Avaliação ecossistêmica-emergética de processos agrícolas e agroindustriais

Enio SosinskiEmpraba - Cpact

Apresentação MET e Simpósio

Até o ano de 2050, ...

9 bilhões de pessoas: produzindo 6 bi. de tons de GEE e 60 mi. tons de poluentes urbanos.

Recursos vs Fome: Vamos usar 30% da água doce.

Vivendo: 80% em áreas urbanas.

fonte: IGBP

O país tornou-se líder no manejo da lavoura com base no cultivo mínimo e plantio direto.

Programas de melhoramento de plantas têm permitido a adaptação de culturas a uma ampla variedade de condições ambientais do país.

Fixação biológica do nitrogênio, redução de nitratos no solo.

Controle biológico, com redução de produtos químicos.

Reduzindo drasticamente a necessidade de expansão agrícola com custo ambiental elevado.

Destruição da Biodiversidade

Fome

e pobreza

Gases de efeito estufa

Problemas climáticos

Exodo Rural

Carne, leite, graos para exportação

Como sustentar uma população crescente num mundo com recursos energéticos e ambientais finitos?

Até o ano de 2030, no cenário básico, a humanidade precisaria da biocapacidade de dois planetas Terra

Relatório Planeta Vivo 2010 WWF-Internacional (World Wide Fund For Nature), com a Zoological Society of London (ZSL) e a Global Footprint

Network (GFN)

O principal desafio do nosso tempo.

Fonte: MMA 2010

Os processos agrícolas devem ser avaliados para determinar aqueles com maiores rendimentos em relação à utilização de

recursos (renováveis ou não ) e degradação ambiental.

Reflorestamentos

Competição pelo espaço

Soja

Agricultura Familiar Pecuária

Martin, J.F. et al., 2006.

Processos com % maiores de energia renovável precisam ser identificados porque eles tendem a ser mais sustentáveis

do que aqueles que utilizam um % maior de energia não-renovável.

Martin, J.F. et al., 2006.

Se os insumos ambientais (“renováveis”) não são devidamente valorizados as decisões de gestão serão

baseadas em análises incompletas.

Martin, J.F. et al., 2006. Emergy evaluation of the performance and sustainability of three agricultural systems with different scales and management. Agriculture, Ecosystems & Environment, 115(1-4), 128–140.

O preço econômico não considera:

- a contribuição da natureza na produção do produto e dos insumos;- a contribuição da natureza na absorção do impacto ambiental na produção dos insumos;- os custos do tratamento médico (doenças provocadas pelo uso de substâncias tóxicas);- os custos de tratamento de resíduos sólidos e efluentes líquidos e gasosos,- as despesas da exclusão social (demanda de serviços e geração de trabalho urbano).

Surge a necessidade de avaliar a "Sustentabilidade".

A sustentabilidade pode ser vista como a proporção de recursos renováveis usados no funcionamento de um sistema.

Recursos renováveisSustentabilidade = -------------------------------- Total de recursos usados

Os recursos precisam ser quantificados em uma mesma base; uma opção para isso é usar energia.

A equação para cálculo do índice de renovabilidade proposta por Odum (1996) permite a medição da

sustentabilidade, caso a análise do sistema seja completa e todos os fluxos de energia sejam ponderados

Energia renovávelRenovabilidade = ---------------------------

Energia total usada

Para medir a sustentabilidade várias etapas de trabalho são necessárias: 1. Identificar todas as fontes de energia que usamos, 2. Qualificar essas energias em termos de sua renovabilidade e, 3. Obter o índice de renovabilidade energética (indicador da sustentabilidade):

A metodologia emergética (Odum, 1996) se propõe medir todas as contribuições (moeda, massa, energia, informação) em termos equivalentes (emergia solar), para tal faz uso da Teoria de Sistemas, da Termodinâmica, da Biologia e de princípios do funcionamento de sistemas abertos (Ortega,2002).

Se conseguirmos fazer isso poderemos somar os fluxos e obter o valor da energia necessária para a produção do recurso gerado. "Embodied energy".

Modelo simples de ecossistema utilizando símbolos

Fonte: Sistemas ambientais e polit icas públicas. Odum et al. , 1987

Fluxo de Energia

Produtor

Fonte de energia externa ilimitada

Estoque interno

Transação

preço

Sumidouro de EnergiaFonte de energia externa limitada

ConsumidorInteração

Sistema ou subsistema

Interruptor

Símbolos com conexões

Fluxos de Energia

Produtor

Fonte de energia externa ilimitada

Também deposito ou estoque interno (limitado)

Transação

preço

Sumidouro de Energia

Fonte de energia externa limitada

Consumidor

Interação

Sistema ou subsistema

Interruptor

Modelo simples de ecossistema utilizando símbolos

Fonte: Sistemas ambientais e polit icas públicas. Odum et al. , 1987

Ecossistema florestal desenhado com símbolos

Partes internas a um produtor e um consumidor

Mini-modelo Crescimento exponencial.

Q

E

K4*Q

*

K3*E*Q

K2*E*Q

K1*E*Q

Nota:

O crescimento líquido , K1*E*Q, é obtido subtraindo -se K3*E*Q de K2*E*Q.

