Post on 21-Apr-2015
Modulo #1. Parte 2 (31)
Contabilidade Emergética dos Sistemas
Já sabemos interpretar sistemas e desenhar seus diagramas, agora vamos estudar sua contabilidade.
Contabilidade emergética dos sistemas
Para comparar coisas diferentes precisamos colocá-las na mesma base. Várias metodologias podem ser usadas. Entre elas, aquela que usa como conceito de riqueza (ou valor real): 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.
Na economia convencional, o preço de um produto se calcula somando as despesas com insumos e serviços mais a margem de lucro desejada.
Porque necessitamos da visão sistêmica?
Preço = Custo dos insumos e serviços + Lucro
Este preço desconsidera custos importantes:
Custo das contribuições da natureza
Custo dos serviços ambientais perdidos
Custo de subornos, coerções e subsídios
Custo das externalidades negativas
O valor dos serviços ambientais residuais
Valor = Contribuição + Custo + Serviços + Lucro da natureza dos insumos Adicionais e serviços (externalidades)
Contribuições ambientais Resíduos
Energia gasta (calor de baixa intensidade)
Processo
Matérias-primas agrícolas
Insumos e serviços
Produto
Externalidades negativas como
serviços adicionais
A metodologia emergética coloca todas as entradas do sistema (energia, materiais, moeda, informação) em termos de energia solar equivalente (emergia).
Os sistemas na natureza se organizam para aproveitar ao máximo a energia disponível através da criação de estruturas auto catalíticas e da formação de redes que integram produtores e consumidores em cadeias de transformação de energia e que constituem hierarquias funcionais.
A metodologia leva em conta o princípio básico que rege os sistemas abertos:
Definições:
2. A qualidade de um recurso é medida em emergia por unidade (de massa, energia, dinheiro, informação, pessoa, área, país, biosfera).
1. Emergia é a energia potencial disponível (exergia) que foi utilizada previamente, 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.
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) de um país varia com o tempo. Cada país tem uma variação diferente.
=
Esta razão 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.
=
Os fluxos de energia e materiais da Biosfera constituem o potencial e o limite para o desenvolvimento humano.
Princípio básico:
A capacidade de suporte pode aumentar, temporariamente, acima da capacidade sustentável usando recursos não renováveis.
Princípio básico:
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.
Assim sendo, as políticas públicas terão sucesso se conseguem aproveitar a emergia disponível em cada etapa da vida do sistema e se adaptar aos novos estágios.
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 extraem os recursos naturais sem exceder a 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.
• Se retribuem adequadamente o trabalho de todos os componentes da cadeia energética;
Vejam as linhas de cor roxa no seguinte diagrama
Interação entre campo e cidade (Odum, 2007).
Sol, calor interno,
marés
CombustÍveis e minerais
Cidades Agricultura, pecuária, aqüicultura, silvicultura
Extração, beneficiamento e transformação
Biodiversidade
Energia degradada
Economia da Terra
Natureza
Informação pública
$
$
$
$
$
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 de um certo tipo de energia equivale a quantos Joules de energia solar?
Existe uma hierarquia de energia operando na natureza e no universo, estamos 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).
A energia da biomassa é diferente em cada estágio da cadeia.
Tr = ----------------------------------------------- = -------Joules da biomassa em cada estágio
Joules que entram no sistema seJ
J
Hierarquia da transformação de energia:
(a)
Fluxo de energia solar: 6.109 6.1096.1096.109 6.109
sej/unidade de tempo
Sol
Energia solar (6.104 J/t)
600000
500
500
1000
1000
(b) 1000
2000250
100
150
100
6
40
20
Sol
(c)
6.109 6.107 6.106 6.105
6.109 sej/tempo
6.107
6.106
6.1046.105
(d)
0 1 2 3 4
100000
10000
10001001
(e)
Tra
nsf
erê
nci
a d
e e
nerg
ia,
J/te
mp
oT
ran
sfo
rmid
ade
so
lar,
se
j/J
Agregados:
(a) Ocupação do território pelas unidades da rede de energia;
(b) Rede de energia incluindo transformação e retroalimentação;
(c) Cadeia de emergia com símbolos que indicam unidades agregadas;
(d) Diagrama de barras dos fluxos de energia entre os diversos níveis da cadeia trófica;
(e) Gráfico dos valores das transformidades.
