UNICAMP - Enrique Ortega
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Sustentabilidade das diversas formas de produção de biocombustíveis. Enrique Ortega (Fac. Engenharia de Alimentos) Miguel Bacic (Instituto de Economia) Unicamp, Campinas, SP Congonhas, SP, 11 de maio de 2009 A metodologia emergética faz o calculo do valor biofísico dos recursos da natureza e dos produtos da atividade humana. H. T. Odum esquematizou o procedimento de cálculo. Ele diz que o valor biofísico é o valor real das coisas e considera que esse conhecimento é necessário para compreender o funcionamento da biosfera, dos ecossistemas e da economia humana. A metodologia emergética propõe o uso da energia solar equivalente como medida do valor biofísico dos recursos da terra, sejam estes os fluxos externos que entram na biosfera, os estoques geológicos e biológicos, fluxos de materiais nos ciclos biogeoquímicos e dos fluxos resultantes da intervenção humana. De acordo com Odum, o valor econômico e o emergético, geralmente não coincidem, o preço no mercado costuma ser inferior. O presente trabalho procura explicar, passo a passo, a abordagem emergética usando como exemplo a produção de biocombustíveis. 1. Introdução. Sobre o conceito e a medição do valor na Economia, existem duas linhas de pensamento principais, a teoria Marginalista e a teoria Marxista, as quais são antagônicas. A proposta teórica de Howard Thomas Odum (1924-2002) se enquadra dentro da teoria do valor-trabalho de Adam Smith, David Ricardo e Karl Marx e a amplia o conceito, pois considera o valor do trabalho humano acrescido do trabalho da natureza na formação do valor de um recurso. Odum define esse valor-trabalho integral como a emergia do recurso. A emergia se expressa em Joules de energia solar equivalente (seJ) por unidade de produto (kg, J, etc.). O valor da emergia é valido quando a medição considera todas as entradas y saídas dos sistemas envolvidos na produção. Outra condição necessária é que as demais saídas não devem conter energia com potencial de impacto ambiental e social (externalidades negativas), ele deve ser absorvido ou resolvido dentro do sistema. 2. Justificativa. A compreensão da metodologia emergética exige abertura, tempo e dedicação para conhecer novas idéias e marcos de interpretação dos fenômenos que envolvem a atividade humana. Mas o esforço vale a pena, pois os conhecimentos sistêmicos permitem entender como funciona a biosfera, os ecossistemas naturais, os ecossistemas antrópicos e a evolução histórica da economia humana. Consegue-se compreender mais claramente os temas que desafiam a análise econômica: 1. As bases sustentabilidade ecológica; 2. A capacidade de suporte; 3. A resiliência das distintas regiões da Terra; 4. O consumo energético do estilos de vida; 5. O saldo energético das fontes de energia (renováveis e não renováveis); 6. A área de absorção de impacto pelo uso de energia não renovável, etc. 3. Objetivo Esta apresentação visa introduzir aos conceitos mais importantes da abordagem emergética e ilustrar com o exemplo da produção de biocombustíveis. 4. Materiais e métodos Será feita uma exposição seqüencial do raciocínio de forma similar a utilizada nos manuais de introdução a Física, a Biologia, a Economia e da Ecologia de Sistemas. Estudaremos então as análises de: 1. Um processo físico, 2. Um processo biológico, 3. Um processo econômico simples, 4. Um processo econômico mais complexo, 5. Um processo econômico em um ecossistema, 6. Um processo econômico dentro da biosfera 4.1. Análise de um processo físico Energia Materia Interação entre forças e materiais Produto da interação Energia degradada A matéria é modificada por ação da força aplicada e desse trabalho surge um recurso com novos potenciais e também se dissipa calor. Processo físico Energia Interação entre forças e materiais Materia Produto da interação Energia degradada Como a matéria pode ser expressa em termos de energia, teríamos a equação seguinte: Energia nas condiçoes iniciais + Energia aplicada = Energia nas condições finais + Nesta representação não se diz de onde vem as energias, nem como elas são geradas. Energia dissipada 4.2. Análise de um processo biológico simples Energia Laço de retroalimentação Produto da interação Materia