Aula01-Introducao

Modulo #1.
Parte 2 (31)
Contabilidade Emergética
dos Sistemas
Contabilidade emergética dos sistemas
Já sabemos interpretar sistemas e desenhar seus
diagramas, agora vamos estudar sua contabilidade.
Para comparar coisas diferentes precisamos colocálas na mesma base. Várias metodologias podem ser
usadas. Entre elas, aquela que usa como conceito de
riqueza ou valor: a emergia solar equivalente (ou,
simplesmente, emergia).
“Emergia” se define como a energia total utilizada
para produzir um recurso da Biosfera.
Ao colocar todos os fluxos em emergia solar
podemos conhecer o custo energético integral dos
produtos e comparar processos.
Porque necessitamos da visão sistêmica?
Na economia convencional, o preço de um produto
se calcula somando as despesas com insumos e
serviços mais a margem de lucro desejada.
Preço = Custo dos insumos e serviços + Lucro
Este preço desconsidera custos importantes:
Custo das contribuições da natureza
Custo dos serviços ambientais perdidos
Custo das externalidades negativas
Custo de subornos, coerções e subsídios
O valor dos serviços ambientais residuais
Valor = Contribuição + Custo
+ Serviços
+ Lucro
da natureza dos insumos Adicionais
e serviços
(externalidades)
Insumos e serviços
Matérias-primas
agrícolas
Externalidades negativas
como serviços adicionais
Contribuições
ambientais
Produto
Processo
Energia gasta
(calor de baixa intensidade)
Resíduos
A metodologia emergética coloca todas as entradas
do sistema (energia, materiais, moeda, informação)
em termos de energia solar equivalente (emergia).
A metodologia leva em conta o princípio básico
que rege os sistemas abertos:
Os sistemas na natureza se auto-organizam para
aproveitar ao máximo a energia disponível através
da criação de estruturas unitárias auto-catalíticas e
da formação de redes que integram produtores e
consumidores em cadeias de transformação de
energia (hierarquias funcionais).
Definições:
1. Emergia é a energia potencial disponível (exergia)
que foi previamente utilizada, em forma direta ou
indireta, para produzir um produto ou serviço.
A emergia (exergia dissipada) fornece o valor
do trabalho realizado na produção de um
recurso, o que constitui seu valor.
2. A qualidade de um recurso é medida em
emergia por unidade (massa, energia, dinheiro,
informação, área, pessoa, país, biosfera).
3. A emergia por dólar indica a capacidade de
aquisição de riqueza de uma moeda. A serie
histórica deste indicador mostra a inflação.
4. A razão (emergia/dinheiro) varia com o tempo e
também entre países.
Ela permite converter
os fluxos de emergia
em fluxos de dólares
emergéticos
(emdólares).
E também converter
os serviços humanos
pagos em dólares
em fluxos de emergia.
=
=
Princípio Os fluxos de energia e materiais da Biosfera
constituem o potencial e o limite para o
básico:
desenvolvimento humano.
Princípio
básico:
A capacidade de suporte pode aumentar
temporariamente acima da capacidade
sustentável se o desenvolvimento se faz com
recursos não renováveis.
Considerando esses princípios, podemos dizer que
as políticas públicas terão sucesso se conseguem
aproveitar a emergia disponível em cada etapa do
sistema e prevêem os estágios futuros.
Cuidado! A emergia disponível varia com o tempo,
pode haver várias situações: abundância de
recursos sem condições de usá-los, crescimento
rápido, desaceleração devido ao esgotamento dos
recursos, estancamento, declínio, tempos de
grande escassez e tempos de recuperação.
Cada momento exige uma política diferente que
considere as etapas passadas e futuras do ciclo pois
há o risco de perder a resiliência (a capacidade de
recuperação do ecossistema ou da biosfera).