DQ= K1*E*Q-K4*Q

Q versus T

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 100 200 300 400

Tem po

Esto

que

inte

rnoSumidouro de calor

Crescimento com uma Fonte Renovável como o Sol

Sumidouro de calor

Crescimento com uma Fonte Não Renovável

Sumidouro de calor

Q

K4*Q

* K2*E*Q

K1*E*QK3*E*Q

K*E*QE

Nota: K1= K2-K3

DQ= K1*E*Q-K4*QDE= -K*E*Q

E/Q versus T

020406080

100120140160180

0 50 100 150 200 250 300

Tem po

Q E

Crescimento com uma Fonte Não Renovável e uma Renovável

Q/N versus T

020406080

100120140160

0 50 100 150 200

Tem po

Q: estoque interno N: recurso não renovável

Crescimento com fatores limitantes externos

P versus I

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30

I

P

J = 5

J = 10

PI X

K3*I*N

J N

K1*I*N

Na produção de biomassa vegetal em um campo, I é a intensidade de luz, J é o fluxo de nutrientes da chuva e N representa os nutrientes no solo próximo à raiz das plantas.

Crescimento com fatores limitantes internos (recicláveis)

A reciclagem para recuperar os nutrientes do solo pode ser um fator limitante que mostraria uma curva de retorno decrescente mesmo que I aumente.

P versus I

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25

I

P

TN = 1 TN = 0.5

Q C= K2*Q

N

I XP= K1*I*N

F

Modelo simples de ecossistema utilizando símbolos

Fonte: Sistemas ambientais e polit icas públicas. Odum et al. , 1987

Energia e dinheiro fluem em direções opostas

Fonte: Ortega, 2002

Qual o melhor modelo ?

Modelo mais complexo da cadeia

Fonte: Ortega, 2002

O índice de renovabilidade pode ser calculado usando numerários diferentes:

Energia calórica - a energia térmica disponível num certo instante, num certo processo. O método não mede toda a energia necessária para produção dos fluxos de energia e materiais consumidos no processo.

Energia agregada - todos os processos industriais podem expressar seus produtos em termos de barris equivalentes de petróleo. A maior deficiência deste método está no fato de não mensurar os serviços do ambiente e do trabalho humano.

Exergia - pretende medir a energia disponível para realizar trabalho das substâncias e das energias disponíveis aos processos humanos. Tem problema de difícil solução que é a identificação das variáveis relativas à energia biológica proporcionada pelo ecossistema e a sua mensuração.

Emergia - resolveu o desafio da medição do conteúdo de energia dos fluxos provenientes da natureza (chuva, sedimentos, biomassa, energéticos fósseis, etc) medindo toda a energia que a biosfera usa para produzir esses recursos, em termos de energia solar equivalente. Estuda a economia humana como um subsistema da biosfera, com leis de vigência restrita que não valoram corretamente os insumos e produtos.

Dinheiro - enfrenta o desafio da valoração econômica dos serviços oferecidos pela natureza, sem alterar a valoração dos insumos da economia. A Economia Ecológica reconhece que a sociedade de consumo é inviável e acredita que o processo de reorganização social e a educação são fundamentais para mudar as atitudes individuais e coletivas.

Índices emergéticos

Fonte: Ortega, 2002

- Fornece uma ligação entre os sistemas econômicos e ecológicos.

Visão ecocentrística.

- Compensa a incapacidade de valorizar insumos não mercadológicos de

forma objectiva.

- É cientificamente correta e compartilha o rigor dos métodos

termodinâmicos.

- Sua unidade comum permite todos os recursos serem comparados numa

mesma base.

- Fornece uma alternativa mais holística a muitos métodos existentes para a

tomada de decisões ambientalmente conscientes.

-A teoria do valor emergético, como outras teorias de valor com base na energia e exergia centra-se no lado da oferta e ignora a preferência humana e a demanda. -Ex: dois quadros com emergias semelhantes podem ter valores radicalmente diferentes, especialmente se um deles foi feito por um pintor de renome. Ecocentrismo vs. Antropocentrismo

- A falta de vínculos formais entre emergia e outras quantidades termodinâmicas é

uma importante causa de ceticismo entre os engenheiros.-Decisões sobre os limites temporais e espaciais são necessárias para a maioria

das abordagens holísticas, incluindo as análises do ciclo de vida (European

Environment Agency, 1997). Ex: Combustíveis fosseis, carvão, metais, etc...

Perspectivas: Estabelecer as relações entre a análise emergética e outros

conceitos termodinâmicos (Hau e Bakshi, 2003; Sciubba, 2001; Ulgiati, 1999) é

essencial para ampliar a utilização da análise emergética e para remover a

resistência à emergia entre muitos engenheiros, físicos e economistas.

Críticas:

Considerações

Impacto da sociedade de consumo versus crescimento verde (dilema do crescimento e espaço).

Economia de mercado versus economia ecológica (valoração dos recursos naturais).

Viabilidade de cenários futuros com a síntese emergética (?).