ILÊ MARIA KRAHL
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL, SUSTENTABILIDADE E EXERGIA:
IDENTIFICAÇÃO DE RELAÇÕES PERTINENTES
E DE
INDICADORES BASEADOS EM EXERGIA
Dissertação apresentada ao curso de Mestrado Profissional em Sistemas de Gestão
da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para obtenção do Grau de
Mestre em Sistemas de Gestão, Área de Concentração: Organizações e Estratégia.
Linha de Pesquisa: Meio Ambiente.
Orientador:
Profo. Dr. Marco Aurélio Cabral Pinto, D. Sc.
Niterói
2009
ILÊ MARIA KRAHL
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL, SUSTENTABILIDADE E EXERGIA:
IDENTIFICAÇÃO DE RELAÇÕES PERTINENTES
E DE
INDICADORES BASEADOS EM EXERGIA
Dissertação apresentada ao curso de Mestrado Profissional em Sistemas de Gestão
da Universidade Federal Fluminense como requisito parcial para obtenção do Grau de
Mestre em Sistemas de Gestão, Área de Concentração: Organizações e Estratégia.
Linha de Pesquisa: Meio Ambiente.
Aprovado em 25 de março de 2009.
BANCA EXAMINADORA
____________________________________________________
Profo. Dr. Marco Aurélio Cabral Pinto, D. Sc.
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – UFF
______________________________________________________
Profo. Dr. Fernando Toledo Ferraz, D. Sc.
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – UFF
________________________________________________________
Profo. Dr. Márcio Macedo da Costa, D. Sc.
BANCO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E SOCIAL – BNDES
ii
DEDICATÓRIAS
Para DEUS, Senhor da vida, que nos concedeu a vida e nos proveu de tudo.
Para JESUS, Deus Vivo, a quem incontáveis vezes invoquei em minha fraqueza.
Para minha mãe, VALESCA, In Memoriam, que me ensinou sobre amor e luz.
iii
AGRADECIMENTOS
A DEUS, pela força necessária para enfrentar todas as dificuldades encontradas ao
longo do meu caminho.
A Dra. Cândida Regina Machado da Costa, por seu cuidado intensivo e incentivo
constante.
A PETROBRAS, por patrocinar este trabalho.
Ao Prof. Marco Aurélio Cabral Pinto, por sua orientação acolhedora e objetiva.
A Maria Augusta Carneiro Ribeiro, Ouvidora da Petrobras, por todas as suas ações em
prol de me reintegrar ao trabalho profissional na Companhia.
A Heitor Cordeiro Chagas de Oliveira, da PESA RH, pelo acolhimento no RH da
Petrobras.
A Walter Brito e Humberto Matrangolo, pelo acolhimento na UP ECTAB e por terem
propiciado condições para execução deste trabalho.
Ao colega Helton Luiz Santana Oliveira do RH UP ET, por sua intervenção junto à UFF
para reativar minha participação neste mestrado.
Ao Profo. Osvaldo Luiz Gonçalves Quelhas e ao LATEC/UFF, pelo apoio para
realização desta segunda fase do mestrado.
Aos meus colegas do RH UP ECTAB, pelo acolhimento e convivência em todos os
momentos de minha readaptação profissional.
Ao colega Ricardo Pinto, pelo incentivo, pela leitura do texto e pelas excelentes
sugestões.
Ao colega Paulo Camargo, pela gentileza da formatação do trabalho.
Aos colegas Marcio Humberto, Bernardo e Marcio Moreira, pelo incentivo constante.
Ao colega João Batista Félix da Silva, pela paciência com o apoio nas encadernações.
As bibliotecárias do RH UP e dos SERVIÇOS COMPARTILHADOS, por sua ajuda
com a revisão bibliográfica.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS..............................................................................................
LISTA DE QUADROS............................................................................................
LISTA DE SÍMBOLOS, SIGLAS E ABREVIATURAS..........................................
LISTA DE ANEXOS...............................................................................................
RESUMO................................................................................................................
ABSTRACT............................................................................................................
viii
ix
x
xiii
xiv
xv
INTRODUÇÃO.......................................................................................................
1
CAPÍTULO I : O PROBLEMA E O MÉTODO.......................................................
4
I.1 Contextualização do tema..............................................................................
I.2 Identificação do problema..............................................................................
I.3 Objetivos..........................................................................................................
I.4 Justificativa e relevância................................................................................
I.5 Metodologia e delimitação do trabalho.........................................................
I.6 Estrutura da dissertação................................................................................
4
6
8
8
9
13
CAPÍTULO II : PRIMEIRO REFERENCIAL TEÓRICO – FUNDAMENTOS DE
GESTÃO................................................................................................................
14
II.1 Gestão ambiental...........................................................................................
II.1.1 Meio Ambiente e gestão ambiental...............................................................
II.1.2 Gestão ambiental global e regional...............................................................
II.1.3 Gestão ambiental nacional e local................................................................
II.1.4 Políticas públicas ambientais........................................................................
II.1.5 Gestão ambiental empresarial......................................................................
II.1.6 Sistemas de gestão ambiental......................................................................
II.1.7 Gestão ambiental, desenvolvimento sustentável e sustentabilidade............
II.2 Indicadores.....................................................................................................
II.2.1 Indicadores como instrumentos de gestão...................................................
II.2.2 Conceitos sobre indicadores.........................................................................
II.2.3 Indicadores ambientais.................................................................................
II.2.4 Indicadores de desenvolvimento sustentável e de sustentabilidade............
II.2.4.1 Indicadores gerais de desenvolvimento sustentável..................................
II.2.4.2 Indicadores de sustentabilidade empresarial.............................................
14
14
17
18
19
20
23
25
28
28
32
34
37
38
45
CAPÍTULO III : SEGUNDO REFERENCIAL TEÓRICO – FUNDAMENTOS DE
TERMODINÂMICA.................................................................................................
48
III.1 Energia...........................................................................................................
III.2 Eficiências energéticas................................................................................
III.3 Termodinâmica..............................................................................................
III.3.1 Conceitos básicos........................................................................................
III.3.2 A Lei Zero da termodinâmica.......................................................................
III.3.3 A Primeira Lei da termodinâmica.................................................................
48
51
54
54
58
58
v
SUMÁRIO
CAPÍTULO III : SEGUNDO REFERENCIAL TEÓRICO – FUNDAMENTOS DE
TERMODINÂMICA (Cont.)....................................................................................
48
III.3 Termodinâmica (Cont.).................................................................................
III.3.4 A Segunda Lei da termodinâmica................................................................
III.3.5 Entropia e geração de entropia....................................................................
III.4 Balanços em volume de controle................................................................
III.4.1 Balanço de massa em volume de controle..................................................
III.4.2 Balanço de energia em volume de controle.................................................
III.4.3 Balanço de entropia em volume de controle................................................
III.4.4 Volumes de controle em estado permanente..............................................
III.5 Exergia...........................................................................................................
III.5.1 Definindo exergia.........................................................................................
III.5.2 Ambiente e estados mortos.........................................................................
III.5.3 Componentes da exergia.............................................................................
III.5.4 Exergia física................................................................................................
III.5.5 Balanço de exergia......................................................................................
III.5.5.1 Balanço de exergia para sistema fechado................................................
III.5.5.2 Balanço de exergia em volume de controle..............................................
III.5.6 Exergia química...........................................................................................
III.5.6.1 Exergia química padrão............................................................................
III.6 Energia versus exergia.................................................................................
III.7 Eficiências exergéticas.................................................................................
III.8 Análise exergética.........................................................................................
54
62
66
71
71
71
72
72
73
73
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76
78
78
79
81
85
85
86
87
90
CAPÍTULO IV : DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL,
SUSTENTABILIDADE E EXERGIA......................................................................
93
IV.1 Meio ambiente, energia e exergia...............................................................
IV.1.1 A questão ambiental e o desenvolvimento sustentável...............................
IV.1.2 Conservação de energia..............................................................................
IV.1.3 Eficiência Energética...................................................................................
IV.1.4 Conservação de exergia..............................................................................
IV.2 Desenvolvimento sustentável e sustentabilidade: o debate e as
ambigüidades.......................................................................................................
IV.3 Exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável.........................
IV.4 Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: A
organização do debate entre 1995 e 2008.........................................................
IV.5 Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: Conclusões
sobre a organização do debate...........................................................................
IV.5.1 Áreas de trabalho........................................................................................
IV.5.2 Enfoque dado à sustentabilidade e à gestão...............................................
IV.6 Indicadores exergéticos de desenvolvimento sustentável e de
sustentabilidade...................................................................................................
IV.6.1 Indicadores gerais.......................................................................................
93
93
97
100
102
106
117
123
149
149
153
156
156
vi
SUMÁRIO
CAPÍTULO IV : DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL,
SUSTENTABILIDADE E EXERGIA (Cont.)..........................................................
IV.6 Indicadores exergéticos de desenvolvimento sustentável e de
sustentabilidade (Cont.)......................................................................................
IV.6.2 Indicadores com aplicação em gestão ambiental........................................
IV.6.3 Exemplo ilustrativo: Indicadores de sustentabilidade ambiental baseados
em exergia – Dewulf & Langenhove (2005)...........................................................
IV.7 Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: Análise da
literatura publicada entre 1995 e 2008...............................................................
IV.8 Conclusões....................................................................................................
93
156
158
158
163
178
CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................
181
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................
185
ANEXO...................................................................................................................
198
vii
LISTA DE FIGURAS
CAPÍTULO I
Figura I.1 – Publicações em exergia por ano....................................................
7
CAPÍTULO II
Figura II.1 – Dimensões da gestão ambiental...................................................
Figura II.2 – Gestão ambiental empresarial – Influências................................
Figura II.3 – Prevenção da poluição – Prioridades...........................................
Figura II.4 – Indicadores para a sustentabilidade empresarial........................
Figura II.5 – Equilíbrio dinâmico da sustentabilidade......................................
Figura II.6 – Pirâmede de informações..............................................................
16
21
22
26
27
35
CAPÍTULO III
Figura III.1 – Processos de conversão energética............................................
Figura III.2 – Sistema energético generalizado.................................................
Figura III.3 – Volume de controle em regime permanente com uma entrada
e uma saída...........................................................................................................
Figura III.4 – Sistema energético generalizado, considerando os fluxos de
exergia...................................................................................................................
51
52
83
89
CAPÍTULO IV
Figura VI.1 – Caracterização do uso total de energia como uma função da
intensidade do uso e da freqüência da atividade.............................................
Figura VI.2 – Os potenciais de eficiência energética........................................
Figura IV.3 – Triangulo interdisciplinar coberto pelo campo da análise
exergética..............................................................................................................
Figura IV.4 – Ilustração qualitativa da relação entre impacto ambiental e
sustentabilidade de um processo e sua eficiência exergética........................
Figura VI.5 – Trocas de massa e energia, perdas e transformações no ecosistema devido à implementação de um processo de produção (cadeia).....
99
101
121
122
160
viii
LISTA DE QUADROS
CAPÍTULO II
Quadro II.1 – Instrumentos de política pública ambiental – Classificação e
exemplos...............................................................................................................
Quadro II.2 – Principais critérios para geração de um indicador....................
Quadro II.3 – Tipos-chave de indicadores.........................................................
Quadro II.4 – Fases da gestão de indicadores..................................................
Quadro II.5 – Dimensão ambiental dos indicadores de desenvolvimento
sustentável do IBGE............................................................................................
Quadro II.6 – Dimensão social dos indicadores de desenvolvimento
sustentável do IBGE............................................................................................
Quadro II.7 – Dimensão econômica dos indicadores de desenvolvimento
sustentável do IBGE............................................................................................
Quadro II.8 – Dimensão institucional dos indicadores de desenvolvimento
sustentável do IBGE............................................................................................
Quadro II.9 – Indicadores de fluxo e estoque do Dashboard of
Sustainability........................................................................................................
20
29
30
31
40
41
41
42
44
CAPÍTULO III
Quadro III.1 – Comparação entre energia e exergia ........................................
Quadro III.2 – Eficiências energéticas e exergéticas........................................
87
90
CAPÍTULO IV
Quadro IV.1 – Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia:
Análise da literatura publicada entre 1995 e 2008...........................................
164
ix
LISTA DE SÍMBOLOS, SIGLAS E ABREVIATURAS
Símbolos
m
v
t
W
g
massa
velocidade
tempo
trabalho
aceleração da gravidade
z altura no campo gravitacional
E energia total
EC energia cinética
EP energia potencial
d diferencial de uma propriedade
T
temperatura
X propriedade extensiva
Xi propriedade extensiva do sistema i
n
M
número de moles
peso molecular
V
V
p
volume
U
u
u
H
h
energia interna
energia interna específica
volume molar
pressão
energia interna molar
entalpia
entalpia específica
.
W
Q
potência
calor
E exergia
E exergia total, exergia física
e exergia total específica
E D exergia destruída
.
E D taxa temporal de destruição de exergia
S entropia
s entropia molar
.
m fluxo mássico
x
LISTA DE SÍMBOLOS, SIGLAS E ABREVIATURAS
Letras gregas
η desempenho ou eficiência energética ou térmica
ε rendimento exergético
∆ diferença
∂ diferencial de uma não propriedade
ψ função
∑ somatório
∫ integral
∫ integral cíclica
Subscritos
b
i
j
e
s
D
o
fronteira de troca de calor
i-ésimo elemento de uma série
j-ésimo elemento de uma série
entrada
saída
destruição
denota a propriedade do estado morto restrito
A absorvido
R rejeitado
q calor
W trabalho
T total
VC volume de controle
H fonte quente (Hot)
C fonte fria (Cold)
Superescritos
FIS
CIN
POT
QUI
e
exergia física
exergia cinética
exergia potencial
exergia química
denota ambiente (environment)
xi
LISTA DE SÍMBOLOS, SIGLAS E ABREVIATURAS
Siglas e Abreviaturas
BID – Banco Interamericano de Desenvolvimento
BSI – British Standard Institution
CDS – Comissão para o Desenvolvimento Sustentável
CEBDS – Conselho Empresarial Brasileiro para o Desenvolvimento Sustentável
CGSDI – Consultive Group on Sustainable Development Indices
CMMAD / CMMD – Comissão Mundial para o Meio Ambiente e Desenvolvimento
CNUMAD – Conferência das Nações Unidas para o Meio ambiente e Desenvolvimento
COP – Coeficiente de performance
ECO-92 – Conferência das Nações Unidas sobre o Meio ambiente e Desenvolvimento
EMAS – Eco-Management and Audit Scheme
EOLSS – Encyclopedia of Life Support Systems
EPA – Environmental Protection Agency
FAO – Food and Agriculture Organization of the United Nations
FBDS – Fundação Brasileira para o Desenvolvimento Sustentável
FPNQ – Fundação para o Prêmio Nacional da Qualidade
GRI – Global Reporting Initiative
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
ICC – International Chamber of Commerce
IDH – Índice de Desenvolvimento Humano
INEP/MEC – Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira /
Ministério de Educação e Cultura
ISA – Índice de Sustentabilidade Ambiental
ISO – International Organization for Standardization
IUCN – International Union for the Conservation of Nature
MERCOSUL – Mercado Comum do Sul
NAFTA – North American Free Trade Agreement
ONU – Organização das Nações Unidas
OECD – Organization for Economic Co-operation and Development
ONG – Organização Não Governamental
PIB – Produto Interno Bruto
PDCA – Plan; Do; Check; Act
PNUMA – Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente
SGA – Sistema de Gestão Ambiental
TQEM – Total Quality Environmental Management
UNEP – United Nations Environmental Program
UN – United Nations
UNDP – United Nations Development Program
UNCSD – United Nations Commission on Sustainable Development
WBSCD – World Business Council for Sustainable Development
WCED – World Comission on Environment and Development
WWF – World Life Fund
xii
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1 – Folhas de rosto das revisões bibliográficas realizadas em
09.02.2009 na base ScienceDirect ..........................................................
198
xiii
RESUMO
O presente trabalho foi desenvolvido sob perspectiva ambiental, tendo-se em vista
conceitos de desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia e sua aplicação
às questões atuais que envolvem o meio ambiente global.
A motivação para o presente trabalho foi a ampliação da busca de conhecimento
acerca da propriedade exergia, mas, principalmente, acerca da aplicação deste
conceito em campos de interesse ambiental, diversos do campo puramente técnico da
análise de engenharia.
Foi considerado promissor conhecer o potencial da base de dados bibliográfica
ScienceDirect, disponível on line na Petrobras e desenvolver abordagem revisional
sobre o debate atual em torno dos temas desenvolvimento sustentável,
sustentabilidade e exergia, mesmo que preliminar. Esta abordagem será qualificada
para adentrar o campo e poderá vir a ser de interesse de outros pesquisadores em
geral.
Foi estabelecido como objetivo para o trabalho a identificação de relações qualitativas
ou quantitativas entre exergia e desenvolvimento sustentável e/ou exergia e
sustentabilidade.
Mais precisamente buscou-se identificar indicadores baseados em exergia e
postulados para acompanhamento ou mensuração do desenvolvimento sustentável ou
da sustentabilidade.
Adicionalmente, buscou-se identificar conexões das metodologias baseadas em
exergia com gestão, principalmente com gestão ambiental.
A análise da literatura indicou que existe relação qualitativa entre exergia e
desenvolvimento sustentável e entre exergia e sustentabilidade de processos e/ou
sistemas. Esta relação, embora alvo de debates, não foi ainda quantitativamente
especificada.
Observou-se, ainda com base na literatura revisada, que existe relação entre exergia e
gestão, sendo vários os indicadores propostos que usam exergia como base para a
mensuração da sustentabilidade de processos e/ou sistemas. Em particular, verificouse que existe relação entre exergia e gestão ambiental.
Palavras chave: desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia.
xiv
ABSTRACT
The present work was developed under the environmental perspective and it was
focused on the concepts of sustainable development, sustainability and exergy and the
use of these concepts in actual issues related to global environment.
The motivation for this work was not only an effort to enlarge the knowledge about
exergy property but mainly about its application in environmental areas of interest,
which differs from the purely technical area of engineering analysis.
Being aware of the potential of the Science Direct bibliographic database, which can be
found online at Petrobras, was considered promising. It was also considered promising
to count on a revisionist approach about the actual debate around sustainable
development, sustainability and exergy, even if it is preliminary. This approach will
enable a future deeper research in this area and it may attract other researchers´
interest.
It was considered as the main objective of the work to identify qualitative relations or
quantitative relations between exergy and sustainable development and/or exergy and
sustainability. More precisely, it was important to identify indicators based on exergy
and postulated to observe or measure the sustainable development or the
sustainability.
Moreover, a connection between the methodologies based on exergy with
management, mainly with environmental management was tried to be identified.
One can conclude, based on the literature reviewed, that there is a qualitative relation
between exergy and sustainable development and between exergy and sustainability
of processes and/or systems. Although this relation is a subject of discussions, it has
not been quantitatively specified yet. In addition, it was observed that there is a relation
between exergy and management, especially between exergy and environmental
management, with several proposed indicators that use exergy as the base for the
measurement of sustainability of processes and/or systems.
Key-words: sustainable development, sustainability and exergy.
xv
INTRODUÇÃO
O presente trabalho foi desenvolvido sob perspectiva ambiental, tendo-se em
vista conceitos de desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia, e
sua aplicação às questões atuais que envolvem o meio ambiente global.
O conceito de desenvolvimento sustentável tem ocupado atenção significativa
das comunidades acadêmicas, industriais, regulatórias, governamentais e de
consumidores.
O Relatório Brundtland e a ECO 92 (Rio de Janeiro, 1992) tiveram o mérito de
realçar a interdependência de aspectos sociais, econômicos e ambientais,
indicando o desenvolvimento sustentável como a solução para fomentar o
progresso sócio-econômico, enquanto protege o meio ambiente de suporte à
vida.
A Comissão Brundtland ofereceu a definição popular de desenvolvimento
sustentável como “desenvolvimento que atende às necessidades do presente
sem comprometer a possibilidade de as gerações futuras atenderem a suas
próprias necessidades” (CMMAD, 1988). A Eco 92 propagou o
desenvolvimento sustentável como a chave para integrar as principais
dimensões do desenvolvimento – social, econômica e ambiental – no
planejamento e na elaboração de políticas.
Em conseqüência, desenvolvimento sustentável, atuação responsável, gestão
ambiental, e responsabilidade social deixaram de ser atividades meramente
pedantes para se tornar aspectos estratégicos sérios em quase todas as
indústrias. Investidores institucionais também têm adotado diversas medidas
internas e externas para determinar os riscos associados com empréstimos a
indústrias perigosas tais como plantas de potência, refinarias e plantas
químicas. Em resposta, as corporações enfatizaram a sustentabilidade em
processos de gestão interna.
O uso mundial de energia aumentou enormemente ao longo do último século.
Isto é resultado da crescente população mundial multiplicada pelo uso de
energia crescente por pessoa. O papel do consumo de energia na
sustentabilidade e no desenvolvimento sustentável é central.
O papel do setor de energia nas dimensões social, econômica e ambiental é
crucial para o desenvolvimento de um país. Recursos energéticos e sua
utilização estão intimamente relacionados com desenvolvimento sustentável.
Para atingir o desenvolvimento sustentável, o aumento das eficiências
energéticas dos processos desempenha um papel central.
Conceitos e métodos de análise termodinâmicos (energia e exergia) tem sido
utilizados em uma variedade de disciplinas com interesse em sustentabilidade
ambiental, incluindo ecologia, economia e engenharia.
1
A exergia tem sido vista como um componente chave para uma sociedade
sustentável, e nos últimos anos a análise exergética tem sido amplamente
utilizada no design, simulação e avaliação da performance de sistemas
térmicos e termoquímicos.
A exergia (ou energia disponível) é uma propriedade termodinâmica de um
sistema que tem sido amplamente utilizada por engenheiros para estudar e
melhorar a eficiência de processos térmicos e químicos. O termo foi cunhado
em meados dos anos 50 por Z. Rant. Ao longo dos últimos anos, exergia
também ganhou popularidade entre engenheiros e ecologistas para o estudo
de sistemas humanos complexos tais como sociedades e setores econômicos.
Exergia é definida como o máximo trabalho que pode ser extraído de um
sistema quando este sistema se move em direção ao equilíbrio termodinâmico
com um estado de referência. Deste modo, a exergia de uma forma de energia
é um tipo de energia livre de entropia que pode ser percebida como uma
medida de sua utilidade ou qualidade ou potencial para causar mudança.
Exergia, em contraste com energia, não está sujeita à lei da conservação,
exceto para processos reversíveis ou ideais, mas é preferivelmente consumida
ou destruída devido às irreversibilidades, inevitáveis dentro de qualquer
processo real.
De fato, o conceito de exergia deriva de uma combinação das duas primeiras
leis da termodinâmica desde que é uma medida da quantidade (Primeira Lei) e
da qualidade (Segunda Lei) de diferentes fontes de energia.
A contabilização da exergia é uma metodologia útil que pode prover
discernimento sobre o metabolismo de um sistema (materiais, energia e em
alguns casos trabalho e capital) e sobre o efeito do sistema no meio ambiente
usando um denominador comum. A exergia pode então exercer um papel
significativo para o desenvolvimento de políticas em planejamento energético e
desenvolvimento sustentável já que ela:
•
•
•
pode endereçar o impacto da utilização de energia no meio ambiente;
é ideal para o design e análise de sistemas energéticos já que sua
metodologia combina a conservação da massa e energia com a
Segunda Lei da Termodinâmica;
quantifica perdas de energia e energia residual de modo que pode
prover informações importantes para o uso mais eficiente de recursos.
Central à análise exergética está o conceito de eficiência exergética. De modo
geral, um aumento na eficiência exergética de um processo e/ou sistema
implica uma queda do impacto ambiental (conversão de exergia com menos
perdas) e um aumento na sustentabilidade (o processo se aproxima da
reversibilidade) do processo e/ou sistema.
Os objetivos gerais deste estudo foram: (i)identificar relações qualitativas ou
quantitativas entre exergia e desenvolvimento sustentável e/ou entre exergia e
sustentabilidade e (ii) identificar indicadores baseados em exergia e postulados
2
para acompanhamento ou mensuração da sustentabilidade de processos e
sistemas.
O objetivo específico do estudo foi identificar conexões das metodologias
baseadas em exergia com gestão, principalmente com gestão ambiental.
Para atingir esses objetivos, foi utilizada uma metodologia exploratória
realizando um survey da literatura, utilizando como palavras-chave exergia,
sustentabilidade e desenvolvimento sustentável (em inglês: exergy,
sustainability, sustainable development). Para a realização do survey foi
utilizada a base de dados ScienceDirect da Elsevier, disponibilizada on line
pela Petrobras.
Como conclusão principal foi identificado na literatura que o debate evidencia a
proposição de que existe uma relação direta da sustentabilidade com a
eficiência exergética de processos e/ou sistemas, que ainda é qualitativa, ou
seja, proposta mas não especificada de forma quantitativa.
Adicionalmente, foram identificados vários indicadores propostos e postulados
para o acompanhamento ou mensuração da sustentabilidade de processos
e/ou sistemas, que foram enumerados.
Foram também identificadas conexões das metodologias baseadas em exergia
e propostas para a mensuração da sustentabilidade de processos e/ou
sistemas com gestão, e, em particular, com gestão ambiental.
A análise exergética, através de diversas metodologias, tem sido utilizada para
mensurar sustentabilidade de processos e/ou sistemas e é proposta como
ferramenta de auxílio à decisão.
3
I. O PROBLEMA E O MÉTODO
I.1 Contextualização do tema
Na década de 70 a relação entre energia e economia era central. Nessa época,
o vínculo entre energia e o meio ambiente não era foco de atenção. Foi na
década de 80 que o vínculo entre utilização de energia e o meio ambiente foi
reconhecido, à medida que os problemas ambientais, tais como chuva ácida,
depleção de ozônio e mudança climática global se tornaram proeminentes
(DINCER & ROSEN, 2007).
A produção, transformação, transporte e uso de energia impactam o meio
ambiente. Os impactos ambientais estão associados com emissões térmicas,
químicas e nucleares, e são uma conseqüência necessária de processos que
beneficiam a humanidade (DINCER & ROSEN, 2007).
A natureza não sustentável das atividades humanas levou à formulação do
conceito de desenvolvimento sustentável e a esforços em prol do
desenvolvimento de métodos para realizá-lo (DINCER & ROSEN, 2007).
A realização do desenvolvimento sustentável envolve o uso de recursos,
particularmente de recursos energéticos. Atingir o desenvolvimento sustentável
requer que recursos energéticos sustentáveis sejam utilizados, e que esta
utilização seja eficiente (DINCER & ROSEN, 2007).
Porém, além da energia, outros fatores contribuem para alcançar o
desenvolvimento sustentável. Por exemplo, para que o desenvolvimento seja
sustentável (DINCER & ROSEN, 2007):
•
•
•
ele precisa satisfazer as necessidades e aspirações da sociedade;
ele precisa ser ambiental e ecologicamente benigno;
suficientes recursos (naturais e humanos) devem estar disponíveis.
O segundo ponto reforça a importância de aspectos ambientais no
desenvolvimento sustentável. Claramente, atividades que continuamente
degradam o meio ambiente não são sustentáveis ao longo do tempo, enquanto
aquelas que têm pequeno ou nenhum impacto sobre o meio ambiente são mais
propensas a contribuir para o desenvolvimento sustentável (DINCER &
ROSEN, 2007).
Métodos exergéticos são importantes já que são úteis para aumentar a
eficiência. As relações entre exergia e energia e entre exergia e meio ambiente
tornam claro que exergia está diretamente relacionada com desenvolvimento
sustentável (DINCER & ROSEN, 2007).
Exergia é um conceito físico que quantifica a utilidade ou valor da energia,
material e informação em uma medida que é ao mesmo tempo descritiva e útil.
O conteúdo exergético está provavelmente correlacionado mais fortemente
4
com dano ambiental do que a massa. A associação da exergia com valor e
potencial de dano sugere que a exergia apresenta um grande potencial como
indicador ecológico (GONG & WALL, 2001).
Muitos pesquisadores sugerem que a mitigação do impacto ambiental
resultante da utilização de recursos energéticos e o alcance de eficiências de
utilização de recursos aumentadas são melhor consideradas pelo uso de
exergia (DINCER & ROSEN, 2007).
Desde que o impacto ambiental e a melhoria das eficiências são tópicos
críticos no alcance do desenvolvimento sustentável, a exergia também aparece
para prover a base para o desenvolvimento de metodologias que incluem a
sustentabilidade (DINCER & ROSEN, 2007).
A exergia de uma forma de energia ou de uma substância é uma medida da
sua utilidade ou qualidade ou potencial para causar mudança. Isto sugere que
a exergia pode ser ou prover a base para uma medida efetiva do potencial de
uma substância ou forma de energia em impactar o meio ambiente (DINCER &
ROSEN, 2007).
O uso de uma clara definição de ‘sustentável’, e uma medida não ambígua
como exergia em combinação com diagramas de fluxo de exergia exibindo
inputs e outputs constituiria um grande avanço sobre as práticas correntes
(GONG & WALL, 2001).
Dincer (2002) relatou os vínculos existentes entre energia e exergia, exergia e
meio ambiente e energia e desenvolvimento sustentável. Ele enumerou os
seguintes pontos chave para ressaltar a importância da exergia e de sua
utilização:
(a) a exergia é um instrumento primário para melhor endereçar o impacto
da utilização de recursos energéticos no meio ambiente;
(b) exergia é um método efetivo que utiliza os princípios de conservação da
massa e da energia conjuntamente com a Segunda Lei da
termodinâmica para o design e análise de sistemas energéticos;
(c) exergia é uma técnica apropriada para perseguir a meta de uso mais
eficiente de recursos de energia, já que permite determinar a
localização, tipos e verdadeiras magnitudes de resíduos e perdas;
(d) exergia é uma técnica eficiente em revelar se é ou não possível, e por
quanto, projetar sistemas energéticos mais eficientes através da
redução das ineficiências nos sistemas existentes;
(e) exergia é um componente chave para obter o desenvolvimento
sustentável;
(f) exergia tem um papel crucial em atividades de formulação de políticas.
Estas assertivas de Gong & Wall, Dincer e Dincer & Rosen fazem parte de um
debate acadêmico em que a relação entre exergia e desenvolvimento
sustentável e/ou entre exergia e sustentabilidade é o foco central.
5
Este trabalho centra-se nesse foco, ou seja, nas relações entre exergia e
desenvolvimento sustentável e/ou entre exergia e sustentabilidade.
É bem sabido que se tem feito amplamente uso de indicadores de
desenvolvimento sustentável (AMARAL, 2003; MARTINS, 2006). Vários
conceitos estão relacionados à formulação, seleção e uso de tais indicadores.
O propósito da maioria dos indicadores é indicar se um desenvolvimento está
próximo ou afastado da sustentabilidade (GONG & WALL, 2001).
Com o objetivo de sedimentar as possíveis relações entre exergia e
desenvolvimento sustentável e/ou exergia e sustentabilidade é plausível
verificar a existência de proposições e formulações, conceituais ou
operacionais, de indicadores para desenvolvimento sustentável e /ou
sustentabilidade baseados em exergia.
Esta é a base do presente tema de estudo.
I.2 Identificação do problema
Após as crises mundiais do petróleo de 1973 e 1979, houve uma busca por
parte da comunidade técnica internacional em duas vertentes principais: a
primeira, encontrar outras fontes de energia em substituição aos combustíveis
fósseis, e a segunda, a melhor utilização da energia consumida, e que ficou
popularmente conhecida por conservação de energia. Nas décadas de 70 e 80,
a conservação de energia no mundo passou a ser a principal meta a ser
alcançada. Houve um ganho significativo nos índices energéticos,
particularmente no setor industrial. Neste mesmo período, a análise exergética
começava a ser estudada e discutida nos principais centros de referência
internacionais (TORRES, 2001).
Alguns autores citam trabalhos de revisão bibliográfica sobre exergia
originados do interesse em acompanhar a evolução da aplicação do conceito a
novas áreas de pesquisa.
Torres (2001) cita trabalhos enfocando a análise exergética e alguns novos
métodos de sua aplicação: Tribus e Evans, 1962; Gaggioli, 1963;
Haywood,1974; Kotas, 1985; Szargut, 1988; e El-Sayed e Gaggioli,1989.
Costa (2002) faz um breve resumo acerca da abrangência da aplicação da
análise exergética:
“- Até hoje a utilização mais profícua e extensiva da análise exergética
se deu nos estudos e projetos de otimização de sistemas térmicos,
principalmente para equipamentos industriais (Gyftopoulos et al., 1974;
van Gool,1992; Valero et al., 1996);
- Uma outra vertente de autores da área aplicou o método de
contabilidade exergética para fluxos energéticos e materiais das
6
economias nacionais (Wall, 1990; Schaeffer e Wirtshafter, 1992; Wall et
al., 1994);
- Trabalhos que, a partir do método de consumo exergético cumulativo
(Szargut, 1987), realizam Análises do Ciclo de Vida com base na
contabilidade exergética dos fluxos de energia e materiais, incluindo
poluentes (Bísio, 1993; Ayres et al., 1996; Michaelis et al., 1998; Costa
et al., 2001);” (COSTA, 2002, p. 6).
Wall (2008) mantém na internet uma página permanente referente a estudos
avançados utilizando exergia.
Na página, é apresentada uma base de referências bibliográficas referentes ao
conceito de exergia e sua aplicação. Esta base contém cerca de duas mil
(2000) publicações, a maioria das quais são referências diretas ao conceito de
exergia, publicadas em torno de 1992. Wall situa o objetivo desta bibliografia
como sendo o de configurar uma base de dados em exergia, visando, além
disso, ser subsídio para aqueles estudiosos que trabalham com o conceito de
exergia ou que desejam penetrar o campo (WALL, 2008).
Wall (2008) cita outras bibliografias de interesse: Wepfer, 1979, que cobre
quatrocentas e quatro (404) publicações européias disponíveis antes de 1977;
Fratzcher & Beyer, 1981: duzentas e noventa e seis (296) publicações; e Liu &
Wepfer, 1983: trezentas e cinqüenta e seis (356) publicações, principalmente
após 1977. Apresenta ainda um gráfico ilustrando o número de publicações
anuais durante o período de 1940 a 1992, reproduzido na Figura I.1 abaixo
(WALL, 2008).
Figura I.1 – Publicações em exergia por ano (Fonte: Wall (2008))
7
Desse modo, o interesse pelo assunto não é novo e a técnica da revisão
bibliográfica já foi extensivamente aplicada.
Portanto, foi considerado promissor conhecer o potencial da base de dados
bibliográfica ScienceDirect, disponível on line na Petrobras e contar com uma
abordagem revisional sobre o debate atual em torno de exergia,
desenvolvimento sustentável e sustentabilidade, visando identificar se existem
relações qualitativas ou quantitativas entre esses temas. Esta abordagem será
qualificada para adentrar o campo e poderá vir a ser de interesse de outros
pesquisadores em geral.
I.3 Objetivos
Foram estabelecidos os seguintes objetivos para o estudo:
Objetivos gerais:
Identificar relações qualitativas ou quantitativas entre exergia
desenvolvimento sustentável e/ou entre exergia e sustentabilidade.
e
Identificar indicadores baseados em exergia e postulados para
acompanhamento ou mensuração do desenvolvimento sustentável ou da
sustentabilidade.
Objetivo específico:
Identificar conexões das metodologias baseadas em exergia com gestão,
principalmente com gestão ambiental.
I.4 Justificativa e relevância
A exergia é o mais geral dos potenciais termodinâmicos (EVANS, 1969 apud
COSTA, 2002) e pode ser usada para contabilizar, com base em uma única
medida, os vetores energéticos, insumos materiais, produtos e poluentes
(WALL, 1977; SZARGUT et al.,1988 apud COSTA, 2002).
O desenvolvimento de sistemas térmicos que utilizem eficientemente energia
como óleo combustível, gás natural e carvão é evidente. O uso eficiente desses
insumos é determinado através da Primeira e da Segunda Lei da
Termodinâmica. A energia entrando em um sistema térmico com calor,
eletricidade, fluxos mássicos, etc. é computada nos produtos e subprodutos do
sistema. A primeira lei estabelece que a energia não pode ser destruída,
porém, para o projeto e análise de sistemas térmicos, a idéia de que algo pode
ser destruído é útil. A idéia de degradação não se aplica à energia mas à
8
exergia, um conceito
(KOTAS,1985).
derivado
da
Segunda
Lei
da
termodinâmica
O método da análise de exergia é útil para atingir o objetivo do uso mais
eficiente dos recursos energéticos, já que ele determina a localização, causa e
real magnitude das perdas. Esta informação pode ser usada no projeto de
novos e eficientes sistemas energéticos e para aumentar a eficiência de
sistemas existentes. A análise exergética também permite visões que
transcendem uma avaliação com base somente na Primeira Lei. Assim, a
análise exergética diferencia-se da análise energética. A análise de viabilidade
técnica e econômica passa necessariamente pelo conhecimento de exergia e
análise exergética. A otimização dos processos de conversão de energia
existentes nos sistemas térmicos passa necessariamente pela aplicação da
Análise Exergética e Termoeconômica (KOTAS,1985).
Além das quantidades de energia, determinadas nos balanços energéticos de
cada processo, a qualidade da energia, a disponibilidade e as irreversibilidades
geradas são consideradas na análise exergética. De um ponto de vista físico,
torna-se possível verificar as eficiências e perdas exergéticas das atividades
econômicas na transformação dos materiais, no consumo de bens e na
prestação de serviços (COSTA, 2002).
Costa (2002) frisa que apesar dos recentes desenvolvimentos, a análise
exergética ainda é marginal em relação a outros métodos consagrados da
análise energética, citando razões variadas, desde a desinformação geral
sobre o método até a dificuldade de obtenção de dados apropriados.
Daí a motivação para este trabalho: aumentar o conhecimento sobre a
propriedade exergia, identificar as relações entre exergia e sustentabilidade de
processos e/ou sistemas e entre exergia e desenvolvimento sustentável, e
identificar indicadores baseados em exergia e postulados para
acompanhamento ou mensuração da sustentabilidade de processos e/ou
sistemas e/ou do desenvolvimento sustentável.
I.5 Metodologia e delimitação do trabalho
Martins (2006) apresenta uma síntese acerca da classificação das pesquisas
com base em Gil (2002 apud MARTINS, 2006). Segundo Martins, são os
objetivos gerais que norteiam o trabalho que determinam a classificação das
pesquisas em três grandes grupos: exploratórias, descritivas e explicativas. Já
quanto aos procedimentos técnicos utilizados, é o procedimento para coleta de
dados que define o tipo de pesquisa quanto ao seu delineamento em dois
grandes grupos: aqueles que utilizam fontes de ‘papel’ e aqueles cujos dados
são fornecidos por pessoas. A pesquisa bibliográfica e a pesquisa documental
estão no primeiro grupo (MARTINS, 2006).
Com base na síntese de Martins (2006), este trabalho classifica-se quanto aos
seus objetivos como pesquisa exploratória, pois baseia-se na busca da
9
identificação da orientação conferida na prática acadêmica ao uso da
propriedade exergia na determinação da sustentabilidade, ou em enfoques
dados a exergia e desenvolvimento sustentável.
Quanto ao delineamento, este trabalho classifica-se como pesquisa
bibliográfica, pois é baseado em materiais já elaborados, objetivamente livros,
teses e artigos técnicos científicos.
Quanto à metodologia para obtenção de dados e relato de resultados da
pesquisa bibliográfica foi utilizado o survey.
O Macmillan English Dictionary for Advanced Learners (2007) apresenta entre
os possíveis significados da palavra survey o seguinte: “noun 4 a general
examination of a subject or situation : The essay begins with a survey of the
relevant literature” (MACMILLAN, 2007, p. 1509).
Houaiss (2005) apresenta para a palavra survey a seguinte tradução:
“s. exame, vistoria, inspeção; levantamento (tb.
topográfico); planta, mapa, sumário, esboço, descrição / vt.
Examinar; estudar; observar cuidadosamente; reconhecer;
inspecionar, vistoriar; fazer o levantamento topográfico de;
demarcar, nivelar/ vi. Fazer levantamento topográfico”
(HOUAISS, 2005, p. 773).
O Instituto Nacional de Estudos e Pesquisas Educacionais Anísio Teixeira –
INEP/MEC (2008) em sua página na internet qualifica o survey como uma
técnica estatística e o conceitua como “levantamento de dados e de
informações sobre uma determinada realidade ou um determinado fenômeno,
para proceder a um diagnóstico e a uma análise”.
A palavra survey apresenta vários possíveis significados quando aplicada a
diferentes áreas de pesquisa. Quando empregada pela Academia, um artigo
survey é definido como a publicação escolar que tem o objetivo de sumarizar
uma área de pesquisa. Um artigo survey é, portanto, um artigo que é um
trabalho de síntese, publicado através de canais usuais (um jornal erudito ou
volume coletivo, como anais de congresso ou coleção de ensaios).
Um artigo survey diferencia-se de trabalhos de pesquisa usuais por duas
razões: não é apresentado como pesquisa original do autor, mas como um
survey ou sumário de um campo de pesquisa; e não é necessariamente
submetido ao mesmo grau atento de revisão que um artigo científico sofre. O
tratamento dado ao assunto em um artigo survey é freqüentemente mais
superficial do que seria aceitável num livro. Sua amplitude pode estar situada
entre um ensaio pessoal ou um artigo para enciclopédia. A intenção é dar
acesso rápido a material reunido de diversos artigos.
10
O presente trabalho foi realizado através de um survey, conforme definido por
MacMillan (2007), cujo instrumento de pesquisa foi a revisão bibliográfica
através da internet com base nas palavras-chave exergy, sustainability e
sustainable development. Foi utilizada como base de dados principal a base de
dados bibliográfica ScienceDirect (http://www.sciencedirect.com) mantida pela
Editora Elsevier B.V., assinada e disponibilizada on line pela Petrobras, da qual
é possível recuperar referências bibliográficas de artigos científicos publicados
no período de 1823 até o presente, a partir de periódicos indexados por esta
base.
A base ScienceDirect contém em torno de 25% da produção científica mundial
em áreas científica, tecnológica e médica. Em 08/02/2008, a base registrava
oito milhões setecentos e sessenta e um mil e quatrocentos e três (8.761.403)
artigos. A base compila e-livros, trabalhos de referência, handbooks e uma
coleção de jornais acadêmicos de cerca de dois mil e seiscentos (2 600) títulos.
A técnica de recuperação utilizou três palavras-chave: exergy, sustainability e
sustainable development. Foi fixado o intervalo de tempo do período coberto
pela base (1823-2008) e foi utilizada a modalidade de pesquisa Advanced
Search – operação de pesquisa avançada na base bibliográfica ScienceDirect
– e o modo de recuperação sort by date – enumeração das referências por
data de publicação. Na modalidade de pesquisa Advanced Search as palavraschave são pesquisadas no abstract, no título e nas palavras-chave indexadas
na referência.
Aplicação da metodologia
Primeira Etapa da Revisão Bibliográfica
Em 08/02/2008 foi executada a primeira etapa da revisão bibliográfica na base
bibliográfica on line ScienceDirect, utilizando a palavra-chave exergy e
realizando etapas de Advanced Search na opção sort by date fixando
diferentes intervalos temporais. As recuperações estão abaixo relatadas:
a) Período 1823 – 2008 : Foram recuperadas 1.387 (um mil trezentas e
oitenta e sete) referências.
b) Período 1823 – 2008 discriminado nos seguintes intervalos temporais
(uma etapa de Advanced Search para cada intervalo temporal):
i.
ii.
iii.
iv.
v.
vi.
vii.
1822-1955 : Sem recuperações.
1956-1960 : Sem recuperações.
1961-1970 : 1 (uma) referência.
1971-1980 : 27 (vinte e sete) referências.
1981-1990 : 108 (cento e oito) referências.
1991-2000 : 385 (trezentas e oitenta e cinco) referências.
2001-2008 : 866 (oitocentas e sessenta e seis) referências.
11
Como pode ser visto, o número de referências recuperadas para a palavrachave exergy é muito grande, necessitando por isso uma estratégia de
refinamento, que foi aplicada na segunda e na terceira etapas da revisão
bibliográfica.
Segunda Etapa da Revisão Bibliográfica – Revisão específica
Em 27/02/2008, foi executada uma pesquisa em uma única etapa de Advanced
Search utilizando-se como palavras-chave exergy e sustainability para o
período 1823 – presente. Foram obtidas quarenta e uma (41) recuperações na
opção sort by date.
Em 28/07/2008, esta pesquisa foi repetida obtendo-se quarenta e cinco (45)
recuperações na opção sort by date.
Terceira Etapa da Revisão Bibliográfica – Revisão específica
Em 11/09/2008, foi executada uma nova pesquisa em uma única etapa de
Advanced Search utilizando-se como palavras-chave exergy e sustainable
development para o período 1823 – presente. Foram obtidas trinta e cinco (35)
recuperações na opção sort-by-date.
A sobreposição com a pesquisa anterior, palavras-chave exergy/sustainability,
revelou treze (13) recuperações repetidas, restando vinte e duas (22)
recuperações inéditas.
No total das duas pesquisas feitas foram obtidas para análise sessenta e sete
(67) recuperações, que foram ordenadas por data de publicação e analisadas.
Após a análise, cinqüenta e seis (56) referências foram identificadas como
procedentes (congruentes com o tema) e compõem o survey.
A análise feita sobre cada artigo visou identificar sempre que possível os
seguintes pontos básicos:
•
•
•
•
•
o uso técnico dado à função exergia;
o conceito de sustentabilidade ou desenvolvimento sustentável evocado;
as relações entre exergia e desenvolvimento sustentável ou
sustentabilidade;
os indicadores baseados em exergia postulados e/ou utilizados no
trabalho;
a relação do que é proposto no trabalho com gestão, procurando
identificar que tipo de gestão está implícita ou explícita no trabalho e
especialmente os casos em que a gestão ambiental é utilizada ou é
potencial.
12
As avaliações dos artigos considerados procedentes compõem o survey
propriamente dito (Capítulo IV, itens IV.4, IV.5 e IV.6). A análise das referências
procedentes está sumarizada no Quadro IV.1 (Capítulo IV, item IV.7).
I.6 Estrutura da dissertação
Inicialmente é apresentada uma breve introdução abrangendo uma visão geral
do trabalho.
O corpo do trabalho foi, então, dividido em quatro capítulos.
No primeiro capítulo, o problema central do trabalho é contextualizado e
identificado, e são especificados os objetivos gerais e específicos do estudo.
Ainda neste capítulo é descrita a metodologia utilizada.
O segundo capítulo consiste em apresentar fundamentos de gestão ambiental,
e conceitos sobre indicadores e seu uso como instrumento de gestão.
No terceiro capítulo são apresentados conceitos sobre exergia e a metodologia
de análise exergética, a partir de conceitos introdutórios da termodinâmica, em
que a energia, a Primeira e a Segunda Leis da termodinâmica e a exergia são
apresentadas como ponto de partida teórico para o estudo.
O quarto capítulo apresenta o survey feito.
A partir da relação entre a questão ambiental e os conceitos de
desenvolvimento sustentável e sustentabilidade, os desdobramentos e
implicações da questão energética são analisados. A exergia é apresentada
como a propriedade adequada de ser medida em trocas energéticas.
Em seguida, é abordado o debate, ressaltando-se a ambigüidade apresentada
pelos conceitos de desenvolvimento sustentável e sustentabilidade.
Ainda neste capítulo são enfocadas as relações entre exergia, meio ambiente e
desenvolvimento sustentável. É apresentada a organização do debate entre os
anos de 1995 e 2008, tendo como base as referências recuperadas nas
revisões bibliográficas específicas. São enumerados também os indicadores
exergéticos propostos na literatura.
Ao final deste capítulo são apresentadas as principais conclusões obtidas com
o estudo.
Segue-se com as considerações finais, em que se discute brevemente os
principais aspectos do trabalho, bem como se apresenta sugestões para
trabalhos futuros sobre o tema.
Ao final, são apresentadas as Referências Bibliográficas e o Anexo.
13
II. PRIMEIRO REFERENCIAL TEÓRICO – FUNDAMENTOS DE GESTÃO
II.1 Gestão ambiental
Temos como objetivo neste tópico e nos seguintes traçar uma visão geral de
gestão ambiental, e de sua relação com desenvolvimento sustentável. Para
isso, vamos introduzir conceitos e aspectos correlatos com base principalmente
no texto de referência de BARBIERI (2007).
II.1.1 Meio ambiente e gestão ambiental
Segundo Barbieri (2007) foi nas últimas três décadas do século XX que a
preocupação com o estado do meio ambiente entrou definitivamente na agenda
dos governos de muitos países e de diversos segmentos da sociedade civil
organizada. No âmbito empresarial, essa preocupação é mais recente. A
globalização dos problemas ambientais é um fato incontestável e as empresas
estão, desde a sua origem, no centro desse processo. Os problemas
ambientais decorrem do uso do meio ambiente como fonte de recursos para a
produção da subsistência humana e como recipiente de resíduos da produção
e consumo. Qualquer solução efetiva para os problemas ambientais terá
necessariamente que envolver as empresas, pois são elas que produzem e
comercializam a maioria dos bens e serviços colocados à disposição da
sociedade em praticamente todos os cantos do planeta.
Por meio ambiente entende-se o ambiente natural e o artificial, isto é, o
ambiente físico e biológico originais e o que foi alterado, destruído e construído
pelos humanos, como as áreas urbanas, industriais e rurais. Pelo fato desses
elementos condicionarem a existência dos seres vivos pode-se dizer que o
meio ambiente é a própria condição para a existência de vida na Terra.
Os problemas ambientais provocados pelos humanos decorrem do uso do
meio ambiente para obter os recursos necessários para produzir os bens e
serviços que estes necessitam e dos despejos de materiais e energia não
aproveitados ao meio ambiente. Segundo o autor, o aumento da escala de
produção tem sido um importante fator que estimula a exploração dos recursos
naturais e eleva a quantidade de resíduos. Certamente foi o aumento da escala
de produção e consumo que provocou os problemas ambientais atuais.
A era industrial alterou a maneira de produzir degradação ambiental, pois ela
trouxe técnicas produtivas intensivas em material e energia para atender
mercados de grandes dimensões. Em decorrência, a escala de exploração de
recursos e das descargas de resíduos cresceu de modo tão intenso que
passou a ameaçar a possibilidade de subsistência de muitos povos na
atualidade e das gerações futuras.
14
A capacidade de suporte do planeta, isto é, a quantidade de seres vivos que
ele pode suportar sem se degradar, está ameaçada em função da maneira
como a produção e o consumo estão sendo realizados, que exige recursos e
gera resíduos em altas quantidades.
Há diversos sinais de que a Terra já se encontra nos limites de sua capacidade
para suportar as espécies vivas. Entre esses sinais estão os diversos
problemas ambientais provocados pelas atividades humanas que vêm se
agravando com o tempo, alguns dos quais já adquiriram dimensões globais ou
planetárias, como a perda de biodiversidade, a redução da camada de ozônio,
a contaminação das águas, as mudanças climáticas decorrentes da
intensificação do efeito estufa, etc. Como resultado, o futuro da Terra e de
todos os seres vivos está comprometido.
A poluição humana é um dos aspectos mais visíveis dos problemas ambientais.
A percepção das conseqüências da poluição humana se deu inicialmente no
nível local, evoluindo para regiões e fronteiras entre países, para finalizar numa
escala planetária. São os poluentes gerados por fontes antropogênicas,
identificadas pelos setores da atividade humana os que causam os maiores
problemas ambientais, pois cada setor produz poluentes específicos em
decorrência dos seus insumos e processos típicos.
Existem diversos processos desenvolvidos para capturar, tratar e dispor os
poluentes, bem como para usar recursos de modo mais eficiente. Porém,
questões de ordem política, econômica, social e cultural que estão na raiz dos
problemas ambientais retardam ou inviabilizam a adoção das soluções já
desenvolvidas.
Os termos administração, gestão do meio ambiente, ou simplesmente
gestão ambiental são entendidos como as diretrizes e as atividades
administrativas e operacionais, tais como planejamento, direção, controle,
alocação de recursos e outras, realizadas com o objetivo de obter efeitos
positivos sobre o meio ambiente, quer reduzindo ou eliminando os danos ou os
problemas causados pelas ações humanas, quer evitando que eles surjam.
Embora o desenvolvimento da gestão ambiental remonte a épocas mais
remotas, as ações para combater a poluição só começaram efetivamente a
partir da Revolução Industrial. O crescimento da consciência ambiental por
amplos setores da sociedade é outro fator de desenvolvimento da gestão
ambiental.
A expressão gestão ambiental aplica-se a uma grande variedade de iniciativas
relativas a qualquer tipo de problema ambiental. Segundo Barbieri (2007), a
origem da gestão ambiental são as ações governamentais para enfrentar a
escassez de recursos. A partir daí, outros agentes passaram a considerar
outras questões ambientais, com alcances diversos. Atualmente, todas as
áreas são contempladas.
Barbieri situa que qualquer proposta de gestão ambiental inclui no mínimo três
dimensões:
15
(1) a dimensão espacial, que concerne a área na qual espera-se que as
ações de gestão tenham eficácia;
(2) a dimensão temática, que delimita as questões ambientais às quais as
ações se destinam; e
(3) a dimensão institucional, relativa aos agentes que tomaram as iniciativas
de gestão.
A Figura II.1 representa essas três dimensões, cada eixo indicando uma delas.
Figura II.1 – Dimensões da gestão ambiental (Fonte: BARBIERI (2007, p. 27))
Barbieri acresce a essas dimensões a filosófica, que trata da visão do mundo e
da relação entre o ser humano e a natureza e cita duas grandes vertentes
extremas de posicionamento: o antropocentrismo, segundo o qual a natureza
só tem valor enquanto instrumento dos seres humanos, e o ecocentrismo, que
atribui aos elementos da natureza um valor intrínseco e independente de
qualquer apreciação humana. Entre esses extremos encontram-se abordagens
socioambientais que reconhecem o valor intrínseco da natureza, mas admitem
que ela deve ser usada para atender às necessidades humanas presentes e
futuras. Essas abordagens socioambientais buscam sistemas de produção e
consumo sustentáveis, entendidos como aqueles que procuram atender às
necessidades humanas respeitando as limitações do meio ambiente, que não
são estáticas e que o ser humano pode e deve ampliar para atender a todos.
As propostas de gestão ambiental empresarial decorrentes dessa visão devem
se apoiar em três critérios de desempenho: eficiência econômica, eqüidade
social e respeito ao meio ambiente, critérios estes que devem ser considerados
simultaneamente.
Para desenvolver uma visão geral da gestão ambiental serão abordadas a
gestão ambiental global e regional, a gestão ambiental nacional e local, bem
16
como a importância e necessidade das políticas públicas, para então abordar a
gestão ambiental empresarial.
II.1.2 Gestão ambiental global e regional
As iniciativas para enfrentar os problemas ambientais globais propiciaram ao
longo do tempo o surgimento de diversos acordos multilaterais, bem como de
órgãos intergovernamentais para administrá-los e mecanismos de ação
internacional.
Barbieri apresenta uma periodização para a evolução dos acordos multilaterais
concernentes aos mais diversos temas ambientais, com ênfase em gestão
ambiental:
(a) A Fase inicial, que vai do início do século XX até 1972, na qual
prevalece um tratamento pontual das questões ambientais,
desvinculado de qualquer preocupação com os processos de
desenvolvimento;
(b) A Segunda fase, que começa com a Conferência das Nações Unidas
para o Meio Ambiente Humano, realizada em Estocolmo em 1972 e que
se estende até 1992, caracteriza-se pela busca de uma nova relação
entre meio ambiente e desenvolvimento. A Conferência aprovou a
Declaração sobre o Ambiente Humano, um plano de ação constituído
de cento e dez (110) recomendações e conseguiu o início de um
envolvimento mais intenso da ONU nas questões ambientais de caráter
global. Com a implementação do plano de ação, começou de fato a
construção de uma infra-estrutura internacional para a gestão ambiental
global, com a criação de observatórios para monitorar e avaliar o estado
do meio ambiente, com o maior envolvimento dos bancos multilaterais e
regionais de desenvolvimento (Banco Mundial, BID, etc) e com a
criação do PNUMA – Programa das Nações Unidas para o Meio
Ambiente, que passaria a centralizar grande parte das ações da ONU
em relação às questões ambientais. Surge nessa fase o conceito de
desenvolvimento sustentável.
(c) A fase atual da gestão ambiental global que tem início com a realização
da Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e
Desenvolvimento (CNUMAD) realizada em 1992 no Rio de Janeiro, que
contou com a participação de cento e setenta e oito (178) países.
Nessa Conferência foram aprovados documentos importantes relativos
aos problemas socioambientais globais, dentre eles a Declaração do
Rio de Janeiro sobre o Meio ambiente e o Desenvolvimento, a
Convenção sobre Mudanças Climáticas, a Convenção da
Biodiversidade e a Agenda 21.
Dessa fase atual, o documento mais conhecido e de maior repercussão é a
AGENDA 21, que contém as principais políticas ambientais e de
desenvolvimento em nível internacional, apresentando recomendações
específicas para os diferentes níveis de atuação, do internacional ao
organizacional (sindicatos, empresas, ONGs, instituições de ensino e pesquisa,
17
etc) sobre assentamentos humanos, erradicação da pobreza, desertificação,
água doce, oceanos, atmosfera, poluição e outras questões socioambientais
constantes em diversos relatórios, tratados, protocolos e outros documentos
elaborados durante décadas pela ONU e outras entidades globais e regionais.
Na sua essência, a Agenda 21 é uma consolidação das resoluções já tomadas
por essas entidades e estruturadas a fim de facilitar sua implementação nos
diversos níveis de abrangência.
A fase atual da gestão ambiental global se caracteriza pela implementação e
aprofundamento desses acordos multilaterais, o que implica colocar em prática
as suas disposições e recomendações pelos estados nacionais, governos
locais, empresas e outros agentes.
Porém, a Ordem Ambiental Internacional já não se restringe apenas aos
governos e instituições intergovernamentais. Dela fazem parte uma variedade
de atores não-governamentais com grande capacidade de mobilização de
pessoas e recursos financeiros, bem como de articulação com empresas,
governos e instituições de ensino e pesquisa, resultando daí uma diversidade
de iniciativas mistas de gestão em todos os níveis de abrangência espacial e
envolvendo todo o tipo de questão ambiental.
Já no nível regional, segundo Barbieri, podem se distinguir três tipos de gestão
ambiental:
•
•
•
Aquela que decorre do tratamento regional dado aos problemas
ambientais globais comuns, como gestões para disciplinar a pesca em
grandes oceanos, conduzidas pela FAO dentro de acordos globais
relativos aos mares e oceanos;
Aquela que engloba as iniciativas que procuram alcançar efeitos em dois
ou mais países, geralmente limítrofes, para resolver problemas
específicos, como por exemplo a gestão de uma bacia hidrográfica
comum e o combate à chuva ácida;
Aquela que faz parte do conjunto de medidas de um bloco econômico,
como a União Européia, NAFTA e MERCOSUL, caso em que a gestão
envolve uma pluralidade de questões ambientais. Um exemplo típico de
atuação desse tipo de gestão ambiental regional é a harmonização das
leis nacionais com vistas a reduzir as assimetrias no tratamento das
questões ambientais e correlatas, para não prejudicar a livre circulação
de mercadorias e serviços
II.1.3 Gestão ambiental nacional e local
Segundo Barbieri, é no interior dos Estados Nacionais, de suas subdivisões,
localidades, comunidades e organizações que ocorrem efetivamente as ações
de gestão ambiental. As disposições dos acordos globais e regionais devem
ser incorporadas às legislações nacionais e locais para gerar efeitos sobre os
agentes econômicos, produtores e consumidores. Cada país faz tal
18
incorporação segundo seus interesses e limitações, gerando grande assimetria
entre eles em termos de implementação. Adicionalmente, cada país e suas
divisões internas possuem problemas específicos, como as características de
seus ambientes físicos, biológicos e sociais, bem como dos recursos naturais
aí existentes (água, solo, reservas minerais, biomas, etc.) que exigem soluções
específicas.
A gestão ambiental nos níveis nacionais e locais se efetiva por meio da
implementação de diversos instrumentos de políticas ambientais públicas e
privadas. As políticas públicas ambientais nacionais e locais constituem as
bases da gestão ambiental no âmbito de um determinado país e de suas
subdivisões.
II.1.4 Políticas públicas ambientais
Segundo Barbieri (2007), gestão ambiental pública é a ação do poder público
conduzida segundo uma política pública ambiental. O autor entende por política
pública ambiental o conjunto de objetivos, diretrizes e instrumentos de ação
que o poder público dispõe para produzir efeitos desejáveis sobre o meio
ambiente. Existem, em decorrência da participação cada vez mais intensa dos
estados nacionais em questões ambientais e da diversidade dessas questões,
uma variedade de instrumentos de políticas públicas ambientais de que o setor
público pode se valer para evitar novos problemas ambientais, bem como para
eliminar ou minimizar os existentes.
Os instrumentos de políticas públicas ambientais podem ser explícitos, quando
são criados para alcançar efeitos ambientais benéficos específicos, ou
implícitos, quando alcançam tais efeitos por via indireta, uma vez que não
foram criados para isso. Entretanto, quando se fala em instrumento de política
pública ambiental, geralmente se está indicando os instrumentos explícitos.
Os instrumentos explícitos de política pública ambiental podem ser
classificados em: instrumentos de comando e controle, instrumentos
econômicos e outros, conforme o Quadro II.1.
Os instrumentos de política pública ambiental apresentam níveis diferentes de
eficácia, cada instrumento tendo suas vantagens e desvantagens. Uma política
ambiental consistente deve se valer de todos os instrumentos possíveis e estar
atenta aos efeitos sobre a competitividade das empresas. Deve ser eficiente
para prevenir danos ambientais sem, no entanto, prejudicar a competitividade
das empresas, principalmente quando elas atuam em mercados externos.
Instrumentos de comando e controle devem ser usados para impedir a
degradação ambiental no curto prazo, incluindo medidas administrativas e
judiciais. As causas dos problemas ambientais podem ser abordadas por
soluções adotadas em resposta aos mecanismos econômicos, que atuam
sobre a estrutura de custo e benefício das empresas.
19
Quadro II.1 – Instrumentos de política pública ambiental – Classificação e exemplos
Gênero
Comando e controle
Espécies
• Padrão de emissão
• Padrão de qualidade
• Padrão de desempenho
• Padrões tecnológicos
• Proibições e restrições sobre produção, comercialização
e uso de produtos e processos
• Licenciamento ambiental
• Zoneamento ambiental
• Estudo prévio de impacto ambiental
Econômico
• Tributação sobre poluição
• Tributação sobre uso de recursos naturais
• Incentivos fiscais para reduzir emissões e conservar
recursos
• Remuneração pela conservação dos serviços ambientais
• Financiamentos em condições especiais
• Criação e sustentação de mercados de produtos
ambientalmente saudáveis
• Permissões negociáveis
• Sistema de depósito-retorno
• Poder de compra do estado
Outros
• Apoio ao desenvolvimento científico e tecnológico
• Educação ambiental
• Unidades de conservação
• Informações ao público
(Fonte: BARBIERI (2007, p. 73))
Outros instrumentos de política ambiental são importantes para melhoria das
práticas empresariais. Os instrumentos de políticas públicas para o
desenvolvimento de ciência e tecnologia são importantes instrumentos
implícitos de política ambiental. A educação ambiental é outro importante
instrumento de política pública.
II.1.5 Gestão ambiental empresarial
Gestão ambiental empresarial são as diferentes atividades administrativas e
operacionais realizadas pela empresa para abordar problemas ambientais
decorrentes da sua atuação ou para evitar que eles ocorram no futuro.
A atitude empresarial de considerar o meio ambiente nas decisões
empresariais e adotar concepções administrativas e tecnológicas que
contribuam para ampliar a capacidade de suporte do planeta não surge, em
geral, espontaneamente. As atitudes e preocupações ambientais dos
empresários são influenciadas por três grandes conjuntos de forças que
interagem reciprocamente: o governo, a sociedade e o mercado (Figura II.2).
20
Figura II.2 – Gestão ambiental empresarial – Influências (Fonte: BARBIERI (2007, p. 113))
As legislações ambientais geralmente resultam da percepção de problemas
ambientais por parte de segmentos da sociedade que pressionam os agentes
estatais para solucioná-los. Do ponto de vista de mercado, as questões
ambientais passaram a ter impactos importantes sobre a competitividade dos
países e suas empresas, ocorrendo profundos impactos das leis ambientais
sobre a competitividade das empresas no comércio internacional. Os
investidores também exercem pressão buscando minimizar os riscos de seus
investimentos. Um dos itens focados é a geração de passivos ambientais pelo
não-cumprimento da legislação, que pode comprometer a rentabilidade futura
de uma empresa.
Uma empresa sustentável seria aquela que cria valor de longo prazo aos
acionistas ou proprietários e contribui para a solução dos problemas ambientais
e sociais.
Uma empresa pode desenvolver três diferentes abordagens dependendo de
como ela atua em relação aos problemas ambientais decorrentes de suas
atividades: controle de poluição, prevenção de poluição e estratégica, que
incorpora essas questões na estratégia da empresa.
O controle de poluição se caracteriza pelo estabelecimento de práticas para
impedir os efeitos decorrentes da poluição gerada por um dado processo
produtivo.
Pela prevenção da poluição, a empresa procura atuar sobre os produtos e
processos produtivos para prevenir a geração de poluição, empreendendo
ações com vistas a uma produção mais eficiente, poupando materiais e energia
em diferentes fases do processo de produção e comercialização. A prevenção
da poluição combina duas preocupações ambientais básicas: uso sustentável
dos recursos e controle da poluição. Os instrumentos típicos para o uso
sustentável dos recursos podem ser sintetizados pelas atividades conhecidas
como 4Rs: redução da poluição na fonte, reuso, reciclagem e recuperação
energética, como ilustra a Figura II.3.
21
Figura II.3 – Prevenção da poluição – Prioridades (Fonte: BARBIERI (2007, p. 123))
Na abordagem estratégica, os problemas ambientais são tratados como uma
das questões estratégicas da empresa. A empresa procura aproveitar
oportunidades mercadológicas e neutralizar ameaças decorrentes de questões
ambientais existentes ou que poderão ocorrer no futuro.
Para implementar qualquer uma dessas abordagens, uma empresa deverá
realizar atividades administrativas e operacionais orientadas por concepções
mentais, explícitas ou não, configurando um modelo de gestão ambiental
específico. Esses modelos são entendidos como construções conceituais que
orientam as atividades administrativas e operacionais para alcançar objetivos
definidos. Diversos modelos genéricos de gestão ambiental foram criados a
partir de meados da década de 1980: Atuação Responsável (Responsible
Care), Administração da Qualidade Ambiental Total (TQEM), Produção Mais
Limpa (Cleaner Production), Eco-eficiência e Projeto para o Meio Ambiente
(Design for Environment). Estes modelos de gestão podem ser adotados por
uma empresa de modo isolado.
É válido aqui apresentar algumas características do modelo de gestão Ecoeficiência.
Eco-eficiência é um modelo de gestão ambiental empresarial introduzido em
1992 pelo Business Council for Sustainable Development, atual World Business
Council for Sustainable Development (WBCSD). Segundo a OECD –
Organization for Economic Co-operation and Development e o WBCSD, a ecoeficiência se alcança pela entrega de produtos e serviços com preços
competitivos que satisfaçam as necessidades humanas e melhorem a
qualidade de vida, enquanto reduzem progressivamente os impactos
ecológicos e a intensidade dos recursos ao longo de seu ciclo de vida para no
mínimo manterem a capacidade de carga estimada do Planeta.
Uma empresa eco-eficiente adota práticas voltadas para (OECD, 1998 apud
BARBIERI, 2007):
(a) minimizar a intensidade de materiais nos produtos e serviços;
(b) minimizar a intensidade de energia nos produtos e serviços;
(c) minimizar a dispersão de qualquer tipo de material tóxico pela empresa;
(d) aumentar a reciclagem dos seus materiais;
(e) maximizar o uso sustentável dos recursos renováveis;
22
(f) aumentar a durabilidade dos produtos da empresa;e
(g) aumentar a intensidade dos serviços nos seus produtos e serviços.
A eco-eficiência baseia-se na idéia de que a redução de materiais e energia por
unidade de produto ou serviço aumenta a competitividade da empresa, ao
mesmo tempo que reduz as pressões sobre o meio ambiente, seja como fonte
de recurso, seja como depósito de resíduos.
A eco-eficiência é um modelo de produção e consumo sustentável, na medida
que ressalta a produção de bens e serviços necessários e que contribuam para
melhorar a qualidade de vida.
Outros modelos de gestão criados na últimas décadas baseiam-se em
conceitos extraídos da ecologia. Metabolismo industrial (industrial metabolism),
ecologia industrial (industrial ecology) e simbiose industrial (industrial
symbiosis) são alguns modelos de gestão ambiental que têm em comum a
tentativa de aproximar os sistemas de produção humanos com o que ocorre
com os organismos num ecossistema. O objetivo básico dessas propostas é a
criação de sistemas de produção inspirados nos fluxos de materiais e energia
entre os organismos e seu meio físico, nos quais as perdas são mínimas.
A implementação desses modelos inspirados na natureza requer um conjunto
de empresas, formando uma comunidade empresarial inspirada na
comunidade biológica, onde por meio dos resíduos se processam as
articulações entre as diferentes unidades produtivas de um parque ou região.
A adoção de qualquer modelo de gestão requer o uso de instrumentos de
gestão, que são meios ou ferramentas para alcançar objetivos específicos em
matéria ambiental: auditoria ambiental, avaliação do ciclo de vida, estudos de
impacto ambiental, sistemas de gestão ambiental, relatórios ambientais,
rotulagem ambiental, gerenciamento de riscos ambientais e educação
ambiental empresarial são alguns exemplos.
II.1.6 Sistemas de gestão ambiental
Sistema de gestão ambiental é um conjunto de atividades administrativas e
operacionais inter-relacionadas para abordar os problemas ambientais atuais
ou para evitar o seu surgimento.
Um sistema de gestão ambiental (SGA) requer a formulação de diretrizes,
definição de objetivos, coordenação de atividades e avaliação de resultados.
Também é necessário o envolvimento de diferentes segmentos da empresa
para tratar das questões ambientais de modo integrado com as demais
atividades empresariais.
Qualquer SGA requer um conjunto de elementos comuns que independem da
estrutura organizacional, do tamanho e do setor de atuação da empresa. Esses
elementos são: comprometimento com a sua efetivação por parte da alta
23
administração, estabelecimento da política ambiental, a avaliação dos impactos
ambientais atuais e futuros, os planos fixando objetivos e metas, os
instrumentos para acompanhar e avaliar as ações planejadas e o desempenho
do SGA como um todo.
O SGA adotado por uma empresa pode ser de criação própria ou pode ser um
dos modelos genéricos propostos por entidades nacionais ou internacionais.
Alguns modelos genéricos de SGA propostos por entidades internacionais são:
•
•
•
•
SGA proposto pela International Chamber of Commerce (ICC);
Sistema Comunitário de Ecogestão e Auditoria (EMAS – Eco
Management and Audit Scheme), estabelecido pelo Conselho da
Comunidade Econômica Européia, em 1993;
SGA proposto pela norma BS 7750, criada pelo British Standards
Institution (BSI) em 1992;
A família de normas ISO 14000, criada pela International Organization
for Standardization (ISO), a partir de 1993.
Robèrt (2002) ressalta o crescimento nas últimas décadas das preocupações
com o desenvolvimento não-sustentável e da vontade crescente da sociedade
de resolver essa situação. Ressalta também que o desenvolvimento de vários
conceitos para a administração sistêmica e que o monitoramento do
desenvolvimento sustentável obtiveram a aceitação mundial. Cita como
exemplos os diversos sistemas de gestão ambiental aplicados para um melhor
desempenho ecológico nas empresas, ressaltando que o mais amplamente
aceito forma o ISO 14001 e o sistema correspondente lançado pela União
Européia, o EMAS (Sistema de Ecogestão e Auditoria). O ISO 14001 e o EMAS
são os SGA mais difundidos. Ainda cita o desenvolvimento de outros
instrumentos com objetivos mais específicos, como a análise do ciclo de vida
(LCA), a Pegada Ecológica, e o Fator 10.
Robèrt (2002) avalia que a maior parte dos conceitos para o desenvolvimento
sustentável consiste em diversos meios para medir a relevância de diferentes
atividades em relação ao conceito de desenvolvimento sustentável, ou seja,
monitorar e administrar o caminho para a sustentabilidade.
Segundo Robèrt (2002), o instrumento ISO 14001 (e EMAS) é um mecanismo
administrativo para o trabalho ambiental dentro das empresas. Os princípios e
atividades planejadas e as medições de acordo com esses princípios são o
conteúdo, ao passo que o Sistema de Gestão Ambiental é o veículo, o
instrumento administrativo.
Robèrt (2002) frisa que os princípios e as atividades devem ser colocados em
um contexto administrativo pertinente de modo que os princípios sejam
implementados por meio das atividades planejadas, que são monitoradas,
examinadas e avaliadas no sentido de administrar o próximo ciclo de atividades
dentro do SGA. A utilidade de um SGA para o desenvolvimento sustentável
requer que os objetivos das atividades individualmente elaboradas de
24
planejamento e medição para atingir esses objetivos sejam incorporados ao
SGA.
II.1.7 Gestão ambiental, desenvolvimento sustentável e sustentabilidade
Segundo Almeida (2007), as megamudanças nos ecosistemas estão induzindo
crescentes alterações no comportamento de diversos atores no setor público,
no setor privado e na sociedade civil. A regulamentação por parte dos governos
e a pressão exercida pelos grupos de interesse (acionistas, ONG’s, clientes)
aumentam. As empresas líderes buscam agir primeiro, buscando estabelecer
parâmetros de mercado em patamares distintos, fortalecer suas marcas,
explorar oportunidades e acumular vantagens competitivas em seus
empreendimentos.
D’avignon (2000) resume com pertinência as relações entre gestão ambiental,
gestão ambiental empresarial e desenvolvimento sustentável, ressaltando que
a observância do princípio do desenvolvimento sustentável induz a uma maior
consciência e responsabilidade ambiental do setor produtivo.
Segundo Amaral (2003) as indústrias começaram a se preocupar com o tema
desenvolvimento sustentável empresarial no início da década de 90, quando o
“World Business Council for Sustainable Development” (WBCSD) e várias
empresas de petróleo internacionais começaram seus trabalhos sobre o tema
visando a participação do setor produtivo na Rio-92.
Ainda Amaral (2003) relata que no Brasil, em março de 1997, foi criado o
Conselho Empresarial Brasileiro para o Desenvolvimento Sustentável (CEBDS)
e que existe no país a Fundação Brasileira para o Desenvolvimento
Sustentável (FBDS, www.fbds.org.br), que realiza projetos voltados ao
desenvolvimento sustentável.
Dias (2006) indica que o documento do CEBDS, “Mudando o rumo: uma
perspectiva global do empresariado para o desenvolvimento e o meio
ambiente”, elaborado durante a ECO 92, e voltado para o desenvolvimento
sustentável no meio empresarial, divulgou a seguinte declaração:
“o mundo se move em direção à desregulação, às iniciativas privadas e
aos mercados globais. Isto exige que as empresas assumam maior
responsabilidade social, econômica e ambiental ao definir seus papéis e
ações” (SCHMIDHEINY, 1992, p. 12 apud DIAS, 2006, p. 37).
Dias (2006) apresenta ainda um esquema dos fatores que constroem a
sustentabilidade empresarial conforme o WBCSD (Figura II.4).
25
Figura II.4 – Indicadores para a sustentabilidade empresarial (Fonte: DIAS (2006, p. 38))
Dias (2006) ressalta que a penetração do conceito de desenvolvimento
sustentável no meio empresarial tem se pautado principalmente como um
modo de as empresas assumirem formas de gestão mais eficientes, como
práticas identificadas com a eco-eficiência e a produção mais limpa. A elevação
do nível de consciência do empresariado em torno da perspectiva de um
desenvolvimento econômico mais sustentável estaria em segundo plano,
segundo o autor. A sustentabilidade ainda estaria mais focada no ambiente
interno das organizações, voltada prioritariamente para processos e produtos.
Conforme Dias (2006), o desenvolvimento sustentável nas organizações
apresenta três dimensões: a econômica, a social e a ambiental.
A dimensão econômica da sustentabilidade prevê que as empresas têm que
ser economicamente viáveis, cumprindo seu papel na sociedade com o objetivo
da rentabilidade, ou seja, dar retorno ao investimento realizado pelo capital
privado (DIAS, 2006).
Na dimensão social, o aspecto relevante é proporcionar as melhores condições
de trabalho aos seus empregados, procurando contemplar a diversidade
cultural existente na sociedade em que atua (DIAS, 2006).
Na dimensão ambiental, a organização deve pautar-se pela eco-eficência dos
seus processos produtivos, adotar a produção mais limpa, oferecer condições
para o desenvolvimento de uma cultura organizacional ambiental, adotando
uma postura de responsabilidade ambiental, buscando a não contaminação do
ambiente físico natural, além de procurar adaptar-se às atividades e