Além disso, as políticas públicas terão sucesso
• Se retribuem adequadamente o trabalho de
todos os componentes da cadeia energética;
• Se extraem os recursos naturais sem exceder
sua capacidade de reposição pela natureza e se
repõem os nutrientes extraídos para manter a
fertilidade natural e a produtividade;
• Se beneficiam a base natural, não somente o
setor humano. O trabalho da natureza deve ser
reconhecido, valorizado e reforçado.
Vejam as linhas de cor roxa no seguinte diagrama
Interação entre campo e cidade (Odum, 2007).
Combustíveis
e minerais
$
Biodiversidade
Natureza
Sol,
calor interno,
marés
$
Agricultura,
pecuária,
aqüicultura,
silvicultura
Extração,
beneficiamento e
transformação
$
$
$
Cidades
Informação
pública
Economia
da Terra
Energia degradada
Conceitos básicos da metodologia emergética
Se considerarmos que em tudo há energia, a
energia pode ser usada para avaliar a riqueza.
Para comparar diversos tipos de energia, temos
que colocá-las “na mesma base de medida”.
O conceito de emergia resolve esse problema ao
reconhecer a posição de cada energia na
hierarquia universal de energia e expressar isso
como intensidade energética.
Assim, se consegue a resposta a pergunta:
Um Joule desse tipo de energia equivale a
quantos Joules de energia solar?
A natureza e a humanidade são partes de uma
hierarquia universal de energia, estão imersos em
uma rede de transformação de energia, que une
os sistemas pequenos aos grandes sistemas, e
estes, à sistemas ainda maiores.
Para medir a qualidade (funcionalidade) de cada
tipo de energia deve-se avaliar o trabalho que foi
realizado na sua formação. Com essa informação
é possível calcular a eficiência ecossistêmica.
O valor inverso da eficiência ecossistêmica se
denomina transformidade, e indica a posição do
recurso na hierarquia universal de energia. A
transformidade mede a conversão de energia.
Cadeia alimentar da floresta (visão simples).
1000 000
1000 000
1000 000
1000 000
1000 000
Sol
Chuva
Produtores
10 000
9 000
Consumidores
Primários
10%
}
}
1 000
10%
}
10%
10%
}
1%
}
1000 000
}
0.1%
ConsumiConsumi100
10
dores
dores
Terciários
Secundários
1
990 000
Joules /ano
999 000
900
90
9
O valor energético da biomassa é diferente em cada estágio
da cadeia alimentar da floresta.
Joules que entram no sistema
seJ
Tr = ----------------------------------------------- = ------J
Joules da biomassa
em cada estágio
Hierarquia da transformação de energia:
sej/unidade de tempo
(a)
Fluxo de
9
energia solar: 6.10
6.109
Energia solar
(6.104 J/t)
6.109
500
6.109
100
500
Sol
0
1000
10
1000
(b)
20
15
600000
20
6.109
100
00
25
6
40
0
00
(c) Cadeia de emergia com
símbolos que indicam
unidades agregadas;
Agregados
:
(c)
6.109
Sol
6.107
6.106
6.105
9
Transformidade
solar, sej/J
(e)
Transferência de
energia, J/tempo
6.10 sej/tempo
(d)
6.107
6.106
(a) Ocupação do território
pelas unidades da rede
de energia;
(b) Rede de energia
incluindo transformação
e retroalimentação;
6.105
6.104
(d) Diagrama de barras
dos fluxos de energia
entre os diversos níveis
da cadeia trófica;
100000
10000
1
100
0
1
1000
2
3
4
(e) Gráfico dos valores das
transformidades.
materiais
energia
externa
recursos
renováveis
produtores
fotossíntese
consumidores
sustentáveis
cons. sus.
cons.
sus.
decompo
sitores
resíduos
Biosfera
energia disponível para a cadeia trófica
consumidor primário
consumidor secundário
consumidor terciário
autótrofos
(energia
fixada)
respiração
dos
autótrofos
decompositor
Cadeia trófica gerada pela energia captada na fotossíntese.
