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Ecologia Industrial é uma importante estratégia a favor do Desenvolvimento Sustentável. Cada vez mais se torna necessária conhece-la e desenvolve-la por ser uma solução concreta para o tratamento dos infinitos resíduos que a cada dia são gerados em nosso planeta.
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Ecologia Industrial
Definições e Definições e Definições e Definições e ConceitosConceitosConceitosConceitos
Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiSDisciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010
Ecologia Industrial• Revolução Industrial – iniciada no século XVIII mudou
radicalmente a relação humanidade/ambiente com ainvenção das máquinas, que multiplicaram a capacidadedo homem de alterar o ambiente.– A Indústria
• Contexto: é a maior responsável pela dispersão de substânciastóxicas no meio ambiente e por isso torna-se urgente, e necessáriopromover mudanças na forma de tratar os problemas ambientais.
• Problema: Remediar e controlar os poluentes tornou-seinsuficiente, sendo necessário direcionar os esforços no sentido dereduzir e, principalmente, prevenir o descarte de substânciasnocivas no ambiente.
• Ecologia Industrial – propõe o estudo do sistemaindustrial inserido no ambiente, e não somente o estudode um conjunto de empresas, considerando que todosos resíduos/materiais devem ser continuamentereciclados dentro do sistema e somente a energia solarilimitada seria utilizada de forma dissipativa.
Ecologia Industrial• Para atender esta abrangência, a Ecologia Industrial está
baseada no estudo de Sistemas e na Termodinâmica.
– Sistemas: Utiliza-se da abordagem sistêmica, pela qual seanalisa o sistema industrial, seus produtos, resíduos e a interaçãodestes com o meio ambiente.
• Donella e Dennis Meadows (1972) utilizaram a análise de sistemaspara simular a degradação ambiental do planeta, alertando para ainsustentabilidade do sistema industrial vigente.
– Termodinâmica: ramo que estuda as relações entre energia,calor e trabalho.
• O primeiro princípio: lei de conservação de massa e energia.Possibilita o balanço de materiais e energia dos sistemas.
• O segundo princípio da termodinâmica – a entropia(desordem, degradação energética)
do universo cresce na direção de um máximo – Jeremy Rifkin (1989)usou como base para criticar a sociedade e a economia.
Ecologia IndustrialCiclo Biológico
• A analogia entre sistemas industriais e ecossistemas.– Vem ganhando força e levando considerações sobre as interações do
sistema com o meio ambiente.– A Ecologia Industrial resgata a idéia de que a antroposfera é parte da
biosfera e que somente pode existir em equilíbrio dinâmico com asoutras partes do sistema, a atmosfera, a hidrosfera e a litosfera.
• Meio ambiente ���� sistema natural• O ciclo biológico de materiais e energia é mantido por três grupos:
– Os produtores são aqueles capazes de produzir seu próprio alimentopor fotossíntese ou síntese química, como as plantas e algumasbactérias.
– Os consumidores são aqueles que obtêm alimentos das plantas(herbívoros), de outros animais (carnívoros) ou ambos (onívoros).
– Os decompositores, como fungos e algas, degradam a matériaorgânica de produtores e consumidores, produzindo substânciasinorgânicas que podem ser utilizadas como alimento pelos produtores.
• São os recicladores da biosfera.
Sistema Natural e Industrial
Ecologia Industrial
– Sistema Aberto• É todo sistema que se relaciona com o ambiente
onde se insere, adaptando a sua estrutura e osseus processos internos ao ambiente.
• Ele tem informação, comunicação, organização,complexidade e heterogeneidade.
• Um sistema aberto pode interagir com o seu meio,por meio de entradas e saídas.
– Sistema Fechado• É o que não tem contato significativo com o
ambiente.• O sistema fechado, onde apenas há matéria, tem
caos, simplicidade, homogeneidade, determinismo,causalidade e entropia.
• Um sistema fechado é auto-contido.
Biologia: Sistemas abertosprecisam se alimentar de umcontínuo fluxo de matéria e deenergia extraída do seu meioambiente para permaneceremvivos.
Entropia
EquilibrioDinâmico
• Sistema é um conjunto de elementos que se encontram eminteração, se inter-relacionam ou são interdependentes. Cadaelemento do sistema tem propriedades específicas, das quaisdepende o funcionamento total do sistema. Ele se distingue entresistemas abertos e sistemas fechados.
Sistema – Definições e Conceitos
Ecologia IndustrialSistema Natural
Ecossistema: um conjunto de plantas,animais e microorganismos que vivemem um ambiente físico-químico.
Planeta Terra: vêm evoluindoa 4,6 bilhões de anos naformação do seu ecossistema.