regulamentações emanadas das autoridades governamentais locais e regionais
com respeito ao meio ambiente natural (DIAS, 2006).
Essas três dimensões da sustentabilidade devem estar em equilíbrio dinâmico
permanente, tanto no interior da organização quanto entre diferentes
26
organizações que atuem preferencialmente em uma das dimensões, por ex.
entre empresas (dimensão econômica), sindicatos (dimensão social) e
entidades ambientalistas (dimensão ambiental), de modo que as três
dimensões sejam contempladas de modo a manter a sustentabilidade do
sistema. A Figura II.5 representa o equilíbrio dinâmico entre essas três
dimensões.
Figura II.5 – Equilíbrio dinâmico da sustentabilidade (Fonte: Dias (2006, p. 41))
De acordo com Amaral (2003), na medida que a evolução do desenvolvimento
sustentável implica em trabalhar com estes três macro temas que compõem o
chamado “triple bottom line”, o conceito pressupõe interdisciplinaridade. Para
Amaral (2003)
“A sinergia entre esses aspectos permeia a aplicação dos conceitos de
Desenvolvimento Sustentável, ou sustentabilidade, onde quer que ele
seja aplicado, tanto em nível governamental, como da sociedade civil ou
na seara empresarial” (AMARAL, 2003, p.2).
Como pode ser visto, o conceito de desenvolvimento sustentável e o de
sustentabilidade assumem uma ampla perspectiva de aplicabilidade, em
detrimento das dubiedades existentes em sua essência.
Segundo Amaral (2003)
“o conceito de desenvolvimento sustentável catalisa um conjunto de
temas que expressam os anseios e as aspirações da sociedade
contemporânea, podendo ser desdobrado nos diversos compartimentos
sociais que compõem o mundo globalizado que hoje vivemos”
(AMARAL, 2003, p. 1).
Cabe discernir cuidadosamente o contexto em que esses conceitos são
aplicados, bem como as interpretações inerentes à cada aplicação. É
27
indiscutível, porém, que esses conceitos alcançaram ampla repercussão e
popularização, e que realmente todas as discussões em torno da questão
ambiental os evocam como norteadores de um paradigma. Segundo Dias
(2006) sua importância advém de que o conceito de desenvolvimento
sustentável traz ao processo de desenvolvimento os limites de uso da
natureza.
II.2 Indicadores
II.2.1 Indicadores como instrumentos de gestão
É nosso objetivo neste item introduzir uma visão geral sobre indicadores e
situá-los como instrumentos de gestão. Foi utilizado o texto de referência
principal de TAKASHINA & FLORES (1996).
Indicadores são essenciais ao planejamento e controle dos processos das
organizações. São essenciais ao planejamento porque possibilitam o
estabelecimento de metas quantificadas e o seu desdobramento na
organização. São essenciais ao controle porque os resultados apresentados
através deles são fundamentais para a análise crítica do desempenho da
organização, para as tomadas de decisão e para o re-planejamento.
Indicadores são formas de representação quantificáveis das características de
produtos e processos. São utilizados pela organização para controlar e
melhorar a qualidade e o desempenho dos seus produtos e processos ao longo
do tempo.
A apuração de resultados através dos indicadores permite uma avaliação do
desempenho da organização no período, em relação à meta e a outros
referenciais, subsidiando as tomadas de decisão e o re-planejamento. Para
isso, o acompanhamento do indicador deve demonstrar níveis, tendências e
comparações. O nível refere-se ao patamar em que os resultados se situam no
período. A tendência refere-se à variação do nível dos resultados em períodos
consecutivos. A comparação pode ser feita em relação a indicadores
compatíveis de outros produtos ou processos da organização, a indicadores de
outras unidades de negócios, ou a indicadores de outras organizações, visando
proporcionar parâmetros de referência para os resultados obtidos. A partir dos
resultados demonstrados através dos indicadores é possível se estabelecer a
taxa de melhoria, a sua amplitude e importância. Desta forma, pode-se avaliar
se a melhoria foi revolucionária, contínua ou de restauração, se a melhoria é
sustentada e se há evidência de liderança no ramo.
Um indicador deve ser gerado criteriosamente, de forma a assegurar a
disponibilidade dos dados e resultados mais relevantes no menor tempo
possível e ao menor custo. O Quadro II.2 descreve os principais critérios para
geração de um indicador.
28
Quadro II.2 – Principais critérios para geração de um indicador
Critérios
Seletividade ou importância
Simplicidade e clareza
Descrição
Capta uma característica-chave do produto ou do processo
Fácil compreensão e aplicação em diversos níveis da
organização, numa linguagem acessível.
Abrangência
Suficientemente
representativo,
inclusive
em
termos
estatísticos, do produto ou do processo a que se refere:
devem-se priorizar indicadores representativos de situação ou
contexto global.
Rastreabilidade e
Permite o registro e a adequada manutenção e disponibilidade
acessibilidade
dos dados, resultados e memórias de cálculo, incluindo os
responsáveis envolvidos. É essencial à pesquisa dos fatores
que afetam o indicador. (Os dados podem ser armazenados
em microfilme, meio eletromagnético, relatórios, etc).
Comparabilidade
Fácil de comparar com referenciais apropriados, tais como o
melhor concorrente, a média do ramo e o referencial de
excelência.
Estabilidade e rapidez de
Perene e gerado com base em procedimentos padronizados,
disponibilidade
incorporados às atividades do processador. Permite fazer uma
previsão do resultado, quando o processo está sob controle.
Baixo custo de obtenção
Gerado a baixo custo, utilizando unidades adimensionais, ou
dimensionais simples, tais como percentagem, unidades de
tempo, etc.
(Fonte: MEFP/IPEA, 1991 apud TAKASHINA & FLORES, 1996, p. 25)
Por meta entende-se o valor pretendido para o indicador de um produto ou
processo, a ser atingido em determinadas condições, estabelecidas no
planejamento. A meta é fixada a partir das necessidades e expectativas
traduzidas do cliente (interno ou externo), levando em conta os objetivos e
estratégias da organização, referenciais externos de comparação e os
indicadores e metas de nível superior. No nível mais elevado da estrutura
organizacional, os indicadores e as metas são em geral fortemente
relacionados aos objetivos e estratégias da organização. À medida que são
desdobrados na estrutura, os indicadores e as metas passam a ser mais
influenciados pelos indicadores e metas de nível superior, embora não devam
perder de vista os objetivos e estratégias, particularmente em grandes
organizações.
Segundo a FPNQ – Fundação para o Prêmio Nacional da Qualidade (FPNQ,
1995 apud TAKASHINA & FLORES, 1996) a aprendizagem de um processo
ocorre pela realimentação entre o processo e seus resultados. O ciclo de
aprendizagem tem quatro estágios (FPNQ, 1995):
•
•
•
•
Planejamento, incluindo a seleção dos indicadores;
Execução dos planos, coleta e processamento dos dados e resultados;
Avaliação do progresso, utilizando os indicadores;
Revisão dos planos, com base nas avaliações.
Três tipos de melhorias podem ser avaliadas com o uso de indicadores:
•
Revolucionária ou radical : de forte impacto, obtida normalmente com a
realização de investimentos;
29
•
•
Contínua: incremental, obtida geralmente sem a realização de
investimentos;
De restauração: obtida com a recuperação das condições originais de
projeto.
Os indicadores devem estar orientados para os resultados do negócio, de
forma a direcionar as ações da organização no sentido de entregar sempre um
melhor valor ao cliente e aprimorar o seu desempenho. Os tipos-chave de
indicadores devem estar associados às áreas-chave do negócio, conforme
apresentado no Quadro II.3. O conjunto de indicadores deve constituir um
sistema, devendo haver, portanto, relações de interdependência e
complementaridade entre seus elementos.
Quadro II.3 – Tipos-chave de indicadores
Áreas-chave do negócio Tipos-chave de indicadores
Clientes
I- satisfação, retenção e insatisfação de clientes
Mercados
II- participação no mercado e desenvolvimento de novos mercados
Produtos
III- desempenho de produtos e serviços
Processos
IV- desempenho operacional e financeiro
Fornecedores
V- desempenho de fornecedores
Recursos Humanos
VI- desempenho de recursos humanos
Comunidade e Meio VII- desempenho na responsabilidade pública e no espírito
Ambiente
comunitário
(Fonte: FPNQ, 1995 apud TAKASHINA & FLORES, 1996, p. 46, adaptado)
Todo indicador deve ter um título, que permita identificar sua aplicação. Além
disso, os indicadores devem ser desdobrados na estrutura organizacional, de
forma que cada gerente seja responsável por um número limitado de metas e
resultados. Nos níveis superiores da organização os indicadores são, em geral,
mais genéricos que nos níveis inferiores.
A definição de um indicador está relacionada ao seu método de cálculo,
geralmente traduzido para uma expressão matemática. A definição, assim
como o título, deve constar da especificação do indicador.
Quanto à metodologia, a gestão dos indicadores contempla:
•
•
•
•
•
•
a definição das características do produto e do processo;
o estabelecimento de indicadores e metas;
a definição dos métodos para medir e interpretar o desempenho;
a medição, a análise e o uso dos dados e resultados;
a verificação da eficácia do processo de gestão dos indicadores;
o desenvolvimento de ação corretiva para aprimoramento dos
indicadores (quando necessário).
O processo de gestão dos indicadores é, na prática, e particularmente nas
grandes organizações, bastante complexo, envolvendo praticamente todas as
áreas funcionais da organização.
O Quadro II.4 sintetiza o processo de gestão de indicadores em seis fases.
30
Quadro II.4 – Fases da gestão de indicadores
FASES
DESCRIÇÃO
•
Preparação
•
•
•
Definição
das
características, indicadores
e metas
•
•
•
•
Desenvolvimento
sistema de informação
do
Medição e análise
dados e resultados
dos
Uso dos dados e resultados
Ciclo de
melhoria
avaliação
e
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Criar cultura e clima adequados para medições, desafios e
melhorias.
Formar equipe de desenvolvimento: conhecedores de
indicadores e sistemas de informação, gerentes e pessoal
envolvidos nos processos.
Estabelecer os propósitos da organização com relação ao
sistema de indicadores.
Planejar o contato com clientes, com base em diagnósticos e
ações passadas.
Realizar pesquisa orientada para conhecer o mercado e os
clientes.
Traduzir as necessidades e expectativas dos clientes, desdobrar
as características do produto e do processo, desenvolver os
indicadores e estabelecer as metas de nível superior, observando
os objetivos e estratégias da organização e os referenciais de
comparação.
Desdobrar os indicadores e as metas na estrutura organizacional.
Selecionar os indicadores e as metas mais importantes para uso
no dia-a-dia.
Escolher a técnica de medição.
Identificar as fontes de dados.
Eliminar os indicadores inviáveis ou difíceis de operacionalizar.
Desenvolver ou aprimorar as metodologias para coleta e
processamento, análise e uso dos dados e resultados.
Verificar a consistência do sistema
Coletar e processar os dados.
Analisar os dados e os resultados, envolvendo a gerência e sua
equipe.
Procurar reduzir o ciclo de acesso e análise dos indicadores.
Disponibilizar tabelas, gráficos, relatórios, mapas, etc.
Analisar criticamente os dados e resultados.
Vincular os resultados a decisões e ações.
Utilizar os resultados na revisão do planejamento.
Medir o uso dos dados e resultados.
Avaliar a abrangência dos indicadores com relação aos
propósitos da organização, e sua aplicação nas tomadas de
decisão e no planejamento.
Aprimorar o sistema de indicadores: o enfoque deve ser primeiro
na melhoria e depois na medição, de forma que a medição esteja
vinculada ao progresso.
Reconhecer os esforços da pessoas que contribuíram na
melhoria.
(Fonte: SINK & TUTTLE, 1993 apud TAKASHINA & FLORES, 1996, p. 67-68, adaptado)
Com relação ao Quadro II.4, a fase 1 deve ser conduzida pela alta direção da
organização, as fases 2 e 3 pela equipe de desenvolvimento do sistema, as
fases 4 e 5 pelo órgão responsável pelo processo ou produto, e a fase 6
também pela alta direção do organização.
Os indicadores devem ser cuidadosamente especificados, de forma a
proporcionar dados e resultados confiáveis e assegurar a sua análise e o seu
uso. A especificação, estabelecida nas fases 2 e 3 do processo de gestão dos
indicadores, deve conter as seguintes informações:
•
•
•
Abreviatura: sigla ou título simplificado do indicador;
Unidade de medida: por ex., proporção ou percentagem;
Periodicidade: freqüência da disponibilização dos dados ou resultados;
31
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Revisão: data da última atualização do indicador;
Tipo-chave: classificação segundo os grupos de indicadores;
Arquivo: local de armazenamento dos dados ou resultados;
Título: nome por extenso do indicador;
Definição: método de cálculo do indicador;
Origem: como foi gerado o indicador;
Critério para estabelecimento de metas: por ex., desdobramento de
meta de nível superior;
Referenciais de comparação: por ex., melhor concorrente, média do
ramo, referencial de excelência;
Fonte: fonte dos dados ou resultados (pessoa, órgão ou sistema);
Metodologia de medição: metodologia adotada para coleta e
processamento dos dados ou resultados;
Metodologia de análise: metodologia adotada para análise dos dados ou
resultados;
Metodologia de uso: metodologia adotada para uso dos dados ou
resultados (análise crítica, tomada de decisão, revisão do planejamento);
Público alvo: pessoas ou órgãos que utilizam os dados e resultados;
Responsável: pessoa ou órgão responsável pelo produto ou processo;
II.2.2 Conceitos sobre indicadores
Barcellos (2002), Amaral (2003) e Martins (2006) revisaram aspectos
importantes sobre indicadores em geral.
Barcellos (2002) considera que o processo de produção e avaliação de
indicadores e índices evolui no sentido de sua inserção nos processos de
decisão, o que resulta em ampliação e diversificação de sua demanda.
Para Martins (2006) um indicador é uma ferramenta que permite conhecer
sobre uma determinada realidade, tendo como principal característica a
capacidade de síntese de um conjunto complexo de informações, retendo
apenas o significado essencial dos aspectos analisados.
O IBGE (2008) conceitua indicadores como ferramentas constituídas por uma
ou mais variáveis que, associadas através de diversas formas, revelam
significados mais amplos sobre os fenômenos a que se referem.
Almeida (1999 apud MARTINS, 2006) considera que um indicador é apenas
uma medida e não um instrumento de previsão ou uma medida estatística
definitiva, nem uma evidência de causalidade; o indicador apenas constata
uma dada situação.
Bellen (2005 apud MARTINS, 2006) relata que o indicador deixa mais
perceptível uma tendência ou fenômeno que não seja imediatamente
detectável.
32
Martins (2006) enumera com base em Almeida (1999) as características de um
indicador ao atuar como instrumento: fácil aplicação, custo adequado, tempo
adequado e viabilidade para efetuar a medida. A eficiência de um indicador
depende da extensão do enfoque no usuário que ele possui, na medida em que
o usuário é o principal interessado nos resultados retratados pelo indicador.
Martins (2006) relata os objetivos da avaliação feita por indicadores:
•
•
•
•
•
•
A quantificação de fenômenos complexos;
A simplificação dos mecanismos e lógicas atuantes na área
considerada;
A determinação de como as ações humanas estão afetando seu
entorno;
Alertar para situações de risco e conseqüente mobilização dos atores
envolvidos;
Prever situações futuras, de acordo com um exercício de abstração feito
pelo observador com base em sua experiência própria;
Informar e guiar decisões políticas.
Amaral (2003) apresenta o seguinte conceito para indicadores:
“parâmetro ou valor derivado de parâmetros, que aponta ou fornece
informação sobre o estado do fenômeno, meio ou área com uma
significância estendida maior que a obtida diretamente pela observação
das propriedades “ (WETERINGS, 1994 apud AMARAL, 2003, p.
16),
e para sistemas de indicadores: “conjunto de indicadores que satisfazem certos
princípios” (AMARAL, 2003, p. 16).
Para Adriaanse (1993 apud BARCELLOS, 2002) um indicador deve ter a
capacidade de tornar perceptível um fenômeno que não é detectável
naturalmente, pelo menos de imediato, sendo distinto de um dado estatístico
ou primário, embora possa ser apresentado de forma gráfica ou estatística.
Martins (2006) relata alguns critérios de seleção de indicadores a fim de que a
seleção defina indicadores que reflitam os dados na forma original de maneira
mais clara:
•
•
•
•
•
•
Existência de base de dados;
Possibilidade de comparação com critérios legais;
Facilidade e rapidez de determinação e interpretação;
Grau de importância e validação científica;
Sensibilidade do público alvo;
Possibilidade de ser rapidamente atualizado.
33
II.2.3 Indicadores ambientais
O Dicionário Brasileiro de Ciências Ambientais define Indicador ou Índice de
Desempenho Ambiental como:
“Fator representativo da eficiência ambiental de uma organização, isto
é, indicativo da redução por parte da organização, direta ou
indiretamente, de seu impacto ambiental (por ex., massa de
poluente/unidade de produto)” (LIMA-e-SILVA et al., p. 132).
Índices ambientais constituem o resultado da combinação de um conjunto de
parâmetros ou indicadores que, agregados ou ponderados, descrevem uma
situação (OECD, 1993 apud BARCELLOS, 2002).
Machado (2003) apresenta
ambientais:
as
seguintes
definições
para
indicadores
“Em ciências ambientais, indicador é um parâmetro ou valor derivado de
um parâmetro, que indica, fornece informação ou descreve um
fenômeno, a qualidade ambiental, ou uma área, significando porém
mais do que aquilo que se associa diretamente ao referido parâmetro
(ou valor)” (OECD, 1993 apud MACHADO, 2003).
“Indicadores de pressão ambiental são aqueles que descrevem as
pressões que as atividades humanas exercem sobre o meio ambiente,
inclusive a quantidade e a qualidade dos recursos naturais” (OECD,
1993 apud MACHADO, 2003).
Barcellos (2002) entende os indicadores e os índices ambientais como um tipo
de informação que auxilia na explicação de como os fenômenos se alteram ou
sofrem mudanças ao longo do tempo. Adicionalmente, disponibilizam um tipo
de informação que mensura as alterações de um dado processo, objeto de
avaliação, possibilitando identificar as tendências.
Amaral (2003) classifica os indicadores ambientais em descritivos e
normativos. Os indicadores descritivos refletem as condições reais, como o
estado do meio ambiente ou a pressão sobre o meio ambiente. Os indicadores
normativos medem as distâncias entre as condições reais e as de referência,
ou compara as condições reais com as condições de referência.
Um indicador ou um índice ambiental contam uma estória por serem derivados
de medidas das variações ambientais em relação a uma meta ambiental,
econômica e/ou social, representando mais do que um conjunto de estatísticas
(BARCELLOS, 2002).
34
Em conseqüência, segundo Tolmasquim (1995 apud BARCELLOS, 2002), os
indicadores ambientais requerem para sua elaboração um quadro
referencial/conceitual bastante específico.
De acordo com Winograd (1995 apud BARCELLOS, 2002), indicadores apenas
de caráter físico podem ser elaborados, dependendo da escala de
sustentabilidade enfocada. Do ponto de vista das interações entre
ecossistemas e as atividades humanas, os indicadores refletem os aspectos
físicos e os aspectos tecnológicos, permitindo avaliações qualitativa e
quantitativa do meio.
Conforme Teixeira (1997, apud BARCELLOS, 2002), os indicadores e os
índices ambientais situam-se no topo da pirâmide de informações que tem a
base formada pelos dados primários derivados do processo de monitoramento
(Figura II.6).
Figura II.6 – Pirâmide de informações (Fonte: HAMMOND, 1993 apud TEIXEIRA,1997 apud
BARCELLOS, 2002, p. 87)
Segundo Tolmasquim (1996 apud BARCELLOS, 2002) grande parte dos
indicadores podem ser obtidos através de agregações de dados primários.
Porém, esta condição não é um requerimento para todos os indicadores, já que
muitos indicadores importantes de sustentabilidade ambiental são obtidos de
maneira diversa.
Para Adriaanse (1993 apud BARCELLOS, 2002), as principais funções de um
indicador são: simplificação, quantificação, análise e comunicação. Um
indicador ambiental deve, então, fornecer informação concisa, ou seja,
condensada ou agregada; a sua mensagem central deve ser transmitida de
forma clara e sem ambigüidades, mantendo a credibilidade científica.
Ainda de acordo com Adriaanse (1993 apud BARCELLOS, 2002) existem duas
categorias de indicadores ambientais:
35
•
•
Descritivos: relacionados à descrição do estado do ambiente ou do
recurso monitorado, os quais adquirem significados pela comparação da
avaliação realizada com padrões definidos para uma determinada
situação.
De desempenho: além da avaliação de uma certa situação, há um valor
de julgamento pela comparação da situação com um padrão explícito,
isto é, a meta política definida que serve como valor de referência,
expressos ambos, a descrição da situação e o valor de referência, em
uma mesma unidade.
Indicadores do tipo descritivo, baseados em dados científicos ou oficiais,
podendo ser estatísticas ou combinações simples de informações, são usados
para a identificação dos problemas prioritários, sintetizando um conjunto de
situações e medidas individuais para cada tipo de problema. Indicadores de
desempenho, escolhidos a partir dos valores de referência adotados, são
usados na etapa final do processo de tomada de decisão para a avaliação da
efetividade e do impacto das políticas, estratégias e ações que foram
desenvolvidas (ADRIAANSE, 1993 apud BARCELLOS, 2002).
Conforme Teixeira (1997 apud BARCELLOS, 2002) a eficácia esperada do uso
de indicadores ambientais na gestão do meio ambiente depende de:
•
•
Número de indicadores definidos, que deve ser limitado;
Representatividade dos aspectos considerados pertinentes ( problemas
ambientais, recursos naturais, etc.) de acordo com os objetivos da
política de meio ambiente e metas de estratégia nacional de gestão
ambiental do país.
A OECD (1993, apud BARCELLOS, 2002) classifica em três categorias a
natureza dos indicadores ambientais:
1. Indicadores das pressões sobre o ambiente: relatam pressões
decorrentes de atividades setoriais;
2. Indicadores das condições ambientais: relatam a qualidade
ambiental, a qualidade e quantidade dos recursos naturais;
3. Indicadores das respostas da sociedade: em níveis setorial,
nacional e internacional.
Na mesma classificação, são definidas quatro categorias ou situações em que
se aplica o uso de indicadores ambientais:
1. Integração das questões ambientais com as políticas setoriais;
2. Mensuração do desempenho ambiental;
3. Integração das questões econômicas e ambientais no processo de
decisão;
4. Relatório sobre o estado do meio ambiente.
Segundo Barcellos (2002) os indicadores ambientais só são aplicáveis às áreas
ou temas que permitam uma quantificação, com um bom grau de precisão, e
agregação dos dados, inclusive para tratamento estatístico. A seleção de
36
tópicos e de parâmetros a serem medidos deve ser cuidadosa de forma a evitar
“leituras tendenciosas”.
A OECD (1993, apud BARCELLOS, 2002) propõe indicadores com relação ao
impacto ambiental, ao estado do meio ambiente e à resposta da sociedade.
II.2.4 Indicadores de desenvolvimento sustentável e de sustentabilidade
Torna-se primeiramente importante ressaltar que as ambigüidades existentes
entre os termos desenvolvimento sustentável e sustentabilidade se estendem
às discussões sobre indicadores. A discussão neste item apresentará a
discussão tal como ela foi acessada na literatura disponível.
Segundo IBGE (2008):
“Um dos desafios da construção do desenvolvimento sustentável é o de
criar instrumentos de mensuração, tais como indicadores de
desenvolvimento. Indicadores são ferramentas constituídas por uma ou
mais variáveis que, associadas através de diversas formas, revelam
significados mais amplos sobre os fenômenos a que se referem.
Indicadores de desenvolvimento sustentável são instrumentos
essenciais para guiar a ação e subsidiar o acompanhamento e a
avaliação do progresso alcançado rumo ao desenvolvimento
sustentável. Devem ser vistos como um meio para se atingir o
desenvolvimento sustentável e não como um fim em si mesmos. Valem
mais pelo que apontam do que pelo seu valor absoluto e são mais úteis
quando analisados em seu conjunto do que o exame individual de cada
indicador” (IBGE, 2008, Introdução),
e
“A conquista do desenvolvimento sustentável, atualmente uma
aspiração de abrangência global, toma feições concretas em cada país:
nasce de suas peculiaridades e responde aos problemas e
oportunidades de cada nação. A escolha de Indicadores de
Desenvolvimento Sustentável reflete as situações e especificidades de
cada país, apontando ao mesmo tempo para a necessidade de
produção regular de estatísticas sobre os temas abordados” (IBGE,
2008, Introdução).
Amaral (2003) e Martins (2006) revisaram extensivamente sistemas de
indicadores de desenvolvimento sustentável e de sustentabilidade.
Amaral (2003) apresenta revisões para indicadores de desenvolvimento
sustentável e para indicadores de sustentabilidade empresarial.
37
Martins (2006) apresenta revisões para indicadores de sustentabilidade para os
setores público e privado. A autora cita que Bellen (2005) afirma que os
indicadores de sustentabilidade são instrumentos imperfeitos e de aplicação
não universal, tornando-se necessário conhecer as especificidades dos
diferentes sistemas, suas características e aplicações. A própria autora
reconhece que refletir a interação homem – meio ambiente através de sistemas
de indicadores é tarefa complexa, sendo difícil se encontrar índices que
vislumbrem essa complexidade e sejam de fácil entendimento.
II.2.4.1 Indicadores gerais de desenvolvimento sustentável.
Segundo Zhao (1999 apud Amaral, 2003) indicadores de sustentabilidade
medem a distância entre o impacto ambiental real e aquilo que a biosfera pode
aceitar.
Segundo Amaral (2003), um sistema de indicadores de desenvolvimento
sustentável normalmente considera indicadores ambientais, econômicos e
sociais.
Amaral (2003) informa os seguintes exemplos de sistemas de indicadores de
desenvolvimento sustentável gerais e abrangentes possíveis de serem usados
pelas organizações:
•
Indicadores do Banco Mundial relatados em seu “World Development
Report”;
• Lista de indicadores ambientais e sociais da OECD;
• Listas de indicadores de desenvolvimento sustentável da ONU (Lista da
Comissão de Desenvolvimento Sustentável da ONU (UNCSD, 1996) e
lista do trabalho “Estrutura e metodologia para criação de indicadores de
desenvolvimento sustentável”, também da ONU);
• Indicadores globais de desenvolvimento sustentável elaborados pelo
governo do Reino Unido (HSMO, 1996).
Quanto ao setor público, Martins (2006) frisa a necessidade de elaboração de
um índice que vislumbre os aspectos de desenvolvimento sustentável, ainda
inexistente. Segundo a autora, os capítulos 8 e 40 da Agenda 21 explicitam a
necessidade de criação de indicadores sobre desenvolvimento sustentável.
Estes capítulos tratam da relação entre meio ambiente, desenvolvimento
sustentável e informações para a tomada de decisões.
A Agenda 21 foi o documento aprovado por mais de 180 países durante a
realização da Conferência das Nações Unidas sobre Meio ambiente e
Desenvolvimento, realizada no Rio de Janeiro em 1992. O trabalho de
construção de Indicadores de Desenvolvimento Sustentável é liderado pela
CDS – Comissão para o Desenvolvimento Sustentável da Nações Unidas
(United Nations Commission on Sustainable Development – UNCSD).
38
Martins (2006) frisa como relevantes para o setor público os Indicadores de
Desenvolvimento Sustentável do IBGE (sistema brasileiro), o Environmental
Sustainability Índex (Índice de Sustentabilidade Ambiental), o Painel de
Controle da Sustentabilidade (Dashboard of Sustainability), e a Pegada
Ecológica (Ecological Footprint Method), revisando extensivamente cada um
deles.
O IBGE produziu em 2008 (versão atualizada dos trabalhos publicados em
2002 e 2004) o trabalho “Indicadores de Desenvolvimento Sustentável: Brasil
2008” (IBGE, 2008), que disponibiliza um sistema de informações para o
acompanhamento da sustentabilidade do padrão de desenvolvimento do País.
A concepção norteadora do trabalho é a de limitar-se a um conjunto de
indicadores capazes de expressar as diferentes facetas de abordagem de
sustentabilidade da forma mais concisa possível. A apresentação dos
indicadores segue o marco ordenador proposto pela Comissão de
Desenvolvimento Sustentável – CDS, das Nações Unidas, que os organiza em
quatro dimensões: Ambiental, Social, Econômica e Institucional (IBGE, 2008,
Introdução).
A dimensão ambiental dos indicadores de desenvolvimento sustentável diz
respeito ao uso de recursos naturais e à degradação ambiental, e está
relacionada aos objetivos de preservação e conservação do meio ambiente,
considerados fundamentais ao benefício das gerações futuras. Estas questões
aparecem organizadas nos temas atmosfera; terra; água doce; oceanos; mares
e áreas costeiras; biodiversidade e saneamento (IBGE, 2008, Introdução). São
23 os indicadores agregados sob a dimensão ambiental, explicitados no
Quadro II.5.
39
Quadro II.5 – Dimensão Ambiental dos Indicadores de Desenvolvimento Sustentável do
IBGE
Tema
Atmosfera
Terra
Água doce
Oceanos, mares e áreas costeiras
Biodiversidade
Saneamento
Indicador
Emissões de origem antrópica dos gases
associados ao efeito estufa
2. Consumo
industrial
de
substâncias
destruidoras da camada de ozônio
3. Concentração de poluentes no ar em áreas
urbanas
4. Uso de fertilizantes
5. Uso de agrotóxicos
6. Terras em uso agrossilvipastoril
7. Queimadas e incêndios florestais
8. Desflorestamento da Amazônia Legal
9. Área remanescente desflorestamento na Mata
Atlântica e nas formações vegetais litorâneas
10. Desertificação e arenização
11. Qualidade de águas interiores
1.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Balneabilidade
Produção de pescado marítima e continental
População residente em áreas costeiras
Espécies extintas e ameaçadas de extinção
Áreas protegidas
Tráfico, criação e comércio de animais
silvestres
Espécies invasoras.
Acesso a serviço de coleta de lixo doméstico
Destinação final do lixo
Acesso a sistema de abastecimento de água
Acesso a esgotamento sanitário
Tratamento de esgoto
(Fonte: IBGE, 2008, adaptado)
A dimensão social dos indicadores de desenvolvimento sustentável
corresponde, especialmente, aos objetivos ligados à satisfação das
necessidades humanas, melhoria da qualidade de vida e justiça social. Os
indicadores incluídos nesta dimensão abrangem os temas população; trabalho
e rendimento; saúde; educação; habitação e segurança, e procuram retratar o
nível educacional, a distribuição da renda, as questões ligadas à eqüidade e às
condições de vida da população, apontando o sentido de sua evolução recente.
A questão da eqüidade é contemplada em indicadores de vários temas que,
com a finalidade de explicitar as desigualdades, são desagregados segundo
sexo e cor ou raça. (IBGE, 2008, Introdução). São 19 os indicadores agregados
na dimensão social, demonstrados no quadro II.6.
40
Quadro II.6 – Dimensão Social dos Indicadores de Desenvolvimento Sustentável do IBGE
Tema
População
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
Trabalho e rendimento
Saúde
Educação
37.
38.
39.
40.
Habitação
Segurança
Indicador
Taxa de crescimento da população
Taxa de fecundidade
População e terras indígenas
Índice de Gini da distribuição do rendimento
Taxa de desocupação
Rendimento familiar per capita
Rendimento médio mensal
Esperança de vida ao nascer
Taxa de mortalidade infantil
Prevalência de desnutrição total
Imunização contra doenças infecciosas infantis
Oferta de serviços básicos de saúde
Doenças
relacionadas
ao
saneamento
ambiental inadequado
Taxa de escolarização
Taxa de alfabetização
Escolaridade
Adequação de moradia
41. Coeficiente de mortalidade por homicídios
42. Coeficiente de mortalidade por acidentes de
transporte
(Fonte: IBGE, 2008, adaptado)
A dimensão econômica dos indicadores de desenvolvimento sustentável trata
de desempenho macroeconômico e financeiro do País e dos impactos no
consumo de recursos materiais, na produção e gerenciamento de resíduos e
uso de energia. É a dimensão que se ocupa da eficiência dos processos
produtivos e com as alterações nas estruturas de consumo orientadas a uma
reprodução econômica sustentável a longo prazo. Os diferentes aspectos da
dimensão econômica do desenvolvimento sustentável são organizados nos
temas quadro econômico e padrões de produção e consumo (IBGE, 2008,
Introdução). Esta dimensão agrega 12 indicadores, relacionados no Quadro
II.7.
Quadro II.7 – Dimensão Econômica dos Indicadores de Desenvolvimento Sustentável do
IBGE
Tema
Quadro econômico
Padrões de produção e consumo
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
Indicador
Produto interno bruto per capita
Taxa de investimento
Balança comercial
Grau de endividamento
Consumo de energia per capita
Intensidade energética
Participação de fontes renováveis na oferta de
energia
Consumo mineral per capita
Vida útil das reservas minerais
Reciclagem
Coleta seletiva de lixo
Rejeitos
radioativos:
geração
e
armazenamento
(Fonte: IBGE, 2008, adaptado)
A dimensão institucional diz respeito à orientação política, capacidade e
esforço despendido por governos e pela sociedade na implementação das
mudanças requeridas para uma efetiva implementação do desenvolvimento
sustentável. Esta dimensão aborda temas de difícil conceituação e
mensuração, carecendo de mais estudos para o seu aprimoramento. Esta
41
dimensão é desdobrada nos temas Quadro Institucional e Capacidade
Institucional e apresenta cinco indicadores. É no tema Capacidade Institucional
que figura o indicador que sintetiza o investimento em ciência e novas
tecnologias de processos e produtos e o indicador que expressa
especificamente a atuação do Poder Público na proteção do ambiente,
elementos chaves na busca de alternativas que conduzam ao desenvolvimento
sustentável (IBGE, 2008, Introdução). Esta dimensão agrega 6 indicadores,
mostrados no Quadro II.8.
Quadro II.8 – Dimensão Institucional dos Indicadores de Desenvolvimento Sustentável
Tema
Quadro Institucional
Capacidade institucional
Indicador
55. Ratificação de acordos globais
56. Existência de conselhos municipais
57. Gastos com Pesquisa e Desenvolvimento –
P&D
58. Gasto público com proteção ao meio ambiente
59. Acesso aos serviços de telefonia
60. Acesso à internet
(Fonte: IBGE, 2008, adaptado)
De acordo com Martins (2006), o Environmental Sustainability Índex ou Índice
de Sustentabilidade Ambiental – ISA, criado em 2002 pelas universidades de
Yale e Columbia dos EUA, tem como objetivo central comparar a habilidade de
países na proteção do seu meio ambiente não apenas no tempo presente, mas
também para as próximas décadas. O ISA em sua versão 2005 foi criado a
partir da integração de 76 variáveis em 21 indicadores de sustentabilidade
ambiental que resultam num índice que varia de 0 a 100, sendo 100 o melhor
cenário. Na versão 2005 o índice foi calculado para 146 países. Martins (2006)
revisa extensivamente a composição e o método de cálculo do índice ISA.
Segundo Martins (2006) o ISA foi desenvolvido com o propósito de servir como
instrumento de auxílio à tomada de decisão, por exemplo, pelos governos, em
questões referentes à questão ambiental das nações. O ISA poderia funcionar
como uma alternativa ao PIB e ao IDH – índice de Desenvolvimento
Humano,na avaliação do progresso de um país ou complementando os dois
índices na ótica ambiental. Por agregar várias dimensões (social, econômica,
política, ambiental) o ISA permite representar num único índice a situação de
um país em termos de suas instituições e de vida do ser humano (MARTINS,
2006).
O Painel de Controle da Sustentabilidade (Dashboard of Sustainability) é,
conforme Bellen (2005 apud MARTINS (2006), uma ferramenta desenvolvida
pelo Consultative Group on Sustainable Development Índices (CGSDI), grupo
consultivo que tem como missão promover a cooperação, coordenação e
estratégias entre indivíduos que trabalham no desenvolvimento e utilização de
indicadores de desenvolvimento sustentável.
Segundo Bellen (2004 apud MARTINS, 2006) o Painel de Controle da
Sustentabilidade é um índice agregado de vários indicadores dentro de cada
um dos segmentos do mostrador do painel. A partir do cálculo desses índices
obtém-se um resultado final em cada mostrador.
42
O painel utiliza quatro dimensões para o cálculo de Índice de Sustentabilidade
Geral: ecológica, econômica, social e institucional. O Índice de Sustentabilidade
Geral é representado por um sistema de pontos de 1 (pior caso) até 1.000 (
melhor caso). A situação do país é indicada por cores em cada dimensão de
um determinado país (MARTINS, 2006). O instrumento tem o propósito de
identificar os pontos fortes e fracos de um país, região, município, etc, em
comparação com outros (BELLEN, 2005 apud MARTINS, 2006).
De acordo com Bellen (2005 apud MARTINS, 2006) as dimensões devem
abranger as seguintes questões:
•
•
•
•
Meio ambiente: qualidade da água, ar e solo, níveis de lixo tóxico;
Economia: emprego, investimentos, produtividade, distribuição de
receitas, competitividade, inflação e utilização eficiente de materiais e
energia;
Sociedade: saúde, violência, pobreza, educação, governança, gastos
militares, cooperação internacional;
Institucional: cooperação internacional, ciência e tecnologia,
monitoramento do desenvolvimento sustentável local.
O Quadro II.9 apresenta os indicadores de fluxo e estoque utilizados nesse
painel.
43
Quadro II.9 – Indicadores de fluxo e estoque do Dashboard of Sustainability
Dimensão Ecológica
Dimensão Social
Dimensão Econômica
Dimensão Institucional
Mudança climática
Depleção da camada de ozônio
Qualidade do ar
Agricultura
Florestas
Desertificação
Urbanização
Zona costeira
Pesca
Quantidade de água
Qualidade da água
Ecossistema
Espécies
Índice de pobreza
Igualdade de gênero
Padrão nutricional
Saúde
Mortalidade
Condições sanitárias
Água potável
Nível educacional
Alfabetização
Moradia
Violência
População
Desempenho econômico
Comércio
Estado financeiro
Consumo de materiais
Consumo de energia
Geração e gestão de lixo
Transporte
Implementação
estratégica
do
desenvolvimento
sustentável
Cooperação internacional
Acesso à informação
Infra-estrutura de comunicação
Ciência e tecnologia
Desastres naturais – preparo e resposta
Monitoramento do desenvolvimento sustentável
(Fonte: BELLEN, 2005 apud MARTINS, 2006, p. 87)
O método da Pegada Ecológica (Ecological Footprint Method), criado em 1996,
procura representar o espaço ecológico correspondente para sustentar um
determinado sistema. Os seus autores defendem que devido a natureza ser
finita, ela não suportará o crescimento ilimitado da economia. Por definição, a
pegada ecológica é a área de ecossistema necessária para assegurar a
sobrevivência de uma determinada população ou sistema, fornecendo energia,
recursos naturais e capacidade de absorver resíduos ou dejetos do sistema. A
metodologia contabiliza o fluxo de matéria e energia que entra e sai de um
sistema econômico podendo ser do local ao global. Esse fluxo é convertido em
área de terra (hectare) existente na natureza para suportar tal sistema (o
resultado, ou pegada, é expresso em hectares per capita). A pegada ecológica
tem como objetivo objetivo calcular a área necessária para uma população de
um sistema para que ela se mantenha indefinidamente. As aproximações são
todas baseadas nas emissões de gás carbônico facilitando a migração para a
estimativa de área de floresta a ser utilizada (MARTINS, 2006).
44
II.2.4.2 Indicadores de sustentabilidade empresarial
Amaral (2003) enfatiza que o nível de sustentabilidade de empresas está
começando a ser estudado e medido no mundo. Os três componentes do
desenvolvimento sustentável: o ambiental, o econômico e o social têm
começado a ser avaliados pelas empresas que são mais pró-ativas. Segundo o
autor, a sustentabilidade empresarial pretende avaliar as dimensões ambiental,
social e econômica no nível da organização. As empresas pró-ativas devem
planejar suas atividades de uma maneira sustentável, não pensando apenas
em cumprir as leis ambientais.
Segundo Amaral (2003) a implementação do conceito de desenvolvimento
sustentável demanda das empresas ações de proteção e conservação
ambiental, bem como ações de responsabilidade com a comunidade afetada
direta ou indiretamente por suas atividades, produtos ou serviços.
Adicionalmente, a empresa deve se manter lucrativa e agregar valor na
economia do país no qual a organização está desenvolvendo seus negócios.
Amaral (2003) cita duas abordagens para a questão da sustentabilidade nas
empresas. Primeiramente, pode ser priorizado o investimento em projetos e
processos que consumam menos recursos materiais e energéticos, que
poluam menos e que utilizem tecnologias mais limpas. Adicionalmente, pode
ser intensificado o relacionamento transparente com autoridades
governamentais, ONGs, associações de classe e comunidades, com o objetivo
de obter impactos sócio-econômicos positivos no local onde desenvolvem suas
atividades.
Amaral (2003) citando Beaver e Bellof (2000) informa que existe carência de
medidas e indicadores amplamente aceitos para que uma companhia industrial
ou setor comercial avaliem seu desempenho relativo a praticas de
sustentabilidade empresarial. Os autores citados afirmam que os indicadores
de sustentabilidade empresarial devem levar em consideração intensidade de
material, intensidade de energia, consumo de recursos e dispersão de
poluentes. Estas medidas sozinhas não são indicadores, devendo por isso ser
avaliadas sob óticas de representatividade nos custos da companhia e de
agregação de valor aos negócios da empresa.
Para Beaver e Bellof (2000 apud Amaral, 2003) indicadores de sustentabilidade
empresarial devem ser:
•
•
•
•
Simples de usar e fáceis de serem entendidos;
Complementares a programas de acompanhamento legais existentes;
Fáceis de serem coletados e a custo viável;
Úteis como ferramenta de gestão.
Segundo Amaral (2003) organizações como o WBCSD (World Business
Council for Sustainable Development) e o CEBDS (Conselho Empresarial
Brasileiro para o Desenvolvimento Sustentável) têm apresentado e
implementado programas e indicadores voltados à melhoria da eco-eficiência,
45
conceito que combina melhoria nos desempenhos ambiental e econômico das
empresas, de modo a elevar o valor agregado dos produtos e produzir menores
impactos ambientais. Segundo Amaral (2003) a abordagem da eco-eficiência
enfoca a utilização adequada de recursos materiais e energéticos, com o
sentido de se reduzir custos e maximizar lucros.
Amaral (2003) relata também a existência do índice “Dow Jones Sustainability
Group Índex”, criado em 1998 pelo Instituto Dow Jones e baseado no
desempenho de companhias líderes em sustentabilidade.
Ainda Amaral (2003) informa que a norma ISO 14031 – Avaliação de
Desempenho Ambiental (ISO, 1999 apud Amaral, 2003), embora não seja
específica para indicadores de sustentabilidade, é um bom guia para seleção
de indicadores ambientais em organizações. Os indicadores podem ser
gerenciais, operacionais e de condições ambientais. Esta norma baseia-se na
abordagem do PDCA (Plan; Do; Check; Act) segundo os passos:
•
•
•
Planejar e selecionar os indicadores;
Coletar, analisar, comunicar e relatar os dados;
Revisar e melhorar o desempenho ambiental da organização.
A norma ISO 14031 permite identificar aspectos e impactos ambientais,
características dos indicadores ambientais, exemplos de como uma
organização pode estabelecer indicadores, exemplos de indicadores
gerenciais, operacionais e de condições ambientais, além de outros vários
aspectos relacionados ao desempenho ambiental da organização.
Com respeito a indicadores de sustentabilidade do setor privado, Martins
(2006) cita como exemplo o GRI (Global Reporting Iniciative), que é um
relatório sobre sustentabilidade nas empresas que trabalha com noventa e sete
(97) indicadores, dos quais cinqüenta (50) são considerados essenciais e
quarenta e sete (47) adicionais. Segundo Amaral (2003) a publicação
“Sustainability Reporting Guidelines on Economic, Environmental and Social
Performance” (GRI, 2000) apresenta diretrizes gerais para que as organizações
possam reportar de uma maneira padronizada suas práticas voltadas para a
sustentabilidade. Esta publicação preconiza que devem ser incluídos no
Sumário Executivo e na Descrição dos Indicadores Principais Utilizados pela
Organização no mínimo :
•
•
•
•
Indicadores gerais e específicos de desempenho ambiental;
Indicadores de desempenho econômico;
Indicadores de desempenho social;
Indicadores integrados de desempenho.
Amaral (2003) apresenta uma lista com todos os indicadores apresentados na
publicação GRI (2000).
Martins (2006) cita também o uso do Dow Jones Sustainability Índex, da Bolsa
de Nova Iorque, ressaltando que seus parâmetros não são totalmente
conhecidos.
46
Adicionalmente, a autora informa que o Instituto Ethos, brasileiro, elaborou
indicadores que se preocupam com o aspecto da sustentabilidade dentro das
empresas.
47
III. SEGUNDO REFERENCIAL TEÓRICO – FUNDAMENTOS DE
TERMODINÂMICA
Este capítulo foi desenvolvido utilizando como textos de referência KOTAS
(1985), BEJAN et al. (1996), MORAN & SHAPIRO (2002) GOLDEMBERG &
VILLANUEVA (2003), HINRICHS & KLEINBACH (2003), MARQUES et al.
(2006) e DINCER & ROSEN (2007).
O objetivo deste capítulo foi o de subsidiar a análise da literatura versando
sobre exergia e suas aplicações.
A abordagem foi enfocada em três partes, Energia, Termodinâmica e Exergia,
para melhor evidenciar as particularidades dos termos energia, entropia e
exergia, termos centrais desta revisão teórica.
A necessidade de revisão desses conceitos básicos está relacionada à
complexidade do assunto, suportado por um arcabouço de definições e
conceitos físico-químicos interligados, e à terminologia particular utilizada
nesse campo de estudos.
É feita uma revisão básica dos conceitos gerais associados à energia e das leis
básicas da termodinâmica com ênfase na Segunda Lei, que é introduzida
através do Postulado de Entropia, o qual permite formular o conceito de
produção de entropia, que é requerido como um conceito subsidiário no
desenvolvimento subseqüente das relações básicas de exergia.
III.1 Energia
Os conceitos de energia, entropia e exergia derivam-se da termodinâmica e
são aplicáveis a todos os campos da ciência e da engenharia.
A termodinâmica desempenha um papel central na análise de processos,
sistemas e dispositivos em que transferências e transformações de energia
ocorrem.
A energia se manifesta sob muitas formas. A maioria de nossas atividades
diárias envolve transferência e transformação de energia. O corpo humano é
um exemplo de um sistema biológico em que energia química dos alimentos ou
a gordura corporal é transformada em outros tipos de energia, tais como calor e
trabalho. As aplicações da energia na engenharia são muito vastas e incluem
plantas de potência para gerar eletricidade, motores para mover automóveis e
aviões, sistemas de refrigeração e ar condicionado, por exemplo.
Vários exemplos de sistemas de engenharia envolvendo aplicações e
transformações de energia são citados por Dincer & Rosen (2007).
48
Por tal diversidade, o campo dos estudos energéticos é bastante vasto,
cobrindo desde os recursos naturais até as modernas tecnologias, permitindo
abordagens considerando apenas os aspectos técnicos ou envolvendo
componentes sócio-econômicos e ambientais, inclusive quanto a sua evolução
histórica e suas perspectivas futuras.
A palavra energia suporta muitos sentidos e definições. Modernamente,
energia corresponde essencialmente a um conceito desenvolvido a partir de
meados do Século XIX, tendo sido criado juntamente com a termodinâmica e
utilizado atualmente para descrever uma ampla variedade de fenômenos
físicos. A definição mais usual afirma que “energia é a medida da capacidade
de efetuar trabalho”. A rigor, esta definição não é totalmente correta e aplica-se
apenas a alguns tipos de energia, como a mecânica e a elétrica, que, em
princípio, são totalmente conversíveis em outras formas de energia. Este modo
de se definir energia perde o sentido ao ser aplicado ao calor, pois esta forma
de energia é apenas parcialmente conversível em trabalho, especialmente em
temperaturas próximas à do ambiente. Portanto, essa definição não é
completa.
A definição proposta por Maxwell (1831–1879) em 1872 pode ser considerada
mais correta que a anterior: “energia é aquilo que permite uma mudança na
configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste a esta
mudança”. Esta definição refere-se a mudanças de condição, a alterações do
estado de um sistema e inclui duas idéias importantes: as modificações de
estado implicam em vencer resistências e é justamente a energia que permite
obter estas modificações de estado. Qualquer processo que se associe a
alguma mudança implica em se ter fluxos energéticos.
Porém, mais importante do que definir energia, é sentir e perceber sua
existência, como a causa e origem primeira de todas as mudanças. Boa parte
das leis físicas que governam o mundo natural são no fundo variantes das leis
básicas dos fluxos energéticos, as leis de conservação e dissipação de
energia, que estruturam todo o Universo.
Energia é uma quantidade escalar que não pode ser observada diretamente,
mas pode ser avaliada por medidas indiretas. O valor absoluto da energia de
um sistema é difícil de ser mensurado, mas a variação de energia do sistema
pode ser facilmente avaliada.
A energia, entendida como a capacidade de promover mudanças de estado,
pode apresentar-se fisicamente de várias formas. De uma maneira geral, um
potencial energético corresponde sempre ao produto entre uma variável
extensiva, cujo módulo depende da quantidade considerada, e uma variável de
desequilíbrio, expressando uma disponibilidade de conversão entre formas
energéticas. Apenas nos processos de conversão se identifica a existência de
energia, que, então, se apresenta, na fronteira do sistema, como calor ou como
trabalho.
Calor pode ser definido como o fluxo energético decorrente de diferença de
temperatura.
49
Por trabalho entende-se todo processo análogo à elevação de um peso.
O trabalho corresponde a uma variação ordenada de energia, enquanto o calor
apresenta-se desordenado.
As principais formas de energia podem ser enumeradas: energia nuclear,
energia atômica, energia química, energia elétrica, energia térmica, e energia
mecânica. Marques et al. (2006) caracteriza cada uma destas formas de
energia.
Energia sempre existirá sempre que houver possibilidade de promover alguma
mudança de estado. Sempre que existir algo em transformação, crescendo ou
diminuindo, mudando de aspecto ou de condição, existirão fluxos energéticos
se manifestando.
A energia manifesta-se de várias formas, que podem ser internas ou
transientes. Energia pode ser convertida de uma forma para outra. Em análise
termodinâmica as formas de energia podem ser classificadas em dois grupos:
macroscópicas e microscópicas.
As formas macroscópicas de energia são aquelas que um sistema global
possui em relação a um sistema de referência, por ex. energia cinética e
potencial. A energia macroscópica de um sistema está relacionada ao
movimento e à influência de efeitos externos tais como gravidade, magnetismo,
eletricidade e tensão superficial.
A energia cinética de um sistema é um resultado de seu movimento com
relação a um dado sistema de referência. Esta forma de energia é
conseqüência do movimento global, translacional ou rotacional, do sistema.
A energia potencial de um sistema é a soma das energias potencial
gravitacional, elétrica e magnética. A energia potencial gravitacional é
conseqüência da elevação do sistema no campo gravitacional e é comumente
chamada de energia potencial.
As formas microscópicas de energia são aquelas relacionadas à estrutura
molecular de um sistema e ao grau de atividade molecular do sistema, e são
independentes de sistemas referenciais externos. A soma de todas as formas
microscópicas de energia de um sistema é sua energia interna. A energia
interna de um sistema depende das qualidades intrínsecas, ou propriedades,
dos materiais que compõe o sistema, tais como composição e forma física,
bem como das variáveis ambientais (temperatura, pressão, campo elétrico,
campo magnético, etc.). A energia interna pode ter várias formas, incluindo
mecânica, química, elétrica, magnética, superficial e térmica.
A termodinâmica envolve o conceito de estados de equilíbrio e postula que a
variação no valor de quantidades termodinâmicas, tais como a energia interna,
entre dois estados de equilíbrio de um sistema não depende do caminho
termodinâmico que o sistema executa para chegar de um estado a outro. A
50
variação é definida apenas pelos estados de equilíbrio inicial e final do sistema.
Conseqüentemente, a variação de energia interna de um sistema é
determinada pelos parâmetros que especificam o seu estado inicial e final.
Esses parâmetros incluem pressão, temperatura, campo magnético, área
superficial, massa, etc.
Se um sistema varia de um estado 1 a um estado 2, a variação de energia
interna ∆U é (U 2 − U 1 ) , a energia interna no estado final menos a energia
interna no estado inicial. A diferença não depende de como o sistema chega do
estado 1 ao estado 2. Diz-se, então, que a energia interna é uma função de
estado, ou função de ponto, isto é, apenas uma função do estado do sistema, e
não de sua história.
III.2 Eficiências energéticas
Os potenciais energéticos – potenciais para a promoção de mudanças – tem
como característica essencial a possibilidade de interconversão: uma forma
energética eventualmente pode ser convertida em outra, de modo espontâneo
ou intencional, permitindo neste último caso adequar-se a alguma utilização
desejada. Pode-se falar, então, de “processos de geração de energia”. A Figura
III.1 apresenta as principais formas de conversão entre seis formas básicas de
energia. Pode-se observar que, enquanto alguns processos foram
desenvolvidos e aperfeiçoados pelo homem, outros só são possíveis mediante
processos naturais, como a conversão energética muscular e a fotossíntese.
Também se observa nesta figura que os processos que resultam em energia
térmica são bastante variados, e que a energia mecânica está envolvida em
diversos processos tecnológicos.
Figura III.1 – Processos de conversão energética (Fonte: Marques et al. (2006, p. 22))
Quaisquer que sejam os sistemas considerados e as formas de energia
envolvidas, todos os processos de conversão energética são regidos por duas
51
leis físicas fundamentais, que constituem a arcabouço essencial da ciência
energética, e se sustentam apenas pela observação de processos reais desde
o microcosmo até a escala das estrelas.
A primeira lei básica é a Lei da Conservação da Energia, ou Primeira Lei da
Termodinâmica. Segundo este postulado, energia não se cria nem se destrói.
Nos casos em que ocorrem reações atômicas ou nucleares podem ser
observadas transformações de massa em energia. Assim, pode ser mostrado
que a soma da energia e da massa do universo é uma constante. Porém, na
maioria das situações a dualidade massa-energia não precisa ser considerada.
É então suficiente afirmar que, em um dado período de tempo, a somatória dos
fluxos e estoques energéticos em um processo ou sistema é constante, ou
seja,
∑E
entra
= ∑ E sai + ∆E sistema
A aplicação desta lei pressupõe uma convenção de sinais para os fluxos
energéticos.
Uma situação que tem grande interesse prático é o processo em regime
permanente, no qual não ocorrem variações no tempo e no qual não ocorrerão
variações de estoque, ∆E sistema . Neste modo de operação de um sistema –
condição normal ou estável – a soma dos fluxos energéticos na entrada e na
saída devem ser iguais.
A Primeira Lei da Termodinâmica permite efetuar balanços energéticos,
determinar perdas, quantificar fluxos energéticos.
Baseado também nesta lei está o conceito de desempenho ou eficiência
energética de um sistema energético, η energética , relacionando o efeito energético
útil com o consumo energético no sistema, como abaixo explicitado para um
sistema em regime permanente (Figura III.2)
Figura III.2 – Sistema energético generalizado (Fonte: Marques et al. (2006, p. 23))
A eficiência energética ou desempenho para este sistema pode ser escrita
como:
η energética =
Eútil
E consumida
=
E consumida − Perdas
Perdas
= 1−
E consumida
Econsumida
52
No caso de equipamentos mecânicos como alavancas e roldanas, a eficiência
é muito alta (próxima a 100%), já que a maioria das perdas ocorre apenas
devido ao atrito, que pode se reduzido na maioria dos casos. Quando só está
envolvido trabalho mecânico, a eficiência mecânica do uso da energia de um
dado aparelho ou máquina mecânica (η ) pode ser definida como a razão da
energia útil ou energia obtida ou trabalho realizado (W) pela energia consumida
ou conteúdo energético da fonte de energia primária (W consumido)
(GOLDEMBERG & VILLANUEVA, 2003, p. 36):
η=
W
Wconsumido
A outra relação física básica dos processos energéticos é a Lei da Dissipação
da Energia. Segundo esta lei, em todos os processos reais de conversão
energética sempre deve existir uma parcela de energia térmica como produto.
Se o objetivo do processo for transformar energia mecânica em calor, tal
conversão pode ser total. Porém, se o propósito for inverso, a conversão de
energia térmica em energia mecânica será sempre parcial, pois uma parcela
dos produtos deverá ser calor. Em outras palavras, existem perdas térmicas
inevitáveis nos processos de conversão energética, que se somam às outras
perdas inevitáveis decorrentes das limitações tecnológicas e econômicas dos
sistemas reais, tais como isolamento térmico imperfeito, atrito, perdas de carga
e inércias.
Clausius (1822-1888) mostrou que as imperfeições nos processos de
conversão energética determinam o incremento líquido de entropia no
Universo. A entropia tende sempre a aumentar no mundo real, já que apenas
os processos energéticos idealmente perfeitos ou reversíveis não geram
entropia.
Esta lei física, ou Segunda Lei da termodinâmica, é especialmente importante
no estudo dos ciclos térmicos de potência, nos quais a conversibilidade dos
fluxos de calor em energia mecânica depende da temperatura da fonte térmica,
conforme a expressão do rendimento máximo das máquinas térmicas
desenvolvida por Carnot (1796-1832):
T2
T1
Nesta expressão, válida para máquinas térmicas reversíveis, T1 e T2
correspondem respectivamente às temperaturas absolutas das fontes térmica
de alta e baixa temperatura, cuja existência é imprescindível para a produção
de potência mecânica.
ηreversível=1−
Este rendimento é sempre inferior a 100%, elevando-se com a elevação de T1
e a redução de T2, indicando que os fluxos de calor apresentam um potencial
de conversão em trabalho que depende das temperaturas envolvidas. Como o
trabalho é sempre totalmente conversível em qualquer outra forma de energia e
53
o calor sempre mostra esta limitação, considera-se que aquelas energias
diretamente conversíveis em trabalho são energias nobres, enquanto as
energias térmicas correspondem a energias de baixa qualidade.
III.3 TERMODINÂMICA
Neste item são apresentados os princípios fundamentais de termodinâmica de
engenharia. Utiliza-se o enfoque da termodinâmica clássica. A termodinâmica
clássica refere-se à estrutura macroscópica da matéria, tal como se apresenta
em grandes agregados de moléculas.
III.3.1 Conceitos básicos
Sistema: Um sistema é uma coleção identificável de matéria cujo
comportamento é o sujeito do estudo. Para identificação, o sistema é envolvido
por uma fronteira do sistema ou superfície de controle, que pode ser puramente
imaginária ou pode coincidir com uma fronteira real, podendo ser fixa ou móvel
O termo sistema fechado ou massa de controle é algumas vezes usado para
enfatizar que não há fluxo de matéria através da fronteira do sistema. Quando
há fluxo de massa através da superfície de controle, o sistema é chamado de
volume de controle ou sistema aberto. O tipo de análise termodinâmica usado é
conhecido como análise de sistema ou análise de massa de controle.
Quando há movimentos envolvidos, a definição de sistema precisa incluir um
sistema de referência ao qual velocidades e deslocamentos estão
relacionados. O sistema de referência mais comumente usado é o sistema de
referência inercial no qual uma partícula livre se move à velocidade constante.
Vizinhanças: Tudo externo à fronteira do sistema é chamado vizinhanças.
Sistema isolado: Se mudanças nas vizinhanças não produzem mudanças no
sistema, o sistema é conhecido como um sistema isolado. Um sistema
combinando um sistema e suas vizinhanças é um sistema isolado,
frequentemente chamado universo que não é um universo no sentido
cosmológico mas apenas no sentido termodinâmico.
Propriedade: Uma propriedade termodinâmica é qualquer característica
mensurável de um sistema cujo valor depende da condição do sistema.
Estado termodinâmico: A condição de um sistema em qualquer instante de
tempo é chamada seu estado. O estado de um sistema é aquela condição do
sistema que é descrita plenamente por suas propriedades observáveis em
cada instante. Uma propriedade é qualquer quantidade cujo valor numérico
depende do estado mas não da história do sistema. Em estados idênticos, as
propriedades tem os mesmos valores. Portanto, propriedades são funções do
estado do sistema e não de um processo que o sistema possa sofrer.
54
Propriedades Extensivas: Propriedades extensivas dependem do tamanho ou
extensão do sistema. Volume, massa e energia são exemplos de propriedades
extensivas. Uma propriedade extensiva é aditiva no sentido de que seu valor
para o sistema todo iguala a soma dos valores das suas partes. Para um
sistema dividido em N subsistemas por fronteiras reais ou imaginárias, o valor
de uma propriedade extensiva, X, para o sistema inteiro é a soma dos valores
daquela propriedade para todos os subsistemas. Chamando a propriedade
extensiva do subsistema i como Xi, então
X = ∑ Xi
i
Massa e volume são propriedades extensivas. Propriedades extensivas tem
valores independente se o sistema está em equilíbrio ou não.
Propriedades Intensivas: Estas propriedades são independentes do tamanho
ou extensão do sistema e só tem significado para sistemas em estados de
equilíbrio; pressão e temperatura são propriedades intensivas.
Sistema Homogêneo: Se o valor de qualquer propriedade intensiva em
qualquer parte do sistema é a mesma, o sistema é homogêneo.
Mol: Um mol é uma quantidade de substância que tem a massa
numericamente igual ao seu peso molecular. Designando o peso molecular por
M e o número de moles por n, a massa m de substância é m = nM. Um
quilograma mol, kmol, de oxigênio pesa 32,0 kg.
Propriedade específica: Um tipo especial de propriedade intensiva é uma
propriedade específica que é a razão de uma propriedade extensiva para a
massa correspondente. Quando uma propriedade extensiva é reportada em
uma base unitária ou em uma base unitária molar, ela é chamada propriedade
específica. Uma barra sobre a letra que designa uma propriedade extensiva é
usada para distinguir uma propriedade extensiva escrita numa base molar de
seu valor expresso por unidade de massa. Por exemplo, o volume por mol é V
enquanto o volume por unidade de massa é V , e os dois volumes são
relacionados por V = MV .
Processo, ciclo: Dois estados são idênticos se, e apenas se, as propriedades
dos dois estados são idênticas. Quando qualquer propriedade de um sistema
muda em valor, há uma mudança em estado, e o sistema sofre um processo.
Quando um sistema em um dado estado inicial sofre uma seqüência de
processos e finalmente retorna ao estado inicial, diz-se que o sistema sofreu
um ciclo.
Fase e substância pura: O termo fase refere-se à quantidade de matéria que
é homogênea em composição química e estrutura física. Homogeneidade em
estrutura física significa que a matéria é toda sólida, ou toda líquida ou toda
vapor (ou toda gás). Um sistema pode conter uma ou mais fases. Por exemplo,
um sistema de água líquida e vapor d’água contém duas fases. Uma
55
substância pura é aquela que é tem composição química uniforme e invariável.
Uma substância pura pode existir em mais de uma fase, mas sua composição
química deve ser a mesma em cada fase. Por exemplo, se água líquida e vapor
d’água formam um sistema com duas fases, o sistema pode ser considerado
como uma substância pura porque cada fase tem a mesma composição.
Equilíbrio: Equilíbrio significa uma condição de balanço. Em termodinâmica o
conceito inclui não apenas um balanço de forças mas também um balanço de
outras influências. Cada tipo de influência refere-se a um aspecto particular do
equilíbrio termodinâmico, ou completo. Equilíbrio térmico refere-se a uma
igualdade de temperatura, equilíbrio mecânico refere-se a uma igualdade de
pressão, e o equilíbrio de fases a uma igualdade de potenciais químicos. O
equilíbrio químico é também estabelecido em termos de potenciais químicos.
Para equilíbrio completo, os diversos tipos de equilíbrio necessitam existir
individualmente.
Quando um sistema é isolado, ele não pode interagir com suas vizinhanças;
entretanto, seu estado pode mudar em conseqüência de eventos espontâneos
ocorrendo internamente à medida que suas propriedades intensivas, como
pressão e temperatura, tendem a valores uniformes. Quando todas essas
alterações cessam, o sistema está em equilíbrio. No equilíbrio, a temperatura é
uniforme através do sistema, A pressão também pode ser tida como uniforme
se o efeito da gravidade não é significativo. Por outro lado, uma variação de
pressão com a altura pode existir, como em uma coluna vertical de líquido.
Estado de equilíbrio: Um sistema isolado que não tem tendência para sofrer
uma mudança de estado mesmo após um longo tempo está em um estado de
equilíbrio.
Processo reversível: Um processo é reversível se, após ele ter ocorrido,
meios podem ser encontrados para restituir o sistema e suas vizinhanças aos
seus estados iniciais sem efeitos residuais em qualquer um deles.
Reversibilidade plena não é possível em um processo real.
Processo quase-estático: nestes processos o sistema está infinitesimalmente
próximo ao equilíbrio em todos os tempos e estados através dos quais os
passos do sistema podem ser descritos por coordenadas termodinâmicas
referindo ao sistema como um todo. Um processo quase-estático é uma
idealização que pode ser aproximada na prática com qualquer grau de precisão
desejado.
Região de controle: Uma região de controle, também conhecida como volume
de controle ou sistema aberto, é qualquer região definida no espaço sob
análise. A extensão da região de controle é definida pela superfície de controle.
Trabalho e calor: Estes fenômenos são descritíveis na fronteira do sistema e
existem apenas enquanto o sistema (ou região de controle) e as vizinhanças
interagem e, portanto, ambos, trabalho e calor, são chamados interações.
Desde que essas interações resultam em transferências de energia através da
fronteira, trabalho e calor podem ser considerados como energia em trânsito.
56
Embora eles tenham isto em comum, há também importantes distinções entre
eles. Trabalho é uma interação entre dois sistemas tal que o único efeito da
ação de um sistema no outro pode ser mostrada como sendo equivalente ao
levantamento ou rebaixamento de um peso. Calor resulta em uma transferência
de energia entre dois sistemas em contato térmico devido a sua diferença de
temperatura.
Reservatório de energia térmica: Um reservatório de energia térmica é um
corpo de volume constante em equilíbrio estável com uma capacidade
calorífica muito grande de modo que ele pode atuar como uma fonte ou
sumidouro de calor sem sofrer uma mudança finita em temperatura. Em análise
termodinâmica prática, qualquer corpo de temperatura constante, tal como uma
sala aquecida ou um compartimento frio refrigerado, cuja única função é tanto
receber quanto liberar energia térmica através de interação de calor pode ser
tratado como um reservatório de energia térmica dentro do qual todos os
processos são assumidos como sendo quase-estáticos.
Reservatório de energia mecânica: É um sistema capaz de estocar energia
mecânica completamente ordenada como energia potencial ou energia
cinética. Um reservatório de energia mecânica é um sistema idealizado no qual
a energia é estocada, recebida, e liberada de uma maneira reversível.
Máquina térmica: Uma máquina térmica opera de uma maneira cíclica e troca
energia térmica e mecânica com outros sistemas.
Fronteira adiabática: Uma fronteira de sistema ou superfície de controle que
não permite que uma interação de calor ocorra é adiabática.
Fronteira diatérmica: Uma fronteira de sistema ou superfície de controle que
permite que uma interação de calor ocorra é diatérmica.
Convenção de sinais: Transferência de calor para o sistema é positiva e
transferência de calor do sistema é negativa. Trabalho feito pelo sistema é
positivo e trabalho feito sobre o sistema é negativo.
Postulado de Estado: O número de propriedades termodinâmicas
independentemente variáveis para um sistema particular é o número de modos
de trabalho reversíveis relevantes mais um. Os modos de trabalho reversíveis,
isto é, maneiras pelas quais um sistema pode transferir energia como trabalho,
dependem das propriedades da substância que compreende o sistema. Por
exemplo, se a substância é compressível e magnética seus modos de trabalho
estão associados com variações de volume devido á aplicação de pressão e
variações em magnetização em um campo magnético variável. Três
propriedades independentemente variáveis são requeridas para definir seu
estado. Nas aplicações estudadas neste trabalho, apenas o modo de trabalho
devido à compressibilidade foi considerado; o estado de uma tal substância
compressível simples pode ser definido para um sistema não reativo em termos
de apenas duas propriedades independentemente variáveis.
Temperatura
57
Um termômetro de vidro com mercúrio como substância termométrica relata a
variação de comprimento da coluna de mercúrio com a variação de
temperatura, determinando deste modo uma escala de temperatura. A
dependência de medidas de temperatura com uma substância termométrica tal
como mercúrio não é satisfatória, uma vez que o mercúrio permanece no
estado líquido sobre um intervalo relativamente estreito de temperatura. Além
do mais, a calibração de um termômetro entre pontos padrões não levará
necessariamente a intervalos de temperatura iguais aos obtidos por um
segundo termômetro usando uma substância diferente. Em conseqüência, é
altamente desejável o estabelecimento de uma escala de temperatura
independente da substância de trabalho. Esta escala é chamada de escala
termodinâmica de temperatura, ou escala Kelvin, e é estabelecida a partir da
Segunda Lei da termodinâmica. A definição de uma escala absoluta de
temperatura derivada da Segunda Lei é válida sobre todos os intervalos de
temperatura e permite uma conexão entre as diversas medidas empíricas de
temperatura. A temperatura absoluta do ponto triplo da água é fixado em
273,16 K na escala Kelvin de temperatura por um acordo internacional.
III.3.2 A Lei Zero da termodinâmica
“Se dois sistemas A e B estão em equilíbrio com um sistema C quando em
contato térmico com C, então A e B estão em equilíbrio um com o outro”.
Esta lei, também conhecida como princípio de equilíbrio térmico, é a base da
medição de temperatura.
III.3.3 A Primeira Lei da termodinâmica
Energia é um conceito fundamental da termodinâmica e um dos aspectos mais
significativos da análise de engenharia. Energia pode ser armazenada dentro
de sistemas sob várias formas macroscópicas: energia cinética, energia
potencial gravitacional, e energia interna. Energia também pode ser
transformada de uma forma em outra, ou transferida entre sistemas. Em
sistemas fechados, energia pode ser transferida por transferência de calor ou
de trabalho. A quantidade total de energia é conservada em todas as
transformações e transferências.
Trabalho: Em termodinâmica, o termo trabalho ( W ) denota um meio para
transferência de energia. Trabalho é um efeito de um sistema em outro.
Trabalho feito por um sistema sobre suas vizinhanças é identificado e medido
quando o único efeito sobre as vizinhanças externas ao sistema pode ser
reduzido ao levantamento de um peso, notando-se que o levantamento de um
peso é na verdade uma força atuando através de uma distância, de modo que
o conceito de trabalho mecânico é incluído. A magnitude do trabalho é medida
pelo número de pesos padrões que poderiam ter sido elevados.
58
Pela convenção usual de sinais trabalho feito por um sistema é considerado
positivo em valor; trabalho feito sobre o sistema é considerado negativo em
valor:
W > 0 : trabalho feito pelo sistema
W < 0 : trabalho feito sobre o sistema
A taxa temporal de execução de trabalho é denominada potência e seu símbolo
.
éW.
Energia: Um sistema fechado sofrendo um processo que envolve apenas
interações de trabalho com suas vizinhanças sofre um processo adiabático.
Com base em evidência experimental, pode ser postulado que quando um
sistema fechado é alterado adiabaticamente, a quantidade de trabalho W adiabático
é fixada pelos estados terminais do sistema e é independente dos detalhes do
processo. Este postulado, que é uma maneira pela qual a Primeira Lei da
termodinâmica pode ser estabelecida, pode ser feito independente do tipo de
interação de trabalho envolvida, do tipo de processo, ou da natureza do
sistema.
Como o trabalho em um processo adiabático depende apenas dos estados
iniciais e finais, pode se concluir que uma propriedade extensiva pode ser
definida para um sistema de modo que sua variação em valor entre dois
estados é igual ao trabalho em um processo adiabático que tenha esses
estados terminais. Esta propriedade é chamada energia.
Em termodinâmica de engenharia a variação na energia de um sistema é
considerada como sendo composta de três contribuições macroscópicas:
•
•
•
A variação de energia cinética (EC), associada ao movimento do
sistema como um todo, relativo a um sistema de coordenadas externo;
A variação de energia potencial gravitacional (EP), associada com a
posição do sistema como um todo dentro do campo gravitacional da
terra;
Todas as outras variações de energia agregadas na energia interna U
do sistema.
Todas estas formas de energia são propriedades extensivas do sistema.
A variação de energia entre dois estados expressa em termos do trabalho em
um processo adiabático entre esses estados é
(EC2 – EC1) + (EP2 – EP1) + (U2 – U1) = -Wadiabático
onde 1 e 2 denotam o estado inicial e final, respectivamente, e o sinal de
menos diante do termo de trabalho está de acordo com a convenção de sinais
adotada. Desde que qualquer valor arbitrário pode ser atribuído à energia num
59
dado estado 1, nenhum significado particular pode ser designado ao valor da
energia no estado 1 ou em qualquer outro estado. Apenas variações na energia
de um sistema tem significado.
A energia interna específica é simbolizada por u ou u , dependendo se é
expressa em base de unidade mássica ou em base molar, respectivamente.
A energia específica (energia por unidade mássica) é a soma da energia
interna específica u , da energia cinética específica v 2 / 2 e da energia
específica gravitacional gz , ou seja,
Energia específica = u +
1
mv 2 + gz
2
onde v é a velocidade e z a elevação, cada um relativo a um sistema
especificado, e g é a aceleração da gravidade.
A entalpia é uma propriedade relacionada à energia interna u, pressão p e
volume específico V e é definida por
h = u + pV
Calor: A quantidade Q é a quantidade de energia transferida a um sistema
fechado durante um processo por outros meios que não trabalho. Com base na
experiência sabe-se que tal transferência de energia é induzida apenas como
resultado da diferença de temperatura entre o sistema e suas vizinhanças e
ocorre apenas na direção da menor temperatura. Este tipo de transferência de
energia é chamada transferência de energia por calor. A seguinte convenção
de sinais é utilizada:
Q > 0 : transferência de calor ao sistema
Q < 0 : transferência de calor a partir do sistema
Balanço de energia: Sistemas fechados podem também interagir com suas
vizinhanças de uma forma que não pode ser classificada como trabalho, como
por exemplo um gás (ou líquido) contido em um sistema fechado sofrendo um
processo enquanto está em contato com uma chama. Este tipo de interação é
chamada uma interação de calor e o processo é referido como um processo
não-adiabático.
Um aspecto fundamental do conceito de energia é que a energia é conservada.
Assim, desde que entre mesmos estados terminais um sistema fechado sofre a
mesma variação de energia em um processo adiabático e num processo nãoadiabático, pode ser concluído que a transferência líquida de energia ao
sistema em cada um desses processos deve ser a mesma. Segue-se que
interações de calor também envolvem transferência de energia. Mais além, a
quantidade de energia Q transferida a um sistema fechado nestas interações
60
de calor devem igualar a soma da variação de energia do sistema e a
quantidade de energia transferida do sistema por trabalho. Isto é:
Q = [(EC2 − EC1 ) + ( EP2 − EP1 ) + (U 2 − U 1 )] + W
ou
(U 2 − U 1 ) + ( EC2 − EC1 ) + ( EP2 − EP1 ) = Q − W
que é chamado balanço de energia para um sistema fechado e resume o
princípio de conservação de energia para quaisquer sistemas fechados.
As quantidades simbolizadas por W e Q respondem por transferências de
energia. Os termos trabalho e calor denotam diferentes maneiras pelas quais
energia é transferida e não o que é transferido. Trabalho e calor não são
propriedades e é impróprio falar em trabalho ou calor “contidos” em um
sistema. Trabalho e calor são freqüentemente chamados simplesmente de
transferência de calor e trabalho na prática de engenharia.
Ciclos de Potência: Para um sistema fechado sofrendo um ciclo
termodinâmico, a variação líquida de energia ao longo do ciclo é zero, ou seja,
Qciclo = Wciclo
que significa que ao longo do ciclo a quantidade líquida de energia recebida
através de interações de calor é igual à energia líquida transferida por
interações de trabalho.
Em um ciclo de potência, ou máquina térmica, uma quantidade líquida de
energia é transferida por interações de trabalho produzido: Wciclo > 0 . Este
valor equivale à quantidade líquida de energia recebida através de interações
de calor.
A partir da experiência é encontrado que ciclos de potência são caracterizados
por uma adição de energia por transferência de calor e uma rejeição inevitável
de energia por transferência de calor:
Qciclo = Q A − Q R
onde QA é a energia total adicionada por transferência de calor e QR é a
energia total rejeitada por transferência de calor.
Destas equações combinadas resulta:
Wciclo = Q A − Q R
A eficiência térmica de uma máquina térmica é definida como a razão entre o
trabalho líquido desenvolvido e a energia total adicionada por transferência de
calor:
61
η=
Wciclo
Q
= 1− R
QA
QA
A experiência com ciclos de potência revela que a eficiência térmica é
invariavelmente menor que 100%. Ou seja, uma parte da energia QA suprida é
rejeitada: QR ≠ 0. Esta condição deve ser cumprida por todos os ciclos, por
mais idealizados que sejam. Nenhum ciclo de potência, real ou ideal, pode ter
uma eficiência térmica de 100%. Torna-se interessante determinar a eficiência
teórica máxima, o que é feito a partir da Segunda Lei da termodinâmica.
III.3.4 A Segunda Lei da termodinâmica
Muitos postulados da Segunda Lei da termodinâmica foram propostos. Cada
um deles pode ser chamado um postulado da Segunda Lei ou um corolário da
Segunda Lei: se um não é válido todos são inválidos. A base da Segunda Lei é
a evidência experimental.
Postulado de Kelvin-Planck: O postulado de Kelvin-Planck refere-se ao
conceito de reservatório térmico. Um reservatório térmico é um sistema que
sempre permanece a uma temperatura constante mesmo que energia seja
adicionada ou removida por transferência de calor. Um reservatório é uma
idealização, mas pode ser aproximado de várias maneiras: a atmosfera da
terra, grandes corpos de água (lagos, oceanos). As propriedades extensivas de
reservatórios térmicos, tal como a sua energia interna, podem mudar em
interações com outros sistemas e mesmo assim a temperatura do reservatório
permanece constante.
O postulado de Kelvin-Planck da Segunda Lei afirma: “É impossível para
qualquer sistema operar em um ciclo termodinâmico e liberar uma quantidade
líquida de energia por trabalho para suas vizinhanças enquanto recebe energia
por transferência de calor de um único reservatório térmico”. A expressão
analítica do postulado é
Wciclo ≤ 0 (reservatório único)
Onde as palavras reservatório único enfatizam que o sistema se comunica
termicamente com um único reservatório a medida que ele executa o ciclo. O
sinal de desigualdade se aplica quando irreversibilidades internas estão
presentes ao longo do ciclo e a igualdade se aplica apenas quando não há
irreversibilidades presentes.
Irreversibilidades: Um processo é dito reversível se é possível que seus
efeitos sejam erradicados no sentido de que há alguma maneira pela qual
ambos sistema e suas vizinhanças podem ser exatamente restaurados aos
seus respectivos estados iniciais. Um processo é irreversível quando não há
maneiras pelas quais sistema e vizinhanças possam ser exatamente
62
restaurados aos seus respectivos estados iniciais. Um sistema que tenha
sofrido um processo irreversível não está necessariamente impedido de ser
restaurado ao seu estado inicial. Entretanto, tenha o sistema sido restaurado
ao seu estado inicial, não seria possível retornar as vizinhanças ao estado em
que estavam inicialmente.
Há muitos efeitos cuja presença durante um processo o tornam irreversível.
Alguns são os seguintes:
•
•
•
•
•
•
•
•
Transferência de calor através de uma diferença finita de temperatura;
Expansão não resistida de um gás ou um líquido a uma pressão mais
baixa;
Reação química espontânea;
Mistura de matéria em diferentes composições ou estados;
Fricção por atrito e fricção no escoamento de fluidos;
Fluxo de corrente elétrica através de uma resistência;
Magnetização ou polarização com histerese;
Deformação inelástica.
Irreversibilidades podem ser divididas em duas classes: internas e externas.
Irreversibilidades internas são aquelas que ocorrem dentro do sistema,
enquanto irreversibilidades externas são aquelas que ocorrem dentro das
vizinhanças, normalmente as vizinhanças imediatas. Como essa divisão
depende da locação da fronteira, se a fronteira for locada incluindo as
vizinhanças imediatas, todas as irreversibilidades são internas. Quando
irreversibilidades estão ausentes durante um processo, o processo é dito ser
internamente reversível.
Corolários de Carnot: Como nenhum ciclo de potência pode ter uma
eficiência térmica de 100% é interessante determinar a máxima eficiência
teórica. A eficiência térmica teórica máxima para sistemas executando ciclos de
potência enquanto se comunicam com dois reservatórios em diferentes níveis
de temperatura pode ser avaliada com referência aos seguintes dois corolários
da Segunda Lei, chamados Corolários de Carnot:
Corolário 1: A eficiência térmica de um ciclo de potência irreversível é sempre
menor que a eficiência térmica de um ciclo de potência reversível, quando cada
um opera entre os mesmos dois reservatórios térmicos.
Corolário 2: Todos os ciclos de potência reversíveis operando entre os mesmos
dois reservatórios térmicos tem a mesma eficiência térmica.
Um ciclo é considerado reversível quando não há irreversibilidades dentro do
sistema à medida que ele executa o ciclo e o calor é transferido entre o sistema
e o reservatório idealmente (isto é, com uma diferença de temperatura muito
pequena, infinitesimal).
63
Escala Kelvin de temperatura: O segundo corolário de Carnot sugere que a
eficiência térmica de um ciclo de potência reversível operando entre dois
reservatórios térmicos depende apenas das temperaturas dos reservatórios e
não da natureza da substância que compõe o sistema executando o ciclo ou a
série de processos.
A partir da eficiência térmica de uma máquina térmica:
η = 1−
QR
QA
pode ser concluído que a razão das transferências de calor está relacionada
apenas às temperaturas, e é independente da substância e dos processos, ou
seja,
 QC

