Contabilidade Ambiental Emergia e Tomada de Decisão Ambiental

1. Contabilidade AmbientalEmergia e Tomada de Decisão Ambiental Environmental Accounting Emergy and Environmental Decision Making Howard T. OdumCenter for Environmental PolicyEnvironmental Engineering SciencesUniversity of Florida, Gainesville EMERGIA Líquida de Combustíveis e Eletricidade (Capítulo 8) Resumo e Comentários Ari Nelson Rodrigues Costa aricosta@fea.unicamp.br 28/04/2007

2. …This pattern is not sustainable, does not maximize world wealth and emergy, does not reinforce world production, and will not last. These patterns will become discredited as world opinion changes, as revolutions occur, and worldwide resource depletion soon cuts off the largesse of the overdeveloped countries." (H.T. Odum, 1994) "The Law of conservation of energy tells us we can't get something for nothing, but we refuse to believe it.“ (Isaac Asimov, 1988) Isaac Asimov's Book of Science and Nature Quotations

3. Contabilidade Ambiental 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Combustíveis Rendimento Líquido de Emergia e Freqüência de Colheita Alteração de Emergia Líquida com Processamento Biomassa e Combustíveis Renováveis Eletricidade Localização de Plantas Industriais e Seu Resfriamento Avaliação de Séries de Transformação de Energia Avaliação Emergética de Medidas de Conservação de Energia Emergia Líquida e Dióxido de Carbono Global Sumário (b) Figura II-2. (a) Diagrama para Crescimento com Fonte Renovável; (b) Gráfico

4. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Ambiente Produção de Calor Combus-tíveis Recursos Renováveis Economia Humana Usinas de Energia Posição dos Motores à Combustão e da Energia Elétrica na Hierarquia da Economia Humana Motores à Combustão e Energia Elétrica Civilização Humana Baseada em Combustíveis e Eletricidade Recursos Liberam mais Emergia do que a Usada para Obtê-los Economia Abundante e Alto Padrão de Vida. Prosperidade Depende da EMERGIA Líquida

5. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade • O Óleo de Xisto Betuminoso é um Exemplo de Combustível que Aparentemente não Apresenta um Rendimento Líqudo de EMERGIA. No Próximo Slide é Apresentada a Avaliação Usada em Depoimento no Congresso dos EUA para Demonstrar que não Valia a Pena Explorar o Óleo de Xisto. O Projeto Acabou Sendo Aprovado e Foi Abandonado somente nos Anos 1980, com Perda de Bilhões de Dólares em Investimento Combustíveis Inutilizáveis • O Desenvolvimento Econômico Utiliza Primeiramente as Fontes de Calor com Maior Rendimento Líquido de EMERGIA por Serem as mais Baratas, Mudando para as de Menor Rendimento Posteriormente. • Desde o Surgimento de Tecnologias para Substituição de Combustíveis, os Preços de Mercado Orientam a Seleção das Fontes que Têm a maior Contribuição Líquida. • A Avaliação do Rendimento de EMERGIA de uma Fonte Prediz Quando Esta Fonte se Tornará Economicamente Viável. • O Combustível Principal que Proporciona o Maior Rendimento de EMERGIA para uma Economia Pode Ser Chamado de sua Fonte Primária. Substituição de Combustíveis Diagrama de Relação de Rendimento de Emergia para Avaliação de uma Fonte Primária: Definição de Rendimento (Y), Realimentação (F) e Relação de Rendimento de EMERGIA Realimentação (F) Rendimento (Y) Fonte Y Relação de Rendimento de EMERGIA = F Combustíveis

6. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Vapor a Partir de Carvão Óleo de Xisto Betuminoso Eletricidade Realimentação F = 0,93 Serviços Rendimento Y = 11,6 Mineração E 14 sej/ano/ton 11,6 Relação de Rendimento de EMERGIA = 12,5 = 0,93 Depósito de Carvão com Rendimento Líquido de EMERGIA na Nova Zelândia Realimentação F = 12,1 0,5 Rendimento Y = 0,3 Mineração Britagem Destilação E 15 sej/barril 0,3 Relação de Rendimento de EMERGIA = 0,025 = 12,1 Óleo de Xisto sem Rendimento Líquido de EMERGIA Combustíveis

7. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Comparações de Combustíveis EMERGIA Líquida de Fontes de Calor 12,0 Toras de Floresta Tropical 11,1 Petróleo de North Slope 10,5 Carvão de Wyoming 10,3 Gás Natural em Terra no Texas • Avaliações Emergéticas em Número Suficiente Foram Feitas para Diversos Tipos de Combustíveis Permitindo Estabelecer Prioridades. Os Valores do Gráfico Abaixo São Típicos. • Carvão, Petróleo e Gás Natural em Reservas Geológicas Ricas Geram entre 6 e 60 Vezes mais EMERGIA do que a Utilizada para Explorá-las. • Sua Importância para a Economia é de 6 a 60 Vezes o Esforço, Justificando mais os Esforços Econômicos e Militares do que pode ser Inferido dos seus Custos em Dinheiro. • Em Geral, a Economia se Volta para o Crescimento quando o Rendimento Líquido Aumenta e vice-versa – Declina quando o Preço Aumenta. 8,4 (1992) Petróleo do Oriente Médio 6,8 Linhita no Texas 6,8 Gás Natural Offshore no Texas 5,4 Madeira de Pinheiro 4,7 Metanol de Carvão 3,4 Gás Natural Comprimido 3,2 Petróleo Cru no Texas 3,0 Peat Seco ao Sol 2,2 Polpa de Madeira do Jari 1,14 Etanol de Cana de Açúcar 1,06 Óleo de Palma Rendimento de EMERGIA de Combustíveis: (As Referências das Avaliações Podem ser Obtidas na Página 141 do Livro) Combustíveis

8. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Declínio Global na EMERGIA Líquida • Os Altos Rendimentos Líquidos de Energia do Começo do Século Passado nos Países Desenvolvidos – 60/1 – Vêm Declinando Devido ao Esgotamento das Fontes Ricas Próximas à Superfície, Ficando as Fontes Menores e Mais Profundas. • No Período 1980-1994 os Combustíveis Economicamente Viáveis Tinham Rendimento Líquido de EMERGIA na faixa de 3 a 12. • A Tendência a Longo Prazo na Terra é um Declínio Médio no Rendimento Líquido de EMERGIA dos Combustíveis, Mesmo com Ocorrências Pontuais de Fontes de Alto Rendimento. Talvez Este Declínio Esteja na Faixa de 1% - 2% ao ano. • Esta Queda Leva os Serviços Humanos e da Economia a Estarem Cada Vez Mais Envolvidos na Obtenção de Combustíveis em Detrimento de Outras Atividades. • Matéria Orgânica Depositada sob Água e Baixo Oxigênio Pode Desenvolver Depósitos de Peat. Usado em Lareiras, Recentemente Passaram a Servir de Combustível em Usinas de Energia. • Peat Úmido só Apresenta Rendimento Líquido se a Água for Recondensada em Caldeiras para Produção de Calor de Vaporização. Já Seco ao Sol, é um Bom Combustível, com Bom Rendimento Líquido de EMERGIA. • Os Longos Períodos para a Formação de Peat o Fazem uma Fonte Não Renovável na Janela de Tempo da Economia Atual e por Ter Transformidade Mais Elevada que Outros Combustíveis deve Ser Usado para Objetivos de Alta Qualidade. • A Exploração da Peat Deve Ser Cuidadosa, pois o Peat sendo um Excelente Filtro é um Meio Natural para Manter a Qualidade da Água. A Má Exploração Pode Drenar Alagados e Influindo Negativamente em Seus Ciclos Hidrológicos e nos Ecosistemas Peat • Reservas de Carvão Permanecem em Vários Países (Nova Zelândia) Enquanto Gás e Petróleo se Exaurem. Mineração a Céu Aberto (Wyoming) Podem Apresentar Rendimento Líquido de 40, Caindo para 6 Após Transporte por 1500 km em Estrada de Ferro. Mesmo a Grandes Distâncias, o Rendimento Líquido é Comparável a Outros Combustíveis Fósseis. • Havendo a Conversão em Energia Elétrica antes do Transporte Obtém-se Rendimentos Líquidos Masiores. Carvão • Linhita é o Peat que se Transformou em Carvão, mas ainda Retém um Alto Teor de Umidade, Podendo Ser Queimado sem Secagem Prévia. A Linhita Próxima à Superfície e Utilizada Localmente Tem um Bom Rendimento Líquido de EMERGIA. • Análise Emergética Encontrou Rendimentos de EMERGIA similares às Vendas Globais de Combustíveis e as Minas São Economicamente Viáveis, como Previsto nesta Análise. Linhita • Rendimentos Líquidos para o Petróleo Podem Variar de Altos como 100 até Próximo de Zero, Dependendo da Localização das Jazidas. As Diferentes Regiões do Mundo se Caracterizam por Diferentes Rendimentos. Cerca de 10% do Rendimento é Consumido no Transporte Oceânico e outros 10% nas Refinarias. Mesmo com Insumos Altos, o Rendimento é Alto, por exemplo, para o Oleoduto do Alaska é Cerca de 11. Petróleo Gás Natural • É o Combustível Natural mais Concentrado Devido ao Hidrogênio e ao Metano, com Alta Energia por Grama e porr Queimar a Temperaturas Mais Altas que Outros Combustíveis. Para os Gasodutos, o Custo de Deslocamento é Pequeno. Suas Jazidas são Normalmente Profundas e se Originam de Depósitos Sedimentários de Matéria Orgânica Resultante de Processos Primários de Fotossíntese em Eras Passadas. Combustíveis

9. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Produção Ambiental Anos Rendimento 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 100 200 300 EMERGIA Líquida da Produção Ambiental em Função da Freqüência de Colheita • Sistemas de Combustíveis Renováveis Têm Rendimentos Líquidos de EMERGIA Menores que Fontes “Não Renováveis” (Lentamente Renováveis), embora o Desenvolvimento do Conhecimento sobre Estes Sistemas de Baixa Energia Seja uma Boa Política para o Futuro. A Razão desta Preocupação é o Tempo de Reposição. • Quanto Maior o Tempo de Acúmulo das Reservas, Mais EMERGIA Fica Disponível para “Colheita”, pois o Rendimento de EMERGIA depende doTempo de Acumulação. • Carvão e Petróleo Têm Períodos Longos de Depósito, Florestas Tropicais Menos e Plantações de Biomassa, Menos Ainda. • Com o Aumento da Freqüência, o Rendimento Líquido do que é Devolvido ao Sistema pelo Trabalho Humano é Menor. Quanto Maior o Trabalho da Natureza, Maior a EMERGIA Líquida (v. gráfico ao lado). • Recursos Não Renováveis Com o Aumento da Freqüência, o Rendimento Líquido do que é Devolvido ao Sistema pelo Trabalho Humano é Menor. Quanto Maior o Trabalho da Natureza, Maior a EMERGIA Líquida (v. gráfico ao lado). • Recursos Não RenováveisRequerem Somente o Esforço da Colheita e do Transporte, Resultando na Obtenção de um Rendimento Líquidode EMERGIA muito Altopara Reservas Próximas à Superfície. • A Inclinação da Reta no Gráfico ao Lado é o Rendimento Líquido de EMERGIA por Unidade de Tempo, um Índice de Transformação da Energia Solar em Biomassa. Rendimento Líquido de EMERGIA Tempo de Reposição, Anos Óleo de Palma 1 1,06 Milho 1 1,1 Álcool, Cana de Açúcar 1 1,10 Plantação de Willow, Suécia 6 1,34 Pinho Monterrey, Nova Zelândia 24 2,1 Plantação, Jari 7,? 2,2 Pinheiro Slash, Flórida 25 2,4 Rendimento Líquido de EMERGIA e Freqüência da Colheita Spruce 90 4,1 Madeira, Floresta Tropical 300 12,0

10. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Bens e Serviços Subsídios, Vendas Semea-deiras Combus-tíveis Pesti-cidas Fertilizantes N 49 P 134 K 15,7 Ca 76 Uso De Água Cana de Açúcar Sol • A EMERGIA Líquida Diminui a Cada Passo da Transformação de um Combustível. Mais Recursos São Utilizados em Cada Transformação, Deixando um Rendimento Menor para o Próximo Estágio. • O exemplo do Quadro Abaixo para Cana de Açúcar na Bahia, Mostra um Rendimento de 2,1 no Corte. Durante as Transformações para Produção de Etanol Líquido Combustível a EMERGIA Líquida Diminui e o Retorno é Praticamente Igual ao Rendimento. Valores Similares Foram Encontrados para Louisiana. • Este Combustível é Neutro para a Economia que o Utiliza. Ele Contribui Pouco Mais do que Consome. 32 104 275 44,7 674 $ 976 82,5 $ 178 125 $ $ $ 234 22 Moagem Fermentação Destilação 5,4 688 Etanol 994 $ 798 418 Bagaço Álcool de Cana de Açúcar 10 13 sej/Hectare/Ano US $/Hectare/Ano Diagrama de Energia para o Sistema Etanol-Cana de Açúcar na Bahia, Mostrando Valores de Emergia e Custo em Dólares por Hectare por Ano. Mudança da EMERGIA Líquida com Processamento

11. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Melhorando Combustíveis para Maior Transformidade • Os Combustíveis Comuns não São Suficientemente Concentrados ou Contêm Água e não Podem Fornecer as Altas Temperaturas Requeridas por Muitos Processos Avançados. Combustíveis com Qualidade e Transformidade Mais Altas São Obtidos pela Queima Parcial de Combustíveis Comuns de Modo que a Porção que Queima à Baixa Temperatura Seja Utilizada para Concentrar o Restante. O Combustível Resultante Pode Servir a um Processo de Combustão mais Alta. • Combustíveis Líquidos para Transporte Requerem Processamento para Aumento da Transformidade em Relação à Sua Ocorrência Natural. É Necessário Somente 10% da Energia para Destilar Petróleo para Obter Combustível Motor Líquido, já para a Conversão do Carvão em Combustível Líquido são Necessários 40%. • Os Combustíveis Obtidos de Colheita Agrícola Renovável Requerem Quase Toda Energia do Rendimento para Serem Convertidos para a Forma Líquida. EMERGIA Líquida e Trasformidade • Quando um Produto Ambiental é Transformado em Produto Mais Altamente Desenvolvido na Economia, EMERGIA Adicional é Agregada e a Transformidade é Aumentada. • Se uma Transformidade Maior é Desenvolvida pela Concentração de Energia Diluída, Utilizando EMERGIA do Ambiente Livre, o Rendimento Líquido de EMERGIA Aumenta. • Entretanto, se a Energia para a Transformação é Suprida pela Economia, o Rendimento Líquido de EMERGIA é Diminuído. • Exemplo: Sol – Cadeia Alimentar Biológica: Luz – Fotossintato – Folhas – Madeira. Quanto Mais EMERGIA Solar do Ambiente For para o Processo de Concentração, Maior a Transformidade. Com Maior Concentrações de Matéria Orgânica se Acumulando o Rendimento Líquido de EMERGIA é Maior. • Se a Madeira é Processada por Transformações Econômicas – Material de Construção e Papel, por Exemplo – e se a Energia Necessária para Estas Transformações Vêm da Economia, o Rendimento Líquido de EMERGIA é Menor. • Em Outras Palavras: EMERGIA e Transformidade estão Diretamente Correlacionados até o Ponto onde os Produtos Entram na Economia, após Isto elas se Correlacionam Inversamente. Mudança da EMERGIA Líquida com Processamento

12. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Para a Janela de Espaço e Tempo de Nossa Sociedade, os Rendimentos Líquidos de EMERGIA de Biomassa e Outras Conversões de Curto Prazo não Podem Competir com os Rendimentos Líquidos dos Combustíveis Não Renováveis até que Eles Tenham Terminado. Isto Significa que o Potencial de Suportar a Civilização dos Combustíveis Renováveis é muito Menor do que o dos Combustíveis Fósseis. Da Relação entre EMERGIA Líquida e Freqüência de Colheita Pode se Concluir que Há um Fator Termodinâmico de Tempo para os Rendimentos Líquidos de EMERGIA. Madeira • Em Tempos Históricos a Madeira Foi o Combustível Principal, mas Agora o Consumo Global de Combustível é Muito Alto para Ser Suportado pela Madeira. A EMERGIA na Madeira em Florestas Remanescentes Supriria uma Pequena Parte da Necessidade se as Fontes de Combustível Fóssil Esgotassem. Florestas Antigas Fornecem Madeira de Alta Transformidade, enquanto Madeira de Plantações de Crescimento Rápido Produzem Madeira de Baixa Densidade e Baixo Conteúdo de Calorias. O Papel Principal das Florestas Antigas é Preservar a Biodiversidade. • O Alto Conteúdo de Água na Madeira Verde Exigem Secagem para Utilização como Combustível. O Calor de Vaporização da Água é Tão Alto que o Maior Parte do Calor Gerado é Absorvida na Mudança de Estado de Líquido para Vapor. Com Secagem Prévia o Conteúdo de Energia é Notadamente Superior, mas a EMERGIA Adicional Necessária Diminui o Rendimento Líquido de EMERGIA. Enquanto o Sol é uma Boa Opção para Secagem, o Reaproveitamento da Água Vaporizada Durante a Queima Requer Grandes Entradas de EMERGIA em Tecnologia dos Fornos. • A Madeira Natural Pode Ser Considerada um Recurso Não Renovável pelo Tempo de Crescimento e Apresenta Rendimento Líquido Comparável ou Maior que os Combustíveis Fósseis – Carvão, Petróleo e Gás. Embora a Madeira de Reflorestamento Tenha Rendimento Menor que a Floresta Natural, o Rendimento por Ano são Maiores. Reflorestamento é um meio de Combinar Recursos da Economia com Recursos Baseados em Combustíveis da Economia para Gerar Maior Produtividade, assim como a Agricultura. • Com a Madeira Oferecendo um Rendimento Líquido de EMERGIA, Podemos no Futuro, como já Foi Feito no Passado, Operar uma Economia numa Base Renovável, com Base em Energia do Sol, mas com uma Intensidade Menor que a Atual. O Rendimento Líquido de Plantações Economicamente Intensivas de Biomassa não Podem Sozinhas Substituir os Combustíveis Fósseis e as Madeiras Nativas, a menos que a Economia Seja Reorganizada para Fazer Menos. Biomassa e Combustíveis Renováveis

13. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Bens Serviços Equipamentos Combustíveis Usina de 1.050 MW Mineração Linhita Energia Elétrica A Energia Elétrica Tem Maior Transformidade que a Maioria dos Combustíveis e é Versátil e Flexível para Suportar Funções de Maior Qualidade na Economia. A Transformidade Solar para a Eletricidade pode Ser Calculada por Diferentes Métodos, como Mostra o Apêndice do Livro, com Média de 1,74 x 10 5 sej/J. Relações de Rendimento de EMERGIA 6,8 2,2 10,3 52,1 0,5 41,3 Avaliação de EMERGIA da Usina de Eletricidade de Lignita Big Brown no Texas Odum e al., 1978. Reimpresso com permissão da L. B. J. School of Affairs da Universidade do Texas 73,7 116 62,9 Eletricidade 10 17 sej/dia Rendimento Líquido da Energia Elétrica A Geração de Eletricidade a Partir de Combustíveis Utiliza Insumos da Economia Fazendo com que a Eletricidade Tenha um Rendimento Líquido de EMERGIA Menor, da Ordem de 2,5. O Exemplo Acima da Mina de Linhita no Texas Tem Rendimento Líquido de EMERGIA de 6,8, Após a Conversão para Energia Elétrica em uma Usina Perto da Mina, Este Rendimento Passa a ser 2,2, Muito Menor. A Eletricidade, com Rendimento 2,2, não Compete com Outros Combustíveis, com Rendimento entre 3 e 12, na Geração de Calor. Energia de Alta Transformidade não Deve Ser Usada para Processos de Baixa Qualidade, Pois é um Desperdício de Energia. Energia Elétrica

14. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Fontes Alternativas de Energia Elétrica Alternativas de Energia Elétrica: Células Fotovoltaicas, moinhos, Absorção de Ondas, Usinas de Energia da Maré, Usinas Hidrelétricas e Usinas Nucleares. Se Há Alternativas Tão Boas como a Produção de Eletricidade a Partir de Combustíveis Ainda é uma Controvérsia. A Avaliação de EMERGIA Ajuda e Esclarecer Conflitos. Relações de Rendimento de EMERGIA para Fontes de Energia Elétrica 15,0 Eletricidade da Maré, La Rance, França 10,0 Hidrelétrica, Nova Zelândia 7,9 Eletricidade Geotérmica, Califórnia 4,6 Usina Nuclear, Estados Unidos 3,6 Usina de Madeira de Floresta, Brasil 2,2 Usina de Linhita, Texas 1,5 Energia Térmica do Oceano, Taiwan 0,41 Malha de Células Fotovoltaicas, Texas 0,36 Rede de Células Fotovoltaicas, Tenessee Energia Elétrica

15. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Energia da Maré Trabalho Geológico Turbinas da Usina de Energia da Maré Várzea de Estuário Usina de Eletricidade de Maré em La Rance, França 29,7 • Carga Ajustada à Variação do Período e Amplitude da Maré sob Influência Solar e Lunar • Contribuição de EMERGIA Avaliada Tentativamente por Diferença na Tabela Acima • Importante Contribuição Geolágica na Formação do Estuário • Avaliação Efetuada sem as Perdas de Contribuição ao Ecosistema Estuarino Chega a um Alto Rendimento de 15 • O Benefício Líquido só Pode ser Obtido Subtraindo as Contribuições ao Ecossitema que Cessaram após a Construção do Dique Bens e Serviços 2,6 Economia Principal 6,7 39,0 Energia Elétrica Energia Elétrica da Maré La Rance, França Avaliação de EMERGIA da Usina de Eletricidade de Maré em La Rance, França Energia Elétrica

16. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Calor Geotérmico Calor Geotérmico Rochas Tubulação e Usina de Energia Tubulação e Usina de Energia Rochas Eletricidade Geotérmica Bens, Serviços, Equipamentos Retorno de Água Economia Principal • Usinas Termoelétricas Tradicionais Usam Combustível para Gerar Concentração de Calor em Caldeiras que Produzem Vapor para Girar Turbinas que Geram Eletricidade pela Rotação de Espiras em Campos Magnéticos. • Em Regiões Vulcânicas este Trabalho Pode Ser Realizado Aproveitando as Altas Temperaturas Próximas à Superfície. • Operações na Califórnia e na Nova Zelândia Vêm Gerando Eletricidade por Décadas através da Água Percolando em Rochas Quentes, Sendo Convertida em Vapor Coletado em Tubulações e Levadas à Usina de Energia, conforme Esquema ao Lado. • Análise de Gilliland, 1975, em Fontes de Energia Geotérmica na Califórnia Mostrou um Bom Rendimento Líquido de EMERGIA de 5/0,68 = 7,9. Este Artigo Gerou uma Longa Controvérsia sobre como Avaliar Alternativas de Energia: Unidades de Energia, Dinheiro ou EMERGIA, conforme Slesser, 1978. • Este Potencial está Limitado às Áreas Vulcânicas. A Maior Parte das Áreas da Terra não Tem Temperaturas Próxima à Superfície Suficiente para Gerar EMERGIA Líquida e o Mesmo Vale para o Gradiente de Temperatura dos Oceanos. • Na Islândia a Energia Térmica Gerada nas Fontes Térmicas é Canalizada para Aquecimento da Cidade de Reykjavik. Energia Elétrica Vapor 24,0 22,6 2,5 100 Megawatts 10 15 J/ano Bens, Serviços, Equipamentos Retorno de Água Economia Principal 0,68 Energia Elétrica Vapor 4,32 5,0 10 20 solar emjoules/ano Energia Elétrica

17. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Usinas Hidrelétricas • Uso do Potencial de Águas Elevadas e Controladas por uma Barragem para Girar Turbinas quando Liberadas Gerando Eletricidade Usualmente de Maneira Barata. • Usinas Hidrelétricas Utilizam a Energia Extensiva da Terra e dos Planetas que Transformam a Luz do Sol na Chuva, nas Terras Elevadas e Formam as Bacias Hidrográficas que Convergem a Energia Hidrológica. • O Trabalho Anterior ao Desenvolver Sítios Hidrelétricos Adequados é uma Grande Contribuição de EMERGIA ao Capital Natural Necessário para o Reservatório. • O Tamanho do Reservatório Depende da Sasonalidade das Águas: Fluxos Permanentes Requerem Barragens Pequenas e Fluxos Irregulares Requerem Grandes Barragens. • Uma Avaliação Completa do Benefício Líquido Requer a Subtração das Contribuições Feitas pelos Rios Antes da Barragem. • Estudo de M. T. Brown, 1986 para Barragens na Amazônia, Comparou o Rendimento Proporcionado pela Energia Elétrica com a EMERGIA do Sistema da Floresta que Foi Reduzido por Ter Sido Inundado por um Sistema Aquático Menos Produtivo. O Ponto de Equilíbrio Encontrado Foi 2 ha/kW de Capacidade; Reservatórios Baixos, Amplos com Energia por Área Menores do que Isto não Devem Ser Construídos. Energia Elétrica

18. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Bens e Serviços Serviços do Ambiente Combustíveis Processo de Concentração de U235 Usina de Energia Nuclear Várzea de Estuário Ambiente Usinas Nucleoelétricas 85,5 • A Energia Nuclear Começa com a Exploração de Minério de Urânio Não Renovável e Grandes Quantidades de Energia Elétrica São Utilizadas para Concentrar os Isótopos para os Elementos Combustíveis. Grandes Quantidades de EMERGIA na Forma de Capital e Serviços de Engenharia de Alta Qualidade, além de Serviços Governamentais e Perdas de EMERGIA Resultantes de Acidentes, Desmobilização e Gerenciamento dos Resíduos. • A Fissão Nuclear Chega a 5000 ºC no Núcleo, Difícil de Ser Utilizada pela Economia Humana que Gira a 300 ºC. Muito do Calor Deve Ser Dissipado na Atmosfera através de Sistemas de Resfriamento para se Atingir as Temperaturas da Ordem de 1000 ºC, em que os Equipamentos Podem Operar. • Análises Emergéticas mais Recentes na Figura ao Lado, Sugerem que Houve uma Melhoria na Eficiência da Engenharia em Produzir Eletricidade em Usinas Nucleares com Rendimento mais Alto. • No Início não Havia Rendimento Líquido Devido aos Intensos Investimentos Necessários (Lem, 1973). Em 1975 uma Análise de Kylstra e Han Apontou Rendimento Líquido de EMERGIA entre 1,5 e 3, que não Competia com os Combustíveis Fósseis na Faixa entre 3 e 9. Enquanto os Combustíveis Fósseis Mantiverem esta Faixa de Rendimento Líquido, as Usinas Nucleares Ficarão em Segundo Plano. • Em 1991, Lapp Preparou uma Avaliação Emergética das Usinas Nucleares Americanas e Mostrada ao Lado. Esta Nova Análise Mostrou um Rendimento Líquido de EMERGIA da Ordem de 4,5 e Incluiu Parte do Impacto de Chernobyl e Alguns Esforços para Avaliar o Armazenamento de Resíduos e Desativação. • Com Menos Requisitos de EMERGIA para Novas Construções, as Usinas Nucleoelétricas Americanas Têm Operado com Menos Interrupções e Melhor Eficiência. • Esta Análise Sugere que Atualmente a Energia Nuclear Compete com os Combustíveis Fósseis na Geração de Eletricidade, e num Período Próximo Poderão Ser Mellhores, Mesmo Considerando que a Disponibilidade de Urânio Combustível Esteja Limitado a uma Parte deste Século. Energia Elétrica 424 4,9 10 22 sej Energia Nuclear Avaliação de EMERGIA da Potência Cumulativa Gerada pelas Usinas Nucleares nos Estados Unidos Usando Dados de Lapp (1991) Energia Elétrica

19. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Usinas de Energia Nuclear com Reatores Breeder • Um Reator Tipo Breeder Coleta os Subprodutos com Plutônio da Fissão e os Utiliza em Novas Reações Nucleares, Obtendo mais Energia do Urânio Original do que a Fissão Normal Sozinha. • Requerem uma Separação Química para Concentrar os Compostos de Plutônio que Permitem uma Nova Reação Nuclear em Usinas de Energia. • Há Dúvidas se é Possível Obter um Maior Rendimento Líquido de Energia já que Operações com Robôs são Necessárias Devido à Alta Toxicidade Humana e Intensa Radiatividade dos Resíduos Processados. • Há Risco de Mau Uso do Plutônio na Fabricação de Bombas Atômicas, Seja por Países não Pertencentes ao Tratado de Não Proliferação de Armas Nucleares, Seja por Terroristas. • Embora Haja Plantas Pilotos em Alguns Países, França, por Exemplo, uma Análise Emergética do Processo dos Breeders ainda não Foi Feita. Energia Elétrica

20. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Eletricidade da Fusão Atômica • A EMERGIA Líquida da Fissão em Reatores Operando a 5000ºC é Apenas Moderado devido às Reações muito Quente que Ocorrem nos Reatores. • As Reações de Fusão Chegam a 50 Milhões de ºC e as Entradas de EMERGIA para Controlar, Conter, Refrigerar e Dominar Energia com Esta Intensidade, São Certamente Muito Maiores do que para Fissão Nuclear. • Operações Experimentais Requerem Entradas de EMERGIA de Longe Enormemente Maiores do que para a Fissão Nuclear no Mesmo Estágio. • Por Estas Razões Parece Improvável que a Fusão Nuclear Venha Gerar Energia Elétrica com Rendimento Líquido de EMERGIA na Terra. • A Fusão tem Rendimento Líqudo de EMERGIA no Sol e nas Estrelas, onde a Gravidade é Suficiente para Conter e Manter as Reações que Ocorrem. Energia Elétrica

21. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Concreto Cobre Asfalto Aço Serviços $ Serviços do Ambiente Usina de Energia Fotovoltaica em Rede Usinas de Energia Fotovoltaica Solar 13.500 83.500 Joule Elétrico 70.000 x 100 = 1,87% $ Joule Solar $ 9,6 Energia Elétrica (1,8 x 10 13 J).( 2 x 10 5 sej/J) = 36.000 x 10 13 J/ano 10 13 sej/ano 36.000 x 10 13 J/ano EMERGIA Líquida = = 0,43 83.500 x 10 13 J/ano • Células Fotovoltaicas Têm Sido Intensamente Estudadas para Gerar Eletricidade a Partir da Luz do Sol, mas o Aumento da Eficiência Veio Acompanhado do Aumento dos Custos e dos Requisitos de Energia. • As Redes de Células ainda Não Apresentam Rendimento Líquido de EMERGIA. Veja Exemplo Acima e a Tabela ao Lado. As Principais Entradas são os Materiais e os Serviços Humanos Necessários. • Se a Análise for Feita Usando Energia ao Invés de EMERGIA, os Serviços Humanos são Muito Subestimados e Rendimentos Líquidos Aparecem. • Bens e Serviços Vêm Caindo Vagarosamente a Cada Ano, mas o Limite Talvez Seja a Eficiência do Cloroplastro, as Células de Energia Naturais. • Comparações que Não Levam em Conta a Energia Consumida para Manutenção, Crescimento e Reprodução das Plantas Têm Causada Desinformação e Cem Anos de Pesquisa Fisiológica nas Plantas não Tiveram Sucesso em Aumentar a Eficiência da Fotossíntese. Análise de Emergia de uma Usina de Energia Fotovoltaica em Rede em Austin, Texas, Usando os Dados da Tabela acima de King e Schmandt, 1991. Energia Elétrica

22. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Fontes do Ambiente B (Estoque) Sistemas Ambientais Usina de Energia e Sistema de Resfriamento • A Decisão de Construir uma Usina Depende da Avaliação de Alternativas em uma Janela Mais Ampla dos Sistemas no Tempo e no Espaço. Após a Decisão, a Contabilidade Emergética Pode Determinar qual é a Melhor Localização para a Planta em Relação à Melhor Interação com o Ambiente. • O Diagrama Genérico abaixo Serve para a Locação e Avaliação de Alternativas. Estabelecendo-se a Saída de EMERGIA, por Exemplo 1000 MW de Energia Elétrica, o Melhor Sistema é o que Usa Outras Entradas de Bens e Serviços, Combustíveis, Materiais, Recursos do Ambiente de uma Forma Mínima. • Os Dispositivos que Geram Calor para Impulsionar a Economia Dependem de Grandes Diferenças de Temperatura entre as Fontes de Calor e o Ambiente e não Conseguem Obter EMERGIA Líquida em Diferenças Baixas (Ex.: 7ºC). Consequentemente, Liberam Grande Quantidade de Energia Dissipativa na Forma de Calor para o Ambiente. • Enviar este Calor ao Ambiente e Manter os Dispositivos Frios Exige Métodos de Refrigeração, como Circulação de Águas de Lagos e Estuários, ou de Reservatórios Especialmente Construídos, ou ainda Trocando Calor com o Ar em Torres de Resfriamento. • O Grande Volume de Fluídos de Baixa Temperatura Descarregado no Ambiente Tem Energia Suficiente para Realizar Processos de Trabalho no Ambiente. Os Dispositivos de Calor da Natureza Podem Usar Gradientes Baixos de Temperatura pois Servem-se da Própria Estrutura de Fluídos para os Processos de Transformação. O Método de Refrigeração Afeta o Impacto Ambiental, os Custos Operacionais e a Locação da Planta. F Combustíveis G Bens e Serviços $ Resíduos E $ Contribuição do Ambiente S Economia Principal 1.000 megawatts P Potência $ Para Outros Usos Melhor Local com Mais Alta EMPOTÊNCIA: P + ΔB + ΔE - ΔG - ΔF - ΔS Diagrama Genérico para Avaliação de Alternativas de Usinas de Energia (modificado de Odum et al., 1983) Localização de Plantas Industriais e seu Resfriamento

23. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Fontes do Ambiente Calor Dissipado Grama, Alga e Plâncton • A Avaliação Emergética É Utilizada para Selecionar o Método de Resfriamento para o Máximo Benefício Global. Comparação Feita for Odum et al., 1977 entre Refrigeração com água Corrente de Estuário e Torres de Resfriamento da Usina de Energia de Anclote no Crystal River, Flórida, Avaliada por Kemp et al., 1977, Mostrou que o Estabelecimento de uma Nova Condição Tende a Causar Impacto Negativo no Ecosistema que Existia Anteriormente, mas Pode Estimular outro que se Adapte à Nova Fonte de Energia, como Mostra o Diagrama Simplificado Abaixo. • Águas Levemente Aquecidas São Contribuições Úteis ao Ambiente, mas como as Usinas de Crystal River Funcionam de Manaeira Itermitente com Liberações Esporádicas, Somente os Pequenos Organismos Podem se Adaptar ao Regime Alternado de Temperaturas e a Produtividade Bruta das Plantas nos Campos de Grama Próximos à Descarga foi Reduzida pela Metade. No Entanto, a Substituição das Torres de Resfriamento Permite que a EMERGIA seja Canalizada para Outros Usos na Economia, conforme Avaliação de Impacto Utilizando a Relação de Investimento Médio nos Estados Unidos. • Construção de Torres de Resfriamento, quando se Considera a Larga Escala do Estuário e da Economia Foi uma Perda de EMERGIA. Na Larga Escala das Plantas e da Economia Fora do Local, Há Mais Impacto Ambiental com as Torres do que sem. Este Estudo Atrasou a Construção das Torres por uma Década, mas a Política Nacional para Construir as Torres sem se Preocupar com o Benefício Geral Acabou Prevalecendo. • Três Alternativas para Resfriamento de uma Usina Nuclear próxima a Chicago foram Avaliadas e a Análise Emergética Mostrou que a Perda de Terra Produtiva com a Construção de um Lago era Maior que a EMERGIA da Perda dos Ecosistemas Aquáticos se Fossem Utilizados os Lagos Existentes. Efeitos Positivos Efeitos Negativos Estresse Campos Gramados Aquecidos Natureza Positiva/Negativa do Impacto Ambiental: Exemplo e Água Quente Liberada no Ecosistema do Estuário de Crystal River na Flórida Localização de Plantas Industriais e seu Resfriamento

24. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Bens Serviços Eletricidade Água Bens Serviços Eletricidade Água Bens Serviços Eletricidade Água Bens Serviços Eletricidade Água Bens Serviços Eletricidade Água Fissão Nuclear Eletrólise Usina de Energia Combustível Fóssil Eletrólise Usina Hidroelétrica Rede Fotovoltaica Reforming de Vapor Eletrólise Perfuração Processamento Eletrólise Alternativas Rendimentos de EMERGIA 1036 Gás Natural: Conversão: Processo Combinado: Transformidade Solar: 6,8 11,4 4,5 76.300 sej/J 626 410 4278 4691 Reserva de Gás Natural Hidrogênio Gás Natural 1926 Transformidade: Carvão: Processo Combinado: Transformidade Solar: 160.000 sej/J 2,5 2,4 204.000 sej/J 1843 83 4608 4691 Carvão Hidrogênio Energia Elétrica Hidrogênio 891 Transformidade: Energia Hidroelétrica: Processo Combinado: Transformidade Solar: 85.437 sej/J 5,7 5,3 110.563 sej/J 808 83 4608 Energia Geopotencial na Água 4691 Hidrogênio Energia Elétrica 1107 Transformidade: Energia Hidroelétrica: Processo Combinado: Transformidade Solar: 160.000 sej/J 4,5 4,2 203.956 sej/J 1024 83 4608 4691 Combustível Nuclear Hidrogênio Energia Elétrica 10788 10705 83 Processo Combinado: Transformidade Solar: 0,43 69.000 sej/J 4608 4691 Luz Solar Hidrogênio Energia Elétrica x 10 15 solar emjoules • Combustíveis e Eletricidade Podem Ser Convertidos em Outras Formas através de uma Série de Transformações. • Rotas Alternativas e Combinações de Processos Podem Ser Utilizadas: Uso da Eletricidade para Produzir Hidrogênio para Transporte, Seja por Combustão Direta, Seja para Motores Elétricos. Madeira Pode Ser Utilizada para Produzir Eletricidade, Combustível Líquido, etc.. • Para Avaliar as Séries Alternativas, as Escolhas São Arranjadas em Séries de Diagramas de Energia e a Avaliação EMERGÉTICA é Feita para os Processos Combinados. • Dentre as Alternativas Deve Ser Escolhida a Alternativa com Maior Rendimento Líquido de EMERGIA.A Figura ao Lado Mostra um Exemplo para Produção de Hidrogênio. • O Quadro Foi Preparado Selecionando-se a Mesma Saída Arbitrária para Eletricidade e/ou Gás Hidrogênio, com os Dados Calculados dos Rendimentos de EMERGIA dos Processos Envolvidos. Avaliando Séries de Transformação de Energia

25. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Avaliação Emergética de Medidas de Conservação de Energia • Diversos Autores Chamam a Atenção para a Economia pelo Uso Mais Eficiente de Eletricidade e Combustíveis Devido a Equipamentos e Procedimentos Mais Eficientes. Esta Economia é Usualmente Medida em Dinheiro, pois Sempre Há uma Economia Líquida, Mesmo Tendo Custos mais Elevados para os Bens e Serviços Requeridos em Processos Mais Eficientes. • Quando se Faz a Análise com EMERGIA, a Economia Líquida em Emdólares Encontrada Foi Muito Maior do que a Avaliação em Dólares Somente. Isto é Devido à Grande EMERRIA Líquida de Combustíveis e Eletricidade, fazendo com que Qualquer Economia nestes Recursos Contribua Mais do que o Aumento de EMERGIA nos Custos de Equipamentos e Serviços. • Como o Livre Mercado não Maximiza os Benefícios à Sociedade como um Todo nestas Situações, Incentivos Especiais São Necessários. • Se por um Lado Medidas de Conservação Têm Benefício Líquido, uma Economia que Reduz sua EMERGIA Líquida Reduz Também sua Habilidade de Competir Economicamente. • A Aplicação de Taxas para Induzir Conservação de Energia só é Benéfico se Reduzir Desperdício e Luxúria. Se a Redução Atinge Processos Produtivos é Prejudicial à Economia, com Efeito Negativo Proporcional à EMERGIA Líquida da Conservação de Combustível. Por Exemplo, se a Fonte de Combustível tem um Rendimento Líquido de EMERGIA de 6, Qualquer Redução no Uso Causa uma Redução de 6 Vezes na Produção de Empotência. EMERGIA Líquida e Dióxido de Carbono Global • Como o Consumo de Combustíveis Está Ocorrendo mais Rápido que a sua Produção pelo Ambiente, o Dióxido de Carbono Está Aumentando e Afetando o Clima. • Usando Combustíveis com os Mais Altos Rendimentos de EMERGIA, Gera-se Maior Contribuição de EMERGIA com Menor Liberação de Dióxido de Carbono (Burnett, 1981). • Embora a Biomassa Seja mais Renovável, seu Rendimento de EMERGIA é Menor que o de Combustíveis Fósseis e a Substituição não Reduz a Liberação de Dióxido de Carbono.

26. 8. Emergia Líquida de Combustíveis e Eletricidade Sumário • Apresentação de Procedimentos e Exemplos para Avaliação da EMERGIA Líquida de Combustíveis e Eletricidade, Fontes Primárias da Vitalidade Econômica e Desenvolvimento Urbano. • Onde a Energia Disponível é Transformada em uma Série de Processos, a EMERGIA Será Desperdiçada se Energia de Alta Transformidade for Utilizada onde Baixa Transformidade for Suficiente. • EMERGIA de Biomassa Sustentável é Proporcional ao Tempo da Transformação Produtiva da Energia. Entretanto, Sistemas Renováveis com Ciclos de Produção Curto, não São Capazes de Suportar a Concentração de Energia da Presente Civilização. • Avaliações de EMERGIA Líquida Comparando os Atuais Combustíveis e Eletricidade Foram Feitas com Propostas de Fontes Alternativas de Energia. • As Usinas de Fissão Nuclear Aumentaram sua Eficiência e EMERGIA Líquida. • Avaliações de Células Fotovoltaicas Solares Continuam a Mostrar Nenhum Rendimento de EMERGIA. Sumário