O Sol fornece a energia para a fotossíntese
Produção do CO2 necessário para a fotossíntese
nutrientes
Plantas mortas
O Ciclo Biológico � Sistema Fechado
Sistema Natural
microorganismos
Sistema Fechado
Ecologia IndustrialSistema Natural
• Modelo produção-consumo-reciclagem– Em um ecossistema, o fluxo maior de transferência de matéria ocorre
entre o produtor (plantas) e o reciclador (bactérias) e apenas uma fraçãopequena deste fluxo passa pelo consumidor (animais/homem).
– Sistema natural x Presença humana: desde o início da história dahumanidade, as populações utilizavam plantas nativas, animais e minerais, queeram transformados em ferramentas, vestuário e outros produtos. Os resíduosou materiais excedentes de cada processo eram simplesmente descartados, oambiente se encarregava de absorver os resíduos descartados pelo homem.
Consumidor RecicladorProdutorresíduos
PlantasAnimal
Homem
nutrientes
(Algas e Fungos)
Matériaviva
Matéria morta
Sistema Tipo III - é o ideal,representa a sustentabilidade.• Representa o equilibrio dinâmico dossistemas ecológicos, em que energia eresíduos são constantemente reciclados ereutilizados nos processos do sistema.• o ciclo torna-se fechado, quando dependeapenas do fluxo de energia, de acordo com osegundo princípio da termodinâmica,somente a energia solar viria de fora dosistema.
Microorganismos
Ecologia IndustrialSistema Industrial
• O sistema industrial é caracterizado por umconjunto de empresas que formam uma grandeestrutura que dirige a sociedade contemporânea,fazendo uso da tecnologia para transformar matérias-primas em produtos e serviços para a sociedade.
• O propósito de uma empresa é produzir e distribuirbens e serviços para os consumidores.
– Para esta produção requer entradas de vários materiais,produtos intermediários e serviços, e a quantidade deprodutos e serviços intermediários reflete a qualidade datecnologia empregada pela empresa na transformação dematérias-primas e energia retiradas do ambiente emforma de produtos ou serviços.
Sistema Aberto
Sistema Tipo I - o objetivo dosistema é produzir.• Organiza-se linearmente: materiais eenergia entram de um lado do sistema e nofinal do processo deixam o sistema sob aforma de produtos, subprodutos e resíduos.• Como resíduos e subprodutos não sãoreciclados ou reutilizados, o sistemadepende de um suprimento de matérias-primas constante e ilimitado para mantersuas atividades.
Ecologia IndustrialSistema Natural x Sociedade x Industrial
• Termodinâmica: Enquanto a primeira leida termodinâmica estabelece aconservação de energia em qualquertransformação, a segunda lei estabelececondições para que as transformaçõestermodinâmicas possam ocorrer em umprocesso irreversível.
– Outra implicação da termodinâmica é queos materiais extraídos do ambiente naturalpara a produção de bens e serviços,devem certamente retornar ao ambiente,mas de forma degradada.
– Ex.: o calor, dissipação energética de umsubsistema, tende a se distribuir demaneira uniforme por todo o sistema.
• A sociedade humana, como um todo, podeser pensada como um sistema que trocacontinuamente material e energia com oambiente.• O sistema sociedade é composto porsubsistemas ligados uns aos outros e aoambiente externo.
• Um dos subsistemas do sistema sociedadeé o sistema industrial que faz o uso datecnologia para transformar matérias-primasem produtos e serviços para a sociedade.
Sistema Tipo II - caracterizamuitos dos atuais sistemasprodutivos, são sistemas dotipo insustentável.• Parte dos resíduos é reciclada oureutilizada dentro do próprio sistema e parteainda é deixá-la na forma de resíduo.• É caracterizado por ciclos quase fechados,o grau de evolução do tipo I para o tipo IIdepende consideravelmente do tipo deindústria e de sua localização.
Ecologia IndustrialSistema Industrial
• Sistema Industrial – vem respondendo ao problema da poluiçãocom soluções que vão desde o simples controle dos efluentes –passando por Programas de Prevenção à Poluição, pelos conceitosde Produção Mais Limpa e Ecoeficiência.
Ecologia Industrial
Produção Limpa
Produção mais Limpa (P+L) – Ecoeficiência (EE)
Prevenção à Poluição (P2)
Reciclagem
Tratamento
Descarte
Pró-ativoReativo
SGA
Sustentabilidade
EficiênciaEXTERNOINTERNO
Metabolismo Industrial
Ecologia Industrial
Sistema – Definições e Conceitos
A
C
B
D
E
F
G
H
I J
Sistema � é uma entidade que mantém sua existência e funcionacomo um todo por meio da interação de suas partes.