 QH


= ψ (TC , TH )
 cicloreversível
onde QH é a energia transferida ao sistema por transferência de calor de um
reservatório quente à temperatura TH numa escala de temperatura a ser
definida e QC é a energia rejeitada pelo sistema a um reservatório frio à
temperatura TC . As palavras ciclo reversível enfatizam que esta expressão se
aplica apenas a sistemas sofrendo ciclos reversíveis enquanto operando entre
dois reservatórios.
A escala Kelvin de temperatura é baseada em ψ (TC , TH ) =
 QC

 QH
TC
. Então
TH

T

= C
 cicloreversível TH
Esta equação define apenas uma razão de temperaturas. A especificação da
escala Kelvin é completada assinalando um valor numérico a um estado de
referência padrão. O estado selecionado é o ponto triplo da água ao qual é
atribuído a temperatura de 273,16 K. Se um ciclo reversível é operado entre um
reservatório na temperatura do estado de referência e outro reservatório a uma
temperatura desconhecida T , então essa temperatura está relacionada com o
valor do estado de referência por
T = 273,16
Q
Q'
onde Q é a energia recebida por transferência de calor do reservatório à
temperatura T e Q ' é a energia rejeitada ao reservatório no estado de
referência.
64
Assim, é definida uma escala de temperatura que é válida sobre todas as
faixas de temperatura e que é independente da substância termométrica.
Eficiência de Carnot: Para o caso especial de um ciclo de potência reversível
operando entre reservatórios térmicos a temperaturas TH e TC , combinando as
equações
η = 1−
QR
QA
e
 QC

 QH

T

= C
 cicloreversível TH
resulta em
η = 1−
TC
TH
chamada eficiência de Carnot. Esta é a eficiência para todos os ciclos de
potência reversíveis operando entre reservatórios térmicos a TH e TC .
Adicionalmente, essa é a máxima eficiência teórica que qualquer ciclo de
potência, real ou ideal, poderia ter quando operando entre os mesmos
reservatórios.
Desigualdade de Clausius: A desigualdade de Clausius é um corolário da
Segunda Lei da termodinâmica, aplicável a qualquer ciclo sem restrições ao
corpo, ou corpos, dos quais o ciclo recebe ou para os quais rejeita energia por
transferência de calor. A desigualdade de Clausius provê a base para a
introdução de duas idéias instrumentais para avaliações quantitativas de
sistemas de uma perspectiva da Segunda Lei: os conceitos de entropia e de
geração de entropia.
A desigualdade de Clausius afirma que:
 ∂Q 
 ≤0
b
∫  T
onde ∂Q representa a transferência de calor em uma parte da fronteira do
sistema durante uma porção do ciclo, e T é a temperatura absoluta naquela
parte da fronteira. A diferencial ∂ é usada para distinguir as diferenciais de nãopropriedades, tais como calor e trabalho, das diferenciais de propriedades
(símbolo d ). O subscrito b serve como um lembrete de que o integrando é
avaliado na fronteira do sistema executando o ciclo. O símbolo ∫ indica que a
integral deve ser avaliada sobre todas as partes da fronteira e sobre todo o
ciclo. A desigualdade de Clausius pode ser demonstrada usando o postulado
65
de Kelvin-Planck para a Segunda Lei da termodinâmica. A igualdade se aplica
quando não há irreversibilidades internas à medida que o sistema executa o
ciclo, e a desigualdade se aplica quando irreversibilidades internas estão
presentes.
Para as aplicações a serem desenvolvidas, é conveniente reescrever a
desigualdade de Clausius como
 ∂Q 
 = − S gerada
b
∫  T
onde S gerada pode ser vista como representando a “força da desigualdade”. O
valor de S gerada é positivo quando irreversibilidades internas estão presentes,
zero quando não há irreversibilidades internas presentes, e nunca pode ser
negativo.
Conseqüentemente, S gerada é uma medida do efeito das irreversibilidades
presentes dentro do sistema executando o ciclo.
III.3.5 Entropia e geração de Entropia
Entropia: Consideremos dois ciclos executados por um sistema fechado. Um
ciclo consiste de um processo internamente reversível A do estado 1 ao estado
2, seguido por um processo internamente reversível C do estado 2 ao estado 1.
O outro ciclo consiste de um processo internamente reversível B do estado 1
ao estado 2, seguido pelo mesmo processo C do estado 2 ao estado 1, como
no primeiro ciclo.
Para estes ciclos a equação
 ∂Q 
 = − S gerada
b
∫  T
toma a forma
 2 ∂Q   1 ∂Q 
 ∫
 +  ∫
 = −S gerada = 0
T
T
1
2

A 
C
 2 ∂Q   1 ∂Q 
 ∫
 +  ∫
 = −S gerada = 0
T
T
1
B  2
C
onde S gerada foi feita igual a zero pois os ciclos são compostos de processos
internamente reversíveis.
Subtraindo estas equações leva a
66
 2 ∂Q 
 2 ∂Q 
 ∫
 =  ∫

 1 T  A  1 T B
Isto mostra que a integral de ∂Q / T é a mesma para ambos os processos.
Desde que A e B são arbitrários, segue que a integral de ∂Q / T tem o mesmo
valor para qualquer processo internamente reversível entre os dois estados.
Em outras palavras, o valor da integral depende apenas dos estados finais.
Pode se concluir , então, que a integral define a variação de uma mesma
propriedade do sistema.
Selecionando o símbolo S para esta propriedade, sua variação é dada por
 2 ∂Q 

S 2 − S1 =  ∫
T
1
 int ernamentereversível
onde o subscrito internamente reversível é adicionado para relembrar que a
integração é executada para qualquer processo internamente reversível entre
os dois estados.
Esta propriedade é chamada entropia, e é uma propriedade extensiva.
Como entropia é uma propriedade, a variação de entropia de um sistema indo
de um estado a outro é a mesma para todos os processos, tanto internamente
reversíveis quanto internamente irreversíveis, entre esses dois estados. Uma
vez que a variação de entropia tenha sido avaliada, esta é a magnitude da
variação de entropia para todos os processos do sistema entre esses dois
estados.
A partir da equação de definição da entropia escrita em uma base diferencial
 ∂Q 
dS = 

 T int ernamentereversível
Pode-se ver que :
•
•
Quando um sistema fechado sofrendo um processo internamente
reversível recebe energia por transferência de calor, sua entropia
aumenta;
Quando energia é removida do sistema por transferência de calor, a
entropia do sistema diminui.
Ou seja, a transferência de entropia está associada com (ou acompanha) a
transferência de calor. A direção da transferência de entropia é a mesma da
transferência de calor. Em um processo adiabático internamente reversível de
uma sistema fechado a entropia permanece constante. Um processo a entropia
constante é chamado de processo isentrópico.
67
A equação
 ∂Q 
dS = 

 T  int ernamentereversível
se torna
(∂Q)int ernamentereversível = TdS
e integrando
2
Qint ernamentereversível = ∫ TdS
1
Desta equação pode se concluir que uma transferência de energia por calor a
um sistema fechado durante um processo internamente reversível pode ser
representada como uma área num diagrama de temperatura versus entropia, a
temperatura estando expressa em graus Kelvin. A área é a área inteira sob a
curva representando o processo. A interpretação da área como transferência
de calor não é válida para processos irreversíveis.
Balanço de entropia: Consideremos agora um ciclo consistindo de um
processo I do estado 1 ao estado 2, durante o qual podem estar presentes
irreversibilidades internas, seguido de um processo internamente reversível do
estado 2 ao estado 1. Para este ciclo
 ∂Q 
 ∂Q 
∫1  T  b + ∫1  T  int ernamentereversível = − S gerada
2
2
onde a primeira integral é para o processo I e a segunda é para o processo
internamente reversível. O subscrito b na primeira integral enfatiza que o
integrando é avaliado na fronteira do sistema. O subscrito não é requerido na
segunda integral porque a temperatura é uniforme através do sistema a cada
estado intermediário para um processo internamente reversível. Como não há
irreversibilidades associadas ao segundo processo, o termo S gerada , que se
refere ao efeito das irreversibilidades durante o ciclo, refere-se apenas ao
processo I, como este é a única fonte de irreversibilidades.
Aplicando a definição de variação de entropia
 ∂Q 
S1 − S 2 = ∫ 