Interação entre forças e materiais Produto bruto Produto líquido Energia degradada O diagrama mostra que a produção bruta forma um estoque e que uma parte dele é aproveitado na retroalimentação reduzindo a quantidade de produto que sai do sistema (energia líquida). Processo biológico simples Energia Laço de retroalimentação Produto da interação Materia Interação entre forças e materiais Produto bruto Produto líquido Energia degradada Este modelo é auto-catalítico, ele é capaz de aumentar a entrada de energia disponível em função da suas estruturas internas (estoque) que também lhe impõem um limite. Para aproveitar da melhor forma possível a energia externa e os recursos materiais (externos e internos) disponíveis, as unidades auto-organizadas de produção de biomassa vegetal e biomassa animal formam redes de produtores e consumidores. Reciclagem e laços de controle Materiais da biosfera incorporados (com energia disponível) Energia externa de fontes renováveis Biomassa animal Biomassa vegetal Plantas e algas Energia útil e laços de controle Consumidores e decompoitores Albedo Energia e matéria dispersada Para subsistir, as redes de organismos biológicos desenvolvem laços duplos de energia, materiais e informação (para cima e para baixo da cadeia trófica). A sobrevivência do sistema depende da qualidade das interações que seus componentes desenvolvem. Os consumidores não podem destruir a base que os sustenta (os produtores biológicos) senão o sistema colapsa. Na cadeia trófica ilustrada se mostra a origem dos recursos que sustentam o ciclo de produçãorespiração (o metabolismo) do ecossistema, geralmente a produção é um processo lento e o consumo se realiza em forma de pulso rápido. 4.3. Análise de um processo econômico simples Consumo interno Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Produtor humano individual Transporte Produto para intercâmbio Consumo interno Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Transporte Produto para intercâmbio Produtor humano individual Exemplo do produtor individual que produz para se manter (auto-subsistência) e destina parte de sua produção para intercambiar com os produtores individuais que produzem outros produtos. Não se analisa como ele produz, a origem dos recursos que utiliza nem se fala da sua relação com a natureza. 4.4. Análise de um processo econômico um pouco mais complexo Produto adquirido Energia colocada na negociação Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Produto produzido Produto no mercado Produtor humano individual Troca Produto adquirido Energia colocada na negociação Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Produtor humano individual Produto produzido Produto no mercado Mercado regional Produto adquirido Energia colocada na negociação Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Produto produzido Produto no mercado Produtor humano individual Troca Produto adquirido Energia colocada na negociação Ser humano Trabalho humano Recurso produzido Subsistema produtivo Produtor humano individual Produto produzido Produto no mercado Mercado regional O diagrama mostra o intercâmbio de recursos entre dois ou mais produtores que levam seus produtos ao mercado. Existe a possibilidade de escambo e pode ser justo, pois há um contato direto dos produtores no mercado e podem negociar com maior igualdade. 4.5. Relação entre campo e cidade usando moeda Produtos comprados Seres humanos Trabalho humano $ $ moeda moeda Pressão Energia dispensada na negociação Trocas Recursos produzidos Trabalho humano Ser humano Produtos da economia urbana Subsistema de consumo Subsistema produtivo Produtores rurais individuais Pressão Produtos vendidos Consumidores humanos organizados em cidades Utiliza-se a moeda para facilitar as trocas entre produtores rurais e consumidores urbanos. Produtos comprados Seres humanos Trabalho humano $ $ moeda moeda Pressão Energia dispensada na negociação Trocas Recursos produzidos Trabalho humano Ser humano Produtos da economia urbana Subsistema de consumo Subsistema produtivo Produtores rurais individuais Pressão Produtos vendidos Consumidores humanos organizados em cidades O fluxo monetário ocorre em sentido inverso ao fluxo das mercadorias. Quando o sistema econômico cresce relações