• Tudo é um sistema em si mesmo esubsistemas de um sistema mais amplo.
• Um sistema é caracterizado por duas propriedades:1. Um sistema é formado de diversas partes.
� Pode ser subdividido em subsistemas.� Age como uma única entidade.
2. Devido à interação entre os componentes, osistema é mais do que a soma destescomponentes, já que novas propriedadespodem emergir das interações entre oscomponentes.
A B C D E F G H I J
Sistema
Relações
Todo
Partes
O’ Connor, Joseph (2007) – Além da Lógica: utilizando sistemas para a criatividade e a resolução de problemas, Joseph O’Connor e Ian McDermott – São Paulo, Editora Summus.
Propriedades Emergentes
Ecologia IndustrialMetabolismo Industrial
• Metabolismo ���� pode ser definido como os processos físicos e químicos internosque ocorrem em um organismo para a manutenção da vida.
– É um conjunto de reações químicas que ocorrem no organismo afim de que esse gasteenergia.
• Processos Metabólicos, podem ser divididos em duas categorias:– Anabolismo (síntese): reações que criam moléculas complexas a partir de moléculas
simples.– Catabolismo (degradação): reações que decompõe as moléculas complexas criadas no
anabolismo para produzir energia.
• Organismo, como um subsistema natural: A. consome materiais ricos em energiae de baixa entropia (alimento) para sua manutenção e para desempenhar funções,como crescimento, movimento e reprodução. O anabolismo trabalha superando aatividade do catabolismo o organismo ganha peso. B. ocorre inversamente a perdade peso quando o catabolismo supera as atividades do anabolismo. Os organismosexcretam resíduos que consistem de material degradado de alta entropia.
• O organismo, um subsistema natural e aberto.– O metabolismo interno de um organismo depende de fatores além do próprio organismo,
como o ambiente externo, que inclui outros organismos. Assim como as condições físico-químicas do ambiente que circunda o organismo e regulam, direta ou indiretamente, ometabolismo.
27.Mar.10 – http://www.brasilescola.com/biologia/o-metabolismo.htm
Animal
Homem
Ecologia IndustrialMetabolismo Industrial
Metabolismo Industrial: consiste em processosfísicos e químicos que convertem matérias-primas eenergia em produtos e resíduos, e tratam dos fluxosde matéria e energia presentes no sistemaindustrial.
Ecossistema
Princípios da Economia: levam ossistemas industriais a um estado demáxima entropia.
• No qual materiais que sãoexplorados, atravessam o sistemaindustrial e são dissipados noambiente, de forma altamentedegradada e de pouco ou nenhum usopara o próprio sistema industrial.
Sistema Industrial
Resíduos, efluentes,...
Sistema Natural
Ecologia IndustrialMetabolismo Industrial
• Sistema Natural x Presença Humana– Sistema industriais utilizando-se de uma metáfora, eles se caracterizam como
organismos, isto é são subsistemas que tratam dos fluxos de matéria e energiavisando otimizar os seus sistemas que devem ser projetados para operar deforma similar ao subsistema natural.
Consumidor RecicladorProdutormatéria
PlantasAnimal
Microorganismos(Algas e Fungos)
descarte
Matéria
Resíduos, efluentes,...
Sistema Industrial
Produtos
Reservas naturais
Matéria / Energia
descarte
nutrientes Sistema Natural
1. Organismo2. Reprodução3. População4. Proximidade produtor/reciclador5. Ciclo fechado de matéria6. Alto índice de reciclagem7. Regulado pela quantidade de reservas de material8. Concentração e reúso de resíduos9. Competição por recursos disponíveis10. Interage com o ambiente
1. Empresa2. Produção3. Parque industrial ou aglomerado4. Distância variável entre produtor e reciclador5. Ciclo aberto6. Reciclagem incipiente7. Regulado pela demanda de produto8. Dissipação de resíduos9. Competição por recursos disponíveis10. Modifica o ambiente
Ecologia IndustrialSistema Industrial
• Modelo produção-consumo-reciclagem– É útil para representar o sistema industrial, podendo ser usado como base para formular
modelos físico-químicos baseados nos princípios de conservação de massa.• No sistema industrial não há sentido em produzir e reciclar sem a participação do consumidor e, neste
caso, o fluxo dos produtores para os recicladores é pequeno ou inexistente.• Sistema industrial � é um subsistema do ecossistema.
Consumidor RecicladorProdutormatéria
PlantasAnimal
Microorganismos(Algas e Fungos)
descarte
Resíduos, efluentes,...