1  T  int ernamentereversível
2
obtém-se
68
 ∂Q 
 + ( S1 − S 2 ) = − S gerada
b
1
2
∫  T
Rearranjando, o balanço de entropia para um sistema fechado se torna:
 ∂Q 
S 2 − S1 = ∫ 
 + S gerada
1  T b
2
ou
variação de entropia = transferência de entropia + geração de entropia
Quando os estados finais são fixados, a variação de entropia no lado esquerdo
da equação acima pode ser avaliada independentemente dos detalhes do
processo.
Porém, os dois termos do lado direito dependem explicitamente da natureza do
processo e não podem ser determinados apenas do conhecimento dos estados
finais. O primeiro termo do lado direito está associado com a transferência de
calor para ou do sistema durante o processo. Este termo pode ser interpretado
como a transferência de entropia associada com (ou acompanhando)
transferência de calor. A direção da transferência de entropia é a mesma que a
direção da transferência de calor, e a mesma convenção de sinais é aplicada
que para a transferência de calor: um valor positivo significa que a entropia é
transferida para o sistema, e um valor negativo significa que a entropia é
transferida para fora do sistema.
O termo S gerada é positivo quando irreversibilidades internas estão presentes
durante o processo e desaparece quando irreversibilidades internas estão
ausentes. Isto pode ser descrito dizendo que a entropia é gerada (ou
produzida) dentro do sistema por ação de irreversibilidades.
A segunda Lei da termodinâmica pode ser interpretada especificando que a
entropia é gerada por irreversibilidades e conservada apenas no limite quando
as irreversibilidades são reduzidas a zero.
Como S gerada mede o efeito de irreversibilidades presentes num sistema durante
um processo, seu valor depende da natureza do processo e não apenas dos
estados finais. A variável S gerada não é uma propriedade.
A aplicação do balanço de entropia objetiva freqüentemente avaliar o termo de
geração de entropia. Entretanto, o valor da geração de entropia para um dado
processo de um sistema usualmente não tem muito significado próprio. O
significado usualmente é determinado por comparação: a geração de entropia
dentro de um dado componente pode ser comparada aos valores de geração
de entropia dos outros componentes incluídos em um sistema global formado
por esses componentes. Pela comparação de valores de geração de entropia,
os componentes onde irreversibilidades apreciáveis ocorrem podem ser
69
identificados e ordenados segundo uma ordem de importância. Isto permite que
a atenção seja focada nos componentes que contribuem mais fortemente para
a operação ineficiente do sistema global.
A avaliação do termo de transferência de entropia do balanço de entropia
requer informação referente à transferência de calor e à temperatura na
fronteira onde a transferência de calor ocorre. Entretanto, o termo de
transferência de entropia nem sempre é sujeito à avaliação direta, porque a
informação requerida ou é desconhecida ou é indefinida, tal como quando o
sistema passa através de estados suficientemente afastados do equilíbrio. Em
aplicações práticas, é freqüentemente conveniente, portanto, ampliar o sistema
para incluir o suficiente das vizinhanças imediatas de modo que a temperatura
na fronteira do sistema ampliado corresponde à temperatura ambiente, Tambiente .
O termo de transferência de entropia é então simplesmente Q / Tambiente .
Entretanto, como as irreversibilidades presentes não seriam apenas aquelas
para o sistema de interesse mas aquelas para o sistema ampliado, o termo de
geração de entropia refletiria os efeitos das irreversibilidades internas dentro do
sistema original e as irreversibilidades externas presentes dentro daquela
porção das vizinhanças incluídas dentro do sistema ampliado.
O balanço de entropia pode ser expresso em formas alternativas que podem
ser convenientes para certas análises particulares. Uma dessas é a forma de
taxa, dada por
.
Qj .
dS
=∑
+ S gerada
dt
j Tj
onde dS / dt é a taxa temporal de variação de entropia do sistema. O termo
.
Q j / T j representa a taxa temporal de transferência de entropia através da
porção
da
fronteira
cuja
temperatura
instantânea
é
Tj .
O
termo
.
S gerada representa a taxa temporal de geração de entropia devido a
irreversibilidades dentro do sistema.
Para um sistema isolado de suas vizinhanças, o balanço de entropia para um
processo do estado 1 ao estado 2 se reduz a
( S 2 − S1 ) isolado = S gerada
onde S gerada é a quantidade total de entropia gerada dentro do sistema isolado.
Como a entropia é gerada em todos os processos reais, os únicos processos
que podem ocorrer são aqueles para os quais a entropia do sistema isolado
aumenta. Isto é conhecido como o princípio do aumento da entropia. O
princípio do aumento da entropia é algumas vezes adotado como um postulado
da Segunda Lei.
70
Como sistemas abandonados a si mesmos tendem a sofrer processos até que
uma condição de equilíbrio é atingida, o princípio do aumento da entropia
sugere que a entropia de um sistema isolado cresce à medida que o sistema se
aproxima do estado de equilíbrio, com o estado de equilíbrio sendo atingido
quando a entropia atinge um máximo.
III.4 Balanços em volume de controle
III.4.1 Balanço de massa em volume de controle
Conservação de massa: quando aplicado a um volume de controle, o
princípio da conservação da massa é expresso como: a taxa temporal de
acumulação de massa dentro do volume de controle iguala a diferença entre as
taxas totais de fluxo mássico para dentro e para fora da fronteira.
Para o caso em que ocorrem fluxos para dentro e para fora, cada qual através
de uma ou mais portas de entrada, o princípio de conservação da massa toma
a forma
.
.
dmVC
= ∑ m e − ∑ ms
dt
e
s
onde o lado esquerdo da equação representa a taxa temporal de variação da
.
massa contida dentro do volume de controle, m e representa a taxa de fluxo
.
mássico em uma porta de entrada, e m s é a taxa de fluxo mássico em uma
porta de saída.
III.4.2 Balanço de energia em volume de controle
O balanço de taxa de energia para um volume de controle é:
.
.
.
.
d (U + EC + EP) VC
1
1
= Q VC − W VC + m e (he + v e2 + gz e ) − m s (hs + v s2 + gz s )
dt
2
2
.
onde h representa a entalpia do fluxo mássico e Q VC representa a taxa de
transferência de calor através da fronteira (superfície de controle) do volume de
controle.
Para aplicações onde possam haver vários locais na fronteira por onde a
massa entra ou sai, a seguinte expressão é apropriada
71
.
.
.
.
d (U + EC + EP) VC
1
1
= Q VC − W VC + ∑ m e (he + ve2 + gz e ) − ∑ m s ( hs + v s2 + gz s )
dt
2
2
e
s
Esta equação é um balanço contábil para a energia do volume de controle. Ela
afirma que a taxa temporal de acumulação de energia dentro do volume de
controle iguala a diferença entre as taxas totais de transferência de energia
para dentro e para fora através da fronteira. Os mecanismos de transferência
de energia são calor e trabalho, como para sistemas fechados, e a energia
acompanhando a massa entrando e saindo.
III.4.3 Balanço de entropia em volume de controle
Entropia, como massa e energia, é uma propriedade extensiva, e assim
também pode ser transferida para dentro e para fora de um volume de controle
por correntes de matéria.
O balanço de taxa de entropia para um volume de controle é
.
.
.
.
Qj
dS VC
=∑
+ ∑ m e s e + ∑ m s s s + S gerada
dt
j Tj
e
s
onde dSVC / dt representa a taxa temporal de variação de entropia dentro do
.
.
volume de controle. Os termos m e s e e m s ss representam, respectivamente, as
taxas de transferência de entropia para dentro e para fora do volume de
controle associadas com o fluxo de massa. Fluxo unidimensional é assumido
.
nos locais onde a massa entra e sai. O termo Q j representa a taxa temporal de
transferência de calor no local da fronteira onde a temperatura instantânea é
.
T j . A razão Q j / T j representa a taxa associada de transferência de entropia. O
.
termo S gerada representa a taxa temporal de geração de entropia devido a
irreversibilidades dentro do volume de controle. Quando um volume de controle
.
compreende um certo número de componentes, S gerada é a soma das taxas de
geração de entropia dos componentes.
III.4.4 Volumes de controle em estado permanente
Para sistemas de engenharia em estado permanente, todas as propriedades
são invariáveis no tempo. Para um volume de controle em regime permanente,
a identidade da matéria dentro do volume de controle varia continuamente,
porém a quantidade total de matéria permanece constante.
72
O princípio de conservação da massa se torna
.
.
∑m = ∑m
e
e
s
s
ou seja, a taxa total de fluxo mássico entrando no volume de controle iguala a
taxa total de fluxo mássico saindo do volume de controle.
O balanço de taxa de energia se torna
.
.
.
.
1
1
0 = QVC + W VC + ∑ m e (he + ve2 + gze ) −∑ m s (hs + vs2 + gz s )
2
2
e
s
ou seja, a taxa total de transferência de energia para dentro do volume de
controle iguala a taxa total de transferência de energia para fora do volume de
controle.
O balanço de taxa de entropia se torna
.
0=∑
j
Qj
Tj
.
.
.
+ ∑ m e s e − ∑ m s s s + S gerada
e
s
ou seja, a taxa na qual a entropia é transferida para fora do volume de controle
excede a taxa na qual a entropia entra, a diferença sendo a taxa de entropia
gerada dentro do volume de controle devido a irreversibilidades.
Massa e energia são quantidades conservadas, porém a entropia geralmente
não se conserva.
III.5 EXERGIA
III.5.1 Definindo exergia
Sempre que dois sistemas em diferentes estados são colocados em
comunicação, existe uma oportunidade para realizar trabalho útil, já que, por
princípio, trabalho pode ser desenvolvido à medida que os sistemas podem
entrar em equilíbrio.
Quando um dos sistemas é um sistema adequadamente idealizado chamado
ambiente e o outro é algum sistema de interesse, exergia é o máximo trabalho
útil teórico (trabalho de eixo ou trabalho elétrico) obtenível à medida que os
sistemas interagem ao equilíbrio, transferência de calor ocorrendo apenas para
o ambiente.
73
Alternativamente, exergia é o mínimo trabalho teórico útil requerido para formar
uma quantidade de matéria a partir de substâncias presentes no ambiente e
trazer a matéria a um estado especificado.
Exergia é uma medida do afastamento do estado do sistema em relação ao
ambiente. É portanto, um atributo do sistema e do ambiente conjuntamente.
Entretanto, uma vez que o ambiente esteja especificado, um valor pode ser
atribuído à exergia em termos apenas de valores de propriedades do sistema,
de modo que exergia pode ser considerada como uma propriedade extensiva
do sistema.
Exergia pode ser destruída e geralmente não é conservada. Um caso limite
ocorre quando a exergia é completamente destruída, como ocorreria se um
sistema entrasse em equilíbrio com o ambiente espontaneamente sem
fornecimento de trabalho. A capacidade de desenvolver trabalho existente
inicialmente seria completamente desperdiçada no processo espontâneo.
Adicionalmente, como nenhum trabalho necessita ser feito para efetuar tal
mudança espontânea, pode se concluir que o valor da exergia (o máximo
trabalho teórico obtenível) é no mínimo zero e portanto não pode ser negativa.
Como para outras propriedades extensivas (massa, energia, entropia) exergia
pode ser transferida entre sistemas. Conceitos de exergia, transferência de
exergia e destruição de exergia estão relacionados pelo balanço de exergia
para um sistema sob consideração.
Exergia tem a característica de ser conservada apenas quando todos os
processos ocorrendo num sistema e no ambiente são reversíveis. Exergia é
destruída sempre que um processo irreversível ocorre.
Tal qual energia, exergia pode ser transferida ou transportada através da
fronteira de um sistema. Para cada tipo de transferência ou transporte de
energia há uma transferência ou transporte correspondente de exergia.
Algumas características importantes da exergia são (DINCER & ROSEN, 2007,
p. 12):
•
•
•
•
Um sistema em equilíbrio completo com seu ambiente não possui
exergia. Não há diferenças na temperatura, pressão, concentração, etc.,
de modo que não há força motriz para qualquer processo.
A exergia de um sistema aumenta quanto mais ele se desviar do
ambiente. Por exemplo, uma dada quantidade de água quente tem um
maior conteúdo de exergia durante o inverno do que num dia quente de
verão. Um bloco de gelo carrega pouca exergia no inverno enquanto
pode ter exergia significativa no verão.
Quando energia perde sua qualidade, exergia é destruída. Exergia é a
parte da energia que é útil e, portanto, tem valor econômico e deve ser
gerenciada cuidadosamente.
Exergia por definição depende não apenas do estado de um sistema ou
fluxo, mas também do estado do ambiente.
74
•
•
•
•
Eficiências exergéticas são uma medida de aproximação da idealidade
(ou reversibilidade). Isto não é necessariamente verdadeiro para
eficiências energéticas, que freqüentemente levam a erros.
Exergia pode em geral ser considerada um recurso valioso. Existem
recursos energéticos e não energéticos e é observado que a exergia
pode ser uma medida do valor de ambos.
Formas de energia com alto conteúdo exergético são tipicamente mais
valiosas e úteis que formas de energia com baixa exergia. Combustíveis
fósseis, por exemplo, tem altos conteúdos de energia e exergia. Calor
residual em uma condição próxima da ambiental, por outro lado, tem
pequena exergia, mesmo que possa conter muita energia, e, portanto,
seu valor é limitado. Radiação solar, que é radiação térmica emitida na
temperatura do sol (aproximadamente 5800 K) contém muita energia e
exergia.
Um depósito mineral concentrado “contrasta’ com o ambiente e em
decorrência tem exergia. Este contraste e a exergia aumentam com a
concentração do mineral. Quando o mineral é minerado seu conteúdo de
exergia é retido, e se ele é enriquecido ou purificado o conteúdo de
exergia aumenta. Um depósito mineral de qualidade pobre contém
menos exergia e pode ser adequadamente utilizado apenas através de
um maior input de exergia externa. Atualmente, esta substituição de
exergia vem freqüentemente de formas exergéticas tais como carvão ou
óleo.
No design de um sistema, é esperado que o engenheiro tenha como meta a
maior eficiência técnica razoável ao menor custo razoável sob condições
técnicas, econômicas e legais, além de considerar objetivos e conseqüências
éticas, ecológicas e sociais. A análise exergética é uma ferramenta que pode
facilitar este trabalho. Métodos exergéticos provêem discernimentos únicos nos
tipos, localizações e causas de perdas e podem por isso ajudar a identificar
melhorias possíveis.
III.5.2 Ambiente e estados mortos
Ambiente. O termo ambiente se aplica a uma porção das vizinhanças do
sistema, sendo que as propriedades intensivas de cada uma de suas fases são
uniformes e não variam significativamente como resultado de qualquer
processo sob consideração. O ambiente difere das vizinhanças. O termo
vizinhanças se refere a tudo não incluído no sistema. O ambiente é
considerado como livre de irreversibilidades. Todas as irreversibilidades
significativas estão localizadas dentro do sistema e suas vizinhanças imediatas.
Irreversibilidades internas são aquelas localizadas dentro do sistema.
Irreversibilidades externas residem nas vizinhanças imediatas.
O ambiente é normalmente considerado como composto de substâncias
comuns existentes em abundância dentro da atmosfera terrestre, oceanos e
crosta terrestre. As substâncias estão em sua forma estável como existem
naturalmente. Não há possibilidade de desenvolver trabalho a partir de
75
interações – físicas ou químicas – entre partes do ambiente. Embora as
propriedades intensivas do ambiente sejam assumidas como invariáveis, as
propriedades extensivas podem mudar como resultado das interações com
outros sistemas. Energias cinética e potencial são avaliadas relativas a
coordenadas no ambiente, cujas partes são consideradas em repouso entre si.
Adequadamente, uma variação na energia do ambiente é uma variação apenas
em sua energia interna.
Nesta discussão, a ambiente é modelado como um sistema compressível
simples, grande em extensão, e uniforme em temperatura To e pressão po. Os
valores de To e po requeridos para análises subseqüentes são tomados por
simplicidade como condições ambientais típicas, tal como 1 atm e 25oC.
Entretanto, para aplicações reais a temperatura To e a pressão po podem ser
especificadas diferentemente. Por exemplo, To e po podem ser tomados como a
temperatura e pressão médias, respectivamente, para o local onde o sistema
sob consideração opera. Se o sistema usa ar atmosférico, por exemplo, To
seria especificado como a temperatura média do ar. Se ambos ar e água das
vizinhanças naturais são usados, To poderia ser especificada como a média
mais baixa das temperaturas para ar e água.
Estados Mortos. Quando a pressão, temperatura, composição, velocidade, ou
elevação de um sistema é diferente da do ambiente, existe uma oportunidade
para desenvolver trabalho. À medida que o sistema muda de estado em
direção ao do ambiente, a oportunidade diminui, cessando de existir quando os
dois, em repouso relativo entre si, estão em equilíbrio. Este estado do sistema
é chamado de estado morto. No estado morto as condições de equilíbrio
mecânico, térmico e químico entre o sistema e o ambiente são satisfeitas: a
pressão, temperatura e potenciais químicos do sistema igualam os do
ambiente, respectivamente. Adicionalmente, o sistema tem velocidade nula e
elevação nula relativas a coordenadas no ambiente. Sob estas condições, não
há possibilidade de uma mudança espontânea dentro do sistema ou do
ambiente, nem pode haver interação entre eles.
Outro tipo de equilíbrio entre o sistema e o ambiente pode ser identificado. Esta
é uma forma restrita de equilíbrio onde apenas as condições de equilíbrio
mecânico e térmico necessitam ser satisfeitas. Este estado do sistema é
chamado de estado morto restrito. No estado morto restrito, a quantidade fixa
de matéria sob consideração é imaginada estar selada dentro de um envelope
impenetrável ao fluxo de massa, à velocidade e elevação zero relativas às
coordenadas no ambiente, e à temperatura To e pressão po.
III.5.3 Componentes da exergia
Na ausência de efeitos nucleares, magnéticos, elétricos e de tensão superficial,
a exergia total de um sistema E pode ser dividida em quatro componentes:
•
•
Exergia física EFIS
Exergia cinética ECIN
76
•
•
Exergia potencial EPOT
Exergia química EQUI
ou
E = EFIS + ECIN + EPOT + EQUI
A marcação com negrito diferencia a exergia total e a exergia física de um
sistema das outras quantidades de exergia, incluindo transferências associadas
com fluxos de matéria.
A soma das exergias física, cinética e potencial é também chamada de exergia
termomecânica (MORAN&SHAPIRO, 2002, p223).
Apesar da exergia ser uma propriedade extensiva, é freqüentemente
conveniente trabalhar com ela em base mássica unitária ou em base molar. A
exergia específica total numa base mássica e é dada por:
e = eFIS + eCIN + ePOT + eQUI
Quando avaliadas em relação ao ambiente, as energias cinética e potencial de
um sistema são em princípio totalmente conversíveis em trabalho à medida que
o sistema é trazido ao repouso relativo ao ambiente, e assim elas
correspondem às exergias cinética e potencial, respectivamente. De acordo
com isso
1 2
v
2
= gz
eCIN =
e POT
onde v e z representam velocidade e elevação relativa a coordenadas no
ambiente, respectivamente. E
1
e = e FIS + v 2 + gz + eQUI
2
Considerando um sistema em repouso relativo ao ambiente (eCIN = ePOT = 0) a
exergia física é o máximo trabalho teórico útil obtenível à medida que o sistema
passa de seu estado inicial onde a temperatura é T e a pressão é p ao estado
morto restrito onde a temperatura é To e a pressão é po.
A exergia química é o máximo trabalho teórico útil obtenível à medida que o
sistema passa do estado morto restrito ao estado morto onde está em equilíbrio
completo com o ambiente.
Em cada caso ocorre transferência de calor apenas com o ambiente.
77
III.5.4 Exergia física
Para uma ampla gama de aplicações práticas que não envolvem reação
química, mistura ou separação de componentes de mistura, o conhecimento
das exergias física, cinética e potencial nos vários estados de um sistema é
suficiente. A avaliação explicíta da exergia química não é requerida porque o
valor da exergia química é o mesmo em todos os estados de interesse e,
portanto, é cancelado quando as diferenças dos valores de exergia entre os
estados são calculadas.
A exergia física de um sistema fechado em um estado especificado é dada pela
expressão
EFIS = (U – Uo) + po(V – Vo) – To(S – So)
onde U, V e S representam, respectivamente, a energia interna, volume, e
entropia do sistema no estado especificado, e Uo, Vo, e So são os valores das
mesmas propriedades quando o sistema está no estado morto restrito.
Esta expressão é derivada pela aplicação de balanços de energia e entropia a
um sistema combinado consistindo de um sistema fechado e do ambiente. A
exergia física, EFIS, é o valor do trabalho máximo teórico para o trabalho do
sistema combinado.
A variação de exergia entre dois estados de um sistema fechado em que a
exergia química pode ser desconsiderada é determinada usando as equações
E = EFIS + ECIN + EPOT + EQUI
e
EFIS = (U – Uo) + po(V – Vo) – To(S – So)
resultando em
E2 – E1 = (U2 – U1) + po(V2 – V1) – To(S2 – S1) + (EC2 – EC1) + (EP2 – EP1)
III.5.5 Balanço de exergia
Balanços de exergia, similares aos balanços de massa, energia e entropia,
podem ser escritos para o sistema fechado e para um volume de controle, caso
de maior aplicabilidade prática.
78
III.5.5.1 Balanço de exergia para sistema fechado
O balanço de exergia para um sistema fechado é desenvolvido combinando os
balanços de entropia e energia:
2
(U 2 − U1 ) + ( EC2 − EC1 ) + ( EP2 − EP1 ) = ∫ ∂Q − W
1
 ∂Q 
S 2 − S1 = ∫ 
 + S gerada
1  T b
2
onde W e Q representam, respectivamente, transferências de energia por
trabalho e calor entre o sistema sob estudo e suas vizinhanças, Tb representa a
temperatura da fronteira onde a transferência de energia por calor ocorre, e o
termo Sgerada representa a geração de entropia devido a irreversibilidades
internas.
Multiplicando o balanço de entropia pela temperatura To e subtraindo a
expressão resultante do balanço de energia resulta em:
 ∂Q 
(U 2 − U 1 ) + ( EC2 − EC1 ) + ( EP2 − EP1 ) − To ( S 2 − S1 ) = ∫ ∂Q − To ∫ 
 − W − To S gerada
1
1  T b
2
2
Agrupando os termos em ∂Q e introduzindo a equação desenvolvida para a
variação de exergia entre dois estados
E2 – E1 = (U2 – U1) + po(V2 – V1) – To(S2 – S1) + (EC2 – EC1) + (EP2 – EP1)
obtém-se
2
 T
(E2 – E1) – po(V2 – V1) = ∫ 1 − o
Tb
1 

∂Q − W − To S gerada

que rearranjado leva ao balanço de exergia para o sistema fechado
2
 T
(E2 – E1) = { ∫ 1 − o
Tb
1 

∂Q − [W − po (V2 − V1 )]} − To S gerada

ou
variação de exergia = transferência de exergia + exergia destruída
Para estados finais especificados, a variação de exergia no lado esquerdo da
equação acima pode ser avaliada pela diferença de exergia entre dois estados,
sem considerar a natureza do processo.
79
Entretanto, os termos do lado direito da equação acima dependem
explicitamente do processo.
O primeiro termo do lado direito da equação está associado com transferência
de calor de ou para o sistema durante o processo e pode ser interpretado como
a transferência de exergia associada com (ou acompanhando) a transferência
de exergia por calor:
 T
E q = ∫ 1 − o
Tb
1 
2

∂Q

O segundo termo da lado esquerdo está associado com o trabalho útil líquido e
pode ser interpretado como a transferência de exergia associada com (ou
acompanhando) a transferência de energia por trabalho:
EW = W − p o (V2 − V1 )
O terceiro termo do lado direito representa a destruição de energia devido às
irreversibilidades dentro do sistema. A destruição de exergia E D está
relacionada à geração de entropia por
E D = To S gerada
expressão conhecida como teorema de Gouy-Stodola.
A destruição de exergia é comumente chamada na literatura como a destruição
de disponibilidade, a irreversibilidade, e o trabalho perdido.
Uma forma conveniente do balanço de exergia para sistemas fechados é a
equação de taxa
 T
dE
= ∑ 1 − o
 T
dt
j
j

.
.

 Q j − (W − p o dV ) − E D

dt

onde dE/dt é a taxa temporal de variação de exergia.
.
O termo (1 − To / T j ) Q j representa a taxa temporal de transferência de exergia
.
associada com transferência de calor a uma taxa Q j ocorrendo no local da
fronteira onde a temperatura instantânea é T j .
.
O termo W representa a taxa temporal de transferência de energia
por
.
trabalho, e a transferência de exergia associada é dada por W − p o dV / dt
onde dV/dt é a taxa temporal de variação do volume do sistema.
,
80
.
E D representa a taxa temporal de destruição de exergia devido à
irreversibilidades dentro do sistema e está relacionada à taxa de geração de
.
.
entropia dentro do sistema por E D = To S gerada .
III.5.5.2 Balanço de exergia em volume de controle
Forma geral
Tal como massa, energia e entropia, exergia é uma propriedade extensiva,
podendo ser transferida para dentro ou para fora de um volume de controle
onde fluxos de massa entram e saem.
A equação da taxa temporal de exergia pode ser escrita com termos adicionais
para as transferências de exergia associadas aos fluxos de massa :
 T
dEVC
= ∑ 1 − o
 T
dt
j
j

 .
.
.
.
 .
dV 
 Q j − W VC − p o VC  + ∑ m e ee − ∑ m s es − E D


dt  e
s



Taxa de variação = taxas de transferência de exergia – taxa de destruição de
de exergia
de exergia
Os subscritos e e s representam entrada e saída, respectivamente.
O termo dEVC / dt representa a taxa temporal de variação de exergia do volume
de controle.
.
O termo Q j representa a taxa temporal de transferência de calor no local da
fronteira do volume de controle onde a temperatura instantânea é T j , e a
transferência associada de exergia é dada por
.
E
q, j
 T
= 1 − o
 Tj
 .
Qj


.
O termo W VC representa a taxa temporal de transferência de energia por
trabalho diferente de trabalho de fluxo. A transferência de exergia associada é
dada por:
.
.
E W = W VC − po
dVVC
dt
81
dVVC
é a taxa temporal de variação do volume do volume de controle.
dt
onde
.
O termo m e ee representa a taxa temporal de transferência de exergia na
.
.
entrada e, e E e = m e ee .
.
O termo m s es representa a taxa temporal de transferência de exergia na saída
.
.
s, e E s = m s es .
.
O termo E D representa a taxa temporal de destruição de exergia devido a
.
.
irreversibilidades dentro do volume de controle, e E D = To S gerada .
Forma para regime permanente
No regime permanente
dEVC
dVVC
=0 e
=0
dt
dt
e a equação da taxa temporal é reduzida a
 T
0 = ∑ 1 − o
 T
j
j

.
.
.
.
 .
 Q j − W VC + ∑ m e ee − ∑ m s es − E D

e
s

Esta equação expressa que a taxa na qual exergia é transferida para dentro do
volume de controle deve exceder a taxa na qual é transferida para fora; a
diferença é a taxa na qual a exergia é destruída dentro do volume de controle
devido a irreversibilidades.
Expressa em termos de taxas de transferência e destruição de exergia esta
expressão se torna:
.
.
.
.
.
0 = ∑ E q , j − W VC + ∑ E e − ∑ E s − E D
j
e
.
s
.
onde E e e E s são taxas de transferência de exergia nas entradas e nas saídas,
respectivamente.
Transferências de exergia nas entradas e saídas do volume de controle
Os termos de transferência de exergia nas entradas e nas saídas de um
volume de controle, representados por ee e es , devem ser avaliados com
relação ao ambiente usado para definir exergia. Conseqüentemente, a exergia
82
associada com uma corrente de matéria entrando (ou saindo) de um volume de
controle é o trabalho teórico máximo que poderia ser obtido se a corrente de
matéria fosse trazida ao estado morto, ocorrendo apenas transferência de
calor com o ambiente. Este trabalho pode ser avaliado em dois passos como
segue:
No primeiro passo a corrente é trazida ao estado morto restrito, e no segundo
passo, do estado morto restrito ao estado morto.
A contribuição do segundo passo ao trabalho desenvolvido é a exergia química
eQUI.
A contribuição do primeiro passo pode ser obtida em princípio com um
dispositivo como o mostrado na Figura III.3.
Figura III.3 – Volume de controle em regime permanente com uma entrada e uma saída
(Fonte: BEJAN et al. (1996, p. 61))
Para esta aplicação, as propriedades na entrada do dispositivo são as da
corrente sob consideração: h, s, V, e z, enquanto na saída as propriedades
correspondentes são ho, so, Vo=0, zo=0, onde ho e so representam,
respectivamente, a entalpia específica e a entropia específica do estado morto
restrito. Adicionalmente, a medida que transferência de calor ocorre com o
ambiente apenas, a temperatura Tb na qual a transferência de calor ocorre
corresponde a To.
Considerando o volume de controle da Figura III.3 na condição em que a
transferência de calor ocorre apenas na temperatura Tb, e representando o
.
fluxo de massa por m , o balanço da taxa de energia em regime permanente é
escrito como
.
.
.
1


0 = Q VC − W VC + m (he − hS ) + (v e2 − v s2 ) + g ( z e − z s ) 
2


e o balanço de taxa de entropia é escrito como
83
.
.
.
Q
0 = VC + m( s e − s s ) + S gerada
Tb
Eliminando o termo de transferência de calor entre essas expressões, o
trabalho desenvolvido por unidade de massa escoando através do volume de
controle é
.
.
S gerada
1


= ( he − hs ) − Tb ( s e − s s ) + (v e2 − v s2 ) + g ( z e − z s )  − Tb .
.
2


m
m
W VC
O termo entre colchetes é fixado pelos estados na entrada e na saída do
volume de controle e pela temperatura Tb na qual a troca de calor ocorre. Em
conseqüência, quando o termo de geração de entropia é estabelecido como
zero, obtém-se uma expressão para o trabalho máximo desenvolvido por
unidade de massa escoando através do volume de controle, correspondendo à
ausência de irreversibilidades internas:
 W.
 VC
 .
 m

1

= (he − hs ) − Tb ( se − ss ) + (ve2 − vs2 ) + g ( ze − z s )

2
int ernamentereversível
Usando esta expressão no presente caso, onde a transferência de calor ocorre
na temperatura To, obtém-se que o trabalho desenvolvido na primeira etapa,
por unidade de massa escoando, é:
 W. 
1
 VC 
= (h − ho ) − To (s − so ) + v2 + gz
.