Cadeia trófica gerada pela energia captada na fotossíntese.
energia externa
recursos renováveis
produtores fotossíntese
Biosfera
cons. sus.
consumidores sustentáveis
cons. sus.
decompositores
resíduos
materiais
respiração dos
autótrofos
autótrofos(energia fixada)
energia disponível para a cadeia trófica
consumidor primário
consumidor secundário
consumidor terciário
decompositor
Cadeia trófica gerada pela energia captada dos energéticos fósseis.
recursos renováveis
produtores fotossíntese
Biosfera
cons. hum. 2consumidor
humano 1ch3
decom-positores
materiais recursos não renováveis
ch4 5 6
resíduos
energia externa
1
respiração dos
autótrofos
autótrofos(energia fixada) 32
energia renovável disponível para a cadeia trófica
consumidor primário
consumidor secundário
consumidor terciário
decom-positores
4
3
energia não renovável disponível para a cadeia trófica
consumidor adicional
421
consumidor adicional
consumidor adicional
5
6
A conversão de energia que se estabelece no oceano e a transformidade como indicador da hierarquia energética.Sol
Energia do estrato
transformidade
fitoplâncton
zooplâncton
peixes pequenos
peixes medianos
peixes grandes
peixes muito grandesresíduos
sedimento oceânico
calor dissipado
CO2 e outros gases
108
105
104
103
102
10
1
1
1000
10 000
100 000
1 000 000
10 000 000
100 000 000
Diagrama de um sistema agroecológico completo:
Os diagramas de energia devem mostrar os elementos importantes para o funcionamento de um sistema.
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.
Os fluxos simples, ou de menor intensidade, se colocam à esquerda, os fluxos de maior intensidade e mais complexos, à direita.
Considerações sobre a elaboração do diagrama;
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.
Produção de matéria
orgânica nos ecossistemas
R
M + S
10 000 000 Joules solares
Produção geológica de carvão
Extração, transporte e
conversão do carvão na
termo-elétrica
Uso da energia electrica para
produzir trabalho
M + S
5 000 Joules de biomassa
125 Joules de carvão
33 Joules de eletricidade
1 Joule de trabalho humano
Nestes cálculos a contribuição dos materiais e serviços da economia humana foi desconsiderada.
Tr = ---------------------------- = 2000 ------5 000 Joules
10 000 000 Joules seJ
J
Biomassa
33 Joules
10 000 000 Joules seJ
JTr = ---------------------------- = 300 000 ------
Eletricidade
125 Joules
10 000 000 Joules seJ
JTr = ---------------------------- = 80 000 ------
Carvão
1 Joule
10 000 000 Joules seJ
JTr = ---------------------------- = 10 000 000 ------
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 solares1 J de trabalho humano = 10 x 106 de Joules solares.
Produção de matéria
orgânica nos ecossistemas
R
M + S
10 000 000 Joules solares
Produção geológica de carvão
Extração, transporte e
conversão do carvão na
termo-elétrica
Uso da energia electrica para
produzir trabalho
M + S
5 000 Joules de biomassa
125 Joules de carvão
33 Joules de eletricidade
1 Joule de trabalho humano
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.
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).
Quanto maior o espaço-tempo necessário para a produção de um recurso, maior a qualidade da energia produzida.
A “transformidade” é uma medida da eficiência, da conversão de emergia em exergia:
dadetransformiproduzidorecursodoExergia
sistema no entraqueEmergia
Emergia dadetransformi Exergia
A transformidade da chuva é 1,53 x 108 joules de energia solar por quilograma de água.
A transformidade petróleo é 110 000 joules de energia solar por Joule de petróleo.
Conhecida a transformidade de um recurso é possível calcular a emergia solar equivalente.
Transformidades dos recursos da biosfera
matéria orgânica simples
águachuva
produção agroindustrial
produtos metálicos
produtos químicosfertilizantes
minerais sedmentaresevaporitos
conhecimento e informação da sociedade
100
101
102103
104
105106
107
108
10101011
109
1012
1013
10141015
sistemas geológicos globais
formação de espécies biológicas
Sol
plantas
animais terrestres
seJ/J
vento
animais aquaticosatividades humanas simples
derivados do petróleorochasenergia fóssil
conhecimento digital
produtos eletrônica
Transformidade = Energia incorporada / Energia do recurso
atividades humanas industriais
Usamos transformidades solares: emergia solar por unidade de energia [emjoules solares por Joule ou (sej/J)].
Cálculo da relação [emergia utilizada/dinheiro circulante]
Energias renováveis
diretas
Agricultura
Investimentos e créditosEstoques
renováveis
Bens e serviços da economia externa
Minerais e energéticos fósseis
Ecossistemas naturais PIB
$
MineraisEnergéticos fósseis
Economia
Serviços ambientais
Matérias-primasMinerais
País
Produtos e serviços
Emissões e resíduos
Minerais do ar e do solo
Recursos naturais e serviços ambientais de ecossistemas de
outros países
Emdolar = [emergia/dinheiro]
Emergia=soma de exergia
Como as pessoas têm dificuldades de lidar com números grandes (como os valores em emergia solar) se recomenda o uso do emdólar.
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).
O valor do emdólar se obtêm ao fazer a análise emergética da economia local.
Fluxo de emdolares = dinheiro/(emergia/USD)
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).
Energias renováveis
diretas
Agricultura
Estoques renováveis
Ecossistemas naturais PIB
$
Minerais Energéticos fósseis
Economias periféricas e
centrais
Biosfera
Minerais do ar e do solo
Recursos naturais e serviços
ambientais globais
Segunda pausa
Continuaremos em breve.