recursos
não renováveis
materiais
recursos
renováveis
energia
externa
produtores
fotossíntese
consumidor
humano 1
cons.
hum. 2
ch3
ch4
5
decompositores
resíduos
Biosfera
energia renovável
disponível para a
cadeia trófica
energia não renovável disponível para a cadeia trófica
consumidor terciário
consumidor
primário
consumidor
secundário
respiração
dos
autótrofos
1
2
1
2
decompositores
consumidor
adicional
consumidor
adicional
consumidor
adicional
3
autótrofos
(energia
fixada)
6
4
5
3
4
6
Cadeia trófica gerada pela energia captada dos energéticos fósseis.
Sol
A conversão de energia que se estabelece no oceano e a
transformidade como indicador da hierarquia energética.
CO2 e outros gases
calor dissipado
Energia
transformidade
do estrato
108
1
105
1000
104
10 000
103
100 000
102
1 000 000
peixes grandes
10
10 000 000
peixes muito
grandes
1
fitoplâncton
zooplâncton
peixes pequenos
peixes medianos
resíduos
sedimento oceânico
100 000 000
Diagrama de um sistema agroecológico completo:
Biodiversidade
regional
Atmos-fera
(N,P)
Rocha do
subsolo
Bens e
serviços
Chuva
$
Vento
Evapotranspiração
Sol
Energia não
incorporada
Investimento
inicial
Água
Pessoas,
moradias
Reservas
florestais e
pousio
Pessoas,
cultura
Mercado
externo
Solo
Biomassa
$
atividade
industrial
Agricultura
Tratamento
Resíduos
Energia degradada
Produto
para venda
Considerações sobre a elaboração do diagrama;
Os diagramas de energia devem mostrar os
elementos importantes para o funcionamento de
um sistema.
Os fluxos simples, ou de menor intensidade, se
colocam à esquerda, os fluxos de maior
intensidade e mais complexos, à direita.
A energia potencial disponível é transformada
para produzir energias diferentes, em quantidade
menor, esses novos recursos são aproveitados
nas etapas seguintes do sistema ou em outros
sistemas.
A auto-organização do sistema se consegue
pelos laços de retroalimentação que reforçam
o funcionamento das estruturas primárias (à
esquerda no diagrama), fornecendo energias
de maior qualidade vindas dos elementos no
topo da cadeia trófica (à direita no diagrama)
e buscam o aumento da captação de energia.
As energias de tipo diferente diferem em sua
capacidade de fornecer trabalho útil.
Este enunciado se explica a seguir:
Cadeia energética que inclui uma usina termoelétrica.
Nestes cálculos a contribuição dos materiais e
serviços da economia humana foi
desconsiderada.
M+S
10 000 000
Joules solares
R
M+S
5 000 Joules
de biomassa
Produção de
matéria
orgânica nos
ecossistemas
33 Joules de
125 Joules
eletricidade
de carvão
Extração,
Uso da energia
Produção
transporte e
electrica para
geológica
conversão do
produzir trabalho
de carvão
carvão na
termo-elétrica
1 Joule
de
trabalho
humano
Biomassa
Eletricidade
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 2000 -----5 000 Joules
J
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 300 000 -----33 Joules
J
Carvão
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 80 000 -----125 Joules
J
Trabalho humano
10 000 000 Joules
seJ
Tr = ---------------------------- = 10 000 000 -----1 Joule
J
M+S
10 000 000
Joules solares
R
M+S
5 000 Joules
de biomassa
Produção de
matéria
orgânica nos
ecossistemas
33 Joules de
125 Joules
eletricidade
de carvão
Extração,
Uso da energia
Produção
transporte e
electrica para
geológica
conversão do
produzir trabalho
de carvão
carvão na
termo-elétrica
1 Joule
de
trabalho
humano
Comparação de tipos de energia:
1 Joule de matéria orgânica = 2000 Joules de energia solar;
1 Joule de carvão = 80000 Joules solares;
1 Joule de eletricidade = 300000 Joules solares
1 J de trabalho humano = 10 x 106 de Joules solares.
Um Joule difere em sua capacidade de fornecer trabalho útil
dependendo do tipo de energia desse joule.