2
 m int ernamentereversível
Para os dois passos em conjunto tem-se em uma base mássica unitária a
seguinte expressão para a exergia total transferida associada com uma
corrente de matéria:
1
e = ( h − ho ) − To ( s − so ) + v 2 + gz + eQUI
2
O termo (h – ho) – To(s – so) é identificado como a componente física da
transferência de exergia associada a uma corrente de matéria:
e FIS = (h − ho ) − To ( s − so )
Ou seja, a exergia física está associada com a temperatura e a pressão de
uma corrente de matéria.
84
III.5.6 Exergia química
Exergia química é o componente da exergia associado com o afastamento da
composição química de um sistema da composição do ambiente.
A avaliação da exergia química pressupõe que as substâncias que constituem
o sistema necessitam ser referidas às propriedades de um conjunto adequado
de substâncias ambientais. Para excluir a possibilidade de desenvolvimento de
trabalho a partir de interações químicas ou físicas entre partes do ambiente,
essas substâncias de referência devem estar em equilíbrio mútuo.
Porém, nosso ambiente natural não está em equilíbrio. Daí, como suposto na
discussão sobre ambiente, não estão em equilíbrio espacial uniforme ou com o
tempo sua temperatura, pressão e outras propriedades intensivas.
Conseqüentemente, é necessário comprometer significativamente a realidade
física e os requerimentos da teoria termodinâmica.
Estas considerações levaram a modelos alternativos para a avaliação de
exergia química e os termos ambiente de referência para exergia e ambiente
termodinâmico são frequentemente usados para distinguir o conceito
termodinâmico do ambiente natural.
A determinação de exergias químicas baseia-se, portanto, no uso de exergias
químicas padrão determinadas em relação a um ambiente padrão.
III.5.6.1 Exergia química padrão
Exergias químicas padrão são baseadas em valores padrão da temperatura To
e da pressão po ambientais, por exemplo, 298,15 K (25 oC) e 1 atm,
respectivamente.
O ambiente padrão é considerado como consistindo de um conjunto de
substâncias de referência com concentrações padrão refletindo tanto quanto
possível o makeup químico do ambiente natural. As substâncias de referência
geralmente se situam em três grupos: componentes gasosos da atmosfera,
substâncias sólidas da litosfera, e substâncias iônicas e não-iônicas dos
oceanos.
Dois ambientes de referência para exergia padrão são aceitos para avaliações
de engenharia: modelo I e modelo II.
As substâncias de referência para o modelo I são determinadas assumindo
restritamente equilíbrio químico para ácido nítrico e nitratos e equilíbrio
termodinâmico irrestrito para todos os outros componentes químicos da
atmosfera, dos oceanos, e de uma porção da litosfera.
85
No modelo II uma substância de referência é selecionada para cada elemento
químico dentre substâncias que contém o elemento considerado e que estão
abundantemente presentes no ambiente natural, mesmo que essas
substâncias não estejam em equilíbrio estável mútuo. Essas substâncias
abundantes na natureza tem pequeno valor econômico.
O modelo I satisfaz os requerimentos de equilíbrio da teoria termodinâmica, e
ao mesmo tempo, a composição química da fase gasosa deste modelo
aproxima satisfatoriamente a composição da atmosfera natural.
Porém, numa análise global, a composição química do ambiente de referência
para exergia do modelo II está mais próxima da composição do ambiente
natural; mas o requerimento de equilíbrio geralmente não é satisfeito.
Através de uma dada aplicação, apenas valores de exergia química
correspondentes a um mesmo modelo devem ser usados.
O termo padrão, porém, é um tanto dúbio, pois não há uma única especificação
de ambiente que seja suficiente para todas as aplicações.
Ainda assim, exergias químicas calculadas em relação a especificações
alternativas de ambiente estão geralmente em boa concordância. Para uma
ampla faixa de aplicações de engenharia a simplicidade e facilidade do uso de
exergias químicas padrão geralmente compensa qualquer leve falha de
precisão que possa resultar.
III.6 Energia versus exergia
É importante distinguir energia de exergia.
Energia flui para dentro e para fora de um sistema com os fluxos de massa,
transferências de calor e interações de trabalho (por ex., trabalho associado
com eixos ou hastes de pistão).
Energia é conservada, de acordo com a Primeira Lei da termodinâmica.
Exergia, embora similar em alguns aspectos, é diferente.
Exergia representa uma medida quantitativa da utilidade ou qualidade de uma
forma de energia ou substância material. Mais rigorosamente, exergia é uma
medida da habilidade de executar trabalho (ou potencial para trabalho) de uma
ampla variedade de correntes (massa, calor, trabalho) que fluem através de um
sistema.
Um atributo chave da exergia é que ela torna possível comparar em uma base
comum interações (inputs, outputs) que são substancialmente diferentes do
ponto de vista físico.
86
Outro benefício da exergia é que através da contabilização de todas as
correntes de exergia de um sistema é possível determinar a extensão na qual o
sistema destrói exergia. A exergia destruída é proporcional à entropia gerada.
Exergia é sempre destruída em processos reais, parcial ou totalmente, em
conformidade com a Segunda Lei da termodinâmica.
A exergia destruída, ou a entropia gerada, é responsável por eficiências de
sistemas ou processos menores do que seriam idealmente.
O Quadro III.1 resume as diferenças entre energia e exergia.
Quadro III.1 – Comparação entre energia e exergia
Energia
Apenas dependente das propriedades de
fluxo de matéria ou energia, e independente de propriedades do ambiente
Tem valores diferentes de zero quando
em equilíbrio com o ambiente (inclusive
sendo igual a mc2 de acordo com a
equação de Einstein)
Conservada para todos os processos,
com base na Primeira Lei da termodinâmica
Não pode ser destruída nem produzida
Aparece sob muitas formas ( por ex.,
energia cinética, energia potencial,
trabalho, calor) e é medida na forma em
que aparece
É uma medida de quantidade
(Fonte: DINCER & ROSEN, 2007, p. 13)
Exergia
Dependente das propriedades de um
fluxo de matéria ou energia e do
ambiente
Igual a zero quando no estado morto em
virtude de estar em completo equilíbrio
com o ambiente
Conservada para processos reversíveis e
não conservada para processos reais
(onde é parcial ou completamente
destruída devido a irreversibilidades) com
base na Segunda Lei da termodinâmica
Não pode ser destruída nem produzida
em um processo reversível, mas é
sempre destruída (consumida) em um
processo irreversível
Aparece em várias formas (por ex.,
exergia cinética, exergia potencial,
trabalho, exergia térmica) e é medida
com base em trabalho ou habilidade para
realizar trabalho
É uma medida de quantidade e qualidade
III.7 Eficiências exergéticas
O conceito de qualidade da energia associa-se a sua capacidade de conversão
em trabalho, que pode ser fornecida pela exergia, denominação para a parcela
“útil” dos fluxos energéticos.
Um fluxo de energia elétrica ou mecânica corresponde totalmente a exergia, ao
passo que a exergia de um fluxo de calor depende de sua temperatura e da
temperatura do ambiente. Nos processos reais de conversão energética
sempre ocorre alguma destruição de exergia, que de modo distinto da energia,
não se conserva.
87
A entropia é um conceito muito importante relacionado com a dissipação
energética e as perdas em processos de conversão energética. De um modo
geral, a variação de entropia em um processo pode ser calculada por:
Q
∆S =  
+ S gerada
 T  reversível
A variação de entropia comporta dois termos: uma parcela reversível,
determinada pela troca de calor, e uma parcela irreversível ou gerada, cuja
magnitude é proporcional às perdas no processo.
A variação de entropia permite medir a perfeição de um processo qualquer de
conversão energética. Por exemplo, em sistemas adiabáticos (troca de calor
nula) os processos ideais devem ser isentrópicos (variação de entropia nula),
apresentando, portanto, entropia gerada nula. Em processos reais sempre
existem imperfeições e perdas, e a entropia tende a aumentar, podendo se
afirmar que “a entropia do Universo tende a um máximo”.
Na geração de entropia um potencial para produzir trabalho é perdido como
calor, ou seja, a energia se degrada em qualidade. O trabalho perdido, também
chamado de irreversibilidade, relaciona-se com a entropia pelo Teorema de
Gouy-Stodola:
W perdido = To S gerada = Irreversibilidade
onde To refere-se à temperatura ambiente.
Em síntese, processos reais de conversão energética apresentam perdas, que
podem ser avaliadas em termos da geração de entropia ou da destruição de
exergia, correspondendo sempre à redução da qualidade do fluxo energético e
produção de calor.
Ao contrário do rendimento energético, baseado na Lei da Conservação da
Energia e apresentado no item III.2 acima, o rendimento exergético ou
eficiência exergética fundamenta-se na Primeira e na Segunda Leis da
termodinâmica e apresenta várias formulações, algumas delas dadas a seguir.
A Figura III.4 a seguir apresenta um sistema genérico considerado para a
determinação deste parâmetro de desempenho, devendo-se observar que
como produto tem-se as parcelas de exergia utilizada, exergia perdida
(associada à geração de entropia) e exergia não utilizada.
88
Figura III.4 – Sistema energético generalizado, considerando os fluxos de exergia (Fonte:
Marques et al. (2006, p. 26))
A primeira formulação (LIZARRAGA, 1987 apud MARQUES, 2006):
ε1 =
Exútil
Exconsumida
considera a razão entre a exergia necessária para alcançar um determinado
objetivo através de um processo totalmente reversível e a exergia consumida
num processo real para atingir o mesmo objetivo. Essa formulação é similar ao
rendimento isentrópico de uma turbina.
A segunda formulação (LIZARRAGA, 1987 apud MARQUES, 2006):
ε2 =
Exútil + Ex nãoutilizada
Exconsumida
é similar à definição do rendimento energético e indica que parcela da exergia
fornecida ao processo é convertida.
A terceira formulação (LIZARRAGA, 1987 apud MARQUES, 2006):
ε3 =
Exútil
Exconsumida + Exnãoutilizada
considera que a exergia empregada no processo é somente a diferença entre a
exergia suprida e a exergia dos fluxos residuais.
O rendimento ε 2 , denominado grau de perfeição (BEYER e FRAZSCHER apud
SZARGUT, 1980 apud MARQUES et al., 2006) é usado sempre que se pode
definir claramente um produto para o processo sendo analisado como é o caso
da determinação do rendimento exergético de uma caldeira e de uma central
termoelétrica.
Por outro lado, quando se está analisando partes de um processo, usa-se
geralmente ε 3 no caso de fluxos residuais constituírem o suprimento de exergia
da etapa seguinte do processo e ε 2 caso a etapa analisada seja terminal, com
os fluxos residuais sendo lançados no meio ambiente.
89
Nos processos puramente dissipativos, onde é impossível distinguir com
clareza um produto, como é o caso dos processos de mistura,
estrangulamento, etc., deve-se calcular o rendimento exergético através da
formulação abaixo (BOSNAJAKOVIC apud SOUZA, 1967 apud MARQUES et
al., 2006) :
ε4 =
∑ Ex
∑ Ex
saidoprocesso
= 1−
entranoprocesso
Irreversibilidade
∑ Exentranoprocesso
Nesses processos, o rendimento energético perde seu sentido de ser, pois a
energia é sempre conservada.
O Quadro III.2 apresenta uma comparação de rendimentos energético e
exergético para alguns processos e equipamentos, apresentando valores
semelhantes em alguns casos e muito diferentes em outros.
Quadro III.2 – Eficiências energéticas e exergéticas (GALLO e MILANEZ (1990) apud
MARQUES et al. (2006))
Sistema
Central a Vapor (200 MW)
Turbina a Gás (25 MW)
Motor Diesel (20.000 HP)
Motor Elétrico (5 HP)
Turbina a Vapor (50 MW)
Sistema de Cogeração (10 MW)
Queimador de GLP, doméstico
Aquecedor Elétrico de Água
Caldeira (200 ton/h)
Sistema de Ar Condicionado (COP=2,5)
Refrigerador Doméstico (COP=0,9)
Bomba de Calor (COP=3,5)
(Fonte : Marques et al. (2006, p. 27))
Rendimento
Energético
0,41
0,30
0,40
0,70
0,90
0,75
0,90
0,60
0,93
-
Exergético
0,40
0,30
0,40
0,70
0,85
0,33
0,50
0,10
0,08
0,17
0,10
0,60
Observa-se no Quadro III.2 que no aquecimento devido à energia elétrica, onde
apesar da conservação da energia, é evidente sua degradação, pela conversão
de energia de alta qualidade como energia elétrica em calor de baixa
temperatura.
Ainda no Quadro III.2, em equipamentos usados para a produção de baixas
temperaturas não se definem eficiências energéticas, usando-se o coeficiente
de performance, COP, como indicador de desempenho, que relaciona o efeito
frigorífico obtido pelo sistema e a demanda de potência eletromecânica
associada.
III.8 Análise exergética
A termodinâmica permite a descrição do comportamento, desempenho e
eficiência de sistemas para a conversão de uma forma de energia em outra
90
forma de energia. A análise termodinâmica convencional é baseada
primariamente na Primeira Lei da termodinâmica, ou Princípio da Conservação
de energia.
A análise energética é o método tradicional de acessar a maneira pela qual a
energia é usada em uma operação envolvendo o processamento físico ou
químico de materiais e a transferência e/ou conversão de energia. Isto
usualmente é atingido executando-se balanços de energia, baseados na
Primeira Lei da termodinâmica, e avaliando-se eficiências energéticas. Os
balanços energéticos são empregados para determinar e reduzir emissões de
energia residual tais como perdas de calor e, algumas vezes, para melhorar a
recuperação de calor e de resíduos.
Uma análise energética de um sistema de conversão de energia é
essencialmente uma contabilização das energias entrando e saindo. A energia
saindo pode ser desmembrada em produtos e resíduos. Eficiências são
avaliadas como razões entre quantidades de energia, e são utilizadas para
acessar e comparar vários sistemas.
Entretanto, um balanço energético não provê informação sobre a degradação
de energia ou de recursos durante um processo e não quantifica a utilidade ou
qualidade dos vários fluxos materiais e de energia fluindo através de um
sistema e existindo como produtos e resíduos.
Portanto, eficiências energéticas são freqüentemente enganosas, pois não é
sempre que elas provêem uma medida do quanto o desempenho de um
sistema se aproxima da idealidade. Conseqüentemente, as perdas
termodinâmicas que ocorrem dentro de um sistema (isto é, aqueles fatores que
fazem com que o desempenho se desvie da idealidade) em geral não são
precisamente identificadas e acessadas através da análise energética. Os
resultados da análise energética podem indicar a localização errada das
principais ineficiências dentro do sistema. Como conseqüência, a eficiência
tecnológica será diferente da eficiência real.
A análise exergética é uma técnica de análise termodinâmica baseada na
Segunda Lei da termodinâmica que provê um método alternativo de acessar e
comparar processos e sistemas de forma racional e significativa. A análise
exergética fornece eficiências que provêem uma medida verdadeira de quanto
o desempenho real se aproxima do ideal e identifica mais claramente do que a
análise energética as causas e localizações das perdas termodinâmicas
(DINCER & ROSEN, 2007).
Quando é executada uma análise de exergia em uma planta tal como uma
estação de potência, uma planta de processamento químico ou uma facilidade
de refrigeração, as imperfeições termodinâmicas podem ser quantificadas
como destruição de exergia, que representa perdas na qualidade ou utilidade
da energia (por ex. trabalho de eixo perdido ou potencial para produção de
trabalho de eixo perdido).
91
A análise exergética leva em conta os diferentes valores termodinâmicos de
diferentes formas e quantidades de energia, por ex. trabalho e calor. A
transferência de exergia associada com trabalho de eixo é igual ao trabalho de
eixo. A transferência de exergia associada com transferência de calor,
entretanto, depende da temperatura na qual ela ocorre em relação à
temperatura do ambiente.
A análise exergética é um método e ferramenta eficiente para (DINCER &
ROSEN, 2007, p. 12):
•
•
•
•
•
Combinar e aplicar os princípios da conservação da massa e da energia
conjuntamente com a Segunda Lei da termodinâmica para o design e
análise de sistemas energéticos.
Melhorar a eficiência de uso da energia e do uso de outros recursos
(identificando eficiências que sempre medem a aproximação à
idealidade bem como as locações, tipos e reais magnitudes de perdas e
resíduos).
Revelando se é possível ou não, e por quanto, projetar sistemas mais
eficientes pela redução de ineficiências em sistemas existentes.
Endereçar o impacto da utilização de energia e outros recursos no
ambiente, e reduzir ou mitigar este impacto.
Identificar se um sistema contribui para atingir o desenvolvimento
sustentável ou se é insustentável.
Como o valor da exergia de um sistema ou fluxo depende do estado de ambos
o sistema ou fluxo e um ambiente de referência, um ambiente de referência
deve ser especificado antes de executar a análise exergética. O ambiente é
freqüentemente modelado como um ambiente de referência similar ao
ambiente real no qual um sistema ou fluxo existem. Esta habilidade em
estabelecer o ambiente de referência para igualar o ambiente local atual é uma
vantagem da análise exergética.
O método de análise exergética supera as limitações da Primeira Lei da
termodinâmica, pois o conceito de exergia é baseado na Primeira e na
Segunda Leis da termodinâmica.
A análise exergética também pode quantificar a qualidade do calor em uma
corrente residual.
Um objetivo principal da análise exergética é identificar eficiências significativas
e as causas e reais magnitudes das perdas de exergia.
92
IV. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL, SUSTENTABILIDADE E
EXERGIA
IV.1 Meio ambiente, energia e exergia
IV.1.1 A questão ambiental e o desenvolvimento sustentável
Concernente à questão ambiental, Santa Rosa (2007) observa que as
preocupações do homem com o meio ambiente remontam ao século XVIII e se
exacerbam após a Segunda Guerra Mundial, quando foram observadas
catástrofes atribuídas às atividades industriais, e traça breve histórico da
progressão da questão ambiental no século passado:
- Surge em Londres, em 1952, o smog , imensa nuvem negra
carregada com poluição ambiental que vitimou milhares de
pessoas.
- Nos anos 50, o Japão passa a sofrer os efeitos do
envenenamento de seres humanos por metais pesados dispostos
no meio ambiente, especialmente mercúrio.
- Em 1952, a bióloga norte-americana Rachel Carson lança o livro
Silent Spring (Primavera Silenciosa).
- Surge, na década de 1960, o movimento ambientalista.
- Em 1968, a revista norte-americana Science publica o artigo The
Tragedy of the Commons (A Tragédia dos Comuns) de Garret
Hardin, em que ele previa que o crescimento populacional
desregulado e a falta de regras de acesso aos recursos naturais
seriam as principais causas do esgotamento dos recursos
naturais.
- Em 1972, é realizada a Conferência de Estocolmo – Conferência
das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano, primeira
conferência mundial sobre o estado do meio ambiente, cuja
missão foi formular e projetar padrões de comportamento coletivo
compatíveis com o crescimento e a diversidade humana, e que se
caracterizou como sendo a primeira institucionalização da questão
ambiental em escala global.
- Em 1972, é lançado, por encomenda do Clube de Roma, o
relatório The Limits of Growth (Os Limites do Crescimento) de
Dennis Meadows. Este relatório foi um reflexo das preocupações
existentes nas sociedades ocidentais, nos anos 60 e 70, com
industrialização acelerada, crescimento populacional rápido,
aumento da desnutrição, desgaste e desaparecimento dos
93
recursos não-renováveis, e a deterioração ambiental, e cujo
principal aspecto foi propor a necessidade de diminuir o
desperdício de recursos naturais e a contaminação ambiental.
- Ainda em 1972, a Assembléia Geral das Nações Unidas (ONU)
cria o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (UNEP
– United Nations Environmental Program, PNUMA no Brasil),
caracterizado por ser um programa abrangente de coordenação
de políticas, e reconhecendo na criação de tal programa que
problemas ambientais de significado internacional amplo deveriam
ser tratados sob a égide da ONU.
- Em 1992, realiza-se no Brasil a Conferência das Nações Unidas
sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento, a ECO-92, que
caracterizou um deslocamento nas grandes discussões políticas e
diplomáticas do eixo leste-oeste (países capitalistas versus
socialistas) para o eixo norte-sul (países desenvolvidos versus em
desenvolvimento), dando vazão ao efeito do fenômeno chamado
de globalização (SANTA ROSA, 2007, p 24-27).
Também Lemos (1991 apud MARTINS, 2006) enumera os seguintes fatores
que propiciaram a consciência social e política a respeito dos problemas
ambientais: explosão populacional a partir do final da Idade Média;
industrialização a partir do final da Segunda Guerra Mundial; e a urbanização
acelerada.
Delgado (2007) apresenta algumas considerações sobre a situação do mundo
no que tange ao problema ambiental, observando que, apesar dos esforços
globais sobre o estado do meio ambiente desdobrados no século passado, os
problemas ambientais continuam a se manifestar. Este autor enumera os
principais problemas ambientais globais: degradação do solo, degradação das
florestas, redução da biodiversidade, redução da disponibilidade de água doce,
degradação costeira e marinha, aquecimento global, chuvas ácidas, depleção
da camada de ozônio e disposição de resíduos urbanos.
A questão do desenvolvimento foi relacionada com a questão ambiental pela
primeira Conferência da ONU sobre o Meio Ambiente Humano, realizada em
Estocolmo. A Declaração de Estocolmo, conforme Martins (2006, p.32),
“sustentava que em caso de dúvida, o desenvolvimento econômico tinha
prioridade sobre a proteção ambiental”. Nesta primeira conferência da ONU, o
Clube de Roma, criado em 1968 e formado por cientistas e acadêmicos
empenhados em estudar e propor soluções para os problemas ambientais
decorrentes da expansão demográfica, através da publicação do relatório The
Limits to Growth, introduziu na discussão econômica o tema da finitude dos
recursos ambientais. Segundo Martins (2006, p. 33), “o livro rompeu com a
idéia de ausência de limites para exploração dos recursos naturais, em clara
contraposição à idéia dominante de crescimento contínuo da sociedade
industrial”. O relatório considerou cinco diferentes variáveis no estudo sobre
impactos ambientais: industrialização crescente, população em expansão, má
nutrição em expansão, recursos naturais não-renováveis em declínio e meio
94
ambiente em deterioração. O estudo determinou um prazo de 100 anos para
que os limites do planeta fossem alcançados. Iniciava-se a discussão sobre a
relação entre desenvolvimento e crescimento que seria travada nos anos a
seguir (MARTINS, 2006).
A idéia de desenvolvimento sustentável deriva do conceito de
ecodesenvolvimento proposto em 1972 por Maurice Strong, Secretário Geral
da Primeira Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e
Desenvolvimento, num contexto de controvérsia sobre as relações entre
crescimento econômico e meio ambiente (NUNES, 2005).
O ecodesenvolvimento propunha uma nova orientação para uma ampla
satisfação das necessidades de toda a população; uma autonomia nas
decisões; uma conscientização da dimensão ecológica de desenvolvimento,
isto é, o estabelecimento de uma harmonia entre o homem e a natureza
(MUYLAERT, 2000).
Segundo Lima (2000), a primeira formulação do conceito de desenvolvimento
sustentável foi feita pela “International Union for the Conservation of Nature” –
IUCN, no início da década de 80.
A oficialização do termo desenvolvimento sustentável originou-se da Comissão
Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMD, ou World Comission
on Environment and Development - WCED) das Nações Unidas, criada em
1983 pela Assembléia Geral das Nações Unidas, que ficou conhecida como
Comissão Brundtland, pois era presidida por Gro Harlem Brundtland, exprimeira ministra da Noruega (NUNES, 2005).
Em 1987, a comissão Brundtland definiu originalmente, em seu relatório Our
Common Future (Nosso Futuro Comum, também conhecido como Relatório
Brundtland), o desenvolvimento sustentável como “o desenvolvimento que
atende às necessidades do presente sem comprometer as necessidades das
gerações futuras” (BRUNDTLAND, 1987 apud DELGADO, 2007). Esta
definição ficou caracterizada como “um conceito político, um conceito amplo
para o progresso econômico e social” (AMAZONAS, 2002 apud MARTINS,
2006). O conceito levou à institucionalização da problemática ambiental
(MARTINS, 2006).
O conceito formal de desenvolvimento sustentável não envolve limites
absolutos: ele adverte para limitações impostas pelo estágio atual da tecnologia
e da organização social e institucional dos países e sua influência sobre os
recursos naturais e o meio ambiente (NUNES, 2005).
A partir de 1992, na Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e
Desenvolvimento, em que se deu a assinatura da Convenção sobre o Clima e
da Convenção sobre a Biodiversidade, formalizou-se a discussão sobre a
sustentabilidade do desenvolvimento econômico dos países, e iniciaram-se
esforços nacionais e internacionais para a realização do desenvolvimento
sustentável no século XXI, a Agenda 21, abrangente conjunto de metas com o
qual mais de 170 países se comprometeram por ocasião da conferência.
95
Nunes (2005) observa que o conceito de desenvolvimento sustentável é
bastante complexo, sendo necessárias mudanças fundamentais na forma de
pensar, viver, produzir e consumir de todo o planeta, cada nação com suas
peculiaridades, mas todas objetivando satisfazer as necessidades atuais sem
comprometer o atendimento das necessidades das gerações futuras. Trata-se
de um conceito teleológico, uma definição que engloba regras gerais de
atuação em prol de finalidades também gerais, dizendo “o que se pretende”,
mas não, de fato, o “que é”. Trata-se de um somatório de princípios, que pode
apresentar certa ambigüidade na sua aplicação. É menos um conceito segundo
um rigor científico e mais uma práxis. É um objetivo a ser alcançado através da
trajetória de desenvolvimento de longo prazo das sociedades.
A par dos desdobramentos para implantação do desenvolvimento sustentável
nos países, um novo campo técnico se delineou, o do estudo da
sustentabilidade e dos indicadores do desenvolvimento sustentável. Martins
(2006) cita a necessidade de produção de estatísticas ambientais confiáveis,
que só são possíveis de serem obtidas através da criação e disseminação de
indicadores. Tais indicadores são informações necessárias aos tomadores de
decisão e gestores de vários níveis na busca e implementação de ações para o
desenvolvimento sustentável.
Portanto, a par de sua intrínseca dificuldade conceitual e operacional, e da
controvérsia existente, está proposta a discussão sobre a mensurabilidade do
desenvolvimento sustentável, bem como de seus indicadores.
Nunes (2005) observa que a promoção da sustentabilidade humana e a
transição para o desenvolvimento sustentável encontram-se amplamente
relacionados com o uso da energia, e refletem a necessidade de adequado
suprimento energético e aumento do consumo de energia, principalmente nos
países em desenvolvimento, onde o aumento do nível dos serviços energéticos
pode ter impactos benéficos no crescimento econômico, na redução da
pobreza e no aumento da qualidade de vida. Daí conclui que, ao lado da
questão da exaustão dos recursos energéticos, a eqüidade social e os
impactos ambientais tornaram-se pontos críticos relacionados à energia, no
âmbito da sustentabilidade. Nunes relata:
“a busca de um novo paradigma, onde o uso da energia considere os impactos
econômicos, sociais e ambientais; dê ênfase ao desenvolvimento de um amplo
portfólio de recursos energéticos e de tecnologias limpas, à expansão dos
serviços energéticos, à universalização do acesso e ao aumento da eficiência;
busque maneiras para internalizar as externalidades negativas; e reconheça a
importância do nosso futuro comum e da necessidade de se garantir o bemestar das futuras gerações” (UNDP, 2000 apud NUNES, 2005).
A energia é um insumo essencial para o desenvolvimento social e o
crescimento econômico dos países, uma vez que ela satisfaz necessidades e
serviços básicos e é um dos principais fatores de produção em praticamente
todos os setores da indústria. Por outro lado, é também, freqüentemente, causa
96
de degradação ambiental, afetando adversamente a saúde e a vida (NUNES,
2005).
Constata-se que a relação entre energia e sustentabilidade se evidencia no
discurso institucional e técnico, situando-se como linha mestra das discussões
acerca da busca do desenvolvimento sustentável.
IV.1.2 Conservação de energia
A seguir prossegue-se com uma discussão sobre energia e sua conservação
desenvolvida com base nos textos de referência HINRICHS & KLEINBACH
(2003) e MARQUES (2006).
A energia é um dos principais constituintes da sociedade moderna. Ela é
necessária para criar bens a partir dos recursos naturais e para fornecer muitos
dos serviços dos quais a sociedade se beneficia.
O desenvolvimento econômico e os altos padrões de vida são processos
complexos que exigem disponibilidade de um abastecimento adequado e
confiável de energia. A modernização do Ocidente e a construção de uma
sociedade urbana e rica só foi possível pela utilização de tecnologia moderna
baseada em uma ampla série de avanços científicos, energizados por
combustíveis fósseis.
A década de 70, marcada pelas crises de petróleo, desencadeou uma
crescente preocupação com o meio ambiente. Cada um dos grandes temas
ambientais – o aquecimento global, a chuva ácida, os resíduos radioativos, as
mudanças climáticas – está relacionado com a forma como a energia é usada.
A energia permeia todos os setores da sociedade – economia, trabalho,
ambiente, relações internacionais –, assim como as nossas próprias vidas
pessoais – moradia, alimentação, transporte, lazer e muito mais. O uso dos
recursos energéticos libertou o homem de muitos trabalhos penosos e tornou
seus esforços mais produtivos. Atualmente, menos de 1% do trabalho feito nos
países industrializados depende da força muscular como fonte de energia.
Os suprimentos de energia são fatores limitantes primordiais de
desenvolvimento econômico. O mundo é interdependente e o acesso a
recursos energéticos adequados e confiáveis é central para o crescimento das
economias, sendo a energia global altamente dependente do petróleo.
A energia é encontrada em muitas formas, como o vento ou a água corrente, e
é armazenada em matéria, como os combustíveis fósseis – petróleo, carvão,
gás natural – que pode ser queimada para geração de energia útil. Não
podemos ver a energia, apenas seus efeitos; não podemos fazê-la, apenas
usá-la; e não podemos destruí-la, apenas desperdiçá-la, ou seja, usá-la de
forma ineficiente.
97
Um princípio muito importante é que a energia é uma quantidade conservada,
ou seja, a quantidade total de energia no universo é uma constante. A energia
não é criada ou destruída, mas apenas convertida ou redistribuída de uma
forma para outra, como, por exemplo, a energia eólica é transformada em
energia elétrica.
Entender a energia significa entender os recursos energéticos e suas
limitações, bem como as conseqüências ambientais da sua utilização.
Energia, meio ambiente e desenvolvimento econômico estão forte e
intimamente conectados.
Desde 1980, o consumo global de energia aumentou 25%. Muito deste
crescimento global aconteceu nos países menos desenvolvidos. Nas próximas
duas décadas, estima-se que o consumo de energia irá aumentar em torno de
100% nos países em desenvolvimento. Juntamente com este crescimento,
observou-se o declínio da qualidade do ar urbano e a séria e intensa
degradação do solo e das águas. O uso contínuo dos combustíveis fósseis
continua a aumentar as emissões de dióxido de carbono, que podem alterar
irreversivelmente o clima da Terra. O uso adequado da energia requer que se
leve em consideração tanto as questões sociais como as tecnológicas. O
crescimento sustentável neste século apenas pode ser possível com o uso bem
planejado e eficiente dos limitados recursos energéticos e o desenvolvimento
de novas tecnologias de energia.
A energia total consumida durante qualquer atividade pode ser considerada
como o produto de dois fatores:
Consumo total de energia = energia demandada pela atividade (intensidade) x
freqüência da atividade
O fator chamado de intensidade de uso é a quantidade de energia necessária
para realizar a tarefa e o nível de atividade é o número de vezes que a tarefa é
realizada – a freqüência.
Estes dois fatores podem ser representados em um gráfico (Figura IV.1), no
qual as quantidades estão indicadas pelos eixos x e y. O produto deles, o
consumo total de energia pela atividade, é representado pela área do
retângulo. A figura mostra dois retângulos, ambos com a mesma área
representando a mesma quantidade total de energia consumida. No caso do
retângulo (a), uma alta freqüência de atividade foi possível porque a
intensidade do uso (energia requerida pela atividade) foi baixa. No retângulo
(b), a mesma quantidade de energia foi consumida, mas com uma maior
intensidade (mais energia requerida pela atividade), e então foi necessário
reduzir a freqüência daquela atividade.
98
Figura IV.1 – Caracterização do uso total de energia como uma função da intensidade do
uso e da freqüência da atividade (Fonte: HINRICHS & KLEINBACH (2003, p. 21))
Os esforços de conservação de energia normalmente se concentram em um ou
em outro destes fatores. Conforme a Figura IV.1, a conservação de energia se
esforça para reduzir o tamanho do retângulo que representa o total de energia
usada. As duas abordagens são:
1. O “ajuste técnico”, que consiste na utilização mais eficiente do combustível
para desempenhar a mesma tarefa, como, por exemplo, dirigir um carro com
um motor mais eficiente, reduzindo a energia requerida por esta atividade.
2. A “mudança no estilo de vida”, que significa a utilização consciente de uma
menor quantidade de combustível, por meio de comportamentos como desligar
o ar-condicionado ou dirigir por percursos menores – reduzindo, assim, a
freqüência da atividade.
O sucesso máximo possível dos ajustes técnicos para conservação de energia
é limitado pelas leis da física: a Primeira e a Segunda Leis da Termodinâmica.
Entretanto, ainda existe muito campo para melhoramentos nesta abordagem da
conservação de energia, especialmente com relação ao uso eficiente da
energia para a realização de determinadas tarefas. Na conservação de energia,
as questões são muito mais do que apenas tecnológicas porque o consumo de
energia também depende da “freqüência da atividade”.
Marques (2006) define energia como:
“É a capacidade de realizar trabalho.
Para a realização de qualquer tarefa é necessário fazer uso de uma
capacidade interna ou externa ao homem, que chamamos de energia.
Ou, ainda, “aquilo que permite a mudança na configuração de um
sistema vencendo a força que se opõe a essa mudança” (Maxwell –
1872)” (MARQUES, 2006, p. 10).
99
O uso eficiente de energia elétrica é definido como “Conceito de conteúdo
tecnológico voltado para a utilização de processos e equipamentos que tenham
o melhor desempenho na produção dos serviços com um menor consumo de
eletricidade” (MARQUES, 2006, p. 10).
Conservação de energia pode ser definida como:
“Conceito sócio-econômico que traduz a necessidade de se retirar do
planejamento da expansão do sistema elétrico, a componente referente ao
desperdício. Isso permite a redução dos investimentos no setor elétrico, sem
comprometer o fornecimento de energia e qualidade de vida” (MARQUES,
2006, p. 11).
Marques (2006) ressalta que este termo é dúbio e que merece maiores
reflexões, e apresenta dois caminhos para conservar a energia:
“1. vertente humana: o cidadão recebe informações compatíveis, que o
auxiliam a se inserir no contexto da nova situação, induzindo-o à mudança de
hábitos, atitudes e futura mudança de comportamento;
2. vertente tecnológica: através de treinamento específico, o técnico é inserido
nas questões da eficiência energética, entrosando-se com novas técnicas e
tecnologias, tanto de equipamentos como de processos, reduzindo
significativamente o consumo de energia de uma instalação, sem comprometer
o produto final” (MARQUES, 2006, p.11).
IV.1.3 Eficiência energética
A principal causa de problemas ambientais decorrentes do uso de energia é o
uso de combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás) seja na produção de
eletricidade, no setor de transportes ou na indústria. Os combustíveis fósseis
respondem por mais de 80% do consumo atual de energia mundial. O uso mais
eficiente da energia reduz os problemas ambientais e também estende a vida
das fontes de combustível fóssil (GOLDEMBERG & VILLANUEVA, 2003).
Segundo Goldemberg & Villanueva (2003), existem várias possibilidades para
aumentar a eficiência da utilização das fontes primárias de energia. A Figura
IV.2 sugere essas possibilidades:
100
Figura IV.2 – Os potenciais de eficiência energética (Fonte: GOLDEMBERG &
VILLANUEVA (2003, p. 126))
•
•
•
•
•
“ O potencial teórico representa o que se pode atingir com base em
considerações termodinâmicas nas quais os serviços decorrentes do uso
de energia (como o ar condicionado ou a produção de aço) não são
reduzidos, mas a demanda por energia e as perdas são minimizadas por
meio do processo de substituição, reutilização de materiais, calor e perdas.
O potencial técnico representa economias de energia que resultam do uso
das tecnologias mais eficientes do ponto de vista energético, as quais são
comercialmente disponíveis, sem levar em conta considerações
econômicas.
O potencial de mercado é o que se espera obter dadas as condições de
contorno (tais como o preço da energia, as preferências dos consumidores
e as políticas públicas). O potencial de mercado reflete os obstáculos e
imperfeições de mercado que fazem com que o potencial técnico seja
atingido.
O potencial econômico representa as economias de energia que seriam
obtidas se todas as adaptações e substituições fossem feitas utilizando as
tecnologias mais eficientes e que fazem sentido econômico com o preços
da energia no mercado. O potencial econômico implica um mercado que
funcione bem com competição entre novos investimentos no suprimento e
demanda de energia e no qual as informações necessárias para a tomada
de decisões estejam disponíveis.
O potencial social representa economias de energia nas quais
“externalidades” são levadas em conta, tais como os custos dos danos
causados ou evitados na saúde, poluição do ar e outros impactos
ecológicos.” (GOLDEMBERG & VILLANUEVA, 2003, pg. 126-127).
Globalmente, a eficiência energética do atual sistema energético é de 37%,
mas se acredita que, nos próximos 20 anos, nos países da OECD, serão
observadas reduções de 25% a 35%, e nos países em desenvolvimento de
30% a mais de 45% (GOLDEMBERG & VILLANUEVA, 2003). Com efeito,
desde 1990, a taxa de melhoria da eficiência energética global tem sido bem
menor do que em décadas anteriores (OECD/IEA, 2008).
101
Um progresso enorme tem sido obtido utilizando-se métodos técnicos de
aumento de eficiência energética em muitas áreas da indústria e do setor de
transporte, bem como na produção de eletricidade nos países industrializados.
Esse processo foi acelerado pelo grande aumento dos preços do petróleo na
década de 1970 e pelo temor de uma dependência exagerada desse
combustível importado do Oriente Médio. Contudo, muito antes disso, o setor
produtivo percebeu que os custos poderiam ser reduzidos por meio de
mudanças tecnológicas. Dessa forma, a quantidade de energia usada é
reduzida e, como um subproduto, são reduzidas as emissões de substâncias
prejudiciais ao meio ambiente, particularmente SO2 e CO2 (GOLDEMBERG &
VILLANUEVA, 2003).
A eficiência energética é um componente da eficiência econômica, mas
raramente é o componente dominante. Apesar de os especialistas em energia
considerarem-na como algo especial, o setor produtivo a considera apenas
como um ingrediente da produção, assim como a mão-de-obra, o capital e as
matérias-primas. É por essa razão que a racionalização do uso da energia não
evoluiu muito durante as primeiras décadas do século XX, sobretudo numa
época em que a energia era abundante e barata (GOLDEMBERG &
VILLANUEVA, 2003).
Porém, o movimento ambiental da década de 1970, trazendo em seu bojo
mudanças nas preferências do público e altos custos para as indústrias, foi
muito eficaz em alterar as estratégias das indústrias no sentido de minimizar a
emissão de poluentes e levá-las a adotar medidas de eficiência energética
(GOLDEMBERG & VILLANUEVA, 2003).
IV.1.4 Conservação de exergia
Exergia não é uma variável conservada, como energia. Ela pode ser adquirida
ou perdida em processos físicos. Entretanto, exergia pode ser acumulada. Ela
também pode ser estocada em minérios ou combustíveis fósseis, por exemplo.
Finalmente, os fluxos de exergia para dentro e para fora de sistemas ou de
qualquer subsistema são definíveis e mensuráveis (AYRES, 1998).
Exergia é definida como o trabalho potencial que pode ser extraído de um
sistema por processos reversíveis à medida que o sistema entra em equilíbrio
com suas vizinhanças. Ela é, de fato, a parte útil da energia e é o que muitas
pessoas querem dizer quando usam o termo ‘energia’ sem o devido cuidado
(como em economia) (AYRES, 1998).
Exergia, então, é definida formalmente como a máxima quantidade de trabalho
que um subsistema pode fazer em suas vizinhanças quando se aproxima do
equilíbrio termodinâmico reversivelmente (AYRES, 1998).
Exergia é proporcional ao potencial de produção futuro de entropia mas tem
unidades de energia (AYRES, 1998).
102
Há quatro componentes da exergia: (i) exergia cinética, associada com o
movimento relativo; (ii) exergia de campo potencial, associada com diferenciais
de campos gravitacionais ou eletromagnéticos; (iii) exergia física (de
diferenciais de pressão ou temperatura); e (iv) exergia química (que aparece de
diferenças em composição química). A exergia só é diferente de zero quando o
sistema sob consideração é distinguível de suas vizinhanças (o meio ambiente)
em uma ou mais destas quatro dimensões (AYRES, 1998).
Considerando fluxos de massa para dentro e para fora de processos
econômicos (ou seja, industriais), os três primeiros componentes da exergia
podem ser desprezados de forma segura. Apenas a última das quatro
categorias, composição química, é importante. Em conseqüência, para calcular
a exergia química de um fluxo de massa é necessário apenas ter dados de sua
composição química vis-a-vis do meio ambiente para o qual ele flui (AYRES,
1998).
Ayres (1998) revisa de forma concisa e objetiva os princípios da metodologia
de cálculo da exergia química de um fluxo de massa.
Rosen (2002) considera que o uso do termo conservação de exergia poderá
mais eficientemente endereçar problemas e pontos de debate relacionados à
energia.
Rosen (2002) considera o termo conservação de energia um termo
amplamente usado porém indefinido, seu uso estando propenso a causar
confusão e ilusão. Segundo ele, por um lado, conservação de energia não é
nada mais do que a afirmação do princípio da conservação de energia, que
está embutido na Primeira Lei da Termodinâmica. Por outro lado, o termo
conservação de energia normalmente tem um significado muito diferente
quando usado por pessoas leigas, e, às vezes, inclusive, por pessoas de áreas
técnicas. O autor argumenta que a exergia pode auxiliar a esclarecer essa
dualidade de pontos de vista sobre conservação de energia de uma maneira
racional e significativa. Mais ainda, o autor acredita que exergia pode auxiliar a
esclarecer esta confusão, preservando o uso apropriado do termo conservação
de energia como uma afirmação de um princípio científico, enquanto dá
entendimento apropriado ao significado subentendido por muitas pessoas
quando discutem conservação de energia. Daí, o autor propõe que o
significado neste último caso é melhor expresso através do termo conservação
de exergia.
Segundo Rosen (2002), para a maioria das pessoas, muitos significados são
expressos pelo termo conservação de energia, significados estes relacionados
à solução de problemas considerando recursos energéticos ou tecnologias.
Alguns exemplos destes significados de conservação de energia são:
•
Aumento da eficiência de dispositivos e processos de forma que
eles usem menos recursos energéticos para prover os mesmos
níveis de serviços ou produtos, por meio disso preservando os
recursos energéticos. O aumento de eficiência pode ser atingido
103
•
•
•
através de melhorias incrementais em dispositivos ou processos
existentes, ou por alterações relevantes de design;
Redução dos requerimentos de energia, reconsiderando para o
que a energia está sendo usada, esperando encontrar caminhos
para satisfazer os objetivos globais usando menos recursos
energéticos. No setor elétrico de uma economia, este conceito
envolve a redução das demandas de energia elétrica dos
consumidores;
Mudando estilos de vida de maneira a usar menos recursos
energéticos, por exemplo, substituindo o uso de automóveis por
bicicletas e transporte de massa;
Substituindo recursos energéticos que se deseja preservar por
recursos energéticos alternativos, como, por exemplo, substituir
sistemas de aquecimento a gás natural por energia solar.
Porém, o autor ressalta que, do ponto de vista termodinâmico, o termo
conservação de energia simplesmente considera a afirmação de uma lei ou
princípio científico. A questão que o autor coloca trata de como pode a
conservação de energia ser a essência de um princípio científico ou lei
enquanto simultaneamente reflete uma ampla variação de objetivos para
solucionar problemas relacionados à energia.
Rosen (2002) esclarece que a exergia é baseada na Primeira e Segunda Leis
da termodinâmica. É a Segunda Lei que define um processo ou dispositivo
ideal ou perfeito como aquele que é reversível. Esta idéia pode ser claramente
compreendida porque a energia é conservada em qualquer sistema – ideal ou
não – enquanto a exergia só é conservada para um dispositivo ou processo
ideal ou perfeito. A exergia não é conservada em processos ou dispositivos
reais.
Desta maneira, se a busca é de perfeição termodinâmica, a conservação de
exergia é um alvo lógico e significativo que é completamente consistente com o
objetivo. Conservação de energia não é, e, de fato, é absolutamente
desprovida de significado quanto a essa visão de perfeição termodinâmica.
Estas idéias são consistentes com as afirmações de Tsatsaronis & Valero
(1989, apud ROSEN, 2002) :
“ a análise energética geralmente falha para identificar desperdício ou o
uso efetivo de combustíveis e recursos. Por exemplo, a Primeira Lei não
reconhece qualquer desperdício em um processo de estrangulamento
adiabático – um dos piores processos do ponto de vista termodinâmico”.
Eles continuam afirmando “a análise exergética ... calcula a energia útil
associada com um sistema termodinâmico... [e] identifica e avalia as
ineficiências de um sistema exergético” (TSATSARONIS & VALERO, 1989
apud ROSEN, 2002 p. 60).
104
Rosen (2002) continua afirmando que é a exergia – ou commodities e recursos
que tenham altos conteúdos exergéticos – que se deseja preservar quando se
fala de conservação de energia. Exergia é o que se valora porque é ela, e não
energia, que consistentemente representa o potencial para direcionar
processos e dispositivos que produzem serviços ou produtos.
Rosen (2002) acredita que se faz confusão quando se usa o termo
conservação de energia não apenas para descrever um princípio científico
básico de conservação, mas também para descrever esforços para solucionar
problemas concernentes à energia.
Na opinião de Rosen (2002), a conservação de exergia, em conjunto com
outros adjetivos, pode efetivamente abordar problemas relacionados à energia
na sociedade, tais como segurança de suprimento de recursos energéticos
úteis (segurança de exergia) ou resolver deficiências de recursos energéticos
úteis (crise de exergia).
Segundo o autor, esta compreensão de exergia provê o novo fundamento
necessário para desenvolver medidas de eficiência úteis e significantes.
Rosen (2002) segue citando alguns exemplos de pesquisadores que
abordaram os aspectos confusos e enganosos a que leva o termo conservação
de energia, reconhecendo a necessidade de focar em exergia. Esses exemplos
são citados a seguir.
Keenan, Gyftopoulos & Hatsopoulos escreveram:
“energia, antes de ser consumida em qualquer processo, é sempre
conservada. Quando se deve abordar oportunidades para conservação
de combustíveis, torna-se necessário usar uma outra medida que não
energia” (KEENAN et al.,1973 apud ROSEN, 2002).
Berg escreveu: “ Esforços nacionais para conservar recursos energéticos
poderiam ser muito acentuados pela adoção de [exergia] para medir a
efetividade da utilização da energia” , e “a Primeira Lei da Termodinâmica
garante que a energia não pode ser criada nem destruída; desse modo
dificilmente pareceria necessário ter uma política nacional endereçada a sua
conservação” (BERG, 1974 apud ROSEN, 2002).
Gaggioli, um proeminente termodinâmico no campo da exergia, afirmou no
prefácio de seu livro: “a análise de exergia não apenas evita muitas
concepções errôneas resultantes da análise energética mas também evidencia
o caminho para a conservação econômica da energia” (GAGGIOLI, 1983 apud
ROSEN, 2002).
Rosen (2001) evidencia que os benefícios da análise exergética, especialmente
quando comparados à análise energética, são freqüentemente claros e muitas
vezes notáveis.
105
O autor assinala que muitos pesquisadores, ao abordar a performance de
sistemas energéticos, indicaram que eficiências baseadas em exergia,
diferentemente das baseadas em energia, são sempre medidas da abordagem
à idealidade verdadeira.
O autor ressalta ainda que perdas de exergia claramente identificam as
localizações, causas e fontes de desvios da idealidade em um sistema.
Segundo ele, em sistemas complexos com múltiplos produtos (por ex. plantas
de cogeração e trigeração) os métodos exergéticos podem auxiliar a avaliação
dos valores termodinâmicos dos produtos energéticos, que possuem
características radicalmente diferentes. O autor cita que mais amplamente
ocorreu a evolução de métodos exergéticos capazes de otimizar avaliações
econômicas (por ex. exergoeconomia, termoeconomia) e avaliações ambientais
(“environomics”).
Consequentemente, muitas aplicações da análise exergética visando avaliar,
comparar, melhorar ou otimizar sistemas energéticos ocorreram.
Rosen (2001) também evidencia alguns aspectos negativos da aplicação de
métodos exergéticos, que levam à sua não utilização: complexidade e
embaraço na utilização dos métodos, resultados difíceis de interpretar e
entender, falta de familiaridade dos técnicos com os métodos em conseqüência
de uma educação voltada para energia, crença de que há dificuldade em obter
resultados tangíveis e diretos.
Este autor enfatiza que os métodos exergéticos são úteis e que podem ser
extremamente benéficos para a indústria e outros setores. Ainda segundo ele,
as preocupações referentes à exergia são na realidade barreiras que deveriam
ser vencidas para aumentar a adoção dos métodos exergéticos pela indústria.
O autor acredita que o uso da exergia pode beneficiar não apenas a indústria,
mas também a sociedade por meio de um ambiente mais limpo.
É facilmente percebido o questionamento acerca da validade do uso do termo
conservação de energia, em ambos os sentidos leigo e técnico. Vislumbra-se
concomitantemente a utilização da exergia como parâmetro esclarecedor e
direcionador do debate sobre a conservação e utilização de recursos
energéticos, bem como sobre o endereçamento e abordagem de aspectos
relacionados à energia.
IV.2 Desenvolvimento sustentável e sustentabilidade: o debate e as
ambigüidades
A partir do posicionamento de vários autores vamos abordar de forma geral
alguns dos diversos entendimentos sobre o conceito de desenvolvimento
sustentável, procurando ressaltar pontos de debate. Não é nosso objetivo
criticar os diversos conceitos arrolados, mas tão somente apresentá-los, de
forma a ressaltar o debate existente. A seguir discutiremos sucintamente
106
alguns conceitos de sustentabilidade e as ambigüidades que permeiam o
debate.
Dias (2006) apresenta um desenvolvimento histórico dos principais
acontecimentos relacionados com o surgimento e a evolução do termo
desenvolvimento sustentável. O histórico do conceito de desenvolvimento
sustentável, suas origens na ecologia e seu uso dentro da economia foram
também amplamente abordados por Nunes (2005) e Martins (2006).
Segundo Dias (2006) “a concepção do desenvolvimento sustentável norteia o atual
debate sobre a questão ambiental em qualquer setor das atividades humanas” (DIAS,
2006, p.30).
Dias (2006) ressalta que o conceito normativo básico de desenvolvimento
sustentável emergiu na Conferência de Estocolmo de 1972, e foi designado por
Maurice Strong, Secretário Geral da Conferência, como uma “abordagem de
ecodesenvolvimento” ( DIAS, 2006, p.30).
O conceito de ecodesenvolvimento surge (LA ROVERE, 1992, apud LIMA,
2000) do questionamento do padrão de civilização em crise das Nações do
Norte, cujas características mais fortes são o desemprego, a destruição
ambiental, o desperdício de recursos, a persistência de desigualdades sociais e
regionais e uma crise de valores.
Este conceito procura estabelecer uma harmonia entre o homem e natureza,
sendo orientado para a satisfação das necessidades materiais e imateriais de
toda a população, e é baseado na busca de soluções apropriadas para cada
contexto histórico, cultural e ecológico a partir de decisões autônomas da
população (LIMA, 2000).
Ainda segundo Lima (2000), introduz-se, pela primeira vez, a preocupação com
a sustentabilidade do processo de desenvolvimento. As cinco dimensões de
sustentabilidade do ecodesenvolvimento citadas são: social, econômica,
ecológica, espacial e cultural (SACHS, 1993 apud LIMA, 2000).
Lima (2000) e Muylaert (2000) avaliam o conteúdo de cada uma dessas
dimensões de sustentabilidade do ecodesenvolvimento.
Segundo Martinez Alier (1998), a expressão “Sustainable Development” foi
introduzida com grande êxito na política internacional pela IUCN (“International
Union for the Conservation of Nature” – União Internacional para a
Conservação da Natureza), e em seguida pela Comissão Brundtland, das
Nações Unidas.
Segundo Sheng (1996), a IUCN e o WWF – World Wildlife Fund (Fundo
Mundial para a Natureza) conceituam desenvolvimento sustentável como:
“Melhoria da qualidade da vida humana dentro da capacidade de suporte dos
ecossistemas de apoio” (SHENG, 1996 apud LIMA, 2000).
107
Segundo Martinez Alier (1998), no idioma castelhano resulta evidente, pelo
parentesco das palavras “sostenible” e “sustentable”, que o conceito de
“Desenvolvimento Sustentável” remete ao conceito de “Capacidade de
Sustentação”, próprio da ciência ecológica. Segundo nota do tradutor deste
autor, Armando de Melo Lisboa, o trocadilho entre sustentado e sustentável é
comum na língua castelhana ao se fazer referência ao Desenvolvimento
Sustentável, porém, é pouco comum em português. Já, segundo outra nota do
tradutor, na língua portuguesa ocorre o mesmo endereçamento ao conceito de
“Capacidade de Sustentação” quando se fala de “Desenvolvimento
Sustentável”. De outra forma, no inglês, Sustainable Development não está à
primeira vista tão diretamente relacionado com Carryng Capacity (capacidade
de sustento) (MARTINEZ ALIER, 1998).
Martinez Alier (1998) frisa que tanto a IUCN quanto a Comissão Brundtland
queriam combinar conscientemente as duas idéias: desenvolvimento
econômico e capacidade de sustento e cita Jeffrey McNeely, da IUCN:
“A conservação da natureza talvez seja uma pré-condição do crescimento
econômico, já que o consumo futuro depende em grande medida do estoque
de capital natural. A conservação é, sem nenhuma dúvida, uma pré-condição
do Desenvolvimento Sustentável, unindo o conceito ecológico de capacidade
de sustento (carryng capacity), com os conceitos econômicos de crescimento e
desenvolvimento.” (JEFFREY McNEELY, IUCN,1988 apud MARTINEZ
ALIER, 1998).
Martinez Alier (1998) ressalta que McNeely (1988 apud MARTINEZ ALIER,
1998) identifica crescimento econômico com desenvolvimento econômico, e
que o relatório Brundtland também não os diferencia. Portanto, continua o
autor, a definição implícita de desenvolvimento sustentável, segundo seus
inventores, é “crescimento ou desenvolvimento econômico que seja compatível
com a capacidade de sustento”.
Em conseqüência, Martinez Alier (1998) frisa a necessidade de discutir a
aplicação, ou inaplicabilidade, da noção ecológica de “capacidade de sustento”
de um território às economias humanas.
A “capacidade de sustento” de um território concreto significa o máximo de
população de uma espécie dada que pode ser mantido indefinidamente, sem
que se produza uma degradação na base de recursos que possa significar uma
redução da população no futuro (KIRSCHNER et al., 1985 apud MARTINEZ
ALIER, 1998).
Ainda segundo Martinez Alier (1998) a utilização de “capacidade de sustento”
para estudar a relação entre a demografia e os recursos na espécie humana é
rechaçada pela economia, já que a desigualdade da riqueza e dos rendimentos
na espécie humana é mais pronunciada, em termos de consumo, que em
outras espécies, e porque a espécie humana com freqüência melhora suas
técnicas de produção.
108
Neste trabalho, não será aprofundado o conceito de capacidade de sustento. O
tema será discutido com base nos conceitos correntes de desenvolvimento
sustentável e sustentabilidade como se apresentam nos discursos dos autores
abordados.
Em decorrência da Conferência de Estocolmo de 1972, foi criado o PNUMA
(Programa das Nações Unidas para o Meio ambiente), o Programa Observação
da Terra (Earthwatch) que monitora as diversas formas de poluição, e a
CMMAD – Comissão Mundial para o Meio Ambiente e Desenvolvimento,
composta por 21 países membros da ONU e presidida pela senhora Gro
Harlem Brundtland (HERCULANO, 2006).
De 1983 a 1987 a CMMAD pesquisou a situação de degradação ambiental e
econômica do planeta. Em 1987, essa Comissão produziu seu relatório, que
ficou conhecido como Relatório Brundtland ou “Nosso Futuro Comum”
(HERCULANO, 2006).
O Relatório Brundtland, publicado em 1987, introduziu dois novos conceitos: o
de “desenvolvimento sustentável” e o de “uma nova ordem econômica
internacional” (HERCULANO, 2006). O conceito de desenvolvimento
sustentável oficializado pelo Relatório Brundtland foi:
“O desenvolvimento sustentável é aquele que atende às necessidades do
presente sem comprometer a possibilidade de as gerações futuras atenderem
a suas próprias necessidades” (CMMAD, 1988 apud LIMA, 2000).
Em conseqüência do relatório, desde 1987, “ o diapasão para a harmonização
dos esforços globais em busca da boa sociedade foi dado pelo novo mote
“desenvolvimento sustentável”” (HERCULANO, 2006, p. 379).
Segundo Herculano (2006):
“a sociedade generosa, boa de se viver, será aquela na qual houver justiça
social (eqüidade de direitos no acesso às riquezas coletivas criadas) somada à
liberdade democrática e à sustentabilidade, isto é, ao respeito à natureza e
preservação de seus recursos.”(HERCULANO, 2006, p.373).
Conforme Barbieri (2007) o novo conceito de desenvolvimento denominado
desenvolvimento sustentável surge da vinculação entre desenvolvimento e
meio ambiente.
Com o termo “desenvolvimento sustentável” a ONU buscava conciliar a
manutenção das políticas de crescimento econômico com a preservação
ambiental, chamando a atenção para a necessidade de preservar a natureza
para as gerações futuras (HERCULANO, 2006).
109
De acordo com o Relatório Brundtland (CMMD, 1991 apud BARBIERI, 2007) os
principais objetivos de políticas ambientais e desenvolvimentistas derivados
desse conceito de desenvolvimento são os seguintes:
(a) retomar o crescimento como condição necessária para erradicar a
pobreza;
(b) mudar a qualidade do crescimento para torná-lo mais justo, eqüitativo e
menos intensivo em matérias-primas e energia;
(c) atender às necessidades humanas essenciais de emprego, alimentação,
energia, água e saneamento;
(d) manter um nível populacional sustentável;
(e) conservar e melhorar a base de recursos;
(f) reorientar a tecnologia e administrar os riscos; e
(g) incluir o meio ambiente e a economia no processo decisório.
Ressalta Herculano (2006):
“Nos termos do Relatório Brundtland, a sustentabilidade se acopla a um novo
padrão de crescimento econômico que deve ser garantido. Nesse sentido, “o
desenvolvimento sustentável” seria “uma correção, uma retomada do
crescimento alterando a qualidade do desenvolvimento, a fim de torná-lo
menos intensivo de matérias-primas e mais eqüitativo para todos”. A
preocupação básica é que o crescimento econômico para todos não fira os
direitos das gerações futuras a terem acesso a recursos naturais para a sua
sobrevivência. A preocupação é alterar as formas de exploração da natureza,
de maneira a legar recursos para os que virão. Nestes termos,
“desenvolvimento sustentável” é conceituado no Relatório Brundtland como
“um processo de mudança no qual a exploração dos recursos, a orientação dos
investimentos, os rumos do desenvolvimento tecnológico e a mudança
institucional estão de acordo com as necessidades atuais e futuras”
“(HERCULANO, 2006, p.380).
O Relatório Brundtland evidenciou um caráter conciliatório, frisando a garantia
da manutenção do crescimento para todos, frente as teses de crescimento zero
e as do desenvolvimento a qualquer preço, debatidas no contexto da
Conferência Internacional de Meio Ambiente Humano em Estocolmo, em 1972.
O crescimento para todos será obtido por meio de: a) reorientação tecnológica;
b) políticas de ajustes e de ajuda financeira dos países ricos aos países pobres
e c) controle demográfico. A principal causa da deterioração ambiental,
segundo o Relatório Brundtland, é a pobreza. Assim, “desenvolvimento
sustentável” envolveria políticas para “aliviá-la”, “reduzí-la”, “mitigá-la”
(HERCULANO, 2006).