Sistema IndustrialProdutos
Matéria / Energia
descarte
nutrientes
MatériaReservas naturais
Ciclo das Atividades Industriais(Metáfora Ecológica)
• Os produtores – seriamrepresentados pelas atividadesprimárias de produção de energiae matéria-prima (extração decombustível, agricultura,...)• os consumidores – poderiamser representados por um sistemaindustrial.• os decompositores – pelasatividades de reciclagem ou detratamento de resíduos, efluentese emissões.
Ecologia IndustrialSistema Industrial
• Modelo produção-consumo-reciclagem– No sistema industrial a maior parte da matéria é transferida do produtor ao
ambiente e do consumidor ao ambiente e a reciclagem representa apenas umapequena fração dessa matéria, que caracteriza-o como um sistema aberto.
Consumidor RecicladorProdutormatéria
PlantasAnimal
Microorganismos(Algas e Fungos)
descarte
Matéria
Resíduos, efluentes,...
Sistema IndustrialProdutos
Reservas naturais
Matéria / Energia
descarte
Sistema Aberto
Sistema Fechado
nutrientes Sistema Natural
Ecologia IndustrialSistema Industrial
• Metabolismo Industrial– Segue os fluxos de matéria e energia, desde sua fonte inicial, através do sistema industrial,
ao consumidor e ao seu descarte final.– Visa balancear as quantidades de materiais e energia nos fluxos de entrada e saída do
sistema, de forma que o reservatório do ambiente permaneça o mais estável possível.
Sistema Natural(Ambiente)
descarte
Matéria-prima
Sistema IndustrialProdutos
Matéria / Energia
descarte
Resíduos, efluentes,...
Os materiais retirados dasreservas naturais sãochamados de matérias-primas, que são normalmenteuma combinação de materiaisdesejáveis e energia commateriais indesejáveis
Produtos intermediários
Tecnologia de Produção
Definições e Conceitos
Ecologia Industrial
Sistema Industrial
CONSUMIDOR
LOGÍSTICA
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
Ecologia IndustrialDefinições
Ecologia Industrial: se propõe a considerarque o sistema industrial não apenas interage com oambiente, mas que é parte dele e dele depende,formando uma rede de processos industriais maiselegante e com menos desperdício.
Ecossistema
A. Busca-se assim alcançar um padrão deindustrialização, que não seja só maiseficiente, mas também intrinsecamenteajustado às tolerâncias e ascaracterísticas do sistema natural.
B. O sistema industrial será planejado edeverá operar como um sistemabiológico dependente do sistema natural.
Ecologia IndustrialDefinições
Ecologia Industrial: O objeto de estudo é ainter-relação entre empresas, entre seus produtos eprocessos em escala local, regional e global e,consequentemente, os efeitos ambientais que estasempresas causam tanto nos componentes bióticos,como nos abióticos da ecosfera.
Sistema Industrial
CONSUMIDOR
LOGÍSTICA
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
fluxo de insumo virgem
Reciclagem interna
Fluxo matéria/energia
Resíduo = subproduto
CADEIA PRODUTIVA(Matéria) (Energia)
O subsistema industrial pode serdescrito como:
• Um conjunto de elementos (empresas,fábricas onde são produzidos bens comsuporte de serviços e informações);• Um conjunto interligado a outrosconjuntos pela transferência de material,serviços e informação;• Um conjunto que interage com oambiente físico e social em que estáinserido.
Ecologia IndustrialDefinições
Processo da Ecologia IndustrialProcesso Sistêmico � Modelo produção – consumo – reciclagem
Sistema Industrial
CONSUMIDOR
LOGÍSTICA
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
Resíduos, efluentes,...
• Na Ecologia Industrial, é essencial o estudo dos fluxos de materiale energia e das transformações destes fluxos em produtos,subprodutos e resíduos gerados durante sua passagem pelosubsistema industrial.– Os fluxos devem ser acompanhados desde sua fonte inicial,
atravessando o sistema industrial, sua utilização pelos consumidores,até seu descarte final, mostrando como as reservas são utilizadas emcada etapa do sistema.
• O aspecto mais crítico da EcologiaIndustrial é a necessidade decooperação entre empresas, pelatroca de material, energia e,principalmente, informação.
– Além da complexidade específica decada unidade, as interações entreunidades e a maior troca de material eenergia devem resultar em um efeitode cancelamento mútuo.
– Este será responsável pelo aumentoda estabilidade do agregado como umtodo e pela diminuição das oscilaçõesdo sistema com relação ao ambiente.
Ecologia IndustrialConclusões
Ecologia Industrial
Definições e Definições e Definições e Definições e ConceitosConceitosConceitosConceitos
Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiSDisciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010
Capítulo 3