A funcionalidade da energia depende de sua transformidade,
assim como sua posição na jerarquia de energia da Biosfera.
Quanto maior o espaço-tempo necessário para
a produção de um recurso, maior a qualidade da
energia produzida.
Há menos energia, porém mais emergia por
unidade, nas coisas que exigem mais etapas nas
cadeias de transformação.
A metodologia emergética usa como unidade a
energia solar equivalente (emergia solar).
Para não confundir a energia (exergia) que existe
em um produto (Joules) com a exergia total
empregada para fazê-lo (emergia), se especifica
que as unidades da emergia são emjoules solares
(sej).
A “transformidade” é uma medida da eficiência,
da conversão de emergia em exergia:
Emergia que entra no sistema
 transformi dade
Exergia do recurso produzido
A transformidade da chuva é 1,53 x 108 joules de
energia solar por quilograma de água.
O petróleo tem uma transformidade de 110000
joules de energia solar por Joule de petróleo.
Conhecida a transformidade de um recurso é
possível calcular a emergia solar equivalente.
Exergia  transformi dade  Emergia
Transformidades dos recursos da biosfera
Transformidade = Energia incorporada / Energia do recurso
seJ/J
formação de espécies biológicas
15
10
1014
1013
1012
1011
1010
109
108
107
106
105
104
103
102
101
100
sistemas geológicos globais
conhecimento e informação da sociedade
atividades humanas industriais
conhecimento digital
produtos metálicos
atividades humanas simples
animais aquaticos
animais terrestres
produção
agroindustrial
água
chuva
plantas
vento
produtos eletrônica
produtos químicos
fertilizantes
minerais sedmentares
evaporitos
derivados do petróleo
rochas
energia fóssil
matéria orgânica simples
Sol
Usamos transformidades solares:
emergia solar por unidade de energia
[emjoules solares por Joule ou (sej/J)].
Cálculo da relação [emergia utilizada/dinheiro circulante]
Emdolar = [emergia/dinheiro]
Minerais do
ar e do solo
Emergia=soma de exergia
Minerais
Recursos naturais
e serviços ambientais
de ecossistemas de
outros países
Energias
renováveis
diretas
Energéticos
fósseis
Bens e
serviços da
economia
externa
Investimentos e
créditos
Estoques
renováveis
Ecossistemas
naturais
Minerais e
energéticos
fósseis
PIB
$
Produtos e serviços
Emissões e resíduos
Economia
Agricultura
País
Matérias-primas
Minerais
Serviços ambientais
Como as pessoas têm dificuldades de lidar com
números grandes (como os valores em emergia
solar) se recomenda o uso do emdólar.
O valor do emdólar se obtêm ao fazer a análise
emergética da economia local.
Emdolar do país nesse ano = [emergia/dinheiro].
Essa taxa varia com o tempo e o perfil da
economia da região.
Essa informação nos permite converter o valor
de um fluxo de emergia em fluxo de emdólares
(e vice-versa).
Fluxo de emdolares = dinheiro/(emergia/USD)
Minerais
Minerais do
ar e do solo
Recursos naturais
e serviços ambientais
globais
Energéticos
fósseis
Estoques
renováveis
Ecossistemas
naturais
Energias
renováveis
diretas
Agricultura
PIB
$
Economias
periféricas e
centrais
Biosfera
A relação emergia/dinheiro da Biosfera foi avaliada em
3.4 x 1012 seJ/dólar (Odum, 1996) .
No início da década dos anos 90, 70% da riqueza global
vinha de recursos não renováveis e apenas 30% de energias
renováveis (Brown e Ulgiati, 1994).
Pequena pausa
Continuaremos em breve.