No Relatório Brundtland pobreza e deterioração ambiental são vistos como
causa e efeito um do outro. O Relatório Brundtland destacou como causas da
degradação ambiental: a) o emprego de tecnologias poluentes, b) o
crescimento demográfico, c) o aumento da miséria. As soluções seriam: o
emprego de novas tecnologias e a criação de formas de controle
110
internacionais; o controle populacional do Terceiro Mundo e a implantação de
políticas de ajuda e de apoio ao Terceiro mundo (HERCULANO, 2006).
Nestas bases, o Relatório Brundtland sugeria um sistema de políticas de
ajustes e de correções, em um regime de cooperação mundial integrada no
qual “as empresas multinacionais tem um importante papel a desempenhar”.
Segundo o Relatório, seria ilusão que os países em desenvolvimento
pudessem viver por seus próprios meios (HERCULANO, 2006).
Herculano (2006) cita ainda a conceituação de David Brooks:
“desenvolvimento sustentável pode ter dois sentidos – um radical e um
conservador. No sentido radical, significaria igualdade, justiça social
preservação da diversidade cultural, da autodeterminação e da integridade
ecológica, de forma integrada. No sentido conservador, dentro de marco
tradicional da teoria econômica, a expressão seria sinônimo de crescimento
sustentável” (HERCULANO, 2006, p. 388).
A autora cita também o conceito dado por W. Reilly, Presidente da
Environmental Protection Agency – EPA – dos Estados Unidos:
“desenvolvimento sustentável seria a harmonização da expansão econômica e
da proteção ambiental, um crescimento estável de um capitalismo verde”,
(HERCULANO, 2006, p. 388),
o que a autora interpreta como significando a incorporação do ambiente aos
insumos econômicos, reconhecendo-o como forma de capital.
Cunha (2007) ressalta que “o discurso dominante procura ainda consolidar um
consenso em torno da sua noção de sustentabilidade como forma de
preservação da ordem estabelecida” (CUNHA, 2007, p. 91),
e cita Lima (1999):
“No tocante ao conceito de desenvolvimento sustentável veiculado pelo
Relatório Bruntland, Carvalho (1991), embora reconheça sua maior elaboração,
observa seus limites dentro de uma concepção liberal, que evita os conflitos e
que, em última instância, busca garantir a manutenção da ordem estabelecida,
ou seja, embora apresente um novo conceito de desenvolvimento construído a
partir da crítica do modelo em esgotamento, não altera, fundamentalmente o
sentido da dominação na ordem internacional. Esse mesmo conceito de
desenvolvimento sustentável tem sido alvo de críticas diversas, devido às suas
ambigüidades, indefinições e contradições, à ênfase economicista e
desenvolvimentista, à ausência de uma perspectiva espacial e de classes
sociais em seu interior, à não-explicitação de como conciliar preservação e
crescimento no contexto do capitalismo e à possibilidade de ser apenas uma
nova cara para uma fórmula velha e já esgotada” (LIMA, 1999 apud CUNHA,
2007, p. 91).
111
O Dicionário Brasileiro de Ciências Ambientais define desenvolvimento
sustentável como:
“Econ. Forma de desenvolvimento econômico que não tem como paradigma o
crescimento, mas a melhoria da qualidade de vida; que não caminha em
direção ao esgotamento dos recursos naturais, nem gera substâncias tóxicas
no ambiente em quantidades acima da CAPACIDADE ASSIMILATIVA do
sistema natural; que reconhece o direito de existência das outras espécies; que
reconhece o direito das gerações futuras em usufruir do planeta tal qual o
conhecemos; que busca fazer as atividades humanas funcionarem em
harmonia com o sistema natural, de forma que este tenha preservadas suas
funções de manutenção da vida por um tempo indeterminado” (LIMA-e-
SILVA, 1999, p. 76).
Outras possibilidades de interpretação existem. Segundo Herculano, (2006)
todas levam a concluir que o conceito de desenvolvimento sustentável está
preso às esferas do econômico.
Barbieri (2007) afirma que o desenvolvimento sustentável resultaria de um
pacto duplo: um pacto intergeracional, que se traduz na preocupação constante
com o gerenciamento e a preservação dos recursos para as gerações futuras,
e um pacto intrageracional, que se expressa nas preocupações de atendimento
às necessidades básicas de todos os humanos.
Uma definição ampliada de desenvolvimento sustentável global é apresentada
pela Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS):
“ the wise use of resources through critical attention to policy, social, economic,
technological, and ecological management of natural and human engineered
capital so as to promote innovations that assure a higher degree of human
needs fulfillment, or life support, across all regions of the world, while at the
same time ensuring intergenerational equity” (EOLSS, 1998 apud DINCER
& ROSEN, 2007).
ou seja,
“o uso inteligente dos recursos através de atenção crítica às políticas, gestão
social, econômica, tecnológica e ecológica de capital natural e de capital
engenheirado pelo homem de modo a promover inovações que assegurem
atingir um mais alto grau de necessidades humanas, ou suporte à vida, através
de todas as regiões do mundo, enquanto assegura ao mesmo tempo eqüidade
intergeracional” (EOLSS, 1998 apud DINCER & ROSEN, 2007, tradução
desta autora ).
112
Esse conceito evoca também a garantia de atendimento das necessidades
humanas atuais, além da eqüidade intergeracional.
Segundo Sachs (1993 apud LIMA, 2000) o desenvolvimento sustentável
proposto pela Comissão Brundtland retoma as questões levantadas pelo
ecodesenvolvimento, destacando um dever de solidariedade para com as
gerações futuras. Trata-se, em síntese, do desenvolvimento que alia eficiência
econômica, eqüidade social e prudência ecológica.
De outra forma, de acordo com Floriano (2007), o primeiro conceito de
sustentabilidade conhecido e documentado foi emitido por Carlowitz em seu
livro “Sylvicultura Oeconomica”, em 1713, tendo dito:
“A natureza deve ser obrigatoriamente utilizada com base nas suas
características naturais para o bem estar da população, manejada e
conservada com cuidado e com a responsabilidade de deixar um bom legado
para as futuras gerações.” (CARLOWITZ, 1713, apud GROEBER, 2002,
apud FLORIANO, 2007)
Quanto ao conceito de sustentabilidade, Martins (2006) sugere que ainda não
há uma definição mais estreita do que venha a ser sustentabilidade, e cita
Robert Solow que avalia que o conceito é vago demais.
Ainda Martins (2006) ressalta que sustentabilidade ambiental se refere à
manutenção a longo prazo dos recursos naturais envolvendo nesse contexto o
bem estar do ser humano.
O Dicionário Brasileiro de Ciências Ambientais define sustentabilidade como:
“qualidade de um sistema que é sustentável; que tem a capacidade de se
manter em seu estado atual durante um tempo indefinido, principalmente
devido à baixa variação em seus níveis de matéria e energia, desta forma não
esgotando os recursos de que necessita” (LIMA-e-SILVA, et al., 1999, p.
219).
Segundo Herculano (2006) “sustentabilidade” é um termo do vocabulário
ecológico e diz respeito à tendência dos ecosistemas à estabilidade, ao
equilíbrio dinâmico, a funcionarem na base da interdependência e da
complementaridade, reciclando matérias e energias; os dejetos de uma forma
viva sendo o alimento de outra. A autora refere-se à estabilidade dos
ecossistemas como sendo conseqüência da sua complexidade e diversidade,
sendo sua permanência função deste equilíbrio dinâmico. Para a autora,
“sustentabilidade” remete a noções de estabilidade e ciclos.
Dias (2006) ressalta que a definição de sustentabilidade foi veiculada em 1980
no documento “Estratégia Mundial para a Conservação da Natureza” elaborado
pela IUCN, pelo PNUMA (Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente)
113
e pelo WWF (World Wildlife Fund) como “uma característica de um processo ou
estado que pode manter-se indefinidamente” (DIAS, 2006, p. 31).
Já na conceituação de Stead & Stead (2000 apud DELGADO, 2007) nota-se a
clara confusão entre o emprego do termo sustentabilidade e a noção de
desenvolvimento sustentável: sustentabilidade é a busca de elevada qualidade
de vida para as atuais e futuras gerações de seres humanos ou não humanos
através da criação de um balanço sinérgico entre a prosperidade econômica, a
viabilidade dos ecossistemas e a justiça social.
Barbieri (2007) frisa que o uso indiscriminado e pouco criterioso da expressão
desenvolvimento sustentável tem contribuído para dificultar seu entendimento.
Da discussão apresentada observam-se duas questões: (1) o debate em torno
da essência do conceito de desenvolvimento sustentável, e (2) as
ambigüidades decorrentes da utilização do termo sustentabilidade em lugar de
desenvolvimento sustentável. Na literatura consultada é comum um termo se
equivaler ao outro ou ambos se misturarem nas diversas citações e posições
dos autores. Porém, é claro que os termos desenvolvimento sustentável e
sustentabilidade não são sinônimos.
Para Baroni (1992) muitas vezes sustentabilidade ecológica, desenvolvimento
sustentável e sustentabilidade são usados com os mesmos sentidos, embora
tenham significados distintos.
Baroni (1992) realizou estudo em que buscou entender a definição de
desenvolvimento sustentável, identificando dois grupos de informação e análise
a respeito dos conceitos e objetivos que dão atualmente conteúdo ao termo
desenvolvimento sustentável: (a) os discursos dos organismos e entidades
internacionais de fomento na área de meio ambiente (IUCN, PNUMA, etc.) que
orientam os diagnósticos, análises e propostas dessas instituições e que estão
publicadas em suas bibliografias oficiais, e (b) as conceituações feitas por
cientistas de várias áreas, técnicos de governo e políticos.
O primeiro grupo, segundo Baroni (1992), exerce posição dominante no debate
sobre desenvolvimento sustentável e tem capacidade de influenciar políticas e
ações de âmbito global e local, tornando-se marco referencial para outras
entidades e órgãos. O segundo grupo apresenta ampla diversidade de opiniões
e diagnósticos sobre o binômio desenvolvimento/meio ambiente.
Baroni (1992) selecionou e analisou onze (11) definições dadas ao termo
desenvolvimento sustentável, que, segundo ela, exemplificam a diversidade de
idéias e refletem a falta de precisão na conceituação corrente do termo.
Diversos problemas foram detectados por Baroni (1992) nestas conceituações,
entre os quais:
•
o autor dizer o que desenvolvimento sustentável deveria ser ou o que
gostaria que ele fosse;
114
•
•
o autor confundir desenvolvimento sustentável com sustentabilidade
ecológica, que tem a ver somente com a capacidade dos recursos se
reproduzirem ou não se esgotarem;
o autor substituir a idéia tradicional de desenvolvimento pela de
desenvolvimento sustentável, conduzindo a conclusões errôneas.
Baroni (1992) cita a análise de Lélé (1991 apud BARONI, 1992) a respeito do
termo desenvolvimento sustentável e suas ambigüidades como a mais
consistente das discussões sobre a questão.
Sobre desenvolvimento sustentável Lélé
diz que : “literalmente,
desenvolvimento sustentável quer simplesmente dizer ‘desenvolvimento que
pode ser continuado’” (LÉLÉ, 1991 apud BARONI, 1992, p. 19).
Sobre sustentabilidade Lélé diz : “o termo sustentabilidade surgiu a respeito
dos recursos renováveis e foi adotado pelo movimento ecológico” (LÉLÉ, 1991
apud BARONI, 1992, p. 19).
Sobre as ambigüidades de entendimento Lélé diz que :
“muitos usam o conceito como a existência de condições ecológicas
necessárias para dar suporte à vida humana num nível específico de bem-estar
através de futuras gerações, e isto é sustentabilidade ecológica e não
desenvolvimento sustentável” (LÉLÉ, 1991 apud BARONI, 1992, p. 19).
Para Lélé (1991 apud BARONI, 1992) , a principal contribuição para o debate
desenvolvimento/meio ambiente é a consciência de que, em conjunção com
condições ecológicas, existem condições sociais que influenciam a
sustentabilidade ecológica ou a insustentabilidade da interação homemnatureza. Assim, Lélé coloca a questão da sustentabilidade de uma perspectiva
que aponta para a necessidade de consenso social para sua definição.
Segundo Lélé (1991 apud BARONI, 1992), desenvolvimento sustentável é
entendido como uma forma de mudança social que, em adição aos objetivos do
desenvolvimento tradicionais, tem o objetivo ou a restrição de sustentabilidade
ecológica. Obviamente, a sustentabilidade ecológica não é independente de
objetivos tradicionais de desenvolvimento. Existem “trade offs” que têm que ser
feitos entre a extensão e a taxa na qual a sustentabilidade ecológica é
alcançada vis-à-vis outros objetivos. Existem outros casos, porém, em que
sustentabilidade ecológica e objetivos tradicionais de desenvolvimento podem
se reforçar mutuamente.
Baroni (1992) conclui que muitas vezes sustentabilidade ecológica,
desenvolvimento sustentável e sustentabilidade são usados com os mesmos
sentidos, embora tenham significados distintos. Baroni (1992) conclui também
que muitos autores se propõem definir desenvolvimento sustentável, mas só
conseguem apresentar propostas genéricas e setoriais.
115
Para Baroni (1992), o termo desenvolvimento sustentável é ambíguo, correndo
o risco de se tornar um chavão que todos usam e que não tem definição
precisa. E cita o relatório Caring for the Earth – a Stategy for Sustainable
Living:
“a confusão do termo surgiu porque desenvolvimento sustentável, crescimento
sustentável, uso sustentável têm sido usados como termos intercambiáveis,
como se tivessem o mesmo significado, mas não têm. Crescimento sustentável
é uma contradição em si mesmo: nada do que é físico pode crescer
indefinidamente. Uso sustentável aplica-se somente a recursos renováveis:
significa o uso desses recursos em quantidades compatíveis com sua
capacidade de renovação. Desenvolvimento sustentável é empregado nessa
estratégia com o significado de melhorar a qualidade de vida humana dentro
dos limites da capacidade de suporte dos ecosistemas” (UICN-PNUMA-
WWF, 1991 apud BARONI, 1992, p. 22-23).
Assim, Baroni (1992) reconhece que o conceito de desenvolvimento
sustentável necessita de cuidado na sua utilização, e considera que:
“O debate sobre sustentabilidade, que se iniciou na ecologia (ou nas ciências
biológicas) e vem extravasando para a economia, é bastante produtivo, pois
coloca a nu a necessidade imperiosa de um novo paradigma social econômico
ou novo estilo de desenvolvimento, pois que o atual mostrou-se insustentável,
de diversas perspectivas, sendo uma delas a da conscientização da finitude
dos recursos, mas o debate ainda não caminhou o suficiente para criar um
consenso amplamente entendido e aceito” (BARONI, 1992, p.24).
Baroni (1992) considera ainda que é preciso cautela do ponto de vista
estritamente técnico, ou seja, quando se discute sustentabilidade, isto é,
quando se trata da manutenção da produtividade dos recursos naturais é
pressuposto um conhecimento científico capaz de informar com segurança
sobre as relações entre o ambiente e a qualidade de vida do homem. Esse
conhecimento científico, segundo Baroni (1992) ainda inexiste hoje. A
capacidade e a velocidade da sociedade industrial contemporânea na criação
de novos produtos e situações de risco são maiores do que a capacidade da
ciência de verificação de suas conseqüências (BARONI, 1992).
Daí, para Baroni (1992) a busca de soluções técnicas para os problemas deve
estar confrontada com a necessidade de consenso social para definir a
sustentabilidade, buscando respostas para as perguntas: O que deve ser
sustentável? Por que? Para quem?
Desta discussão torna-se claro que os termos desenvolvimento sustentável e
sustentabilidade não têm o mesmo significado, sendo, apesar disto, muitas
vezes utilizados como se fossem sinônimos. Faz-se mister, portanto,
reconhecer o contexto de utilização do termo e identificar o significado dado a
116
ele, buscando a lógica de tal utilização conforme os argumentos apresentados
pelos autores.
IV.3 Exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável
No survey realizado, cinco (05) artigos (Wall & Gong (2001); Rosen & Dincer
(2001); Gong e Wall (2001); Wall (2002); Rosen et al (2008)) e um (01)
capítulo de um livro (Dincer & Rosen (2007, Cap. 3)) tratando diretamente
deste tema foram identificados.
Os objetivos apresentados pelos autores para a discussão deste tema são:
•
•
•
•
•
Oferecer condições fundamentais, conceitos e métodos para serem
melhor elaborados e desenvolvidos a fim de suportar esforços comuns
para ganhar entendimento adicional nestes tópicos e atingir o
desenvolvimento sustentável;
Apresentar as ligações entre exergia e energia, desenvolvimento
sustentável e impacto ambiental;
Descrever exergia e ilustrar seu uso como um instrumento para melhorar
eficiência;
Discutir as implicações ambientais da exergia, com respeito a impactos
ambientais e desenvolvimento sustentável;
Descrever os elos entre exergia e economia, visando estabelecer as
relações entre aspectos técnicos, ambientais e econômicos.
Vamos evidenciar neste item as principais idéias que permeiam o debate. O
negrito, sempre que aparece, é desta autora.
Wall & Gong (2001) usam como base dois conceitos de sustentabilidade: o
conceito clássico, conforme a Agenda 21 e o conceito difundido pela EOLSS –
Encyclopedia of Life Support Systems.
Neste trabalho, os autores tratam o uso de energia e recursos materiais na
sociedade humana em termos de exergia. A análise exergética foi proposta
como um método para calcular o uso total de exergia de um produto ou serviço.
A necessidade de distinguir entre recursos originários de depósitos, reservas e
fluxos naturais foi indicada, bem como a necessidade por uma preocupação
crescente com o meio ambiente.
A tese que motiva o trabalho é que a engenharia, bem como a economia,
deveriam ser re-orientadas para melhor respeitar a capacidade de suporte da
Terra e para guiar as ações humanas de modo a não violar as condições de
sustentabilidade da vida neste planeta.
Os autores aplicam o conceito de exergia ao meio ambiente físico e humano na
Terra. O meio ambiente é descrito como sendo composto de processos
ocorrendo entre esferas físicas (biosfera, litosfera, atmosfera e hidrosfera) e a
117
sociosfera. O homem moderno e todos os sistemas construídos por ele
pertencem à sociosfera.
A exergia, que se origina do contraste entre o sol e o espaço, é apresentada
como força motriz de fluxos de energia e matéria na superfície da Terra. O
fluxo de exergia do sol e os estoques de exergia na Terra criam a base de
recursos para as sociedades humanas na Terra. Os diversos recursos são
dotados de exergia.
A sociedade industrial atual é construída sob o uso não sustentável de
recursos. Substâncias, tais como combustíveis fósseis e metais que se
originam de depósitos de fósseis e minerais na litosfera, são disseminadas
para o ambiente, o que é o oposto do que é feito pela natureza, que trabalha
acumulando.
A exergia flui na Terra em ciclos ocorrendo nas várias esferas e compostos de
processos decorrentes do influxo de energia solar e da desmobilização de
depósitos e reservas. A exergia é consumida nos constantes fluxos de energia,
matéria e informação que ocorrem nas esferas e entre elas. São considerados
recursos os fluxos naturais (luz do sol, ventos, correntes oceânicas, água
fresca) e os estoques, que podem ser vivos (ou capital : florestas, campos) e
mortos (ou depósitos: óleos, minerais, metais).
Os fluxos naturais e os estoques vivos são recursos renováveis e os depósitos
são recursos não-renováveis. Partes ecologicamente aceitáveis de fluxos
naturais e de estoques vivos podem ser consideradas como reservas
sustentáveis. Entretanto, depósitos não podem ser considerados reservas
sustentáveis. O fluxo de exergia através da sociedade humana pode ser
descrito de acordo com essa classificação.
A poluição ambiental é a conseqüência inevitável do uso de recursos
depositados. A depleção de recursos e a destruição ambiental são dois lados
do mesmo problema, isto é, o uso de depósitos. A depleção dos recursos pode
não ser o problema mais sério, mas sim a emissão de substâncias tóxicas que
terminarão no meio ambiente, o que pode determinar novas rotas de evolução,
principalmente de novos microorganismos aptos a transformarem os resíduos
tóxicos. Esta é uma conseqüência provável da poluição ambiental. Assim, a
sociedade industrial pode fomentar sua própria extinção pela ruína das
fundações ecológicas da existência humana.
Concluem que sistemas naturais ou artificiais necessitam de exergia, isto é,
potencial para trabalho, para funcionar. Sociedades e ecossistemas precisam
manter os potenciais das fontes que eles usam para realizar trabalho. Se uma
sociedade consome os recursos de exergia numa velocidade maior do que são
criados, ela não será sustentável. A sociedade atual obviamente não é
sustentável e está beirando um colapso. Uma cultura baseada na depleção de
recursos está condenada. Provavelmente, a humanidade não irá perecer
diretamente como causa da poluição, mas devido a novas doenças
relacionadas a novos microorganismos melhor adaptados ao ambiente
crescentemente poluído.
118
O conceito de exergia e a contabilização da exergia global de recursos naturais
oferece um melhor entendimento da natureza bem como dos problemas
inerentes à atual crise ecológica.
Exergia é um conceito bem definido que oferece a oportunidade única de
melhorar o uso de recursos para reduzir a destruição ambiental. Recomendam
adotar e aplicar exergia em todas as disciplinas que lidam com esses tópicos,
isto é, engenharia, ciências ambientais e economia do meio ambiente.
Sugerem que a quantidade de exergia armazenada na Terra como depósitos
de exergia seria provavelmente um indicador ecológico perfeito de
desenvolvimento sustentável, já que o processo vivo natural atuando na Terra
está constantemente acumulando exergia em depósitos.
Gong & Wall (2001), na segunda parte do artigo iniciado por Wall & Gong
(2001), defendem que a maioria das atividades atuais em sociedades
modernas industrializadas ou os produtos no mercado não pertencem a uma
sociedade ecologicamente sustentável. Consideram que a adoção de
instrumentos e métodos baseados em exergia transforma a percepção do que
é considerado o desenvolvimento sustentável. A exergia dá um valor físico
consistente à energia e aos recursos materiais com respeito ao meio ambiente
que se torna um importante suplemento aos valores monetários. A forma de
taxar o meio ambiente muda pela adoção de exergia.
Os autores apresentam vários métodos para a consideração da exergia e seu
uso como indicador ecológico.
Wall (2002) revisa os conceitos apresentados em Wall & Gong (2001) e Gong
& Wall (2001) e apresenta uma visão geral dos instrumentos e métodos
exergéticos aplicáveis à análise de sistemas, visando demonstrar de que modo
o conceito de exergia pode contribuir para o desenvolvimento de uma
engenharia energética em harmonia com a natureza.
A visão dos autores foca a desmobilização de exergia do meio ambiente por
uso dos recursos naturais, advogando que a desmobilização da exergia de
depósitos é a base de desenvolvimento não sustentável e sugerem como
indicador de desenvolvimento sustentável a quantidade de exergia na forma de
depósitos. Existe, portanto, um entendimento no sentido de reduzir o consumo.
Rosen & Dincer (2001) também partem do conceito clássico de
sustentabilidade e do conceito ampliado apresentado pela EOLSS –
Encyclopedia of Life Support Systems.
De um modo geral, esses autores estabelecem nesse trabalho uma relação
entre desenvolvimento sustentável e eficiência de utilização dos recursos.
Dincer & Rosen (2007) revisam ampla e profundamente as relações entre
exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável. Revisam também
119
amplamente a aplicação de exergia e métodos exergéticos à análise de
processos.
Rosen et al. (2008) consideram que o uso de energia como uma medida para
identificar e medir os benefícios de sistemas energéticos pode ser ilusória e
confusa. Assim, quando a análise energética é usada para avaliar os
benefícios de tecnologias e energia verdes, confusão e imprecisões que podem
obstruir sua aceitação podem resultar.
Esses vários autores (Rosen & Dincer (2001); Dincer & Rosen (2007); Rosen et
al. (2008)) consideram que a exergia, que pode ser usada para avaliar e
melhorar sistemas energéticos, pode ajudar mais na compreensão dos
benefícios da utilização de energia verde por prover informação mais útil e
significativa do que a energia. Exergia claramente identifica melhorias de
eficiência e redução de perdas termodinâmicas atribuíveis às tecnologias
verdes. A exergia também pode identificar melhor que energia os benefícios
ambientais e econômicos de tecnologias energéticas.
Nestes três trabalhos, os autores discutem as relações entre exergia, meio
ambiente e desenvolvimento sustentável como sendo pautadas pela relação
profunda que existe entre meio ambiente e consumo energético.
O impacto ambiental de emissões pode ser reduzido aumentando a eficiência
de utilização de recursos; entretanto, aumentar a eficiência tem implicações na
sustentabilidade já que haverá como conseqüência um aumento no uso de
materiais e trabalho, além de requerer o uso de dispositivos mais complexos.
Dependendo da situação e dos atores envolvidos, o custo adicional pode ser
justificado pelo acréscimo de segurança associado a uma redução na
dependência de recursos de energia, pelo impacto ambiental reduzido e pela
paz social obtida através do aumento de produtividade.
Os autores consideram exergia como a confluência entre energia, meio
ambiente e desenvolvimento sustentável (Figura IV.3). Assim, exergia
apresenta um caráter interdisciplinar.
120
Energia Exergia
Ambiente
Desenvolvimento
Sustentável
Figura IV.3 – Triangulo interdisciplinar coberto pelo campo da análise exergética
(Fonte: DINCER & ROSEN (2007, p.37))
A análise de exergia é um método que usa conjuntamente os princípios de
conservação de massa e energia e a Segunda Lei da Termodinâmica para a
análise, design e otimização de energia e outros sistemas. O método
exergético permite determinar as localizações, tipos e reais magnitudes de
resíduos e perdas. Em geral, eficiências mais significativas são avaliadas com
análise de exergia do que com análise de energia, já que as eficiências
exergéticas são sempre uma medida de uma abordagem ideal. Portanto, a
análise de exergia pode revelar se é possível ou não, e quanto, projetar
sistemas de energia mais eficientes pela redução das ineficiências em sistemas
existentes.
O setor de energia deve desenvolver programas em duas áreas principais:
aumento da eficiência energética e adoção de sistemas energéticos
ambientalmente perfeitos.
São três as relações entre exergia e impacto ambiental: destruição da ordem e
criação de caos, degradação de recursos, e emissões de exergia residual.
Essas três condições são formas de dano ambiental. Exergia no meio ambiente
na forma de recursos tem valor, enquanto exergia no meio ambiente na forma
de emissões é prejudicial devido ao seu potencial de causar dano ambiental.
Enquanto presente nos recursos, a exergia está na forma confinada,
representando um potencial para causar uma mudança. Já na forma de
emissões ao meio ambiente, a exergia não confinada representa um potencial
para causar uma mudança no meio ambiente, ou dano.
Partindo dos conceitos de desenvolvimento sustentável, é claro que atividades
que degradam continuamente o meio ambiente não são sustentáveis ao longo
do tempo, enquanto aquelas que têm impacto mínimo ou nenhum no meio
ambiente são mais aptas a contribuir para o desenvolvimento sustentável.
121
As sociedades, para se desenvolverem sustentavelmente sob longos períodos,
devem ter acesso e utilizar recursos de energia que sejam sustentáveis de um
amplo ponto de vista, isto é, que sejam obteníveis de uma maneira segura e
confiável, utilizáveis de maneira segura para satisfazer os serviços de energia
aos quais se destinam com mínimos impactos ambiental, de saúde e sociais, e
utilizáveis a custos razoáveis.
Desenvolvimento sustentável requer não apenas recursos energéticos
sustentáveis, mas o uso eficiente desses recursos. Idealmente, uma sociedade
buscando desenvolvimento sustentável utiliza apenas recursos energéticos que
não causam impacto ambiental. Tal condição pode ser atingida ou aproximada
usando recursos energéticos de forma que causem mínimo ou nenhum resíduo
a serem emitidos para o meio ambiente e/ou que produzam apenas emissões
residuais que tenham nenhum ou mínimo impacto negativo no meio ambiente.
Esta última condição é usualmente atingida quando emissões relativamente
inertes que não reajam com o meio ambiente são liberadas, ou quando as
emissões residuais estão em equilíbrio (térmico, mecânico, e químico), ou
quase, com o ambiente, ou seja, quando as emissões de exergia residual são
mínimas. Em realidade, entretanto, todo uso de recursos leva a um certo grau
de impacto ambiental.
Existe uma relação direta entre eficiência exergética (e algumas vezes
eficiência energética) e impacto ambiental. Através do aumento de eficiência,
um nível fixo de serviços pode ser satisfeito com menos recursos energéticos
e, na maioria dos casos, níveis reduzidos de emissões residuais relacionadas.
As limitações impostas no desenvolvimento sustentável por emissões
ambientais e seus impactos negativos podem ser em parte superadas através
do aumento de eficiência. Existe uma relação entre eficiência exergética,
impacto ambiental e sustentabilidade que é mostrada ilustrativamente na
Figura IV.4.
Figura IV.4 – Ilustração qualitativa da relação entre impacto ambiental e
sustentabilidade de um processo, e sua eficiência exergética. (Fonte: DINCER &
ROSEN (2007, p. 50), adaptado)
A medida que a eficiência exergética aumenta, o impacto ambiental diminui e a
sustentabilidade aumenta. Para uma situação de eficiência exergética máxima
(100 %) o impacto ambiental se torna zero e a sustentabilidade tende a infinito,
122
porque a exergia é apenas convertida de uma forma para outra sem perdas. A
sustentabilidade tende ao infinito porque o processo se aproxima da
reversibilidade. Para a situação de eficiência exergética mínima (0%) a
sustentabilidade se torna nula e o impacto ambiental tende a infinito. Nesta
situação recursos são usados mas nada é completado. O impacto ambiental
tende ao infinito porque para prover uma quantidade fixa de serviços, uma
quantidade cada vez maior de recursos tem que ser usada e uma
correspondente quantidade crescente de resíduos contendo exergia é emitida.
Algumas contribuições importantes para aumentar a sustentabilidade de
desenvolvimento que é não sustentável são:
•
•
•
Aumento da eficiência exergética ;
Redução da degradação ambiental relacionada à exergia;
Uso de recursos exergéticos sustentáveis.
IV.4 Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: A
organização do debate entre 1995 e 2008
A recuperação bibliográfica utilizando as palavras-chave desenvolvimento
sustentável, sustentabilidade e exergia identificou referências (livros, teses e
artigos) no período entre 1995 e 2008. Os trabalhos pertinentes aos objetivos
estabelecidos são analisados abaixo.
Ano: 1995
O trabalho de Christensen (1995) é um trabalho de ecologia teórica, versando
sobre a gestão de ecossistemas, especificamente sobre a necessidade de
metodologias para descrever o desenvolvimento de ecossistemas, necessidade
esta trazida à baila por uma demanda por modelos melhorados para gestão de
sistemas ecológicos complexos. Com essa finalidade, foi desenvolvida uma
nova geração de modelos de ecossistemas – modelos dinâmicos estruturais –
que alteram parâmetros com o tempo, mesmo a composição de espécies.
Esses modelos necessitam de uma função meta para identificar o conjunto de
parâmetros que otimiza o modelo. A função meta provê uma baliza pela qual se
espera que o sistema se desenvolva.
O trabalho consiste em uma tentativa de ranquear quarenta e um (41) modelos
em estado permanente de ecossistemas aquáticos com base em sua
maturidade (atributo do ecossistema), e em outras cinco funções meta. Os
modelos são descrições em estado permanente das interações tróficas nos
ecossistemas aquáticos.
O ranqueamento dos quarenta e um (41) ecossistemas feito com base na
maturidade foi comparado a ranqueamentos feitos com várias funções meta
para o modelo de simulação utilizado, entre as quais a exergia e a exergia
123
estrutural. A exergia foi utilizada, bem como as demais funções meta, como
indicador ecológico para a comparação de ecossistemas.
Foi assumido que os ecossistemas tendem a se desenvolver de modo a
otimizar a exergia, e que tanto a exergia total como seu termo estrutural podem
ser usadas para descrições do desenvolvimento de ecossistemas. Ambas
foram utilizadas como função meta na análise feita. A exergia, calculada
principalmente como uma função da biomassa do sistema, foi considerada
apropriada como função meta. A análise aponta a possibilidade de usar as
comparações de modelos de ecossistemas como uma ferramenta para
aumentar o entendimento das características dos ecossistemas, notadamente
sustentabilidade.
O conceito de sustentabilidade evocado por Christensen (1995)
aparentemente é o de sustentabilidade ecológica; não é, porém, explorado
qualitativa ou quantitativamente, nem sua relação com exergia, como utilizada.
Por gestão, Christensen (1995) entende a gestão de ecossistemas.
De fato, o estudo revelou-se não conclusivo, caracterizando-se apenas como
um ranqueamento levado a termo. Os autores clamam por uma validação da
metodologia, mas ainda não dos resultados.
Ano: 1997
Ossebaard et al. (1997) apresentam uma análise de vários sistemas
energéticos. O trabalho consiste na comparação da performance de sistemas
de fornecimento de calor a uma dada área residencial fictícia.
Com base em um conceito de sustentabilidade energética formulado pela ONU:
“um sistema sustentável de fornecimento de energia deve ser limpo, seguro,
confiável, acessível e deve usar tão poucos recursos quanto possível” (UN,
1994 apud OSSEBAARD et al., 1997), Ossebaard et al. (1997) formulam um
conceito próprio de sustentabilidade focado em critérios de eficiência (energia),
acessibilidade (custos) e níveis de emissões de CO2 e NOx reduzidos
(aspectos ambientais), visando garantir um meio ambiente saudável no
presente e no futuro. Daí, a sustentabilidade de um sistema de fornecimento
de energia é função dos custos, eficiência e impactos ambientais.
Foi feita uma análise comparativa de seis (6) cadeias de fornecimento de
energia com base na sua eficiência exergética, nas emissões de CO2 e NOx e
nos custos totais dos vários sistemas de fornecimento de calor, avaliando sua
performance econômica, energética e ambiental em três anos marco básicos:
1993, 2010 e 2030. A componente de sustentabilidade ambiental é analisada
com base nas emissões de CO2 e NOx de cada sistema.
A eficiência exergética do sistema permite a comparação dos sistemas com
base em perdas de exergia durante a produção e distribuição de calor. O
124
conceito de exergia dá uma visão clara da qualidade dos transportadores de
energia, isto é, quanto trabalho pode ser produzido dada uma certa quantidade
e forma de energia.
O trabalho evoca um conceito particular de sustentabilidade, porém não discute
implicações diretas da eficiência exergética na sustentabilidade, que foi citada
em componentes energética, econômica e ambiental.
Em termos de gestão, pode se inferir que o trabalho suporta gestão energética,
econômica e ambiental de sistemas de fornecimento de energia. Assim, a
eficiência exergética é um elemento de gestão desses sistemas.
Ano: 1998
Ayres (1998) aborda uma análise acerca da utilidade da Segunda Lei da
Termodinâmica e da exergia no âmbito econômico, focando conseqüências
técnicas e ambientais. O autor defende que a real significância econômica da
Segunda Lei resulta de que exergia é (1) não conservada e (2) é uma medida
útil e comum da qualidade de recursos, bem como da quantidade, aplicável à
energia e a materiais. Daí, exergia pode ser usada para medir e comparar
inputs e outputs de recursos, incluindo resíduos e perdas. Já que a exergia não
é conservada ela é consumida (utilizada) em processos econômicos.
Conseqüentemente, exergia passa a ser um fator de produção como trabalho e
capital.
Ano: 2000
Suganthi & Samuel (2000) tratam da análise exergética de sistemas
energéticos renováveis e de sistemas comerciais (eletricidade, carvão e óleo)
de fornecimento de energia na Índia. O objetivo do trabalho foi desenvolver um
modelo energético ótimo baseado em exergia para auxiliar os elaboradores de
políticas no seu planejamento para o desenvolvimento sustentável. Foi feita
uma análise da gestão do fornecimento de energia com base em exergia,
relacionando a redução da destruição de exergia com desenvolvimento
sustentável.
Foi apresentado um modelo de maneira geral mas sem aprofundamento,
embora seja clamado pelos autores que o modelo dá a ótima alocação de
energia renovável no setor rural da Índia. A relação entre o uso de exergia e os
resultados da modelagem com como atingir o desenvolvimento sustentável ou
a sustentabilidade não são aprofundados. Também não são aprofundados os
conceitos de sustentabilidade e desenvolvimento sustentável. Pode-se inferir
que se trate de sustentabilidade energética e gestão de sistemas renováveis de
energia.
125
Ano: 2001
Wall & Gong (2001) introduzem o conceito de exergia e apresentam as
condições e conceitos associados com o uso de exergia como um indicador
ecológico.
Evocam como inspiradora do trabalho a visão de desenvolvimento sustentável
baseada na Agenda 21 e no conceito apresentado pela EOLSS – Encyclopedia
of Life Support Systems (http: //www.eolss.com). Segundo Wall, a EOLSS
oferece uma fonte de conhecimento essencial dos sistemas de suporte à vida
da Terra para que a humanidade viva e prospere em simbiose com a natureza.
Na revisão bibliográfica citam vários trabalhos prévios que focaram exergia
como indicador ou instrumento de avaliação ambiental:
•
Wall (1977 apud WALL & GONG, 2001) delineou as idéias básicas
requeridas para incorporar o conceito de exergia na contabilização de
recursos naturais. O uso de energia e recursos materiais na sociedade
humana foram tratados em termos de exergia e a análise exergética foi
proposta como um método para calcular o uso total de exergia de um
produto ou serviço.
•
Szargut (1978 e 1997 apud WALL & GONG, 2001) sugeriu que o índice
de consumo acumulado (perda de exergia de depósitos de recursos)
pode ser redefinido como um índice de custos ecológicos.
•
Wall (1993 apud WALL & GONG, 2001) propôs o uso de exergia de
emissões como um indicador de efeitos ambientais.
•
Wall (1993 apud WALL & GONG, 2001) propôs uma taxa de exergia
baseada na exergia de depósitos usados e na exergia de emissões ao
meio ambiente.
•
Hirs (1994 apud WALL & GONG, 2001) propôs uma taxa de exergia
baseada nas perdas de exergia.
•
Ayres & Martinàs (1995 apud WALL & GONG, 2001) estabeleceram
que no caso de um resíduo, exergia poderia ser considerada como o
potencial danoso ao ambiente por direcionar reações indesejáveis e
incontroláveis com componentes do meio ambiente.
•
Finnveden & Östlund (1997 apud WALL & GONG, 2001) introduziram
exergias de recursos naturais na metodologia de avaliação de ciclo de
vida ambiental. Os autores propuseram o método LCEA – Life Cycle
Exergy Analysis que incorpora uma distinção entre recursos renováveis
e não renováveis bem como os fluxos de exergia totais de entrada e
saída durante o ciclo de vida de um produto
126
•
Cornelissen (1997 apud WALL & GONG, 2001) propôs um método
denominado ELCA – Exergetic Life Cycle Analysis, onde a destruição de
exergia é usada como um critério simples para a depleção de recursos
naturais. Mais tarde (CORNELISSEN & HIRS, 1999 apud WALL &
GONG, 2001) foi adicionado um critério para diferenciar recursos
renováveis e não-renováveis.
•
Connelly (1998 apud WALL & GONG, 2001) desenvolveu trabalho
pioneiro visando introduzir exergia no campo da ecologia industrial, que
se desdobrou em um projeto de pesquisa chamado “Exergia como um
indicador ambiental”, realizado na Universidade da Califórnia, Berkeley.
•
Jorgensen & Nielsen (1998 apud WALL & GONG, 2001) enfatizam que a
exergia pode ser usada como um indicador ecológico, já que ela
expressa energia com um conteúdo internalizado de qualidade (ela
mede energia que pode fazer trabalho, por exemplo, energia química na
biomassa).
•
Blinge (1998 apud WALL & GONG, 2001) propôs o ELM – Energy
Logistic Modeling que pode incluir a exergia das entradas e saídas, por
exemplo, emissões para o ambiente.
•
Gong (1999 apud WALL & GONG, 2001) investigou o uso de exergia
como um indicador ecológico.
•
Rosen & Dincer (1999 apud WALL & GONG, 2001) apresentaram uma
aplicação de análise exergética a emissões residuais, concluindo que
exergia pode contribuir para a avaliação de problemas ambientais.
Wall & Gong (2001) concluem a partir desses trabalhos que a exergia está
sendo gradualmente adotada como um instrumento útil no desenvolvimento e
design de uma sociedade sustentável.
Na primeira parte do trabalho foram abordados os seguintes tópicos:
•
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•
•
•
•
Condições e conceitos importantes para desenvolvimento sustentável;
Condições ambientais em termos de causas e efeitos de emissões;
Conceito de exergia como uma medida física de diferença ou contraste;
Diferentes formas de exergia comuns na natureza;
Emissões e poluentes são diferenças no ambiente, afetando o ambiente;
Exergia é uma medida apropriada dessas diferenças;
O conceito de sustentabilidade é examinado com relação aos fluxos de
exergia na Terra;
São avaliados o valor e as limitações da exergia como um indicador
ecológico.
Na segunda parte foram abordados os seguintes tópicos:
127
•
•
•
Introdução de métodos baseados nos conceitos e aplicação a sistemas
reais;
Aplicação de exergia a emissões para o ambiente em estudos de caso a
fim de descrever e avaliar seu valor e limitações como um indicador
ecológico;
Exergia é considerada um indicador ecológico útil pela literatura do
campo.
Segundo Wall & Gong (2001), a sociedade atual é construída sobre o uso não
sustentável de recursos. Substâncias estocadas em depósitos fósseis ou
minerais na litosfera são mobilizados para o meio ambiente pela ação humana,
no caminho oposto ao que é feito pela natureza, onde essas substâncias são
acumuladas e seladas como depósitos.
Desenvolvem a tese de que a engenharia, bem como a economia e outras
políticas de desenvolvimento deveriam ser reorientadas para melhor respeitar a
capacidade de suporte da Terra e guiar as ações humanas de modo a não
violar as condições de sustentabilidade da vida no planeta.
As conclusões dos autores são:
•
•
•
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•
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•
Se não há potencial para trabalho, isto é, se não há exergia, sistemas
naturais ou artificiais não funcionam.
Sociedades e ecossistemas sustentáveis precisam manter o potencial
das fontes que eles usam para realizar trabalho.
Se uma sociedade consome os recursos de exergia numa velocidade
maior que eles são renovados, ela não será sustentável.
A sociedade atual obviamente é não sustentável e está se confrontando
com um colapso.
Uma cultura baseada em esgotamento de recursos e destruição
ambiental está condenada.
O conceito de exergia e exergia global
como usados para a
contabilização de recursos naturais oferecem um melhor entendimento
da natureza bem como dos problemas por trás da presente crise
ecológica.
Exergia é um conceito bem definido que oferece uma oportunidade
única para melhorar o uso de recursos e para reduzir a destruição
ambiental.
Os autores recomendam fortemente que a exergia seja adotada e
aplicada em todas as disciplinas lidando com esses tópicos, ou seja,
engenharia, ciências ambientais e economia ambiental.
A quantidade de exergia estocada na terra como depósitos de exergia
seria provavelmente um indicador ecológico de desenvolvimento
sustentável, desde que os processos de vida natural atuando na terra
são uma constante acumulação de exergia em depósitos.
Rosen & Dincer (2001) apresentam um estudo das conexões entre exergia e
energia, desenvolvimento sustentável e impacto ambiental a fim de prover
meios para analisar e solucionar problemas ambientais de complexidade
variada usando o conceito de exergia:
128
•
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•
•
•
•
A exergia de uma forma de energia ou substância é uma medida de sua
utilidade ou qualidade ou potencial de causar mudança.
Um entendimento completo de exergia e dos entendimentos que ela
pode prover na eficiência, impacto ambiental e sustentabilidade de
sistemas energéticos são requeridos pelo engenheiro ou cientista
trabalhando na área de sistemas energéticos e meio ambiente.
Adicionalmente, como as políticas de energia exercem um papel
crescentemente importante em endereçar aspectos de sustentabilidade
e uma ampla gama de problemas ambientais locais, regionais e globais,
elaboradores de políticas também necessitam apreciar o conceito de
exergia e seus vínculos com estes problemas.
Durante a última década, a necessidade de entender as conexões entre
exergia e energia, desenvolvimento sustentável e impacto ambiental se
tornou crescentemente significante.
Neste artigo, um estudo destas conexões é apresentado de modo a
prover aos envolvidos em energia e estudos ambientais entendimentos
úteis e direcionamento para analisar e resolver problemas ambientais de
complexidade variável usando o conceito de exergia.
Os resultados sugerem que a exergia provê a base para uma medida
efetiva do potencial de uma substância ou forma de energia em impactar
o meio ambiente e parece ser uma consideração crítica em alcançar o
desenvolvimento sustentável.
As principais conclusões são:
•
•
Três relações principais entre exergia e impacto ambiental são
discutidas em termos de: destruição de ordem e criação de caos,
degradação de recursos e emissões de energia residual.
Os autores sentem que o potencial de utilidade da análise exergética
em endereçar e solucionar problemas relativos a desenvolvimento
sustentável e meio ambiente é substancial e que exergia é uma
confluência de energia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável
Dewulf et al. (2001) enfocaram a avaliação quantitativa da sustentabilidade de
diferentes opções tecnológicas. Foi apresentada uma metodologia baseada em
indicadores exergéticos para comparação de diferentes opções de tecnologias
ambientais. As tecnologias são comparadas e ranqueadas na mesma escala
de base exergética.
O trabalho evoca o conceito de sustentabilidade da WCED – The World
Commission on Environment and Development , que em termos de tecnologia
significa que a produção deve ter impacto limitado no meio ambiente próximo e
em escala global a longo prazo.
A sustentabilidade de quatro (4) diferentes opções tecnológicas para o
tratamento de gases residuais de uma planta de tratamento de água residual
carregada com compostos orgânicos voláteis foi avaliada em termos do
consumo cumulativo de exergia (CExC – Cumulative Exergy Consumption) e
do consumo cumulativo de exergia para construção e abatimento (CExCA –
129
Cumulative Exergy Consumption for Construction and Abatement).
Adicionalmente, foi calculada a sustentabilidade S para cada rota tecnológica a
partir da eficiência exergética e de um coeficiente de renovabilidade, que leva
em conta a fração de renováveis nos fluxos de entrada.
A sustentabilidade de cada opção tecnológica é formulada como resultado de
uma análise exergética e de uma análise do ciclo de vida, levando em conta
recursos e utilidades empregados em cada rota tecnológica.
El-Sayed (2001) empregou a metodologia de termoeconomia para avaliar
sistemas de desalinização (por destilação) de água do mar movidos a
combustível fóssil. Foi estabelecido o objetivo de alcançar a maior eficiência
energética ao menor custo de produto.
Este objetivo evoca, segundo o autor, um dos objetivos do desenvolvimento
sustentável que é alcançar a maior eficiência de combustível (energética) ao
menor custo de produto para sistemas que usam ou produzem potência e calor
a base de combustíveis fósseis. Porém, embora evoque o conceito de
desenvolvimento sustentável, o autor não o discute.
A otimização do sistema leva em conta a destruição de exergia.
Infere-se que a aplicabilidade da metodologia se dê por gestão energética.
Gong & Wall (2001) concluem que o conceito de sustentabilidade necessita de
uma definição clara. Apresentam também definições para indicadores e
indicadores ecológicos. Apresentam os métodos LCA – Life Cycle Assessment,
ELCA- Exergetic Life Cycle Analysis, LCEA – Life Cycle Exergy Analysis e ELM
– Energy Logistic Modeling. A exergia é considerada um valioso indicador
ecológico. Apresenta um estudo de caso em que compara exergia como
indicador ecológico ao eco-indicador 95 (EI95), que tem sido usado na Europa
para expressar problemas ambientais em um único indicador. Recomenda
ainda o uso de diagramas de fluxo de exergia como indicador ecológico.
A Avaliação do Ciclo de Vida ambientalmente orientada (LCA – Life Cycle
Assessment) analisa problemas ambientais associados com a produção, uso e
disposição ou reciclagem de produtos ou sistemas de produtos.
A metodologia ELCA (Exergetic Life Cycle Analysis) foi desenvolvida por
Cornelissen (1997) e nela não é feita distinção entre recursos bióticos e
abióticos.
Já a metodologia LCEA (Life Cycle Exergy Analysis) (GONG & WALL, 1997)
faz uma clara distinção entre recursos renováveis e não renováveis com o fim
de avaliar a sustentabilidade de um processo ou atividade. Este método pode
ser considerado como uma aplicação de exergia à metodologia LCA.
A metodologia ELM (Energy Logistic Modeling) proposta por Blinge (1998) é
basicamente uma adaptação e uma especificação do método geral LCA para o
campo de sistemas de suprimento de combustível.
130
Ano: 2002
Seager & Theis (2002) consideram que as hipóteses até então apresentadas
(ROSEN & DINCER, (2001), WALL & GONG (2001), GONG & WALL (2001),
CORNELISSEN (1997) e AYRES et al. (1998)) relacionando emissões de
exergia residual com medidas quantitativas de impacto ambiental ou ecológico
ou consumo de exergia, eficiência ou renovabilidade da fonte como uma
medida de sustentabilidade ainda tem que ser validadas por métodos
analíticos. Para os autores, essas relações sugeridas, quando rigorosamente
examinadas, mostraram-se apenas aproximadas ou inconsistentes.
Aproximadas porque exergia residual pode estar agregada sob várias formas
diferentes. Inconsistentes porque sustentabilidade é um conceito
multidimensional que não pode ser capturado numa única medida.
Os autores propõem um esquema de diferenciação entre várias formas de
resíduos de exergia, que sugere uma relação preditiva quantitativa entre
emissões de exergia e impactos ambientais. Os autores consideram que há
uma grande perda de informação devida a agregação de todas as formas de
exergia residual em uma única medida de exergia residual.
O principal foco do trabalho é a exergia de mistura, ou seja, a parte da exergia
química que é devida unicamente aos gradientes de concentração. Segundo os
autores, a noção popular de poluição química como uma impureza ambiental é
melhor capturada pela parcela exergia de mistura.
O approach básico é o de exergia residual utilizada em comparação
quantitativa de impactos ambientais. Foi proposta uma contabilização em
separado da exergia residual energética e da exergia residual material. A
exergia de mistura de uma corrente residual é estendida a uma definição
exergética da poluição química. Os autores definem uma medida do impacto
químico ambiental chamada potencial de poluição (pollution potential).
Wall (2002) discute o papel do conceito de exergia na construção de uma
sociedade sustentável. A partir da definição de exergia e de eficiências
exergéticas, apresenta a análise de ferramentas baseadas em exergia: análise
de exergia, análise do ciclo de vida de exergia (Life Cycle Exergy Analysis –
LCEA). A taxação com base em exergia é examinada para sistemas
macroeconômicos. O método de termoeconomia é apresentado para sistemas
microeconômicos.
Não evoca o conceito de sustentabilidade mas sugere que os instrumentos
discutidos aplicam-se à gestão de sistemas.
Dincer (2002) trata da utilização de exergia como um instrumento eficiente
para atividades de elaboração de políticas de energia e políticas ambientais,
baseados no fato de que a exergia é uma medida da quantidade e qualidade
das fontes de energia, enquanto a energia apenas mede quantidade.
131
A utilização da exergia é discutida sob várias perspectivas: qualidade,
conservação de energia, meio ambiente, economia e desenvolvimento
sustentável.
Sobre exergia o autor conclui que:
•
•
•
•
•
•
•
•
O uso dos princípios de conservação da massa e da energia
conjuntamente com a Segunda Lei da Termodinâmica é um método
efetivo para o design e análise de sistemas de energia;
É a melhor ferramenta primária para endereçar o impacto no meio
ambiente do uso de recursos energéticos;
É uma técnica adequada para perseguir a meta de uso mais eficiente de
recursos energéticos e conseqüentemente de conservação de energia;
É uma técnica eficiente em revelar se ou não, e de quanto, é possível
projetar sistemas energéticos mais eficientes através da redução das
ineficiências em sistemas existentes;
É um componente-chave na obtenção do desenvolvimento sustentável;
É um indicador essencial para distinguir a qualidade entre recursos
energéticos;
É também um conceito benéfico em economia;
É reconhecida como uma nova medida de degradação ambiental e
conseqüentemente uma das técnicas potenciais para minimizar ou
eliminar o impacto ambiental.
O autor não evoca nenhum conceito de sustentabilidade. Porém, recomenda
fortemente o uso de exergia como ferramenta de gestão.
Ano: 2003
Dewulf & Langenhove (2003) enfocam a avaliação da sustentabilidade de
tecnologias de transporte em termos da produtividade dos recursos. É proposto
um conceito que apresenta uma base para quantificação de input de material,
por um lado, e serviço de transporte gerado, por outro lado. O conceito de input
de material por unidade de serviço (Material Input per Unit of Service – MIPS)
é quantificado em termos da Segunda Lei da termodinâmica permitindo o
cálculo do input de recurso e do output de serviço em uma base exergética:
input exergético de material por unidade de serviço (Exergetic Material Input
per Unit of Service – EMIPS). O parâmetro EMIPS foi elaborado para
tecnologias de transporte e é definido como a razão entre a exergia dos
recursos e a exergia do serviço.São comparados estudos de caso.
Os autores concluem que a metodologia proposta é apropriada para avaliação
da produtividade de recursos: ambos, input de material e serviço, são
calculados na mesma base objetiva com a mesma unidade. O conceito de
exergia é apto a quantificar todo o input cumulativo de material e energia. Um
modelo que permite o cálculo do serviço físico prestado por uma commodity de
132
transporte foi elaborado. O input de renováveis pode ser diferenciado do input
de não-renováveis, de forma similar ao que ocorre na metodologia ELCA.
Federici et al. (2003) aplicaram análise exergética, conjuntamente com análise
energética e emergética, a dois sistemas de transporte distritais (rodoviário e
ferroviário), calculando eficiências exergéticas de primeira e segunda ordens.
Os resultados sugerem que é improvável que um sistema complexo como
transporte seja descrito por uma relação linear entre input de recursos e output
de serviço produzido.
Ano: 2004
Balocco et al. (2004) aplicaram análise exergética estendida (Extended Exergy
Analysis – EEA) computando o ciclo de vida médio de uma construção para
avaliar a sustentabilidade de uma área urbana. Dois índices termodinâmicos
para a eficiência dos prédios foram propostos, baseados na Primeira e na
Segunda Leis da termodinâmica. O índice baseado em exergia permite
avaliação do impacto ambiental. A metodologia aplicada provê um critério
termodinâmico único para a seleção de alternativas tecnológicas, estratégias e
designs que produzem menores impactos ambientais.
Seager & Theis (2004) propõem uma taxonomia para classificar os critérios
quantitativos de sustentabilidade. Esta taxonomia inclui seis categorias de
métricas para sustentabilidade: financeira, termodinâmica, ambiental,
ecológica, sócio-política e agregada. A exergia é considerada uma métrica
agregada (combina aspectos de duas ou mais métricas). O impacto ambiental
exergético é calculado para diferentes espessuras de isolante em um freezer.
Bargigli et al. (2004) exploram a eficiência termodinâmica e a sustentabilidade
ambiental de três carreadores de energia gasosos (gás natural, gás de síntese
da gaseificação do carvão e hidrogênio de reforma a vapor de gás natural e de
eletrólise alcalina) por meio de quatro diferentes metodologias, entre as quais
análise exergética, através da eficiência exergética. São calculadas e
comparadas eficiências energéticas e exergéticas para os diversos processos
produtores dos carreadores gasosos.
Hammond (2004a) traça um questionamento dos métodos termodinâmicos
como único método para estabelecimento de impactos ambientais e
sustentabilidade. Situa os métodos termodinâmicos como um método
integrante de um conjunto de métodos.
Hammond (2004b) considera os métodos de análise energética e exergética
como medidas apropriadas de sustentabilidade no setor energético e além
dele. Entretanto, considera que é necessário aplicar os métodos de análise
energética e exergética com certo cuidado quando se deseja tirar conclusões
sobre o critério e caminhos para sustentabilidade.
133
Hepbasli & Utlu (2004) avaliam a eficiência de utilização energética das fontes
renováveis de energia da Turquia usando análise energética e exergética.
Qiang et al. (2004) determinaram a eficiência térmica e exergética de um ciclo
de potência movido a gás natural liquefeito.
Ano: 2005
Szargut (2005) abordou o conceito de CEC – Cumulative Exergy Content, aqui
traduzido como Conteúdo Cumulativo de Exergia. Este conceito, aplicado
originalmente como um método industrial, especialmente à área de Termoeconomia, onde é usado para calcular as externalidades ambientais
negligenciadas, foi estendido neste trabalho à contabilização da depleção de
recursos naturais não-renováveis, definindo o custo termo-ecológico (consumo
cumulativo de recursos de exergia naturais não-renováveis) e uma nova taxa, a
taxa pró-ecológica.
Um dos aspectos mais importantes considerados no livro é a economia da
exergia natural não-renovável.
Os tópicos apresentados e discutidos no livro são:
•
•
•
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•
•
•
•
Cálculo da exergia química de todos os elementos químicos estáveis;
Discussão sobre as perdas de exergia natural global e antropogênica;
Orientações práticas para melhoria da imperfeição termodinâmica de
sistemas e processos térmicos;
Desenvolvimento de métodos de determinação de perdas parciais de
exergia em sistemas térmicos;
Discussão do custo termo-ecológico, um método geral para a otimização
de parâmetros operacionais e de design objetivando a minimização da
depleção de recursos naturais não-renováveis;
Índice de sustentabilidade do ambiente natural;
Avaliação do capital mineral natural da Terra;
Aplicação de exergia para a determinação de uma taxa pró-ecológica,
em substituição às taxas existentes.
Dewulf & Langenhove (2005) apresentam um conjunto de 5 indicadores de
sustentabilidade ambiental para a avaliação de produtos e rotas de produção
integrando princípios da ecologia industrial.
O artigo enfoca o componente ambiental da sustentabilidade de uma
tecnologia, levando em conta o papel da ecologia industrial. Uma maior
compatibilidade de uma tecnologia específica com o sistema industrial pode
resultar em menor extração de recursos e reduzida emissão de resíduos,
contribuindo indiretamente para uma melhor sustentabilidade ambiental.
Os indicadores, com variação entre 0 e 1, levam em conta:
134
•
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•
•
•
Eficiência do processo;
Re-uso de materiais;
Recuperação de materiais residuais;
Renovação dos materiais consumidos;
Toxicidade das emissões.
Esses indicadores são calculados em base exergética.
A aplicabilidade do conjunto de indicadores é ilustrada para diferentes rotas de
produção de produtos e eletricidade de várias fontes renováveis e nãorenováveis.
A métrica da sustentabilidade para a avaliação de tecnologias é abordada. Esta
métrica deve idealmente cobrir os três princípios básicos da sustentabilidade:
econômico, social e ambiental. No trabalho é abordado especialmente o
aspecto ambiental para o desenvolvimento de tecnologia sustentável.
Os autores ressaltam que este conjunto universal de indicadores de
sustentabilidade ambiental para a avaliação de tecnologia pode ser usado
conjuntamente com um conjunto universal de indicadores cobrindo os aspectos
econômicos e sociais com o fim de avaliar quantitativamente a sustentabilidade
de opções tecnológicas.
Midilli et al. (2005) analisam aspectos exergéticos e de sustentabilidade do
hidrogênio como tecnologia combustível. É um exemplo de análise exergética
de sistemas energéticos renováveis.
O artigo trata o hidrogênio como um combustível verde, discute o papel central
dos sistemas e tecnologias energéticas a base de hidrogênio, e compara o
hidrogênio com outras formas de energia. São consideradas as estratégias
energéticas que incorporam hidrogênio e é discutida a importância da energia a
base de hidrogênio no alcance de um sistema energético sustentável.
A análise exergética do hidrogênio é considerada como meio para determinar o
impacto de sua utilização no meio ambiente e para determinar sua eficiência de
utilização. A exergia de uma forma de energia ou substância é uma medida de
sua utilidade ou qualidade ou potencial para causar mudança e provê a base
para uma medida efetiva do potencial de uma substância ou forma de energia
em impactar o meio ambiente.
Os autores evocam que a aplicação de métodos exergéticos a tecnologias e
sistemas de hidrogênio pode ter numerosos e amplos benefícios.