de troca podem ser tornar injustas, pois a força de pressão dos diversos agrupamentos humanos é diferente. Produtos comprados Seres humanos Trabalho humano $ $ moeda moeda Pressão Energia dispensada na negociação Trocas Recursos produzidos Trabalho humano Ser humano Produtos da economia urbana Subsistema de consumo Subsistema produtivo Produtores rurais individuais Pressão Produtos vendidos Consumidores humanos organizados em cidades Geralmente ocorre uma transferência da riqueza do produtor individual rural para o agrupamento humano urbano. Produtos vendidos $ Trocas moeda Recursos adquiridos Pressão Distribuição do ingresso Trocas Produtos comprados Governo da organização social urbana Produtos da economia urbana Produtos e serviços Trabalho humano Grupo humano Grupo humano Grupo humano Economia urbana Dentro da cidade a distribuição da riqueza também pode ser desigual e se concentra no topo da cadeia de transformação de energia. 4.6. Análise do funcionamento de um ecossistema processos geológicos Chuva ção a r o evap Vento tra ns p Regulação da temperatura ira ção biomassa matéria orgânica do solo Animais mi gra ção Nitrogênio e minerais mobilizados Dióxido de carbono, óxidos escoamento ácidos, metais superficial Regulação da pesados composição da atmosfera Solo Água produção primária líquida escoamento superficial com sedimentos e humus Fauna e população humana formação geológica Sol Água infiltrada vegetação produção primária bruta Produtos do sistema infiltração percolação Água percolada Os ecossistemas evoluíram pouco a pouco e conseguiram o maior aproveitamento possível dos recursos disponíveis e estão integrados a o sistema maior do planeta: a biosfera. Constituem o modelo que de maior eficiência e sua sustentabilidade. O homem quando altera um ecossistema diminui sua diversidade e eficiência, mas pode enriquecer o sistema: através da sua cultura. Existem duas restrições no uso de um espaço de vegetação nativa: não ir além da capacidade de suporte crítica e evitar que o sistema perda sua resiliência (sua capacidade de recuperação). Nem sempre se procede assim. 4.7. Análise de um processo econômico em uma região Nitrogenio atmosférico Minerais do solo mobilizados pela micro-biota Combustíveis Bens da economia Serviços Pessoas Cursos de água com sedimentos e húmus Serviços ambientais Ecossistemas naturais Recursos renováveis Agricultura Infraestrutura Indústria e comercio Governo Pessoas Produtos $ Espaços verdes Resíduos Cidade Área de suporte Resíduos A cidade se beneficia dos serviços e materiais que se produzem na região. Deve-se planejar considerando a capacidade de carga crítica e a resiliência. As áreas de mata nativa e brejos podem absorver os impactos ambientais. 4.8. Análise do processo econômico dentro da biosfera Materiais renováveis que entram no sistema O2, N, P do ar e minerais solubilizados do solo Materiais que saem do sistema Nutrientes disponíveis Energia difusa que movimenta o ciclo material Energia e materiais de alta concentração Energia fóssil que movimentam Minerais o ciclo material N2O, CH4, SOx CO2 Calor Cidades com industria e comercio O2 Biomassa vegetal Energias renováveis Capacidade de fotossíntese aumentada pela adição de fertilizantes químicos Reservas fósseis de C Consumidor de recursos não renováveis Resíduos tóxicos Decompositores Energia degradada que sai do sistema Processos Geológicos Materiais da terra Minerais Gases Água Calotas polares Vulcões CaCO3 Nuvens Oceanos Geleiras Silicatos Superfície terrestre Processos Biológicos Energia Interna Produtos químicos biológicos Biodiversidade Biomassa Estoques de carbono Superfície terrestre Energia Solar Energia Gravitacional Corpos com vida Conhecimento Espécie humana Superfície terrestre Processos Históricos Processo de desenvolvimento Trabalhadores assalariados Formação de classes sociais Trabalho humano Co2, CH4, ácidos, metais pesados Produto Sistema produtivo Capitalistas Infraestrutura produtiva Agri. Pec. Cidades Silv. comércio Superfície terrestre Ideologia e Organização Sistema de consumo Floresta SAF Superfície terrestre Atividade Econômica Atual CO2 sequestrado Este diagrama vincula as atividades do presente com o trabalho da natureza e da humanidade realizado em outros tempos. Temos