriedade está trilhando o caminho da
sustentabilidade;
(b) O impacto ambiental é quase nulo, podendo haver
regeneração do ecossistema;
(c) O sistema capta muita energia da natureza que
transfere aos consumidores;
(d) O investimento necessário é pequeno (o que é ótimo
em tempos de crise);
(e) Os produtos são saudáveis e baratos;
(f) Os índices de emprego são altos (número de
trabalhadores por hectare por ano).
Próximas etapas

O trabalho avançou muito mas consideramos que
a pesquisa deve continuar. Os resultados obtidos
devem ser considerados como preliminares

A metodologia será aprimorada com dados SIG
do sitio
O resultados serão comparados com os de sítios
da região
Pretendemos divulgar a pesquisa em publicações
e eventos (por exemplo: I Encontro Brasileiro de
Agroecologia, Porto Alegre, novembro de 2003).




Esperamos complementar e melhorar a
metodologia com os conhecimentos adquiridos
e as sugestões recebidas;
Maiores informações sobre a metodologia
usada podem ser encontradas no site do
Laboratório de Engenharia Ecológica da
FEA/Unicamp.
www.fea.unicamp.br/ortega/
Obrigado pela atenção dispensada