O desenvolvimento sustentável e a busca de sistemas energéticos sustentáveis
são considerados como fatores de promoção da tecnologia a base de
hidrogênio.
Romero-Ternero et al. (2005) aplicam análise termoeconômica a um sistema
de osmose reversa de água do mar movido a vento e determinam a eficiência
exergética do processo.
135
Os autores concluem que a análise termoeconômica executada suporta o fato
de que o processo de desalinização por osmose reversa da água do mar
movida a vento é uma opção realística para as Ilhas Canárias, tendo em vista
os crescentes requerimentos de água e o desejável menor impacto ambiental
pelo consumo de energia.
Os autores ressaltam que o desenvolvimento sustentável nas Ilhas Canárias
será essencialmente determinado pela inter-relação entre quatro campos:
água, energia, economia e meio ambiente.
Dincer & Rosen (2005) discutem a análise exergética de sistemas energéticos
renováveis como instrumento para determinação do impacto ambiental e da
sustentabilidade. Discutem de maneira abrangente a utilização de princípios
termodinâmicos no entendimento do impacto ambiental e em aspectos da
sustentabilidade. A relação entre impacto ambiental, sustentabilidade e
eficiência exergética é discutida e explicada. O papel da exergia como um
quantificador para fatores de processos é apresentado e discutido.
Os autores demonstram os benefícios de usar os princípios da termodinâmica
via exergia para avaliar sistemas e tecnologias energéticos bem como o
impacto ambiental. Desse modo, defendem que princípios termodinâmicos,
particularmente os conceitos envolvendo exergia, podem ter um papel
significativo na avaliação de tecnologias energéticas e ambientais.
Ozgener & Hepbasli (2005) discutem análise exergética de sistemas de
bombas de calor geotérmicas. O objetivo central do trabalho é investigar as
características de performance de uma bomba de calor geotérmica a base de
energia solar. É utilizado o parâmetro potencial de melhoria exergético
(improvement potential – IP) (Van GOOL, 1997 ; HAMMOND & STAPLETON,
2001 apud OZGENER & HEPBASLI, 2005), além de outros parâmetros
termodinâmicos.
Foram derivadas expressões para a análise energética e exergética da bomba
de calor geotérmica usando equações de balanço de massa, energia e exergia.
Os valores de eficiência exergética de cada componente da bomba de calor
foram calculados, bem como os valores de IP foram discutidos.
Ano: 2006
Apaiah et al. (2006) exploram o potencial da análise exergética para estudar e
comparar o impacto ambiental de cadeias de fornecimento de alimentos. Foram
analisadas as cadeias de suprimento de três produtos. O conteúdo e
requerimentos exergéticos das várias correntes, produtos e processos foram
calculados para as três cadeias de suprimento de produtos. O método identifica
os links onde a destruição de exergia ocorre e mostra onde melhorias são
possíveis para minimizar esta destruição.
136
As cadeias de suprimento também foram comparadas com base em sua
eficiência. O parâmetro de eficiência escolhido enfoca a conversão de energia
no processo e é dado pela razão entre a exergia de saída no produto e a
exergia total de entrada.
Os autores clamam que o processo é mais sustentável quando ele usa seus
inputs de exergia eficientemente, desde que a produção pode ser levada a
efeito com um input mínimo de exergia e recursos materiais.
Os autores concluem que a análise exergética é um método útil para estudar o
impacto de cadeias de suprimento de produtos alimentares no meio ambiente.
Concluem também que o método identifica os links onde a destruição de
exergia ocorre. É, portanto, possível investigar estes links em detalhe e
executar uma análise de melhorias para minimizar esta destruição.
Além disso, a análise exergética é também útil para o design de cadeias de
suprimento de novos produtos, podendo ser estendida para incluir custos
monetários.
Os autores clamam que um estudo detalhado de uma cadeia de suprimento
pode levar a produtos economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis.
Verdesca et al. (2006) evocam em um trabalho de aplicação ecológica o
conceito clássico de desenvolvimento sustentável da Comissão Brundtland.
Porém, enfocam principalmente os aspectos ambientais da sustentabilidade
como se a sustentabilidade fosse completamente independente de condições
sociais e econômicas. Seu objetivo é propor uma abordagem integrada para
desenvolver uma contabilização exergoeconômica de sistemas marinhos
costeiros, com o fim de avaliar sua eficiência, o que é considerado o primeiro
passo para a sustentabilidade.
A técnica de contabilização ambiental é utilizada com o fim de integrar valores
econômicos com fatores ambientais. Em seguida, a técnica de contabilização
ambiental é integrada com análise termodinâmica, usando o balanço de inputoutput de exergia (exergy input-output balance). A exergia agregada (embodied
exergy) é introduzida para considerar elementos de qualidade do ecossistema.
Um novo indicador é proposto: a razão entre a qualidade do ecossistema e o
valor adicionado derivado da contabilização econômica. Este indicador é
denominado valor adicionado de informação exergética (IEex – Added Value of
Exergetic Information) e é uma medida da exergia produzida pelo sistema
costeiro por unidade de valor adicionado. Um alto valor do indicador IEex
significa uma mais alta sustentabilidade econômica do sistema. O modelo
completo é aplicado a um estudo de caso.
Wan-Bin et al. (2006) abordam uma aplicação de exergia na formulação de um
índice de produtividade para a agricultura na escala do ecossistema. É
proposto o índice conceitual APES (Agricultural Productivity on Ecosystem
Scale) que é definido como o output total de um processo de produção agrícola
e que significa a habilidade total do agrossistema em se manter
ecologicamente saudável, considerando materiais humanos, informação
137
energética , serviços, etc, e suas influências no meio ambiente, positivas ou
negativas. O APES é contabilizado a partir de medidas de exergia para
ecossistemas, a partir de duas componentes:
•
•
AGO (Agroecological Gross Output) que inclui o output positivo do
sistema ou a habilidade total de suporte social e serviços ecológicos;
ED (Environmental Depletion) que contabiliza a alteração no meio
ambiente.
O APES é definido como a diferença entre AGO e ED.
Outros conceitos e índices relativos a um agrossistema são definidos. Os
autores consideram que por configurar uma proposta inovadora, esses índices
e metodologia necessitam ser melhor estudados.
Jorgensen (2006) busca neste livro expressar a sustentabilidade do capital,
particularmente capital natural, usando o conceito termodinâmico de ecoexergia, usado para descrever o desenvolvimento de ecossistemas, para
expressar sustentabilidade e usá-la num contexto não-ecológico. Eco-exergia é
aplicada para estimar a sustentabilidade ou “saúde” de um sistema, seja ele
natural ou feito pelo homem.
O conceito de eco-exergia é definido como a capacidade de trabalho de um
ecossistema comparada com o mesmo sistema no equilíbrio termodinâmico.
Este conceito foi previamente usado por Jorgensen em modelos dinâmicos
estruturais, no contexto do ecossistema e como indicador ecológico. Neste livro
o uso do conceito termodinâmico de eco-exergia é ampliado para a sociedade
inteira, usando eco-exergia como um índice de sustentabilidade.
Jorgensen (2006) parte da premissa de que se queremos tornar nossa
sociedade sustentável, é necessário aprender com os ecossistemas, porque
eles tem sido sustentáveis durante bilhões de anos. Se usássemos princípios
ecológicos na nossa estratégia de gestão, poderíamos reduzir a perda de ecoexergia e nos aproximarmos da sociedade sustentável.
O autor apresenta recomendações políticas para atingir uma sociedade
sustentável, todas baseadas na aplicação de princípios ecológicos à gestão. O
autor critica pesadamente o uso da análise econômica de custo-benefício para
otimizar a gestão de recursos naturais.
O livro apresenta um novo método científico para quantificar sustentabilidade e
dessa forma controlar melhor a gestão de recursos naturais.
Porém, o próprio autor reconhece que antes que o conceito de eco-exergia
possa ser recomendado como um índice geral de sustentabilidade ambiental,
ele deve ser testado mediante aplicação como um conceito ambiental em uma
escala muito mais ampla.
Haldi & Favrat (2006) enfocam a exergia como um conceito chave na
metodologia para redução de consumo de energia elétrica na Suíça. Os
138
autores consideram que um programa de redução de consumo de energia deve
minimizar as perdas de energia (exergia) que ocorrem em todos os estágios da
cadeia energética desde energia primária (energia como encontrada na
natureza) até energia útil e serviços. A soma das várias perdas será igual à
diferença entre a energia primária (exergia) e a energia útil (exergia) para o
sistema considerado.
Ano: 2007
Dincer & Rosen (2007) abordaram tecnicamente o estado da arte da aplicação
de exergia e de análise exergética a dezoito (18) tópicos relevantes:
•
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável;
Aplicações de exergia na indústria;
Exergia em desenvolvimento de políticas e educação;
Análise exergética de processos psicrométricos;
Análise exergética de sistemas de bomba de calor;
Análise exergética de processos e sistemas de secagem;
Análise exergética de sistemas de estocagem de energia térmica;
Análise exergética de sistemas de energia renováveis;
Análise exergética de plantas de potência a vapor;
Análise exergética de sistemas de cogeração e de sistemas distritais de
energia;
Análise exergética de sistemas criogênicos;
Análise exergética de sistemas de destilação de petróleo;
Análise exergética de sistemas de células de combustível;
Análise exergética de sistemas de vôo de aeronaves;
Análise exergoeconômica de sistemas térmicos;
Análise exergética de países, regiões e setores econômicos;
Avaliação exergética do ciclo de vida;
Exergia e ecologia industrial.
Extensa abordagem é dada a aspectos ambientais, o impacto do uso de
energia no meio ambiente e vínculos entre exergia e meio ambiente. É
enfatizado o papel da exergia em alcançar o desenvolvimento sustentável.
A exergia é considerada como um quantificador de sustentabilidade para
fatores de processo.
Ayres et al. (2007) discute o papel da energia no desenvolvimento econômico,
sob o ponto de vista de duas teorias de crescimento econômico: (i) a primeira,
a teoria padrão na qual o crescimento econômico não depende da oferta de
energia e serviços de energia, e (ii) a segunda, uma nova teoria, quantitativa e
endógena, na qual ocorre a incorporação explícita desses fatores, além do
trabalho e capital. Introduz o conceito de que a exergia é a expressão técnica
para energia e é, segundo essa nova teoria endógena, o terceiro fator
considerado. Este terceiro fator é uma medida da produção e distribuição de
139
trabalho útil aos consumidores, onde trabalho útil é o produto de inputs de
exergia multiplicados pela eficiência de conversão de exergia a trabalho.
Segundo o autor, esta eficiência de conversão tende a aumentar com o tempo,
enquanto é também uma medida da tecnologia. O autor refere-se à
sustentabilidade global de longo prazo como sendo dependente da emissão
reduzida de gases estufa e discute os problemas climáticos globais como
dependentes de políticas de energia, basicamente quanto a oferta e preço.
Amini et al. (2007) usam a quantificação de perdas de exergia como forma de
medir a eficiência do uso de recursos em processos de reciclagem.
A técnica utilizada é a determinação exergética do ciclo de vida (Exergetic Life
Cycle Assessment – ELCA) aplicada a um carro de passageiros padrão. ELCA
usa a mesma estrutura que LCA – Life Cycle Assessment, sendo o critério
diferenciador a perda de exergia durante o ciclo completo de vida do produto.
A análise de exergia é usada no presente trabalho como um possível indicador
para quantificar as perdas de exergia de metais na reciclagem física do carro
padrão. Os resultados dos cálculos permitem acompanhar o processo de fusão
das partes metálicas, pois mostram que o conteúdo de exergia química diminui
durante os vários passos de reciclagem e conseqüentemente há uma perda de
qualidade durante a etapa de fusão.
A eficiência exergética e a taxa de input do recurso são usadas como novas
medidas para quantificar a eficiência da reciclagem comparada à eficiência de
reciclagem convencional baseada em massa.
Os resultados permitem a gestão de recursos na construção de carros, e,
portanto, este é um caminho para o aumento da sustentabilidade ambiental.
Liu & Zhang (2007) propõem um novo ciclo conceitual de cogeração de
potência e refrigeração a base de amônia e água. A eficiência exergética é
usada como o critério de avaliação da performance do ciclo.
Os autores clamam que a sustentabilidade da cogeração é grande mas não
discutem essa sustentabilidade.
Koroneos & Nanaki (2007) enfocam a análise de sistemas energéticos
nacionais através da avaliação da sustentabilidade elétrica de países (Grécia,
Romênia, Bulgária, Turquia) executada através de análise exergética.
O trabalho usa a eficiência exergética como indicador da sustentabilidade
energética e auxiliador da tomada de decisão. A eficência exergética é definida
como a razão entre a energia elétrica gerada e o input total de exergia.
Os autores evocam o conceito de desenvolvimento sustentável emanado da
Comissão Bruntdland. Evocam também o conceito de sustentabilidade
energética, clamando por maior participação de recursos energéticos
renováveis nas matrizes energéticas dos países analisados.
140
Hammond (2007) discute o uso da análise termodinâmica (energia e exergia)
como medida de sustentabilidade na indústria.
Utlu & Hepbasli (2007) usam análise energética e exergética para discutir a
eficiência de utilização da energia no setor industrial da Turquia entre 1990 e
2003.
São efetuadas análises energética e exergética para oito sub-setores da
atividade industrial com o fim de estudar as variações das eficiências
energética e exergética para cada sub-setor através dos anos estudados. As
eficiências de aquecimento, eficiências energéticas globais e eficiências
exergéticas globais são comparadas para os oito sub-setores para o ano de
2003. Estas eficiências de aquecimento, eficiências energéticas globais e
eficiências exergéticas globais são comparadas para o setor industrial e para
os oito sub-setores.
Analisam adicionalmente o setor industrial através do potencial de melhoria
exergético (IP – Improvement Potential ou Exergetic Improvement Potencial
(Van GOOL, 1997)) para o período 1990-2003.
É concluído que a metodologia usada no estudo é prática e útil para a análise
da utilização energética e exergética setorial e sub-setorial com o fim de
determinar o grau de eficiência de utilização energética e exergética no setor
estudado.
Sugere aplicabilidade da metodologia para sustentabilidade e políticas públicas
para o planejamento energético.
Conclui que esta análise proverá os investigadores com conhecimento sobre o
quanto efetivo e eficiente um país é no uso de seus recursos naturais. Este
conhecimento é também necessário para identificar eficiência energética e/ou
oportunidades de conservação energética, bem como para estabelecer as
estratégias energéticas de um país ou uma sociedade.
Nielsen (2007) traça uma comparação entre sistemas naturais e sistemas
industriais-sociais utilizando como base para a análise dez áreas correlatas.
Uma dessas áreas é a análise termodinâmica dos sistemas. O autor visa
estabelecer uma correlação entre teoria de ecossistemas e ecologia industrial.
O autor conclui que é possível a interpretação termodinâmica de ambos os
tipos de sistemas, embora existam algumas diferenças importantes entre eles.
Exergia é citada pelo autor como a variável central de análises termodinâmicas
de sistemas humanos e industriais, particularmente através da eficiência
exergética de processos. O autor destaca o pronunciado desenvolvimento de
técnicas termodinâmicas aplicadas a sistemas naturais frente ao relativamente
pequeno desenvolvimento destas técnicas em aplicações a sistemas industriais
ou sociais.
O autor se refere à sustentabilidade de uma forma ampla e sugere que
provavelmente só pode ser estabelecido um único critério objetivo para
141
determinar a sustentabilidade em nível global e que este critério seria
dEx / dt ≥ 0 .
Porém, o autor ressalta que a aplicação de análises termodinâmicas em níveis
industrial e social requer o esclarecimento da terminologia e das definições,
uma vez que estas são aplicações muito distintas das aplicações tradicionais
da termodinâmica.
Castro et al. (2007) apresenta um método no qual estende a abrangência da
metodologia ELCA – Exergetic Life Cycle Assessment à análise de perdas em
sistemas materiais complexos graças à possibilidade de descrever as
interações entre materiais.
Exergia é proposta como uma medida da eficiência do uso de recursos na
reciclagem. Os resultados indicaram que o conteúdo específico de exergia
diminui durante os vários passos de reciclagem, e, portanto, que os materiais
perdem qualidade durante os processos de fusão e diluição.
Dois parâmetros são calculados. É calculada a eficiência exergética de cada
processo através da razão entre as perdas totais de exergia e a exergia total
adicionada ao sistema. A outra medida é a eficiência do uso de recursos nos
ciclos de vida dos produtos, que é definida como a taxa de input de recurso
(Resource input ratio – RI). Esta medida contabiliza a razão entre os inputs de
exergia do recurso requeridos para a diluição durante a reciclagem e o input de
exergia do material inicial a ser reciclado.
O conceito de sustentabilidade do uso de recursos é evocado mas não
explicado.
Nguyen & Yamamoto (2007) propõem uma modificação do método da pegada
ecológica pela incorporação de recursos não-renováveis ou abióticos como
uma categoria adicional. O uso de recursos abióticos pode ser quantificado
como hectare global usando abordagens termodinâmicas, com base em
exergia. A pegada ecológica modificada inclui recursos bióticos e abióticos. A
perda de exergia devida a utilização de recursos não-renováveis é convertida
em área superficial, que está apta a absorver energia solar para compensar as
perdas de exergia.
O método proposto foi aplicado a sete países, incluindo o Brasil. Os resultados
calculados desta pegada ecológica modificada foram comparados com os
resultados para a pegada ecológica tradicional reportados em 2004.
Foi concluído que os resultados usando o método modificado incluindo a
utilização de commodities minerais retrata um quadro mais sério que o
retratado pela pegada ecológica tradicional.
Os autores clamam que o novo método proposto pode ser usado para
monitorar o consumo da sociedade humana e também para comparar o
consumo entre nações como um indicador para desenvolvimento sustentável.
142
Hepbasli et al. (2007) revisam sistemas de bomba de calor movidas a gás
(GEHP – Gas Engine-driven Heat Pump Systems) para aplicações residenciais
e industriais em termos de aspectos energéticos e exergéticos. Os métodos de
análise energética e exergética são usados com o fim de avaliar a performance
dessas máquinas.
Os autores se referem à sustentabilidade energética como sendo resultante de
três mudanças tecnológicas:
•
•
•
Economias de energia no setor que demanda;
Melhorias de eficiência na produção de energia;
Uso de fontes de energia renovável em substituição às tradicionais
fontes de combustíveis fósseis.
Lampret et al. (2007) descrevem um centro de informações energéticas de
uma indústria farmacêutica. O sistema farmacêutico pode ser administrado
através dos dados de fluxo energético ou exergético, principalmente taxa de
fluxo de custo (cost-flow rate) por unidade energética ou por unidade
exergética.
A exergia calculada nos processos do sistema é uma variável de
acompanhamento energético e de custos da empresa.
Os autores clamam que a gestão do fluxo de energia industrial (industrial
energy-flow management) em sistemas farmacêuticos é integrante da busca
pelo desenvolvimento sustentável.
Através da relação entre exergia de um lado e energia e meio ambiente de
outro, torna-se claro, segundo os autores, que exergia está relacionada ao
desenvolvimento sustentável.
Akpinar & Hepbasli (2007) enfocam a análise exergética de sistemas de
bomba de calor geotérmicas (Geothermal Heat Pumps – GHP’s), visando uma
análise comparativa de duas máquinas para uso residencial na Turquia.
O estudo apresenta a avaliação da performance exergética de dois tipos de
GHP’s com base em dados operacionais. Valores de eficiência exergética são
apresentados para ambos os sistemas, bem como as destruições de exergia
nos componentes de cada sistema são determinadas para avaliar suas
performances individuais.
Os autores concluem que o método de avaliação exergética apresentado é um
caminho para o desenvolvimento sustentável.
Ano: 2008
O trabalho de Pulselli et al. (2008) é um exemplo da aplicação da análise
exergética a países, regiões e setores econômicos. O projeto SPIn-Eco é um
143
programa de pesquisa com o propósito de acessar as condições ambientais e o
nível relativo de sustentabilidade da Província de Siena (Itália). É uma análise
completa do estado do sistema territorial através de um conjunto de
indicadores de sustentabilidade. A intenção do projeto foi desenvolver métodos
e obter resultados de modo a criar uma nova base conceitual e de informação
para administradores públicos, projetos privados, organizações privadas e para
os residentes. Essa base deveria ser de uso de todos os setores ou indivíduos
que perseguem a meta de desenvolvimento sustentável. Atenção especial foi
devotada aos fatores de relevância ambiental que poderiam limitar o perfeito
desenvolvimento, o que também protege o interesse das futuras gerações.
Os autores evocam o conceito de desenvolvimento sustentável da Comissão
Bruntdland, indicando a relação entre desenvolvimento sustentável e o
progresso sócio-econômico mediante proteção do meio ambiente de suporte à
vida. Quanto à sustentabilidade, os autores evocam vários preceitos
normalizadores, entre os quais as regras de Daly (1990, apud PULSELLI et al.,
2008) e as condições de sistema (System Conditions) da organização The
Natural Step (www. naturalstep.org).
Os autores utilizaram, entre vários métodos, a Análise Exergética Estendida
(Extended Exergy Analysis – EEA) aplicada ao nível territorial.
A Análise Exergética e a Análise Exergética Estendida são medidas
termodinâmicas da eficiência no uso de recursos (expressas em energia e
massa).
Uma análise exergética em nível territorial dá informação sobre o grau de
organização de um sistema com relação à gestão balanceada de recursos.
Esta informação pode ser útil na identificação de áreas onde melhorias técnicas
ou medidas de conservação podem ser implementadas.
A Análise Exergética Estendida (SCIUBBA, 2001 apud PULSELLI et al., 2008)
parece se mostrar apropriada na investigação de sistemas territoriais, porque
pode comparar os fluxos físicos de energia e matéria com quantidades não –
energéticas como capital, trabalho humano e impactos ambientais.
A aplicação da Análise Exergética Estendida à Província de Siena permitiu
identificar parâmetros de eficiência no uso de recursos em diferentes setores
tais como agricultura, indústria, terciário, transportes, etc. também levando em
conta implicações econômicas e ambientais.
A técnica foi utilizada dentro de uma macro perspectiva de gestão na qual se
incluem a avaliação e a gestão ambiental.
Rosen et al. (2008) descrevem o uso de exergia como uma medida para
identificar e explicar os benefícios de energia e tecnologias sustentáveis.
Segundo os autores, exergia pode ser usada para avaliar e melhorar sistemas
energéticos, e pode ajudar a melhor entender os benefícios de se utilizar
energia verde por prover informação mais útil e significativa do que a energia
144
provê. A exergia claramente identifica melhorias de eficiência e reduções nas
perdas termodinâmicas atribuíveis a tecnologias mais sustentáveis.
Os autores defendem que a exergia também pode identificar melhor que a
energia os benefícios ambientais e econômicos das tecnologias energéticas, e
que exergia pode ser usada por engenheiros e cientistas, bem como
elaboradores de políticas e agentes de decisão envolvidos com energia e
tecnologias verdes.
Um novo índice de sustentabilidade (Sustainability Index - SI) é desenvolvido
como uma medida de como a eficiência exergética afeta o desenvolvimento
sustentável, definido como a razão entre o input de exergia (EXin) e a
destruição de exergia (ExD) em um processo de queima de combustível fóssil.
Hepbasli (2008) revisa análise exergética e avaliação da performance de uma
ampla gama de recursos de energia renovável (Renewable Energy Resources
– RER’s), tais como sistemas energéticos geotérmicos, solares e a base de
vento, bem como biomassa e recursos renováveis nacionais.
Embora o estudo não faça relação direta com qualquer conceito de
sustentabilidade, o autor defende que recursos energéticos e sua utilização se
relacionam intimamente com desenvolvimento sustentável. Para atingir o
desenvolvimento sustentável, o aumento das eficiências dos processos
utilizando recursos de energia sustentável desempenha um importante papel.
Segundo o autor, um sistema energético sustentável pode ser considerado
como custo-eficiente, confiável e ambientalmente amigável.
O autor considera que a análise exergética de sistemas energéticos renováveis
é útil para identificar eficiência energética e/ou oportunidades de conservação,
bem como para estabelecer estratégias de gestão energética e exergética de
um país.
Brehmer et al. (2008) tratam energia e exergia cumulativas como indicadores
na avaliação da relação entre o input de energia solar, o input de fertilizantes e
o output resultante de bioenergia potencial na cultura de legumes. É analisada
a economia de energia na cultura de legumes como base para biomassa com
o fim de bioenergia. A metodologia empregada é a de Análise do Ciclo de Vida
com base em parâmetros energéticos e exergéticos. Os parâmetros utilizados
são o Valor Líquido de Energia (Net Energy Value – NEV), ou a razão entre
input de energia e output de energia, e o Valor Líquido de Exergia (Net Exergy
Value – NExV), ou a razão entre input de exergia e output de exergia.
Essencialmente, são feitas avaliações energética e exergética globais para a
produção de fertilizantes até seu uso no cultivo de biomassa, incluindo a
captura de radiação solar.
O trabalho não evoca nem discute nenhum conceito de sustentabilidade mas
permite inferir que a aplicação de gestão ecológica é plausível.
145
Gasparatos et al. (2008a) é um exemplo de análise exergética de países,
regiões e setores econômicos. Usa análise exergética para acessar a
sustentabilidade da sociedade inglesa (UK). O objetivo é entender o
metabolismo da sociedade inglesa, seu impacto e oferecer sugestões de
políticas que poderiam promover uma mudança de rumo em direção à
sustentabilidade. Usa Análise exergética (Exergy Analysis – EA) e análise
exergética estendida (Extended Exergy Analysis – EEA). O consumo e a
eficiência exergética são calculados para vários setores econômicos.
A análise dos resultados de eficiência exergética permite ações nas áreas de
planejamento e gestão energéticas e gestão ambiental. Esta última, em função
dos resultados de avaliação exergética das emissões atmosféricas por setor.
Kara et al. (2008) abordam a análise exergética de sistemas de bomba de
calor. Os autores sugerem que uma das chaves para se obter o
desenvolvimento sustentável é o uso de análise exergética.
O trabalho apresenta um estudo de caso com análise energética e exergética
de um sistema usando um coletor solar como evaporador no ciclo tradicional de
bomba de calor.
Não discute nenhum conceito de sustentabilidade. Pode-se inferir que a gestão
energética é plausível para este estudo de caso.
Becerra-López & Golding (2008) abordam a análise exergética de sistemas
distritais de energia. Foi avaliada, com fins de planejamento, a otimização de
um conjunto de tecnologias para geração de energia renovável em uma rede
de sustentabilidade através de indicadores exergético, econômico, e
exergético-econômico.
O indicador de sustentabilidade exergética (IOExS – Indicator of Exergetic
Sustainability) é introduzido como a razão entre a produção de trabalho elétrico
a partir de fontes de energia renováveis e o input de exergia cumulativa de
fontes não renováveis (ou primárias). Este indicador determina, para qualquer
arranjo de tecnologias de produção de potência, o montante de energia limpa
por unidade de exergia exaurida.
O indicador de sustentabilidade econômica (IOES – Indicator of Economic
Sustainability) é derivado como um custo normalizado para a faixa de custos
ótimos. Este indicador assume que o custo econômico normalizado é
comparável com um nível de competitividade econômica.
A base do indicador exergético é o Consumo Cumulativo de Exergia
(Cumulative Exergy Consumption – CExC). O Consumo Cumulativo de Exergia
é um conceito agregativo que soma todos os inputs de exergia ao longo de
qualquer cadeia de produção. Em um processo de geração de potência, estes
inputs de exergia são derivados diretamente ou indiretamente do consumo de
fontes primárias, combustíveis e não-combustíveis.
146
O trabalho de Ukidwe & Bakshi (2008) enfoca a análise exergética de países,
regiões e setores econômicos através da avaliação exergética do ciclo de vida.
Os autores abordam o modelo EcoLCA para analisar a intensidade de
recursos da indústria química nos EUA em 1997, fazendo comparações.
Segundo os autores, num esforço de se tornarem mais verdes as indústrias
químicas estão fazendo esforços conscientes para reduzir sua intensidade em
recursos ou suas pegadas. Tais esforços necessitam ser suportados por
modelos que possam quantificar as amplas implicações econômicas e
ambientais das decisões industriais. O EcoLCA – Ecologically based Life Cycle
Assessment (Avaliação de Ciclo de Vida de Base Ecológica) é um modelo da
economia americana para analisar intensidades de recursos dos setores da
indústria química, comparando-os entre si e com outros setores industriais.
Os dados brutos são normalizados por fluxos nacionais para se obter critérios
para possíveis vulnerabilidades de recursos de setores industriais. Os dados
brutos são também agregados com base em sua massa ou exergia para
reduzir sua dimensionalidade e permitir interpretação mais fácil.
O ECEC – Ecological Cumulative Exergy Consumption ou consumo de exergia
ecológico cumulativo permite a consideração de uma ampla variedade de bens
e serviços dos ecosistemas, recursos humanos e emissões e seus impactos
numa base consistente, e permite uma visão única em adição a medidas
convencionais baseadas em massa e ICEC – Industrial Cumulative Exergy
Consumption ou consumo de exergia industrial cumulativo.
Razões entre ECEC e moeda indicam as saídas relativas de capital natural a
capital econômico, e são usadas para investigar cadeias de suprimento de
setores selecionados e identificar prováveis setores chave.
Os critérios obtidos por justaposição das intensidades de recursos dos setores
da indústria química contra si mesmos e com os restantes da economia são
usados para identificar oportunidades para reduzir intensidades de recursos de
setores da indústria química que possam permitir melhorias em suas
sustentabilidades ambientais.
Os autores concluem que o EcoLCA funde conceitos de avaliação do ciclo de
vida, ecologia de sistemas, termodinâmica e análise de input-output econômico
para estudar interações complexas em redes macroeconômicas e que esta
abordagem :
o É teoricamente mais rigorosa já que concorda com leis biofísicas
básicas como a Primeira e Segunda lei da termodinâmica;
o É ecologicamente consciente já que leva em conta o consumo de
exergia em estágios industrial e ecológico da cadeia de produção;
o Provê resultados na escala de setores industriais individuais.
Os autores evocam conceitos de desenvolvimento sustentável e
sustentabilidade baseados em cinco tipos de capital agregados a todas as
atividades econômicas: capital natural, capital humano, capital social, capital
147
manufaturado e capital financeiro. Cada tipo de capital é discutido e é
ressaltado que para operar de uma forma sustentável, as atividades industriais
necessitam manter certos estoques mínimos de cada tipo de capital. O capital
natural é considerado como o mais importante já que forma a base para os
outros tipos de capital. Na discussão dos autores, desenvolvimento sustentável
e sustentabilidade são usados de maneira recíproca, não se estabelecendo
com cuidado as diferenças existentes.
O trabalho de Utlu & Hepbasli (2008) enfoca análise exergética de países,
regiões e setores econômicos. Trata-se de uma revisão sobre a avaliação do
setor industrial da Turquia no ano de 2003 utilizando eficiências energéticas e
exergéticas. Os vários ramos do setor industrial são avaliados (ferro-aço,
química-petroquímica, fertilizantes, têxtil e outros). Enfoca o efeito de variar as
temperaturas do estado morto (estado de referência). São desenvolvidas
expressões paramétricas para as eficiências energéticas e exergéticas como
função da temperatura do estado-morto.
Adicionalmente, é feita uma estimativa do Potencial de Melhoria Exergética
(Exergetic Improvement Potential) proposto por Van Gool (In: SOARES et al.,
1997), embora não entrem em detalhe sobre este índice.
Os autores clamam que o estudo permite uma medida quantitativa das
ineficiências e de suas magnitudes relativas ao avaliar a performance de
utilização energética. Clamam também que o estudo será benéfico no
desenvolvimento de políticas de energia de países a partir do ponto de vista de
gestão de exergia.
De Meester et al. (2008) enfocam análise exergética de ciclo de vida (ELCA –
Exergetic Life-Cycle Assessment) na construção civil da Bélgica, avaliando 65
habitações familiares com baixo input de energia. Foram quantificados todos os
insumos energéticos e materiais necessários para construir uma habitação
familiar, tanto do aspecto construtivo (energia agregada e materiais) como do
aspecto de uso. Foi executada uma avaliação exergética do ciclo de vida que
permite a quantificação de todos os recursos materiais e energéticos
simultaneamente.
O objetivo desta pesquisa foi executar uma contabilização exergética do ciclo
de vida ao nível de um imóvel inteiro, ilustrando o potencial da exergia como
indicador global de recursos (energia e material) no contexto do ambiente
construído. O efeito das opções de construção e operação no consumo de
exergia é investigado.
O conceito de desenvolvimento sustentável é evocado, porém sem maiores
aprofundamentos. O conceito de sustentabilidade também é evocado
ressaltando-se o impacto da indústria de construção civil nos seus três
aspectos: econômico, social e ambiental. A aplicação da técnica é possível,
portanto, para gestão sócio-econômica e gestão ambiental.
148
Gasparatos et al. (2008b) questionam as metodologias para avaliar
desenvolvimento sustentável com base em métricas singulares, entre as quais
a exergia.
Os autores consideram os conceitos de desenvolvimento sustentável e de
sustentabilidade ardilosos. Segundo eles, esta situação se origina no fato de
que a ciência da sustentabilidade engloba a necessidade de endereçar um
amplo conjunto de aspectos ao longo de diferentes escalas de tempo e
espaciais. Assim, esta ciência inevitavelmente acomoda opiniões de diversos
ramos de conhecimento e expertise.
Os autores identificam que apesar dessas múltiplas perspectivas, o progresso
em direção à sustentabilidade tem sido usualmente avaliado através do
desenvolvimento e utilização de métricas singulares tais como instrumentos
monetários, índices de sustentabilidade compostos e métricas biofísicas
simples, entre as quais exergia.
Essencialmente, o trabalho questiona que tal escolha por métricas singulares
parece ser injustificável devido às imperfeições metodológicas e limites dessas
métricas. Como argumento adicional está o fato de que os recentes
conhecimentos sobre economias, sociedades e ecossistemas como sistemas
adaptativos complexos indicam que não se pode capturá-los através de uma
única perspectiva.
Os autores consideram que é reducionismo descrever estes sistemas de uma
maneira holística através da síntese de suas diferentes perspectivas
perfeitamente legítimas e não-reduzíveis. Em conseqüência, nenhuma métrica
singular poderia até o momento clamar por avaliar sustentabilidade de forma
compreensível.
O trabalho propõe que a elaboração e o refinamento das métricas correntes
baseadas em métricas singulares não parecem capazes de produzir uma
estrutura para avaliar o progresso em direção à sustentabilidade. Avaliações
mais robustas deverão ser resultantes da adoção de diversos conjuntos de
métricas, ou seja, do pluralismo metodológico.
IV.5 Desenvolvimentos sustentável, sustentabilidade
Conclusões sobre a organização do debate
e
exergia:
IV.5.1 Áreas de trabalho
Como base inicial para classificação dos trabalhos analisados usamos a
classificação de Dincer & Rosen (2007) por sua abrangência e atualidade.
Dincer & Rosen (2007) abordaram tecnicamente o estado da arte da aplicação
de exergia e de análise exergética a dezoito (18) tópicos relevantes:
149
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável;
Aplicações de exergia na indústria;
Exergia em desenvolvimento de políticas e educação;
Análise exergética de processos psicrométricos;
Análise exergética de sistemas de bomba de calor;
Análise exergética de processos e sistemas de secagem;
Análise exergética de sistemas de estocagem de energia térmica;
Análise exergética de sistemas de energia renováveis;
Análise exergética de plantas de potência a vapor;
Análise exergética de sistemas de cogeração e de sistemas distritais de
energia;
Análise exergética de sistemas criogênicos;
Análise exergética de sistemas de destilação de petróleo;
Análise exergética de sistemas de células de combustível;
Análise exergética de sistemas de vôo de aeronaves;
Análise exergoeconômica de sistemas térmicos;
Análise exergética de países, regiões e setores econômicos;
Avaliação exergética do ciclo de vida;
Exergia e ecologia industrial.
Identificamos em nosso trabalho que exergia e/ou análise exergética tem sido
aplicadas com vistas à busca de sustentabilidade ou do desenvolvimento
sustentável em áreas tratadas por Dincer & Rosen (2007) mas também em
outras áreas não citadas por eles.
As áreas identificadas em nosso estudo afins às tratadas por Dincer & Rosen
(2007) foram as seguintes:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável;
Aplicações de exergia na indústria;
Análise exergética de sistemas de bomba de calor;
Análise exergética de sistemas energéticos renováveis;
Análise exergética de sistemas de cogeração e de sistemas distritais de
energia;
Análise exergoeconômica de sistemas térmicos;
Análise exergética de países, regiões e setores econômicos;
Avaliação exergética do ciclo de vida;
Exergia e ecologia industrial;
Desenvolvimento de políticas.
As áreas identificadas em nosso estudo diversas das tratadas por Dincer &
Rosen (2007) foram as seguintes:
•
•
•
•
Formulação de indicadores exergéticos;
Análise exergética de sistemas térmicos;
Termodinâmica e economia;
Avaliação de tecnologias por meio de indicadores;
150
•
•
•
•
•
•
Termoeconomia;
Impacto Ambiental;
Aplicações ecológicas;
Determinação de impactos ambientais;
Modificação do método da pegada ecológica para introdução da variável
exergia;
Análise de ciclo de potência à base de gás natural liquefeito.
No relato a seguir, o negrito é desta autora e visa ressaltar a área básica de
trabalho, conforme classificado. A classificação geral dos trabalhos revisados
encontra-se listada no item IV.7, Quadro IV.1 ao final deste Capítulo IV.
Caracterizam aplicações ecológicas da exergia os trabalhos de Christensen
(1995), Apaiah et al. (2006), Verdesca et al. (2006), Wan-Bin et al. (2006) e
Brehmer et al. (2008, In Press).
Christensen (1995) adota a exergia como indicador ecológico na comparação
de ecossistemas.
Apaiah et al. (2006) enfocam o impacto ambiental de cadeias de fornecimento
de alimentos.
Verdesca et al. (2006) propõem um novo indicador de base exergética para
avaliar a eficiência de sistemas marinhos costeiros.
Wan-Bin et al. (2006) propõem um índice de produtividade conceitual para a
agricultura baseado em exergia.
Brehmer et al. (2008, In Press) propõem um índice com base em exergia para
os processos de produção e uso de fertilizantes.
Ossebaard et al. (1997) enfocam a análise exergética de sistemas térmicos
em um país com base na eficiência exergética.
Ayres (1998) enfoca as relações entre termodinâmica e economia.
A análise exergética de sistemas energéticos renováveis foi abordada por
Suganthi & Samuel (2000), Hepbasli & Utlu (2004), Midilli et al. (2005), Dincer &
Rosen (2005) e Hepbasli (2008).
As relações entre exergia, meio ambiente e desenvolvimento sustentável
foram abordadas por Wall & Gong (2001), Rosen & Dincer (2001), Gong & Wall
(2001), Wall (2002) e Rosen et al. (2008).
A avaliação de tecnologias por meio de indicadores exergéticos foi
abordada por Dewulf et al. (2001).
El-Sayed (2001) abordou o uso de termoeconomia na avaliação de um
sistema de desalinização de água do mar. Também Romero-Ternero et al.
151
(2005) aplicaram análise termoeconômica a um sistema de osmose reversa
de água do mar, determinando a eficência exergética do sistema.
Seager & Theis (2002) abordaram a avaliação do impacto ambiental
químico através de uma nova métrica, o potencial de poluição (pollution
potential).
Balocco et al (2004) utilizaram Análise Exergética Estendida (EEA – Extended
Exergy Analysis) para avaliar o impacto ambiental urbano de construções.
O papel da exergia na formulação de políticas foi abordado por Dincer
(2002), recomendando o uso da exergia como ferramenta de gestão.
A análise exergética de países, regiões e setores econômicos foi abordada
por Dewulf & Langenhove (2003), Federici et al. (2003), Haldi & Favrat (2006),
Koroneos & Nanaki (2007), Utlu & Hepbasli (2007), Pulselli et al. (2008),
Gasparatos et al. (2008a), Becerra-López & Golding (2008), Ukidwe & Bakshi
(2008) e Utlu & Hepbasli (2008).
Dewulf & Langenhove (2003) propõem um parâmetro para avaliação de
tecnologias de transporte, o EMIPS (Exergetic Material Input per unit of
Service).
Federici et al. (2003) calculam eficiências exergéticas de dois sistemas de
transporte distritais.
Koroneos & Nanaki (2007) usam a eficiência exergética como indicador da
sustentabilidade energética e auxiliador na tomada de decisão.
Utlu & Hepbasli (2007) determinam o grau de eficiência de utilização energética
e exergética no setor industrial da Turquia.
Pulselli et al. (2008) aplicam a Análise Exergética Estendida ao nível territorial
na Provícia de Siena (Itália).
Gasparatos et al. (2008a) também aplicam a Análise Exergética Estendida ao
Reino Unido (UK).
Becerra-López & Golding (2008) propõem como indicador de sustentabilidade
exergética o Consumo Cumulativo de Exergia.
Ukidwe & Bakshi (2008) utilizam a avaliação exergética do ciclo de vida para
analisar a indústria química americana em 1997, fazendo uso de dois índices.
Utlu & Hepbasli (2008) utilizam a análise exergética para avaliar o setor
industrial da Turquia no ano de 2003, propondo o uso de um índice exergético.
Aplicações de exergia na indústria são exemplificadas pelos trabalhos de
Bargigli et al. (2004) e Lampret et al. (2007).
152
Relações da exergia com os princípios da ecologia industrial são
abordados por Seager & Theis (2004) e Dewulf & Langenhove (2005).
Seager & Theis (2004) propõem uma taxonomia para classificar os critérios
quantitativos de sustentabilidade.
Dewulf & Langenhove (2005) apresentam um conjunto de cinco (5) indicadores
de sustentabilidade ambiental para a avaliação de produtos e rotas de
produção.
Hammond (2004a, 2004b e 2007) enfoca um debate crítico sobre a
relevância dos métodos termodinâmicos para a determinação de
impactos ambientais e sustentabilidade.
Quiang et al. (2004) determinaram a eficiência exergética de um ciclo de
potência movido a gás natural liquefeito.
A análise exergética de sistemas de bomba de calor foi abordada por
Ozgener & Hepbasli (2005), Hepbasli et al. (2007), Akpinar & Hepbasli (2007) e
Kara et al. (2008).
A avaliação exergética do ciclo de vida (Exergetic Life-Cycle Assessment ELCA) foi abordada por Amini et al. (2007), Castro et al. (2007) e De Meester et
al. (2008, In Press).
A análise exergética de cogeração é exemplificada pelo trabalho de Liu &
Zhang (2007).
Nguyen & Yamamoto (2007) propõem uma modificação do método da
pegada ecológica a base de exergia, incorporando recursos não-renováveis.
IV.5.2 Enfoque dado à sustentabilidade e à gestão
Com base na análise dos trabalhos considerados relevantes, foi feita uma
tentativa de classificá-los segundo a forma de sustentabilidade evocada e
segundo a forma de gestão mais plausível apontada ou evocada. Vale ressaltar
que este é um exercício preliminar, não exaustivo e não definitivo, visando dar
sentido com base em áreas de gestão aos trabalhos analisados. O negrito é
desta autora e visa ressaltar os tipos de sustentabilidade e de gestão evocados
ou apontados.
Christensen (1995) evoca a sustentabilidade ecológica e a gestão de
ecossistemas.
Ossebaard et al. (1997) evocam sustentabilidade energética, econômica e
ambiental. Aplica-se gestão econômica, energética e ambiental de
sistemas térmicos.
153
Suganthi & Samuel (2000) evocam a sustentabilidade energética e a gestão
do fornecimento de energia.
Wall & Gong (2001) evocam a sustentabilidade ecológica.
Dewulf et al. (2001) evocam a sustentabilidade tecnológica e a gestão
tecnológica.
El-Sayed (2001) enfoca gestão energética.
Gong & Wall (2001) enfocam gestão ambiental.
Seager & Theis (2002) evocam sustentabilidade ambiental e a gestão de
impactos ambientais.
Wall (2002) enfoca a gestão de sistemas.
Dincer (2002) discute princípios aplicáveis à gestão de forma genérica.
Dewulf & Langenhove (2003) discutem sustentabilidade tecnológica e a
gestão de recursos (de transporte).
Federici et al. (2003) discutem a gestão de sistemas (de transporte).
Balocco et al. (2004) trabalham com o conceito de sustentabilidade urbana e
gestão ambiental.
Seager & Theis (2004) discutem sustentabilidade ambiental e a forma
plausível de gestão é a ambiental.
Bargigli et al. (2004) discutem sustentabilidade ambiental e gestão
energética.
Hammond (2004a) enfoca sustentabilidade econômica e gestão energética.
Hammond (2004b) centra-se em sustentabilidade energética e gestão
energética.
Hepbasli & Utlu (2004) enfocam a gestão energética.
Dewulf & Langenhove (2005) enfocam sustentabilidade ambiental e
tecnológica e gestão ambiental e tecnológica.
Midilli et al. (2005) tratam de sustentabilidade energética e gestão
energética.
Romero-Ternero et al. (2005) enfocam sustentabilidade energética e
econômica e gestão energética.
Dincer & Rosen (2005) abordam gestão ambiental.
154
Ozgener & Hepbasli (2005) enfocam sustentabilidade energética e gestão
energética.
Apaiah et al. (2006) tratam de sustentabilidade alimentar e gestão
ambiental.
Verdesca et al. (2006) centram-se em sustentabilidade ambiental e
econômica e gestão ambiental e econômica.
Wan-Bin et al. (2006) discutem sustentabilidade ecológica e gestão
ecológica.
Jorgensen (2006) enfoca sustentabilidade ecológica e gestão de forma
ampla.
Haldi & Favrat (2006) evocam sustentabilidade energética e gestão
energética.
Amini et al. (2007) enfocam sustentabilidade ambiental e gestão de
recursos e ambiental.
Liu & Zhang (2007) enfocam sustentabilidade energética.
Koroneos & Nanaki (2007) centram-se em sustentabilidade energética e
gestão energética.
Utlu & Hepbasli (2007) enfocam sustentabilidade energética e gestão
energética.
Castro et al. (2007) evocam sustentabilidade industrial e gestão de
recursos e industrial.
Lampret et al. (2007) centram-se em gestão energética.
Pulselli et al. (2008) evocam sustentabilidade regional e gestão ambiental.
Rosen et al. (2008) tratam de gestão ambiental.
Hepbasli (2008) trata da gestão de recursos energéticos.
Brehmer et al. (2008) enfocam gestão ecológica.
Gasparatos et al. (2008a) tratam de sustentabilidade regional e gestão
sócio-econômica , energética e ambiental.
Kara et al. (2008) enfocam gestão energética.
Becerra-López & Golding (2008) tratam de sustentabilidade regional e
gestão energética.
155
Ukidwe & Bakshi (2008) tratam de sustentabilidade ambiental.
Utlu & Hepbasli (2008) enfocam sustentabilidade energética e gestão
energética.
De Meester et al. (2008, In Press) enfocam sustentabilidade econômica,
social e ambiental e gestão ambiental e energética.
IV.6 Indicadores exergéticos de desenvolvimento sustentável e
sustentabilidade
IV.6.1 Indicadores gerais
Os parâmetros propostos como indicadores a base de exergia e identificados
neste trabalho são muitos e aplicam-se a distintas áreas de gestão, como visto
no item IV.5.2.
Não é objetivo deste trabalho discutir cada indicador proposto exaustivamente,
até por que uma discussão deste teor envolveria obrigatoriamente um exercício
matemático mais rigoroso, que foge do escopo ora pretendido.
Porém, são enumerados aqueles indicadores que são propostos como
indicadores de sustentabilidade ou de desenvolvimento sustentável, visando
obter uma visão geral do que foi identificado nesta revisão bibliográfica.
Os indicadores abaixo citados são alguns dos parâmetros através dos quais
exergia é proposta como indicador de sustentabilidade (independente da sua
natureza) ou de desenvolvimento sustentável. O negrito é desta autora e visa
ressaltar o nome do indicador.
•
•
•
•
•
•
Exergia e sua componente estrutural (Christensen, 1995);
Quantidade de exergia estocada na Terra como depósitos de
exergia (Waal & Gong, 2001);
Eficiência exergética (Ossebaard et al., 1997; Bargigli et al., 2004;
Hepbasli & Utlu, 2004; Balocco et al., 2004; Dincer & Rosen, 2005;
Apaiah et al., 2006; Amini et al., 2007; Liu & Zhang, 2007; Koroneos &
Nanaki, 2007; Utlu & Hepbasli, 2007; Castro et al., 2007; Pulselli et al.,
2008; Gasparatos et al., 2008a);
Consumo Cumulativo de Exergia (CExC – Cumulative Exergy
Consumption), Consumo Cumulativo de Exergia para Construção e
Abatimento (CExCA – Cumulative Exergy Consumption for Construction
and Abatement) e Sustentabilidade S (Dewulf et al., 2001);
Destruição de exergia (El-Sayed, 2001);
Exergia de Mistura e Potencial de Poluição (Pollution Potential)
(Seager & Theis, 2002; Seager & Theis, 2004);
156
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Input exergético de material por unidade de serviço (EMIPS –
Exergetic Material Input per Unit of Service) (Dewulf & Langenhove,
2003);
Eficiências exergéticas de primeira e segunda ordens (Federici et al.,
2003; Balocco et al., 2004);
Conteúdo Cumulativo de Exergia (CEC – Cumulative Exergy Content)
(Szargut, 2005);
Eficiência do processo, Re-uso de materiais, Recuperação de
materiais residuais, Renovação dos materiais consumidos e
Toxicidade das emissões (Dewulf & Langenhove, 2005);
Potencial de Melhoria Exergética (Improvement Potential – IP)
(Ozgener & Hepbasli, 2005 ; Utlu & Hepbasli, 2007; Utlu & Hepbasli,
2008);
Valor Adicionado de Informação Exergética (IEex – Added Value of
Exergetic Information) (Verdesca et al., 2006);
Índice de Produtividade para a Agricultura (APES) (Wan-Bin, 2006);
Eco-exergia (Jorgensen, 2006);
Pegada Ecológica Modificada (Nguyen & Yamamoto, 2007);
Taxa de fluxo de custo por unidade energética ou exergética (costflow rate) (Lampret et al., 2007);
Índice de Sustentabilidade (Sustainability Index – SI) (Rosen et al.,
2008);
Valor Líquido de Exergia (Net Exergy Value – NexV)(Brehmer et al.,
2008 In Press);
Indicador de Sustentabilidade Exergética (IOExS – Indicator of
Exergetic Sustainability) (Becerra-López & Golding, 2008);
Consumo de Exergia Industrial Cumulativo (Industrial Cumulative
Exergy Consumption - ICEC) e Consumo de Exergia Ecológico
Cumulativo (Ecological Cumulative Exergy Consumption – ECEC)
(Ukidwe & Bakshi, 2008);
Exergia (De Meester et al., 2008. In Press).
Como se pode observar, existe uma variada gama de parâmetros baseados em
exergia que são propostos como indicadores de sustentabilidade ou de
desenvolvimento sustentável.
Esta variada gama de parâmetros gera um nível razoável de confusão quanto à
aplicação das diversas metodologias baseadas em exergia à análise de
processos e sistemas.
Esta constatação é crucial e deve servir como sinalização aos pesquisadores
que desejem adentrar a área.
157
IV.6.2 Indicadores com aplicação em gestão ambiental
Dos indicadores relacionados acima são enumerados abaixo aqueles que
apresentam aplicabilidade à gestão ambiental. Esta enumeração foi feita com
base na classificação geral dada aos trabalhos analisados (vide Quadro IV.1).
Para os indicadores e trabalhos citados abaixo foi identificada uma relação com
sustentabilidade ambiental e gestão ambiental:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Eficiência exergética (Ossebaard et al., 1997; Balocco et al., 2004;
Apaiah et al., 2006; Amini et al.,2007; Pulselli et al., 2008);
Quantidade de exergia estocada na Terra como depósitos de
exergia ( Waal & Gong, 2001);
Exergia de mistura e potencial de poluição (Pollution Potential)
(Seager & Theis, 2002);
Eficiência do processo, Re-uso de materiais, Recuperação de
materiais residuais, Renovação dos materiais consumidos e
Toxicidade das emissões (Dewulf & Langenhove, 2005);
Valor Adicionado de Informação Exergética (IEex – Added Value of
Exergetic Information) (Verdesca et al., 2006);
Pegada Ecológica Modificada (Nguyen & Yamamoto, 2007);
Índice de Sustentabilidade (Sustainability Index – SI) (Rosen et al.,
2008);
Consumo de exergia ecológico cumulativo (Ecological Cumulative
Exergy Consumption – ECEC) (Ukidwe & Bakshi, 2008);
Exergia (De Meester et al., 2008. In Press).
Para ilustrar vamos apresentar o trabalho de Dewulf & Langenhove (2005) que
propõe cinco (5) indicadores de sustentabilidade ambiental para a avaliação de
produtos e rotas de produção, com base em princípios da ecologia industrial.
IV.6.3 Exemplo ilustrativo: Indicadores de sustentabilidade ambiental a
base de exergia – Dewulf & Langenhove (2005)
Dewulf & Langenhove (2005) consideram que a existência de uma métrica é
fundamental para o debate da sustentabilidade, especialmente porque o termo
sustentabilidade tem um sentido muito amplo, levando a possíveis malentendidos.
Uma métrica para a sustentabilidade deve cobrir as três bases da
sustentabilidade: econômica, ambiental e social.
O trabalho de Dewulf & Langenhove (2005) enfoca o aspecto ambiental para o
desenvolvimento de uma tecnologia sustentável, do ponto de vista da ecologia
industrial.
158
A origem imediata dos efeitos de uma tecnologia no ambiente são as
interações físico-químicas, ou seja, troca de massa e energia (por exemplo,
extração de recursos, emissões gasosas, etc.) Devido a essas trocas, uma
série de mecanismos se formam no meio ambiente, por exemplo, mudança
climática, degradação de vegetação devido à acidificação, etc., levando à
deterioração do sistema natural.
Entretanto, os efeitos de uma tecnologia específica no meio ambiente não
dependem apenas da interface imediata entre a tecnologia considerada e o
meio ambiente, mas também do grau de integração dentro do metabolismo
industrial total. Quanto melhor ela for integrada dentro desse metabolismo,
menor poderá ser o efeito no meio ambiente. Por exemplo, fazendo uso de
produtos residuais como recurso ou liberando produtos que podem ser
recuperados ao final de sua vida tornam possível o menor consumo de
recursos virgens e a redução de emissões residuais. Embutir uma tecnologia
no metabolismo industrial é a área de pesquisa da ecologia industrial
(GRAEDEL & ALLENBY, 1996 apud DEWULF & LANGENHOVE, 2005).
A ecologia industrial está preocupada com a transição de processos industriais
de sistemas lineares (open loop systems), em que recursos e investimentos de
capital se movem através do sistema para se tornar resíduos, a sistemas do
tipo closed loop onde resíduos se tornam inputs para outros processos
(GRAEDEL E ALLENBY, 1995 apud DINCER & ROSEN, 2007).
Os autores defendem que a quantificação da sustentabilidade ambiental de
uma tecnologia deve passar pela integração dos princípios de ecologia
industrial no desenvolvimento de indicadores de sustentabilidade ambiental.
Para o desenvolvimento de um conjunto de indicadores de sustentabilidade
adequado, os autores partiram da premissa de que o ideal é usar conjuntos
diferentes de indicadores para diferentes propósitos, ao invés de produzir um
único e definitivo conjunto de indicadores de desenvolvimento sustentável
(LEVETT, 1998 apud DEWULF & LANGENHOVE, 2005). Neste sentido, o
desenvolvimento de tecnologia pode obter vantagens de um conjunto de
indicadores de sustentabilidade físico-químico, bem como de indicadores
sociais e econômicos.
Usando os critérios da OECD (1998) para a construção de indicadores, o
conceito de exergia e análise exergética, os autores desenvolveram um
conjunto de indicadores de sustentabilidade ambiental para tecnologia.
As trocas, conversões e efeitos relacionados à vida total de um produto são
esquematicamente representados na Figura IV.5. Cinco processos podem ser
identificados: (A) troca de massa e energia do ecossistema para a cadeia do
processo (extração de recursos virgens); (B) troca de massa e energia dos
materiais disponíveis da tecnologia (adjacente) para a cadeia do processo
(reuso de materiais residuais); (C) conversão de massa e energia dentro da
vida total do produto (produção e consumo); (D) troca de massa e energia da
cadeia do processo ao ecossistema (emissões); (E) troca de massa e energia
da cadeia do processo à tecnologia (adjacente) (recuperação de materiais
159
residuais). Estes cinco processos básicos deveriam ser levados em conta para
se chegar a um conjunto de métricas de desenvolvimento sustentável,
integrando princípios de ecologia industrial.
A análise do sistema (na qual não entraremos em detalhes) indicou que
métricas deveriam ser desenvolvidas para os seguintes itens: renovação de
recursos extraídos do ecossistema, toxicidade das emissões, reuso de
materiais da tecnologia adjacente, recuperação de materiais gerados ao fim de
seu uso e eficiência da cadeia do processo.
Esses itens foram expressos em exergia, uma vez que a Segunda Lei da
termodinâmica permite a quantificação de todas as taxas de troca materiais e
energéticas, e taxas de conversão, mostradas na Figura IV.5 em termos de
exergia. A geração de irreversibilidades também é quantificada pela Segunda
Lei da termodinâmica.
S
Ecossistema:
Depósitos e
Reservas Naturais
Produção de
recursos RProd
Irreversibilidades de
calor a baixa
temperatura RIRR
Recursos
Virgens
Cadeia de
Processo de
Produção
Tecnologia
Adjacente:
RRe-used
RExtr
Emissões
Produtos
RP (RP)
Produtos
REm
Deterioração RDet
Materiais
residuais
Re-usados
Processo de
Consumo
Materiais
residuais
recuperad
os
Materiais
Antropogênicos
Residuais
recuperados
R Recov
Figura IV.5 – Trocas de massa e energia, perdas e transformações no
ecossistema devido à implementação de um processo de produção (cadeia): (A)
taxa de extração de recursos para fora do ecossistema (em exergia: RExtr, J/s);
(B) taxa de consumo de materiais residuais reusados (em exergia: R Re-used, J/s);
(C) conversão de massa e energia na cadeia do processo (taxa de produção de
exergia RP, J/s); (D) taxa de emissão da cadeia de produção e consumo (em
exergia: REm, J/s); (E) taxa de recuperação de materiais residuais (em exergia:
RRecov, J/s). A cadeia de produção do processo também resulta em calor de baixa
temperatura (em exergia: geração irreversível RIRR, J/s). Processos relacionados
à cadeia de produção ocorrendo no ecossistema são a produção de recursos
naturais (em exergia: RProd, J/s) e a deterioração do ecossistema devido a
emissões (em exergia: RDet, J/s). (J/s : Joule por segundo).
(Fonte: DEWULF & LANGENHOVE (2005, p. 421) adaptado)
Os indicadores propostos são assim expressos com base em análise
exergética:
160
1. Item Eficiência do Processo (interesse: conversão)
A eficiência é a razão entre todos os outputs úteis (produtos) e inputs
requeridos (recursos), todos quantificados em termos de exergia. Com respeito
aos inputs, tanto recursos virgens extraídos quanto materiais residuais
reusados foram considerados.
A eficiência η pode ser definida como:
η=
RExtr
RP
+ RRe −used
onde RP é o output exergético da produção, e R Extr . e RRe −used são os inputs para
a produção baseados em recursos virgens extraídos e materiais residuais
reusados.
Este indicador é uma razão entre output e input, que tem as mesmas unidades
de exergia, levando, portanto, a uma eficiência adimensional com valores entre
0 (insustentável) e 1 (completamente sustentável).
2. Item Reúso de materiais (interesse: ecologia industrial)
Um indicador de reúso ρ que expressa a dependência em materiais residuais
versus recursos virgens é expresso por
ρ=
RRe −used
RExtr + RRe −used
onde R Extr e RRe −used são os inputs para a produção baseados em recursos virgens
extraídos e materiais residuais reusados, respectivamente. Este indicador varia
entre 0 e 1, sendo 1 para a situação totalmente sustentável. Cadeias de
produção totalmente baseadas em recursos virgens resultarão em ρ = 0 ,
enquanto tecnologias liberando produtos de (principalmente) materiais
residuais, tais como reciclagem, apresentarão altos valores de ρ .
3. Item Materiais residuais recuperados (interesse: ecologia industrial)
Após o fim de seu uso, o produto pode ser ou emitido para o ambiente ou
recuperado em certa extensão tornando-o disponível para a produção do
mesmo produto (reciclagem) ou de outros produtos. O grau de recuperação
pode ser expresso por um indicador de recuperação de materiais residuais σ :
RRe cov
RP
com RP e RRe cov sendo o output de produção e sua fração recuperável em
termos de exergia, respectivamente.
σ=
161
4. Item Renovação dos Materiais (Interesse: ambiental)