os vínculos com o trabalho geológico das primeiras Eras, com o trabalho biológico dos ecossistemas que levou centenas ou milhares de milhões de anos para gerar os componentes (biodiversidade) e os arranjos funcionais da biosfera e o trabalho social (mais recente) que levou a formação dos modelos de organização da produção e consumo das distintas culturas humanas. Esses estoques geológicos e biológicos imemoriais e os estoques culturais formados na historia recente geram fluxos importantes cujo valor emergético pode ser calculado. Esses fluxos, muitas vezes ignorados, permitiram as atividades humanas no planeta e no futuro as limitaram. Agora sim, sabemos de onde vêm os recursos que usamos, quanto tempo leva sua formação e os processos que exigem, qual a sua renovabilidade (sustentabilidade energética), qual o saldo energético que elas oferecem. 4.9. Sistema de produção de biocombustíveis convencional Déficit de serviços Escoamento ambientais superficial de água Chuva Processos geológicos Combustíveis Bens econômicos Serviços Mata água nativa reduzida Vento Sol $ Bens Solos atividades agrícolas Populaçao ausente excluída Erosão biológica e do solo transporte, processamento Transferência de recursos ao exterior $ $ Trabalho escravo Processamento Biocombustível Resíduos Resíduos, emissões, efluentes Poluição Déficit de serviços Escoamento ambientais superficial de água Chuva Processos geológicos Combustíveis Bens econômicos Serviços Mata água nativa reduzida Vento Sol $ Bens Solos atividades agrícolas Populaçao ausente excluída Erosão biológica e do solo transporte, processamento Transferência de recursos ao exterior $ $ Trabalho escravo Processamento Biocombustível Resíduos Resíduos, emissões, efluentes Poluição É um modelo que degrada o meio e reduz os serviços ambientais, causa erosão social e ambiental, concentra a propriedade e o poder, transfere os benefícios fora da região, gera emprego rural de péssima qualidade, depende de recursos do petróleo (70%), tem saldo de gases de efeito estufa prejudicial e é planejado externamente. É possível produzir biocombustíveis de outra forma? Tabela 1. Escalas e modelos sócio-políticos. Modalidade de organização Área (ha) e toneladas de cana dia (TCD) Litros etanol /dia e MegaWt/ano de eletricidade 40 000 ha 5000 TCD 5 000 000 l/dia – ~730 000 MW/ano 4 000 ha 500 TCD 500 000 l/dia 73 000 MW/ano Assentamentos rurais grandes 400 ha 50 TCD 50 000 l/dia - Assentamentos rurais médios 40 ha 5 TCD 5 000 l/dia - Assentamentos rurais pequenos 2- 4 ha 0,5 TCD 250-500 l/dia - Modelo altamente concentrador Modelo com ajustes sócio-ambientais Tabela 2. Escalas e modelos tecnológicos. Lavoura Outras características Monocultura extensiva e agroquímica. Terreno plano, mecanização. Modelo com ajustes sócioambientais Monocultura orgânica e produção pecuária Terreno plano, mecanização. Cooperativas (dezenas, ou milhares de associados). Assentamentos rurais. Policultura ecológica Terreno ondulado, sem mecanização. Modalidade de organização Modelo concentrador Tabela 3. Estimativa dos benefícios e custos sócio-ambientais. Efeito medido Geração e manutenção de emprego rural, um emprego cada 10 ha (salário mínimo) versus um posto de trabalho cada 300 ha (dois salários). Modelo ecológic o US$/ha/a Modelo agroquími co US$/ha/a 180,00 12,00 Problemas sociais na periferia das cidades: infra-estrutura e serviços públicos para migrantes, desemprego, narcotráfico, criminalidade, etc. 0 -30,00 Geração e manutenção de solo. 0 -13,60 Assoreamento. 0 -83,00 Manutenção da cobertura vegetal e da biodiversidade. 0 -4,00 -10 -60,00 Geração de mudanças climáticas: dióxido de carbono, óxido nitroso e metano. Infiltração de água pela floresta preservada e filtração da água pela drenagem dos brejos Preservação da qualidade da água dos rios. 180,00 22,50 0 -39,70 3,7 0 Destruição do ecossistema (floresta, cerrado): custos de reposição da cobertura vegetal e da biodiversidade. 0 -98,38 Problemas de saúde provocados pelos agrotóxicos. 0 -0,20 Totais 353,70 -303,38 Diferença a favor 657,00 Problemas de poluição hídrica. Preservação da qualidade de vida no meio rural e da paisagem (valor estético). Tabela 3b. Estimativa das forças sociais, políticas e militares. Preservação da soberania nacional ? 