Um indicador de renovação baseado em termodinâmica pode ser baseado na
taxa de consumo de materiais virgens de um lado e na taxa de produção
desses materiais no ecossistema de outro lado através de um indicador de
renovabilidade α :
α=
RPr od
RExtr
onde RPr od é a taxa de produção de recursos no meio ambiente e R Extr a
extração de recursos virgens. Se são usados recursos renováveis, ou seja, se
a taxa de produção no ecossistema iguala ou compensa a taxa de consumo,
então α = 1 . Para recursos não-renováveis tais como recursos fósseis e
minérios, sua taxa de produção é desprezível quando comparada com a taxa
de consumo de modo que α tende a zero.
5. Item Toxicidade de Emissões (Interesse: ambiental)
Um indicador de toxicidade t é expresso como
t=
RDet REm RDet
=
REm RP
RP
Onde:
R Em
é um fator de emissões residuais em termos de exergia;
RP
R Det é a exergia perdida ao meio ambiente devido à deterioração causada pela
taxa de emissão R Em . A razão
R Det
foi introduzida e explicada por Dewulf &
R Em
Langenhove (2002);
R Em é a taxa de emissão causada pela taxa de produção RP .
Este parâmetro pode variar de 0 a infinito. Com o fim de situar o indicador de
toxicidade entre dois limites finitos, uma transformação é feita:
τ = exp(− ln 2
RDet
)
RP
Esta transformação resulta em um indicador τ situado entre 0 e 1.
Os autores aplicam (operacionalizam) os indicadores propostos a três estudos
de caso industriais, que não serão abordados aqui.
162
Segundo os autores:
(a) o conjunto de indicadores apresentado configura um conjunto de
cinco indicadores universais de sustentabilidade ambiental para
a avaliação de tecnologias, incorporando princípios de ecologia
industrial;
(b) o conjunto de indicadores apresentado, juntamente com um
conjunto universal de indicadores cobrindo os aspectos
econômicos e sociais, deve ser apto para avaliar a
sustentabilidade ambiental de opções tecnológicas de forma
quantitativa, melhorando o debate em busca de informações
quantitativas sobre sustentabilidade;
(c) o caráter universal dos indicadores propostos é garantido por
que:
i. eles partem de mecanismos básicos, isto é, troca,
conversão e efeitos de massa e energia, que são o
resultado da implementação de uma opção tecnológica;
ii. o conjunto é abrangente, transparente, bem definido e de
fácil entendimento;
iii. o conjunto é inteiramente baseado na Segunda Lei da
termodinâmica, permitindo a quantificação de diferentes
itens (renovabilidade, reúso, recuperabilidade e eficiência)
em uma mesma base;
iv. a operabilidade dos indicadores foi comprovada em
diferentes tipos de produtos e tecnologias.
IV.7 – Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: Análise
da literatura publicada entre 1995 e 2008
163
Quadro IV.1 – Desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia: Análise da literatura publicada entre 1995 e 2008
(Fonte: Elaboração própria)
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL, SUSTENTABILIDADE E EXERGIA: ANÁLISE DA LITERATURA
PUBLICADA ENTRE 1995 E 2008
ANO DE
AUTOR
PUBLICAÇÂO
1995
1997
1998
Christensen,
V.
REFERÊNCIA TÍTULO
Ecological
Modelling
77 (1995) 332
Ecosystem
maturity towards
quantification
PALAVRASCHAVE
EXERGIA COM
APLICAÇÂO
TIPO DE
RELAÇÂO COM
INSTRUMENTOS SUSTENTABILIDADE GESTÃO
Sustentabilidade
Ecologia teórica
Exergia
Ecológica
Gestão de
ecossistemas
Eficiência
exergética
Energética /
Econômica /
Ambiental
Gestão
econômica,
energética e
ambiental
Ossebaard,
M. E.
Energy
et al.
Vol. 22, No.
11, p 10871098
Heat Supply in
the Netherlands: Sustentabilidade
A systems
analysis of costs,
exergy efficiency,
CO2 and NOx
emissions
Ecological
Economics
Ecothermodynamics:
economics and
the second law
Sustentabilidade
Ayres, R. U.
26 (1998)
189-209
Análise
exergética de
sistemas
térmicos
Custos /
Emissões de
CO2 e NOx
Termoeconomia
Análise da II Lei
da
termodinâmica
em seus
significados
econômico e
ambiental
164
de sistemas
térmicos
OBSERVAÇÔES
2000
Suganthi, L.
&
Samuel, A.
A.
2001
Wall, G.
&
Gong, M.
2001
2001
Renewable
Energy
Exergy based
supply side
energy
management
19 (2000)
285-290
for sustainable
energy
development
Exergy Int.J.
1 (3) (2001)
128-145
On exergy and
sustainable
development Part 1:
Conditions and
concepts
Exergy as the
confluence of
energy,
Rosen, M. A. Exergy Int. J. environment and
1 (1) (2001) 3- sustainable
&
13
development
Dincer, I.
Dewulf, J.
The Science
of the Total
Environment
Exergy analysis
in the
assessment of
the sustainability
et. al.
273 (2001)
41-52
of waste gas
treatment
systems
Sustentabilidade
Sustentabilidade
Modelagem
exergética de
sistemas
energéticos
renováveis e
comerciais
Exergia e
sustentabilidade
Destruição de
exergia
Energética
Exergia como
indicador
ecológico
Ecológica
Gestão do
fornecimento de
energia
Ecologia
Sustentabilidade
Sustentabilidade
Exergia e
sustentabilidade
Avaliação
tecnológica
Exergia
CExC Cumulative
Exergy
Consumption
CExCA Cumulative
Exergy
Consumption for
Construction and
Abatement
Sustentabilidade
S
165
Tecnológica
Gestão
tecnológica
Quantifica a
sustentabilidade
da rota
tecnológica
2001
2001
El-Sayed, Y.
M.
Gong, M.
&
Wall, G.
2002
Seager, T.
P.
&
Theis, T. L.
2002
Wall, G.
Desalination
134 (2001)
129-158
Exergy Int. J.
1 (4) (2001)
217-233
On exergy and
sustainable
development Part 2:
Indicators and
methods
Exergy, an
International
Journal
2 (2002) 273282
Exergetic
pollution
potential :
Estimating the
revocability
of chemical
pollution
Energy
Conversion
and
Management
43 (2002)
1235-1248
2002
Dincer, I.
Designing
desalination
systems for
higher
productivity
Energy Policy
30 (2002)
137-149
Conditions and
tools in the
design of energy
conversion
and
management
systems of a
sustainable
society
The role of
exergy in policy
making
Desenvolvimento
Sustentável
Termoeconomia
Gestão energética
Indicadores de
Desenvolvimento desenvolvimento
Sustentável
sustentável
Gestão ambiental
Sustentabilidade
Impactos
ambientais
Sustentabilidade
Exergia
Exergia de
mistura (Exergy
of mixing)
Ambiental
Gestão de
impactos
ambientais
Gestão de
sistemas
Desenvolvimento
Sustentável
Gestão
166
2003
Dewulf, J.
Resources,
Conservation
and Recycling
&
38 (2003)
161-174
Langenhove,
H. Van
2003
2004
2004
Federici, M.
Ecological
Indicators
et al.
3 (2003) 155169
et al.
Ecological
Economics
48 (2004)
231-244
Seager, T.
Journal of
Cleaner
Production
Balocco, C.
&
Theis, T. L.
12 (2004)
865-875
Análise
exergética de
setor de
transportes
EMIPS exergetic material
input per unit of
service
Tecnológica
Gestão de
recursos
Sustentabilidade
Análise
exergética de
sistemas de
transporte
Exergia e
eficiência
exergética
Gestão de
sistemas
Sustentabilidade
Análise do ciclo
de vida de
construções
urbanas
EEA - Extended
Exergy Analysis
Urbana
Gestão ambiental
Ecologia
industrial
Pollution potential
Ambiental
Gestão ambiental
Exergetic
material input per
unit of service
Sustentabilidade
(EMIPS) for the
assessment of
resource
productivity os
transport
commodities
Efficiency and
sustainability
indicators for
passenger
and commodities
transportation
systems
The case of
Siena, Italy
Using exergy to
analyze the
sustainability of
na urban area
A taxonomy of
metrics for
testing the
industrial ecology Sustentabilidade
hypotheses and
application to
design of freezer
insulation
167
2004
2004a
2004b
2004
Bargigli, S.
Energy
et al.
29 (2004)
2145-2159
Comparison of
thermodynamic
and
environmental
indexes
of natural gas,
syngas and
hydrogen
production
processes
Energy Policy
32 (2004)
1789-1798
Towards
sustainability:
energy
efficiency,
thermodynamic
analysis and the
'two cultures'
International
Journal of
Energy
Research
2004 28: 613639
Engineering
sustainability:
thermodynamics,
energy systems, Sustentabilidade
and the
environment
Hammond,
G.P.
Hammond,
G.P.
Hepbasli, A.
&
Utlu, Z.
2004
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
8 (2004) 237255
Qiang, W.
Applied
Thermal
Engineering
et al.
24 (2004)
539-548
Evaluating the
energy utilization
efficiency of
Turkey's
renewable
energy sources
during 2001
Analysis of
power cycle
based on cold
energy of
liquefied
natural gas and
low-grade heat
source
Sustentabilidade
Análise
exergética
Sustentabilidade
Ambiental
Gestão energética
Econômica
Gestão Energética
Energética
Gestão Energética
Desenvolvimento Análise setorial
Sustentável
de renováveis
Gestão Energética
Desenvolvimento
Sustentável
168
2005
2005
Szargut, J.
WIT Press
Dewulf, J.
Resources,
Conservation
and Recycling
43 (2005)
&
419-432
Langenhove,
H. Van
2005
Midili, A.
et al.
2005
2005
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
9 (2005) 255271
Exergy Method:
Technical and
Ecological
Applications
Sustentabilidade
Integrating
industrial ecology
principles into a
set of
Sustentabilidade
environmental
sustainability
indicators for
technology
assessment
On hydrogen and
hydrogen energy
strategies
Sustentabilidade
I: current status
and needs
RomeroTernero, V.
Desalination
et al.
186 (2005)
291-298
Thermoeconomic
analysis of wind
Desenvolvimento
powered
seawater reverse Sustentável
osmosis
desalination in
the Canary
Islands
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
9 (2005) 169189
Thermodynamic
aspects of
renewables and
sustainable
development
Dincer, I.
&
Rosen, M. A.
Exergia
Ecologia
Industrial
Análise
exergética de
sistemas
energéticos
renováveis
Avaliação do
Desenvolvimento impacto
Sustentável
ambiental /
Avaliação de
tecnologias
Ambiental /
Tecnológica
Gestão Ambiental
/ Tecnológica
Análise
exergética
Energética
Gestão energética
Análise
Termoeconômica
de Tecnologia
Renovável
Energética /
Econômica
Gestão Energética
Análise
exergética
169
Gestão ambiental
2005
Ozgener, O.
&
Hepbasli, A.
2006
Apaiah, R.
et al.
2006
2006
Energy and
Buildings
37 (2005)
101-110
Food
Research
International
39 (2006) 111
Ecological
Verdesca, D. Modelling
193 (2006)
et al.
132-139
Wan-Bin, Z.
et al.
Agricultural
Sciences in
China
2006, 5 (9)
707-712
Experimental
performance
analysis of a
solar assisted
ground-source
heat pump
greenhouse
heating system
Exergy analysis:
A tool to study
the sustainability
of food
Desenvolvimento Análise de
Análise
Sustentável
bombas de calor exergética
Sustentabilidade
supply chains
Exergy-economic
accounting for
sea-coastal
systems:
Sustentabilidade
A novel
approach
The concept of
agricultural
productivity on
ecosystem scale
and its
Sustentabilidade
Energética
Gestão Energética
Análise
Exergética
Alimentar
Gestão Ambiental
Ecológica
Exergia
Ambiental /
Econômica
Gestão Ambiental
/ Gestão
Econômica
Ecologia
Exergia
Ecológica
Gestão Ecológica
Análise
exergética de
cadeias de
suprimento
alimentar
Impacto
Ambiental
measurement
170
2006
2006
Jorgensen,
S.E.
Haldi, P.-A.
&
Favrat, D.
2007
2007
Dincer, I. &
Rosen, M.A.
Amini, S. H.
et al.
2007
Ayres, R. U.
et al.
2007
Liu, M.
&
Zhang, N.
WIT Press
Energy
31 (2006)
3159-3170
Eco-exergy as
Sustainability
Methodological
aspects of the
definition of a
2kW society
Elsevier
Exergy, energy,
environment and
sustainable
development
Journal of
Cleaner
Production
15 (2007)
907-913
Quantifying the
quality loss and
resource
efficiency of
recycling
by means of
exergy analysis
Energy
32 (2007)
634-648
Energy
32 (2007)
961-970
Sustentabilidade
Ecológica /
Social
Exergia
Ecológica
Gestão
Sustentabilidade
Análise
exergética de
sistemas
energéticos
nacionais
Exergia
Energética
Gestão energética
Desenvolvimento Análise
Sustentável
Exergética
Sustentabilidade
Energy
efficiency,
sustainability and
economic growth Sustentabilidade
Proposal and
analysis of a
novel ammoniawater cycle
for power and
refrigeration
cogeneration
Sustentabilidade
Exergia
Trata de exergia
e análise
exergética de
forma ampla
Ambiental
Industrial
Exergia
Ambiental
Gestão de
Recursos / Gestão
Ambiental
Análise
Energética /
Econômica
Energia
Ambiental
Gestão Energética
/ Econômica
Cogeração
Análise
Exergética
Energética
171
2007
Koroneos,
C. J.
&
Nanaki, E.
A.
2007
2007
Hammond,
G. P.
Utlu, Z.
&
Hepbasli, A.
2007
Nielsen, S.
N.
Energy Policy
35 (2007)
3826-3842
Applied
Energy
84 (2007)
675-700
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
11 (2007)
1438-1459
Journal of
Cleaner
Production
15 (2007)
1639-1653
Electric energy
sustainability in
the Eastern
Balkans
Sustentabilidade
Industrial energy
analysis,
thermodynamics
and sustainability Sustentabilidade
A review and
assessment of
the energy
utilization
efficiency
Sustentabilidade
in the Turkish
industrial sector
using energy and
exergy
analysis method
What has
modern
ecosystem
theory to offer to
cleaner
production,
Sustentabilidade
industrial ecology
and society? The
views of an
ecologist
Análise
exergética de
sistemas
energéticos
nacionais
Exergia
Energética
Gestão energética
Análise
Sustentabilidade exergética
Energética
Gestão industrial
Análise
energética de
setor industrial
Energética
Gestão energética
Análise
exergética
Trata
basicamente de
ecologia
industrial
Ecologia
Industrial
172
2007
Castro, M.
B. G.
et al.
2007
Nguyen, H.
X.
&
Yamamoto,
R.
In Press
Hepbasli, A.
Resources,
Conservation
and Recycling
52 (2007)
219-233
Resources,
Conservation
and Recycling
51 (2007)
870-884
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
et al.
2007
Lampret, M.
et al.
Applied
Energy
84 (2007)
781-794
Exergy losses
during recycling
and the resource
efficiency
of product
systems
Modification of
ecological
footprint
evaluation
method to
include nonrenewable
resource
consumption
using
thermodynamic
approach
A review of gas
engine driven
heat pumps
(GEHPs) for
residential and
industrial
applications
Sustentabilidade
Industrial
Desenvolvimento Análise de
Sustentável
países
Exergia
Exergia - Pegada
Ecológica
Modificada
Industrial
Gestão de
Recursos / Gestão
Industrial
Ambiental
Gestão de
recursos
ambientais
Análise
Desenvolvimento Análise de
Sustentável
bombas de calor exergética
Industrial energyflow
Desenvolvimento
Industrial
management
Sustentável
Análise
exergética
173
Gestão energética
2007
Akpinar, E.
K.
&
Hepbasli, A.
2008
Pulselli, F.
M.
et al.
2008
2008
Building and
Environment
42 (2007)
2004-2013
A comparative
study on
exergetic
assessment of
two groundsource
(geothermal)
heat pump
systems for
residential
applications
Integrating
methods for the
Journal of
environmental
Environmental sustainability:
Management The SPIn-Eco
Project in the
86 (2008)
Province of
332-341
Siena (Italy)
Rosen, M. A. Energy Policy
et al.
36 (2008)
128-137
Hepbasli, A.
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
12 (2008)
593-661
Desenvolvimento Análise de
Sustentável
bombas de calor
Sustentabilidade
Role of exergy in
increasing
efficiency and
sustainability and Sustentabilidade
reducing
environmental
impact
A key review on
exergetic
analysis and
assessment of
renewable
Sustentabilidade
energy resources
for a sustainable
future
Análise
exergética de
países, regiões
Análise
Exergética
Regional
Gestão Ambiental
e setores
econômicos
Exergia e
sustentabilidade
Exergia
Gestão Ambiental
Avaliação
exergética de
recursos de
energia
renováveis
Análise
exergética
Gestão de
recursos
energéticos
174
2008
2008a
2008
2008
Using an
energetic and
exergetic life
cycle analysis to
assess the
Sustentabilidade
best applications
of legumes within
a biobased
economy
Brehmer, B.
Biomass and
Bioenergy
et al.
In Press
Gasparatos,
A.
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
et al.
2008
Assessing the
sustainability of
the UK society
using
thermodynamic
concepts: Part 2
et al.
Renewable
and
Sustainable
Energy
Reviews
12 (2008)
1383-1401
Exergetic
assessment of
direct-expansion
solar-assisted
heat pump
systems: Review
and modeling
BecerraLópez, H. R.
Energy
Conversion
and
Management
Kara, O.
&
Golding, P.
49 (2008)
1433-1445
Multi-objective
optimization for
capacity
expansion of
regional
powergeneration
systems: Case
study of far west
Texas
Sustentabilidade
Ecologia
LCA - Life Cycle
Analysis
Gestão ecológica
Análise regional
EA - Exergy
Analysis / EEA Extended Exergy
Analysis
Gestão sócioeconômica/Gestão
energética
Regional
Gestão Ambiental
Sustentabilidade
Avaliação
exergética de
Análise
sistemas de
bombas de calor exergética
Sustentabilidade
Análise de
sistemas
energéticos
distritais
Análise
Exergética
175
Gestão energética
Regional
Gestão energética
2008
Ukidwe, N.
U.
Computers
and Chemical
Engineering
Resource
intensities of
chemical industry
sectors in the
United
Sustentabilidade
&
32 (2008)
2050-2064
States via inputoutput network
models
Análise
exergética de
países, regiões
e setores
econômicos
Avaliação
exergética do
ciclo de vida
Bakshi, B. R.
2008b
2008
Gasparatos,
A.
Accounting
Forum
et al.
In Press
Utlu, Z.
Renewable
and
Sustainable
Reviews
&
12 (2008)
1277-1301
Hepbasli, A.
The argument
against a
reductionist
approach for
measuring
sustainable
development
performance and
the need for
methodological
pluralism
Energetic and
exergetic
assessment of
the industrial
sector at
varying dead
(reference) state
temperatures: a
review with
na illustrative
example
LCA - Life Cycle
Analysis
ECEC Ecological
cumulative
exergy
consumption
ICEC - Industrial
cumulative
exergy
consumption
Ambiental
Questiona o uso
de métricas
singulares
Desenvolvimento
Sustentável
Exergia
Análise
Desenvolvimento exergética de
Sustentável
setor industrial
Análise
exergética
176
Energética
Gestão energética
2008
De Meester,
B.
Building and
Environment
et al.
In Press
Exergetic lifecycle
assessment
(ELCA) for
Desenvolvimento
resource
Sustentável
consumption
evaluation in the
built environment
ELCA - Exergetic
Life-Cycle
Analysis
177
Econômica / Social /
Ambiental
Gestão Ambiental
/ Gestão
Energética
IV.8 Conclusões
Algumas constatações importantes podem ser ressaltadas com referência ao
trabalho feito e são abaixo discutidas.
A maior dificuldade encontrada foi a complexidade técnica do tema –
desenvolvimento sustentável, sustentabilidade e exergia - frente à diversidade
de enfoques técnicos conferidos a ele nas diversas referências.
A análise exergética, via contabilização exergética, é uma metodologia bemdefinida e robusta que é universalmente aceita e aplicada a uma profusão de
estudos de caso.
As áreas técnicas em que a análise exergética é aplicada são áreas muito
densas tecnicamente quanto à sua expressão termodinâmica e a aplicação do
conceito de exergia a elas gera procedimentos matemáticos e técnicos
complexos.
A produção científica na área de exergia e de suas aplicações técnicas é vasta,
como pode ser visto pelo grande número de publicações neste tema: um mil
trezentas e oitenta e sete (1387) referências recuperadas na pesquisa com a
palavra-chave exergy em 08/02/2008 para o período 1960 – 2008.
Sesseta e sete (67) referências relacionando exergia com desenvolvimento
sustentável e/ou sustentabilidade foram recuperadas entre os anos de 1960 e
2008 pela metodologia empregada, configurando uma recuperação de cerca de
5 %.
Cinqüenta e seis (56) referências efetivamente congruentes com o tema foram
analisadas, cerca de 4 %. Pode ser visto no Quadro IV.1 que a maioria
absoluta destas referências, cinqüenta e duas (52), foram publicadas na
década em curso, o que configura a contemporaneidade do tema.
Nas referências analisadas, o conceito de desenvolvimento sustentável,
quando evocado, é o conceito clássico da Comissão Bruntdland. Porém, na
maioria dos casos o termo foi utilizado de forma isolada e ampla, basicamente
como sinônimo de desenvolvimento ou de crescimento. Já o termo
sustentabilidade assume uma variada gama de significados, implícitos e/ou
explícitos como sustentabilidade ecológica, econômica, ambiental, energética,
tecnológica, urbana, alimentar, industrial, regional e social. Notou-se também a
ambigüidade no uso recíproco dos termos sustentabilidade e desenvolvimento
sustentável. Porém, em alguns casos os termos foram utilizados de maneira
apenas alusiva.
Adicionalmente, várias metodologias e vários indicadores baseados em exergia
visando uma métrica para a sustentabilidade de processos e/ou sistemas e, em
particular, para a sustentabilidade ambiental de processos e/ou sistemas, estão
sendo propostos e utilizados por pesquisadores em várias áreas com
expressão termodinâmica.
178
Os indicadores baseados em exergia propostos são utilizados para o
acompanhamento e avaliação de processos e/ou sistemas. Esses indicadores
são, em geral, propostos como uma métrica singular, ou seja, como
indicadores únicos e isolados. Não são descritos, em geral, como parte de um
sistema de indicadores normativamente estabelecido. A maioria dos
indicadores identificados não apresenta simplicidade conceitual e de uso. São,
ao contrário, indicadores estruturados de forma complexa, a partir de definições
intrinsecamente termodinâmicas, aplicando em seu cálculo procedimentos
matemáticos complexos, em geral levados a termo por rotinas computacionais.
Com relação à gestão, o potencial de aplicabilidade das técnicas baseadas em
exergia à gestão foi identificado, porém, principalmente, foi evidenciada sua
aplicabilidade à análise de processos na gestão dos quais havia interesse. São
exceção os trabalhos de Lampret et al. (2007) e de Pulselli et al. (2008), em
que o interesse pela gestão dos processos foi o fator de motivação.
Também foi identificada a aplicabilidade de metodologias e indicadores
baseados em exergia à gestão ambiental.
A elaboração de políticas utilizando conceitos e resultados baseados em
exergia também foi enfocada, ressaltando-se inúmeras qualidades da exergia
como parâmetro básico para a formulação de discussões sobre qualidade,
conservação de energia, meio ambiente, economia e desenvolvimento
sustentável.
É proposto de forma geral que a sustentabilidade de um processo e/ou sistema
aumenta com o aumento da eficência exergética do processo e/ou sistema. Em
alguns casos o conceito de sustentabilidade a que se refere esta assertiva não
é exclusivamente o de sustentabilidade ambiental, mas outro, como
sustentabilidade energética, econômica ou tecnológica, entre outros tipos.
Portanto, a análise exergética, através de diversas metodologias, tem sido
utilizada para mensurar parâmetros exergéticos variados aos quais se
relaciona a sustentabilidade de processos e/ou sistemas e é proposta como
ferramenta de auxílio à decisão.
Em resumo, quanto aos objetivos gerais propostos para o trabalho pode-se
observar a partir da análise da literatura revisada que:
•
•
É proposto que a sustentabilidade de um processo e/ou
sistema aumenta na razão direta do aumento da eficiência
exergética do processo ou sistema. Esta proposição é
qualitativa, ou seja, não é comprovada de forma quantitativa;
É proposto que existe uma relação direta entre eficiência
exergética e impacto ambiental de um processo e/ou sistema:
o aumento da eficiência exergética implica na diminuição do
impacto ambiental do processo e/ou sistema. Esta proposição
é qualitativa, ou seja, não é comprovada de forma quantitativa;
179
•
•
•
•
É proposto de forma geral que o aumento da sustentabilidade
implica em desenvolvimento sustentável;
Foram identificados e enumerados indicadores quantitativos
baseados em exergia e postulados para acompanhamento ou
mensuração da sustentabilidade de processos e/ou sistemas;
Apesar da complexidade do tema evidencia-se a proposição
excessivamente diversificada de indicadores, o que leva a um
considerável grau de confusão quanto ao seu conceito ,
modus operandi e aplicabilidade, que se repercute no
entendimento, análise e seleção dos indicadores;
Apesar de constituírem medidas técnicas baseadas em
exergia, os indicadores baseados em exergia propostos para
processos e/ou sistemas ainda não se enquadram
rigorosamente dentro dos critérios gerais propostos para
indicadores.
Em relação à quantificação dos resultados, o problema de fato não reside na
quantificação de um dado parâmetro exergético para um sistema ou processo,
mas no fato de que em que extensão ou com que significância tal parâmetro
representa a medida da sustentabilidade ou do desenvolvimento sustentável.
Quanto ao objetivo específico proposto para o trabalho constatou-se na
literatura revisada que:
•
•
Foram identificadas relações entre exergia e gestão e, em
particular, entre exergia e gestão ambiental;
Inúmeros exemplos de práticas de gestão utilizando os
indicadores baseados em exergia propostos para processos
e/ou sistemas foram enumerados.
Conclui-se que, apesar da elaborada produção técnica e científica no tema, as
técnicas de mensuração da sustentabilidade baseadas em exergia devem ser
mais aprofundadas, até mesmo porque o debate é muito novo. O conceito de
sustentabilidade submetido a medidas deve ser definido e explorado mais
profundamente e a pertinência dos indicadores propostos a partir de tais
medidas deve ser verificada dentro de um contexto mais amplo, ou seja, dentro
de avaliações que utilizem conjuntos de indicadores para sustentabilidade já
consagrados nesta mensuração e dentro de perspectiva quantitativa, ou seja,
as relações propostas entre impacto ambiental, sustentabilidade e eficiência
exergética devem ser verificadas e expressas analiticamente.
180
CONSIDERAÇÔES FINAIS
Este trabalho foi motivado pelo desejo de ampliar-se o conhecimento acerca da
propriedade exergia, e de sua aplicação às questões atuais que envolvem o
meio ambiente global. No entender desta autora, esta proposição foi
alcançada.
Contextualizou-se o debate através da indicação de assertivas do debate
enfocando as relações entre o conceito de desenvolvimento sustentável e a
função exergia. Segundo essas assertivas iniciais enfocadas, a importância dos
métodos exergéticos para alcançar o desenvolvimento sustentável foi arrolada.
Foi proposto que exergia estaria diretamente relacionada com desenvolvimento
sustentável.
Através da utilização da base de dados bibliográfica ScienceDirect, da Elsevier,
acessada on-line na Petrobras, realizou-se uma pesquisa bibliográfica dirigida
a identificar, via um survey, as relações pertinentes entre exergia,
desenvolvimento sustentável e sustentabilidade, que resultou na análise de
cinqüenta e seis (56) recuperações congruentes com o tema no período 1960 –
2008.
Na análise das referências recuperadas buscou-se identificar sempre que
possível os seguintes pontos básicos: (i) o uso técnico dado à função exergia;
(ii) o conceito de sustentabilidade ou desenvolvimento sustentável evocado; (iii)
as relações entre exergia e desenvolvimento sustentável ou sustentabilidade;
(iv) os indicadores baseados em exergia postulados e/ou utilizados no trabalho;
e (v) a relação do que é proposto no trabalho com gestão, procurando
identificar que tipo de gestão está implícita ou explícita no trabalho e
especialmente os casos em que a gestão ambiental é utilizada ou é potencial.
O Quadro IV.1 resume estas constatações.
O debate identificado na literatura centra-se na proposição de que a
sustentabilidade de processos e/ou sistemas aumenta na razão direta do
aumento da eficiência exergética do processo ou sistema. Esta proposição é
qualitativa, ou seja, não é comprovada de forma quantitativa.
É proposto ainda na literatura que existe uma relação direta entre eficiência
exergética e impacto ambiental de processos e/ou sistemas: o aumento da
eficiência exergética do processo e/ou sistema implica na diminuição do
impacto ambiental do processo e/ou sistema. Esta proposição também é
qualitativa, ou seja, não é comprovada de forma quantitativa.
É proposto de forma geral que o aumento da sustentabilidade implica em
desenvolvimento sustentável.
Foram identificados e enumerados indicadores quantitativos baseados em
exergia e postulados para acompanhamento ou mensuração da
sustentabilidade de processos e/ou sistemas.
181
Apesar da complexidade do tema evidencia-se a proposição excessivamente
diversificada de indicadores, o que leva a um considerável grau de confusão
quanto ao seu conceito, modus operandi e aplicabilidade, que se repercute no
entendimento, análise e seleção dos indicadores.
Apesar de constituírem medidas técnicas baseadas em exergia, os indicadores
baseados em exergia propostos ainda não se enquadram rigorosamente dentro
dos critérios gerais propostos para indicadores.
Observa-se que esse debate é muito novo, necessitando de amadurecimento e
aprofundamento, tanto conceitual quanto do ponto de vista da composição e
significação técnicas dos indicadores propostos.
Várias questões merecem ser estudadas com mais profundidade, entre as
quais (i) os conceitos de desenvolvimento sustentável e sustentabilidade aos
quais pode ser diretamente relacionada a mensuração da exergia em
processos e sistemas, (ii) a natureza da métrica proposta através da
mensuração da exergia – se relativa ou absoluta, se singular ou plural –, e (iii)
a abrangência de tais medidas dentro do universo do debate sobre
desenvolvimento sustentável.
Cabe ressaltar que após a finalização deste trabalho, foram executadas três
novas pesquisas bibliográficas na data de 09.02.2009 visando à atualização da
pesquisa bibliográfica, que estão abaixo relatadas (vide adicionalmente o
Anexo 1). A base ScienceDirect contava então com nove milhões quatrocentos
e dez mil e setecentos e quarenta e cinco (9. 410.745) artigos.
Uma quarta etapa da revisão bibliográfica, visando à atualização da primeira
etapa, foi executada utilizando-se a palavra-chave exergy e a modalidade de
pesquisa Advanced Search, tendo sido recuperadas um mil quinhentos e
oitenta e sete ( 1.587) referências no período 1823 – 2009 (09/02/2009).
Estas recuperações estavam assim discriminadas por data de publicação:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2009: 60 (sessenta) recuperações;
2008: 171 (cento e setenta e uma) recuperações;
2007: 190 (cento e noventa) recuperações;
2006: 150 (cento e cinqüenta) recuperações;
2005: 114 (cento e quatorze) recuperações;
2004: 110 (cento e dez) recuperações;
2003: 102 (cento e duas) recuperações;
2002: 96 (noventa e seis) recuperações;
2001: 67 (sessenta e sete) recuperações;
2000: 55 (cinqüenta e cinco) recuperações;
1999: 51 (cinqüenta e uma) recuperações;
1998: 65 (sessenta e cinco) recuperações;
1997: 63 (sessenta e três) recuperações;
1996: 47 (quarenta e sete) recuperações;
1995: 37 (trinta e sete) recuperações;
182
•
•
•
•
•
•
1994: 15 (quinze) recuperações;
1993: 21 (vinte e uma) recuperações;
1992: 25 (vinte e cinco) recuperações;
1991: 12 (doze) recuperações;
1990: 11 (onze) recuperações;
1989 e antes: 125 (cento e vinte e cinco) recuperações.
Uma quinta etapa da revisão bibliográfica, visando à atualização da segunda
etapa, foi executada utilizando-se as palavras-chave exergy e sustainability e a
modalidade de pesquisa Advanced Search, tendo sido recuperadas quarenta e
oito (48) referências. Na segunda etapa haviam sido recuperadas quarenta e
cinco (45) referências.
Uma sexta etapa da revisão bibliográfica, visando a atualização da terceira
etapa, foi executada utilizando-se as palavras-chave exergy e sustainable
development e a modalidade de pesquisa Advanced Search, tendo sido
recuperadas trinta e sete (37) referências. Na terceira etapa haviam sido
recuperadas trinta e cinco (35) referências.
Foram obtidas cinco (05) referências adicionais na quinta e na sexta etapas de
revisão bibliográfica. Estas referências não foram incorporadas ao presente
survey pois o trabalho já se encontrava finalizado.
É digna de nota a vasta produção técnica tendo em vista exergia e suas
aplicações : um mil quinhentos e oitenta e sete (1587) referências recuperadas
na modalidade Advanced Search na revisão executada em 09/02/2009, no
período de 1960 a 2009, perfazendo um acréscimo de duzentos (200) artigos
publicados no intervalo de um (01) ano. Vale ressaltar que um mil cento e
quinze (1115) referências ( 70 %) foram publicadas na década em curso.
Adicionalmente, dentre as quatro referências adicionais merece destaque o
trabalho de Rashidi et al. (2009) que estudou a possibilidade de utilizar uma
célula combustível movida a metanol (direct methanol fuel cell – DMFC) para
alimentar dispositivos portáteis como um computador portátil (laptop), um
telefone celular e uma câmera portátil, em comparação com uma bateria de
Lítio iônica. O estudo foi executado durante quatro anos. Os resultados
técnicos indicaram as vantagens do sistema DMFC em relação à bateria,
basicamente a partir da análise de custos no período acumulado de quatro
anos de uso. A eficiência exergética foi definida para o sistema DMFC como a
razão entre a potência produzida pelo sistema DMFC e o input total de exergia
química do metanol. Foi calculado o índice de sustentabilidade (SI –
Sustainability Index) como
SI =
1
1 − η exe
onde η exe é a eficiência exergética.
183
A partir desta relação, os autores clamam que o aumento da eficiência
exergética da célula de combustível reduz as emissões de CO2 do sistema
DMFC, aumentando a sustentabilidade do sistema. São apresentados dados
medidos das emissões de CO2 em relação a dados medidos do índice de
sustentabilidade e em relação à eficiência exergética. Segundo os autores, o
aumento da sustentabilidade resulta em menor impacto ambiental.
O trabalho de Rashidi et al. (2009) configura um trabalho pioneiro no sentido
de que vem agregar dados quantitativos ao debate, que, embora de maneira
ainda singular, vem trazer um impulso importante no desenvolvimento das
métricas de sustentabilidade em função de exergia.
Por fim, alguns trabalhos podem ser recomendados como continuação desta
dissertação:
•
Estudar com profundidade e conceituar com clareza o que vem a ser
sustentabilidade de um processo e/ou sistema com expressão
termodinâmica e quais são os parâmetros determinantes de sua
mensuração;
• Traçar a taxonomia técnica de cada indicador baseado em exergia
proposto, de modo a obter a identidade plena de cada indicador quanto
ao seu real potencial de utilização, seu modus operandi (operação
técnica do indicador) e sua concordância com princípios e conceitos
gerais que norteiam a conceituação, construção e seleção de
indicadores;
• Desenvolver estudos sistemáticos referentes à quantificação da
sustentabilidade e do desenvolvimento sustentável, visando esclarecer a
perspectiva de quantificação;
• Com base no trabalho de Gasparatos et al. (2008b), selecionar alguns
dos indicadores baseados em exergia propostos e avaliá-los dentro de
um contexto de aplicação de um conjunto já consagrado de indicadores
de sustentabilidade, visando situá-los tecnicamente e ratificar seu
potencial de uso, testando a hipótese de pluralismo metodológico;
• Comparação e avaliação de tecnologias quanto ao consumo de energia
e emissões (avaliação atual);
• Avaliação de tecnologias quanto à sustentabilidade num prazo de 30/50
anos (prospecção futura);
• Avaliação de uma tecnologia e suas variáveis operacionais visando
identificar aspectos do processo que influenciam os resultados (por
exemplo: pressão, temperatura, catalisador) e olhando o futuro com
olhos para sustentabilidade avaliar qual desses pontos é mais crítico, ou
seja, em que variável concentrar os estudos para desenvolvimento da
tecnologia;
Por fim, vale ressaltar mais uma vez a complexidade do assunto para que se
busquem formas de estudo e aprofundamento sistemáticas, de modo a
esclarecer e sistematizar as conclusões, tanto do ponto de vista conceitual
quanto técnico.
184
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ADRIAANSE, A. Environmental Policy performance indicators. A Study on
the Development of Indicators for Environmental Policy in the
Netherlands. Koninginnegrach. 1993.
AKPINAR, E. K. & HEPBASLI, A. A comparative study on exergetic
assessment of two ground-source (geothermal) heat pump systems for
residential applications. Building and Environment 42 (2007) 2004-2013.
ALMEIDA, J. & MARZALL, K. O estudo da arte sobre indicadores de
sustentabilidade para agroecossistemas. In: Seminário Internacional
sobre Potencialidades e Limites do Desenvolvimento Sustentável. UFSM.
Santa Maria: 1999.
ALMEIDA, F. Os Desafios da Sustentabilidade : uma ruptura urgente.
Campus, Elsevier. Rio de Janeiro: 2007.
AMARAL, S. P. Estabelecimento de Indicadores e Modelo de Relatório de
Sustentabilidade Ambiental, Social e Econômica: Uma Proposta para a
Indústria de Petróleo Brasileira. Tese de Doutoramento. Planejamento
Energético. COPPE. UFRJ.Rio de Janeiro: 2003.
AMAZONAS, Maurício de Carvalho. NOBRE, Marcus. Desenvolvimento
sustentável : a institucionalização de um conceito. Brasília: IBAMA, 2002,
368 p.
AMINI, S. H., REMMERSWAAL, J.A.M., CASTRO, M.B. & REUTER, M.A.
Quantifying the quality loss and resource efficiency of recycling by means
of exergy analysis. Journal of Cleaner Production 15 (2007) 907-913.
APAIAH, R. K., LINNEMANN, A. R. & KOOI, H. J. van der Exergy analysis: a
tool to study the sustainability of food supply chains. Food Research
International 39 (2006) 1-11.
AYRES, R. U. & MARTINÀS, K. Waste potential entropy: The ultimate
exotoxic?. Economie Appliquée XLVIII (2) (1995) 95-120.
AYRES, R.U., AYRES, L.W. & MARTINÀS, K. Exergy, waste accounting and
life cycle analysis. Energy 23 (1998) 355-363.
AYRES, R. U. Eco-thermodynamics: economics and the second law.
Ecological Economics 26 (1998) 189-209.
AYRES, R.U. , TURTON, H. & CASTEN, T. Energy efficiency, sustainability
and economic growth. Energy 32 (2007) 634-648.
185
BALOCCO, C., PAPESCHI, S., GRAZZINI, G. & BASOSI, R. Using exergy to
analize the sustainability of an urban area. Ecological Economics 48 (2004)
231-244.
BARBIERI, J. C. Gestão Ambiental Empresarial: Conceitos, Modelos e
Instrumentos. Saraiva. 2ª. Ed. São Paulo: 2007, 382 p.
BARONI, M. Ambigüidades e Deficiências do Conceito de
Desenvolvimento Sustentável. Revista de Administração de Empresas. 32 (2)
14-24. São Paulo:1992.
BARCELLOS, F. C.. Proposta Metodológica de Indicadores Ambientais
para o Complexo de Camaçari. Estudo de caso. Dissertação (Mestrado).
Sistemas de Gestão. UFF. Niterói: 2002.
BARGIGLI, S., RAUGEI, M. & ULGIATI, S. Comparison of thermodynamic
and environmental indexes of natural gas, syngas and hydrogen
production processes. Energy 29 (2004) 2145-2159.
BEAVER & BELLOF. “Sustainability Indicators and Metrics of Industrial
Performance”, SPE 60982, apresentado no SPE International Conference on
Health, Safety and Environment in Oil Gas and Production, realizado em
Stavanger, Norway, 26-28 June 2000.
BECERRA-LÓPEZ, H. R. & GOLDING, P. Multi-objective optimization for
capacity expansion of regional power-generation systems: Case study of
far west Texas. Energy Conversion and Management (2008).
BEJAN, A, TSATSARONIS, G & MORAN, M. Thermal Design & Optimization.
John Wiley & Sons. 1996.
BELLEN, H. M.van. Indicadores de sustentabilidade: um levantamento dos
principais sistemas de avaliação. Cadernos EBAPE.BR , no. 01, março 2004.
Rio de Janeiro, 14p.
BELLEN, H. M. van. Indicadores de sustentabilidade: uma análise
comparativa. FGV. Rio de Janeiro: 2005, 256 p.
BERG, Charles. A technical basis for energy conservation. Mech. Engrg.
(May, 1974) 30-42.
BLINGE, M. ELM: Environmental assessment of fuel supply systems for
vehicle fleets. Ph.D. thesis. Report 35, Dept. of Transportation and Logistics.
Chalmers University of Technology. Göteborg. Sweden, 1998.
BREHMER, B., STRUIK, P. C. & SANDERS, J. Using an energetic and
exergetic life cycle analysis to assess the best applications of legumes
within a biobased economy.Biomass and Bioenergy . 2008 In Press.
186
BRUNTLAND, Go Harlem. Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e
Desenvolvimento. Our Common Future (The Bruntland Report). World Council
on Sustainable Development. Oxford, UK: 1987.
CASTRO, M.B.G., REMMERSWAAL,J.A.M., BREZET, J.C. & REUTER, M.A.
Exergy losses during recycling and the resource efficiency of product
systems. Resources, Conservation and Recycling 52 (2007) 219-233.
CHRISTENSEN, V. Ecosystem maturity – towards quantification. Ecological
Modelling 77 (1995) 3-32.
CMMAD – COMISSÃO MUNDIAL SOBRE MEIO AMBIENTE E
DESENVOLVIMENTO. Nosso Futuro Comum. Editora da FVG. Rio de
Janeiro: 1988.
CMMD – COMISSÃO MUNDIAL SOBRE MEIO AMBIENTE E
DESENVOLVIMENTO. Nosso futuro comum. Fundação Getúlio Vargas. Rio
de Janeiro: 1991.
CONNELLY, L. G. (III) Reconciling consumption and conservation: Using
an exergy –based measure of consumption to strengthen the conceptual
framework of industrial ecology. Ph. D. thesis. University of California,
Berkeley, 1998.
CORNELISSEN, R. L. Thermodynamics and sustainable development – the
use of exergy analysis and the reduction of irreversibility. Ph.D. thesis.
University of Twente. The Netherlands. 1997.
CORNELISSEN, R. L, & HIRS, G. G. The value of the exergetic life cycle
assessment besides the LCA. In: Ishida, M. et al (Eds.). ECOS ’99 –
International Conference on Efficiency, Costs, Optimization, Simulation and
Environmental Aspects of Energy Systems 8-10 June, Tokyo, 1999, p. 282-286.
ISBN 4-9980762-0-5.
COSTA, Márcio Macedo da. Princípios de Ecologia Industrial Aplicados à
Sustentabilidade Ambiental e aos Sistemas de Produção de Aço. Tese de
Doutoramento. Programa de Planejamento Energético, COPPE, UFRJ. Rio de
Janeiro: 2002.
CUNHA, S. B. da & GUERRA, A. J. T. (Organizadores). A Questão Ambiental
– Diferentes Abordagens. Bertrand Brasil, 3ª. Ed.. Rio de Janeiro: 2007, 248
p.
DALY, H. E. Toward some operational principles of sustainable
development. Ecological Economics, 2, 1-6, 1990.
D’AVIGNON, Alexandre [et al.].LA ROVERE, Emilio Lèbre (Coordenador)
Manual de Auditoria Ambiental. Qualitymark. Rio de Janeiro: 2000, 128 p.
187
DELGADO, Jorge Juan Soto. Desenvolvimento Sustentável e a Indústria
Química Brasileira: Análise das Posturas Empresariais e Proposta de
Desdobramento das suas Estratégias. Tese de Doutoramento. Programa de
Planejamento Energético, COPPE, UFRJ. Rio de Janeiro: 2007.
De MEESTER, B., DEWULF, J., VERBEKE, S., JANSSENS, A. &
LANGENHOVE, H. B. Exergetic life cycle assessment for resource
consumption evaluation in the built environment. Building and Environment.
2008 In Press.
DEWULF, J. LANGENHOVE, H. Van DIRCKX, J. Exergy analysis in the
assessment of the sustainability of waste gas treatment systems. The
Science of the Total Environment 273 (2001) 41-52.
DEWULF, J. & LANGENHOVE, H. van Assessment of the sustainability of
technology by means of a thermodynamically based life cycle analysis.
Environ Sci Pollut Res 2002; 9:267-73.
DEWULF, J. & LANGENHOVE, H. Van Exergetic material input per unit of
service (EMIPS) for the assessment of resource productivity of transport
commodities. Resources, Conservation and Recycling 38 (2003) 161-174.
DEWULF, J. & LANGENHOVE, H. Van Integrating industrial ecology
principles into a set of environmental sustainability indicators for
technology assessment. Resources, Conservation and Recycling 43 (2005)
419-432.
DIAS, R. Gestão Ambiental: Responsabilidade Social e Sustentabilidade.
Atlas. São Paulo: 2006, 196 p.
DINCER, I. The role of exergy in energy policy making. Energy Policy 30
(2002) 137-149.
DINCER, I. & ROSEN, M.A. Thermodynamic aspects of renewables and
sustainable development. Renewable and Sustainable Energy Reviews 9
(2005) 169-189.
DINCER, I. & ROSEN, M. A. Exergy, energy, environment and sustainable
development. Elsevier. 1a. Ed. 2007, 454p.
El-SAYED, Y. M. Designing desalination systems for higher productivity.
Desalination 134 (2001) 129-158.
EVANS, R. A proof that essergy is the only consistent measure of
potential work for chemical systems. PhD Thesis. Dartmouth College,
Hanover, NH: 1969.
EOLSS. Encyclopedia Of Life Support Systems: Conceptual Framework.
EOLSS Publishers. Oxford, UK: 1998.
188
FEDERICI, M., ULGIATI, S., VERDESCA, D. & BASOSI, R. Efficiency and
sustainability indicators for passenger and commodities transportation
systems – The case of Siena, Italy. Ecological Indicators 3 (2003) 155-169.
FINNVEDEN, G. & ÖSTLUND, P. Exergies of natural resources in life cycle
assessment and other applications. Energy 22 (9) (1997) 923-931.
FLORIANO, E. P. Políticas de Gestão Ambiental. Universidade Federal de
Santa Maria. Departamento de Ciências Florestais. Santa Maria: 2007.
FPNQ. Critérios de excelência – o estado da arte da gestão da qualidade
total. Fundação para o Prêmio Nacional da Qualidade. São Paulo: 1995, 79 p.
GAGGIOLI, Richard (Ed.). Efficiency and Costing: Second Law Analysis of
Processes, ACS Sympos. Ser. Vol. 235, American Chemical Society,
Washington, DC, 1983.
GASPARATOS, A., El-HARAM, M. & HORNER, M. Assessing the
sustainability of the UK society using thermodynamic concepts: Part 2 .
Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008a. In Press.
GASPARATOS, A., EL-HARAM, M. & HORNER, M. The argument against a
reductionist approach for measuring sustainable development
performance and the need for methodologic pluralism, Accounting Forum,
2008b. In Press.
GIL, Antonio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 4ª. Ed. Atlas. São
Paulo: 2002. 175 p.
GOLDEMBERG, José & VILLANUEVA, Luz Dondero. Energia, Meio Ambiente
& Desenvolvimento. Editora da Universidade de São Paulo. 2ª. Ed. São
Paulo: 2003.
GONG, M & WALL, G. On exergetics, economics and optimization of
technical processes to meet environmental conditions. In: Cai, R. et al
(Eds.) Proceedings of Thermodynamic Analysis and Improvement of Energy
Systems, 10-13 June, Beijing World, China, 1997, p. 453-460.
GONG, M. On exergy as an ecological indicator. Msc. thesis . Chalmers
University of Technology. Göteborg, Sweden, 1999. ftp://exergy.se/pub/eei.pdf.
GONG, M. & WALL, G. On exergy and sustainable development – Part 2:
Indicators and methods. Exergy Int. J. 1 (4) (2001) 217-233.
GRAEDEL, T.E. & ALLENBY, B.R. Industrial Ecology, Prentice Hall.
Englewood Cliffs, NJ : 1995.
GRAEDEL, T.E. & ALLENBY, B.R. Design for Environment. Prentice Hall.
New Jersey: 1996.
189
GRI. “Sustainability Reporting Guidelines on Economic, Environmental
and Social Performance”. Global Reporting Initiative, Boston, MA, USA :2000.
GROBER, Ulrich. Von Kursachen Nach Rio. Ein Lebensbild über den
Erfinder der Nachhaltigkeit Hann Carl Edler von Carlowitz und die
Wegbeschreibung
eines
Konzeptes.
Disponível
em
http://www.forschungsheim.de/fachstelle/arb_carl.htm.
HALDI, P.-A. & FAVRAT, D. Methodological aspects of the definition of a
2kW society. Energy 31 (2006) 3159-3170.
HAMMOND, G.P. & STAPLETON, A.J. Exergy analysis of the United
Kingdom energy system. Proceedings of the Institution of Mechanical
Engineers 215 (2) (2001) 141-162.
HAMMOND, G. Towards sustainability: energy efficiency, thermodynamic
analysis, and the two cultures. Energy Policy 32 (2004a) 1789-1798.
HAMMOND, G. P. Engineering sustainability: thermodynamics, energy
systems, and the environment. Int. J. Energy Res. (2004b) 28 : 613-639.
HAMMOND, G. P. Industrial energy analysis, thermodynamics and
sustainability. Applied Energy 84 (2007) 675-700
HERCULANO, S. Em Busca da Boa Sociedade. EdUFF – Editora da
Universidade Federal Fluminense. Niterói/RJ : 2006, 426 p.
HINRISCHS, Roger A. & KLEINBACH, Merlin. Energia e Meio Ambiente.
Pioneira Thomson Learning. São Paulo : 2003.
HIRS, G. Exergy Loss: A Basis for Energy Taxing. Univ. of Twente. The
Netherlands, 1994.
http://www.thw.wb.utwente.nl/topics/exergy/publications/extax.htm.
HEPBASLI, A. & UTLU, Z. Evaluating the energy utilization efficiency of
Turkey’s renewable energy sources during 2001. Renewable and
Sustainable Energy Reviews 8 (2004) 237-255.
HEPBASLI, A., ERBAY, Z., ICIER, F., COLAK, N. & HANCIOGLU, E. A review
of gas engine driven heat pumps (GEHPS) for residential and industrial
applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2007. In Press.
HEPBASLI, A. A key review on exergetic analisys and assessment of
renewable energy resources for a sustainable future. Renewable and
Sustainable Energy Reviews 12 (2008) 593-661.
HSMO. “Indicators of Sustainable Development for the United Kingdom” –
HSMO – Department of the Environment. London, United Kingdom: 1996.
190
HOUAISS, A. (Ed.) Dicionário Inglês-Português. Ed. Record, 15ª. Ed. Rio de
Janeiro-São Paulo: 2005
IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA.
Indicadores de Desenvolvimento Sustentável: Brasil, 2008. Rio de Janeiro:
2008.
INEP/MEC http:www.inep.gov.br, acessado em 18/01/2008.
ISO. “ISO 14031 – Environmental performance evaluation – Guidelines” –
International Organization for Standardization (ISO). Geneva, Switzerland.
JORGENSEN, S. E. & NIELSEN, S. N. Thermodynamic orientors: Exergy as
a goal function in ecological modeling and as an ecological indicator for
the description os ecosystem development. In: Müller, F., Leupelt M. (Eds.)
Eco Targets, Goal Functions, and Orientors. Springer, Berlin, 1998, p. 63-86.
JORGENSEN, S. E. Eco-Exergy as sustainability. WIT Press. 1ª. Ed. 2006.
KARA, O., ULGEN, K. & HEPBASLI, A. Exergetic assessment of direct
expansion solar-assisted heat pump systems: Review and Modelling.
Renewable and Sustainable Energy Reviews 12 (2008) 1383-1401.
KIRSCHNER, J. W.; LEDEC, G.; GOODLAND, R. et DRAKE, J. M. Carryng
capacity, population growth, and sustainable development. In: Rapid
Population Growth and Human Carryng Capacity: Two Perspectives.
World Bank Staff Working Papers, 690, 1985.
KEENAN, Joseph, GYFTOPOULOS, Elias & HATSOPULOS, George. The fuel
shortage and thermodynamics – the entropy crisis in: M.S. Macrakis (Ed.),
Energy: Demand, Conservation and Institutional Problems, MIT Press,
Cambridge, MA, 1973, pp. 455-466.
KORONEOS, C.J. & NANAKI, E.A. Electric energy sustainability in the
eastern Balkans. Energy Policy 35 (2007) 3826-3842.
KOTAS, Tadeus Jozef. The Exergy Method of Thermal Plant Analysis. 1st
Ed. Butterworths. London : 1985.
LAMPRET, M., BUKOVEC, V., PATERNOST, A., KRIZMAN, S., LOJK, V. &
GOLOBIC, I. Industrial energy-flow management. Applied Energy 84 (2007)
781-794.
LA ROVERE, E. L. ‘A Sociedade tecnológica, a democracia e o
planejamento‘ In: Ecologia, Ciência e Política. Participação Social.
Interesses em Jogo e Luta de Idéias no Movimento Ecológico. Cap. 3.
Editora Revan. Rio de Janeiro:1992.
191
LIZARRAGA, J.M.S. Termodinâmica de Fluidos y el Metodo de Analisis
Exergetico. Editorial Universidade del País Vasco, Bilbao, 1987.
LÉLÉ, S. M. Sustainable Development: a critical review. World
Development, 19 (6), p. 607-21. Pergamon Press, Great Britain, jun. 1991.
LEMOS, Haroldo Mattos de. Meio Ambiente
Sustentável. Rio de Janeiro: BNDES, 1991, 16p.
e
Desenvolvimento
LEVETT, R. Sustainability indicators – integrating quality of life and
environmental protection. J R Statist Soc A 1998; 161: 291-302.
LIMA, G. F. da C. Questão Ambiental e Educação: contribuições para o
debate. Revista Ambiente & Sociedade. NEPAM, ano II, no. 5, 2º. Semestre.
Campinas (SP):1999.
LIMA, L. H. M. de. O Controle Externo do Patrimônio Ambiental Brasileiro.
Tese de Mestrado. Planejamento Energético. COPPE. UFRJ. Rio de Janeiro :
2000.
LIMA-e-SILVA, P. P. de, et. al. Dicionário Brasileiro de Ciências Ambientais.
Thex Editora. Rio de Janeiro:1999, 248 p.
LIU, M. & ZHANG, N. Proposal and analysis of a novel ammonia-water
cycle for power and refrigeration cogeneration. Energy 32 (2007) 961-970.
MACHADO, A. Avaliando a Eficiência dos Indicadores de Desempenho
Utilizados para Melhoria dos Processos e Comparando com o Objetivo
Final da Empresa. Trabalho apresentado no Simpósio “Como Implementar e
Avaliar Indicadores de Desempenho Ambiental para Reduzir Custos e
Fortalecer o Desenvolvimento Sustentável”, São Paulo, SP: 2003.
MACMILLAN Macmillan English Dictionary for Advanced Learners. Second
Edition, 2007
MARQUES, Milton, HADDAD, Jamil & MARTINS, André Ramon Silva
(Coordenação). Conservação de energia: eficiência energética de
equipamentos e instalações. Itajubá, MG. FUPAI : 2006.
MARTINS, Ana Raquel Paiva. Desenvolvimento Sustentável: Uma Análise
das Limitações do Índice de Desenvolvimento Humano para refletir a
Sustentabilidade Ambiental. Dissertação de Mestrado. Engenharia de
Produção, UFF. Niterói: 2006.
MARTINEZ ALIER, J. Da Economia Ecológica ao Ecologismo Popular.
Editora da FURB. Blumenau:1998, 402 p.
McNEELY, J. A. Economics and Biological Diversity: Developing and using
economic incentives to conserve biological resources. IUCN. Gland
(Suíça):1988, p.2.
192
MEFP/IPEA. Critérios para geração de indicadores da qualidade e
produtividade no serviço público. Ministério da Economia, Fazenda e
Planejamento, Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada, Programa Brasileiro
da Qualidade e Produtividade. Brasília: 1991, 15 p.
MIDILLI, A., AY, M., DINCER, I. & ROSEN, M.A. On hydrogen and hydrogen
energy strategies I: current status and needs. Renewable and Sustainable
Energy Reviews 9 (2005) 255-271.
MORAN, M. J. & SHAPIRO, H. N. Princípios da Termodinâmica para
Engenharia. 4ª. Ed. LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Rio de
Janeiro : 2002.
MUYLAERT, M. S. Análise dos Acordos Internacionais sobre Mudanças
Climáticas sob o Ponto de Vista do Uso do Conceito de Ética. Tese de
Doutoramento. Planejamento Energético. COPPE. UFRJ. Rio de Janeiro: 2000.
NGUYEN, H.X. & YAMAMOTO, R. Modification of ecological footprint
evaluation method to include non-renewable resource consumption using
thermodynamic approach. Resources, Conservation and Recycling 51 (2007)
870-884.
NIELSEN, S. N. What has modern ecosystem theory to offer to cleaner
production, industrial ecology and society? The views of an ecologist.
Journal of Cleaner Production 15 (2007) 1639-1653.
NUNES, Luciana dos Santos. Regulação e Sustentabilidade: O Caso do
Setor Petróleo no Brasil. Dissertação de Mestrado. Programa de
Planejamento Energético, COPPE, UFRJ. Rio de Janeiro: 2005.
OECD – ORGANIZATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND
DEVELOPMENT. OECD core set of indicators for environmental
performance reviews: a syinthesis report by the Group on the State of the
Environment. Paris: 1993.
OECD – ORGANIZATION FOR ECONOMIC
DEVELOPMENT. Eco-efficiency . Paris:1998.
CO-OPERATION
AND
OECD/IEA – ORGANIZATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND
DEVELOPMENT / INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Worldwide Trends in
Energy Use and Efficiency. Paris, France : 2008.
OSSEBAARD, M. E., WIJK, A. D. J. M. VAN & WEES, M. T. VAN. Heat
Supply in the Netherlands: A System analysis of costs, exergy efficiency,
CO2 and NOx Emissions. Energy Vol. 22, No. 11, p 1087-1098, 1997.
OZGENER, O. & HEPBASLI, A. Experimental performance analysis of a
solar assisted ground-source heat pump greenhouse system. Energy and
Buildings 37 (2005) 101-110.
193
PULSELLI, F. M., CIAMPALINI, F., LEIPERT, C. & TIEZZI, E. Integrating
methods for the environmental sustainability : The SPIn-Eco Project in the
province of Siena (Italy). Journal of Environmental Management 86 (2008)
332-341.
QIANG, W., YANZHONG, L, & JIANG, W. Analysis of Power cycle based on
cold energy of liquefied natural gas and low-grade heat source. Applied
Thermal Engineering 24 (2004) 539-548.
RANT, Z. Exergie, ein neues Wort für “technische Arbeitsfähigkeit”
(Exergy, a new word for “technical work capacity”) Forsch. Gebiete
Ingenieurwes. Vol 22. 1956.
RASHIDI, R., DINCER, I., NATERER, G.F. & BERG, P. Performance
evaluation of direct methanol fuel cells for portable applications. Journal of
Power Sources 187 (2009) 509-516.
ROBÈRT, Karl-Henrik. The Natural Step. A História de uma revolução
silenciosa. Editora Cultrix. São Paulo: 2002, 299 p.
ROMERO-TERNERO, V., GARCÍA-RODRÍGUEZ, L. & GÓMEZ-CAMACHO, C.
Thermoeconomic analysis of wind powered seawater reverse osmoses
desalination in the canary islands. Desalination 186 (2005) 291-298.
ROSEN, M. A. & DINCER, I. Exergy analysis of waste emissions, Internat. J.
Energy Res. 23 (1999) 1153-1163.
ROSEN, Marc. Exergy in industry: accepted or not? Exergy, an International
Journal 1 (2) (2001) 67.
ROSEN, M. A. & DINCER, I. Exergy as the confluence of energy,
environment and sustainable development. Exergy Int. J. 1 (1) (2001) 3-13.
ROSEN, Marc. A. Exergy Conservation: An Alternative to conserving the
already conserved quantity energy. Exergy, an International Journal. 2
(2002) 59-61.
ROSEN, M. A., DINCER, I. & KANOGLU, M. Role of exergy in increasing
efficiency and sustainability and reducing environmental impact. Energy
Policy 36 (2008) 128-137.
SANTA ROSA, Lindzai. Pode o Capitalismo conduzir-nos ao
Desenvolvimento Sustentável? Algumas considerações sobre a
Responsabilidade Social Corporativa no Brasil. Dissertação de Mestrado.
Centro de Desenvolvimento Sustentável, Universidade de Brasília. Brasília:
2007.
194
SACHS, I. Estratégias de transição para o Século XXI – Desenvolvimento e
Meio Ambiente. FUNDAP. Studio Nobel. São Paulo:1993.
SCHMIDHEINY, S. Cambiando el rumbo: una perspectiva global del
empresariado para el desarrollo y el médio ambiente. Fondo de Cultura
Económica. México:1992.
SCIUBBA, E. Beyond thermoeconomics? The concept of Extended Exergy
Accounting and its application to the analysis and design of termal
systems. Exergy, An International Journal 1 (2001) 68-84.
SEAGER, T. P. & THEIS, T. L. Exergetic pollution potential: Estimating the
revocability of chemical pollution. Exergy, an International Journal 2 (2002)
273-282.
SEAGER, T. P. & THEIS, T. L. A taxonomy of metrics for testing the
industrial ecology hypotheses and application to design of freezer
insulation. Journal of Cleaner production 12 (2004) 865-875.
SHENG, F. Public Environment Expenditures: A Conceptual Framework.
World Wide Fund for Nature. Washington:1996.
SINK, D. S. & TUTTLE, T. C. Planejamento e medição para a performance.
Qualitymark Editora. Rio de Janeiro: 1993, 343 p.
SOUZA, Z. Energia, Exergia e Anergia, publicação interna, Escola Federal de
Engenharia de Itajubá, 1967.
STEAD, J. G. & STEAD, E. Eco-Enterprise Strategy: Standing for
Sustainability. Journal of Business Ethics. V. 24, p. 313-329, 2000.
SUGANTHI, L. & SAMUEL, A. A. Exergy based supply side energy
management for sustainable energy development. Renewable Energy 19
(2000) 285-290.
SZARGUT, J. Minimization of the consumption of natural resources. Bull.
Polish Acad. Sci. Technical Sci. 26 (1978) 41-46.
SZARGUT, J., MORRIS, D., STEWARD, F. Exergy analysis of thermal,
chemical, and metallurgical processes. Hemisphere Publishing Corporation,
New York : 1988.
SZARGUT, J. Depletion of unrestorable natural exergy resources. Bull.
Polish Acad. Sci. Technical Sci. 45 (1997) 241-250.
SZARGUT, J. Exergy Method : Technical and Ecological Applications. WIT
Press. 1a. Ed. 2005.
195
TAKASHINA, N. T. & FLORES, M. C. X. Indicadores da Qualidade e do
Desempenho – Como estabelecer metas e medir resultados. Qualitymark
editora. Rio de Janeiro: 1996, 100 p.
TEIXEIRA, I. M. V. Indicadores Ambientais para o Monitoramento de
Florestas Tropicais. Dissertação (Mestrado). COPPE. UFRJ. Rio de Janeiro:
1997.
TOLMASQUIM, M. T. (Coord.) e outros. Seminário Internacional sobre
Indicadores de Desenvolvimento Sustentável (Relatório Final). MMA. 1995.
TOLMASQUIM, M. T. Estrutura Conceitual para a Elaboração de
Indicadores de Sustentabilidade Ambiental para o Brasil. Documento
preliminar elaborado para o MMA. 1996.
TORRES, Ednilson Andrade. AnáliseExergética. Escola Politécnica. UFBA.
Salvador: 2001. Disponível em www.energia.ufba.br, acessado em 20/09/2007.
TSATSARONIS, George & VALERO, Antônio. Thermodynamics meets
economics. Mech. Engrg. August (1989) 84-86.
UICN-PNUMA-WWF. Caring for the Earth – a strategy for sustainable
living. Suíça, 1991.
UN. First Report of the U.N. Committee on New and Renewable Sources of
Energy and on Energy for Development. New York: 1994.
UNCSD. “Indicators of Sustainable Development Framework and
Methodologies” – Comissão de Desenvolvimento Sustentável , ONU. 1996.
UNDP. Sustainable Energy Strategies – Materials for Decision-Makers.
Disponível em www.undp.org. 2000.
UKIDWE, N. U. & BAKSI, B. R. Resource intensities of chemical industry
sectors in the United States via input-output network models. Computers
and Chemical Engineering 32 (2008) 2050-2064.
UTLU, Z. & HEPBASLI, A. A review and assessment of the energy
utilization efficiency in the Turkish industrial sector using energy and
exergy analysis method. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11
(2007) 1438-1459.
UTLU, Z. & HEPBASLI, A. Energetic and exergetic assessment of the
industrial sector by varying dead (reference) state temperatures: A review
with an illustrative example. Renewable and Sustainable Energy Reviews 12
(2008) 1277-1301.
Van GOOL, W. Energy Policy: fairly tales and factualities. In: SOARES
O.D.D., MARTINS DA CRUZ, A., COSTA PEREIRA, G., SOARES, I.M.R.T. &
196
REIS, A.J.P.S., editors. Innovation and technology-strategies and policies.
Dordrecht: Kluwer; 1997, p. 93-105.
VERDESCA, D., FEDERICI, M., TORSELLO, L. & BASOSI, R. Exergyeconomic accounting for sea-coastal systems: A novel approach.
Ecollogical Modelling 193 (2006) 132-139.
ZHAO, J. “Indicator System and Evaluation Framework for Sustainable
Development”. Journal of Environmental Sciences, Dec. 99, Vol. 11, Issue 4,
p. 492, 6p. USA.
WALL, Göran. Exergy: a useful concept within resource accounting. Report
no. 77-42 Institute of Theoretical Physics, Chalmers University of Technology e
University of Göteborg. Sweden: 1977.
WALL, G. Exergy, ecology and democracy – concepts of a vital society. In:
Szargut , J. et al (Eds.), ENSEC ’93 International Conference on Energy
Systems and Ecology, 5-9 July 1993, Krakow, Poland, 1993, p. 111-121,
http://www.exergy .se/goran/eed/index.html.
WALL, G. & GONG, M. On exergy and sustainable development – Part 1:
Conditions and concepts. Exergy Int. J. 1 (3) (2001) 128-145.
WALL, G. Conditions and tools in the design of energy conversion and
management systems of a sustainable society. Energy Conversion and
Management 43 (2002) 1235-1248.
WALL, Göran. Bibliography on Exergy. Disponível em exergy.en. Acessado
em 25.01.2008.
WAN-BIN, Z., HUA-JIAO, Q., XIN, C. & XU, C. The Concept of Agricultural
Productivity on Ecosystem Scale and its measurement. Agricultural
Sciences in China 2006, 5 (9) 707-712.
WETERINGS – “Towards environmental performance indicators based on
the notion of environmental space”, Report to the Advisory Council for
Research on Nature and Environment of the Netherlands. 1994.
WINOGRAD, M. Marco Conceptual para el Desarrolo y Uso de Indicadores
Ambientais e Sustentabilidad para La Toma de Decisiones em
Latinoamerica y El Caribe. CIAT/PNMA. 1995.
197
ANEXO
ANEXO 1 – Folhas de rosto das revisões bibliográficas realizadas em
09.02.2009 na base ScienceDirect (03 revisões)
198