0 Destruição das estruturas sociais e dos recursos biológicos, em escala local e nacional. 0 -300,00 Diferença a favor 957,00 Tabela 4. Estimativa de serviços sócio-ambientais e externalidades por modelo político. Serviços Modalidade de ambientais organização social dólares/ha/a Modelo concentrador Modelo com ajuste sócio-ambiental Assentamentos rurais pequenos Assentamentos rurais grandes ExternaSaldo lidades US$/ha negativas dólares/ha/a 25 -360 -335 50 -180 -130 100 -50 +50 200 -10 +190 Os valores do saldo de ganhos e perdas ambientais da Tabela 4 deveriam ser considerados no cálculo da rentabilidade dos sistemas de produção de etanol. Os produtores deveriam arcar com os prejuízos ambientais e sociais que geram e receber os benefícios dos serviços ambientais que oferecem ao sistema econômico regional e global. 4.10. Sistema de produção de alimentos, energia e serviços (SIPAES) Bezerros magros Formicida Materiais, energia Serviços Mão-deobra Minerais do solo Nitrogênio atmosférico Água, solo, biodiversidade, micro-clima Produtos e serviços do bosque nativo Vegetação nativa Consumo interno Produtos da horta e do pomar Pessoas Parcela individual Sol, vento, chuva Vinhoto Gado gordo em pé Pastos, grãos, arbustos Gado Cinzas Postes Eucalipto Cana-deaçúcar Micro-usina de álcool, agroindústria local e regional. Álcool 94% Esterco 5. Resultados: Comparação dos indicadores emergéticos de usinas de álcool. Fórmulas Índice Tr (seJ/J) Y/E %R* 100 x ((R+MR+SR)/Y) EYR Grande usina (30 000 ha) Micro usina (30 ha) 48 700 74 000 35 76 Y/(MN+SN) 1,57 6,31 EIR (MN+SN)/(R+MR+SR+N) 1,39 0,37 ELR* (N+MN+SN)/(R+MR+SR) 1,82 0,29 EER Y produto / Y dinheiro venda 0,68 (3,11) 6. Discussão Os resultados da análise da micro-destilaria ainda estão em fase de revisão. Mesmo assim, os resultados preliminares indicam que a renovabilidade da micro-destilaria (na verdade do sistema integrado de produção em escala pequena) é muito maior do que o valor da renovabilidade obtido na usina de grande escala. O sistema que combina sistema agrosilvopastoril e microdestilaria de etanol ganha em quase todos os indicadores da análise emergética: maior saldo energético, menor taxa de investimento, menor carga ambiental. Somente perde na taxa de intercâmbio emergético, porém esse valor ainda está sendo revisado. Os resultados da análise econômica estão sendo revisados, mas se mostram promissores. 7. Conclusões a) Estudar a fundo a opção das microdestilarias integradas a sistemas agrosilvopastoris para produzir etanol, alimentos e serviços ambientais com trabalho humano de boa qualidade (SIPAES). b) Apoiar os empreendimentos desse tipo que estão sendo implantados em diversas regiões do país. c) Analisar os resultados sociais, ambientais econômicos obtidos e a partir deles imaginar cientificamente os cenários futuros possíveis nos espaços geográficos onde essa modalidade de produção fosse implementada d) Finalmente discutir e propor programas de governo cujo objetivo fosse o emprego de boa qualidade, a produção dos alimentos, da energia e os serviços ambientais necessários para as distintas regiões do país e para atender mercados locais, regionais e externos. 8. Referências bibliográficas Bacic, M., Carpinteiro, J., Costa Lopes, C., Ortega, E., 1988. Proposta para o estudo de um novo modelo de empresa agroindustrial. Trabalho apresentado no II Encontro Brasileiro de Energia para o Meio Rural, UNICAMP. Odum, H.T., 1996. Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making. Wiley, New York, NY, USA, 370 pp. Odum, H.T., Odum, E.C., 2001. A prosperous way down: principles and polices. Boulder, University Press of Colorado, 326 pp. Ortega, E.; Cavalett, O.; Bonifacio, R.; Watanabe, M. Brazilian soybean production: Emergy analysis with an expanded scope. Bulletin of Science, Technology and Society., Toronto, Canada, v. 25, n. 4, p. 323-334, 2005. Ortega, E., Zanghetin, M., Takahashi, F. Cartilhas do LEIA. Modulo #1. Como funciona a natureza? Conceitos básicos sobre a biosfera, os ecossistemas e a economia humana. Laboratório de Engenharia Ecológica da Unicamp. Convênio PRO-EXT/MEC- Unicamp. Campinas, SP, outubro de 2008. Primeira revisão: maio de 2009. http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/modulo1.pdf
