Introdução à Metodologia Emergética. Fevereiro 2005

1. Introdução à Metodologia Emergética. Fevereiro 2005 Enrique Ortega Laboratório de Engenharia Ecológica e Informática Aplicada Departamento de Engenharia de Alimentos Faculdade de Engenharia de Alimentos Unicamp www.unicamp.br/fea/ortega

2. Metodologia Emergética Linguagem dos Símbolos Energéticos: fontes de energia, estoques de materiais, fluxos, processos, produtos, resíduos, energia dispersada, retro-alimentação, reciclagem. Teoria Geral de SistemasFunçõesecossistêmicasTermodinâmica de sistemas abertos Diagramas de sistemas Cálculo dos fluxos de emergia Melhor percepção do mundo: Ações mais coerentes Diagnostico emergético Modelagem e simulação

3. Símbolos com conexões preço Fonte de energia externa ilimitada Fluxo de Energia Fonte de energia limitada Sumidouro de Energia Sistema ou subsistema Estoque interno Produtor Transação Interruptor Interação Consumidor

4. Tela pronta para fazer seu diagrama (fundo branco) preço Fonte de energia externa ilimitada Fluxos de Energia Fonte de energia externa limitada Sistema ou subsistema Também deposito ou estoque interno (limitado) Produtor Sumidouro de Energia Consumidor Transação Interação Interruptor

5. Símbolos prontos para usar, em fundo escuro. preço Fonte de energia externa ilimitada Fluxos de Energia Sistema ou subsistema Fonte de energia externa limitada Deposito ou estoque interno (limitado) Sumidouro de Energia Consumidor Produtor Transação Interruptor Interação

6. Significado dos símbolos da Análise Emergética Fonte continua ilimitada: Um recurso externo que fornece energia de acordo a um programa controlado externamente (força constante). Fonte continua limitada: Um recurso externo que fornece energia de acordo a uma certa interação regulada pela estrutura interna do sistema (função força decrescente). Fonte temporária limitada: Uma reserva energética fora do sistema, que guarda uma certa quantidade de energia potencial. Fluxo de Energia: Um fluxo cuja vazão depende de uma interação ou da fonte que o produz e do estoque energético produzido.

7. Entradas de Energia Potencial Significado dos símbolos da Análise Emergética Interação: processo de transformação de energia potencial que exige a participação de varias formas de energia. O conceito de energia potencial se estende a matéria e a informação. Saída de uma ou várias energias de maior qualidade (trabalho do sistema) Energia = Trabalho + Calor Energia dispersada Energia potencial = Energia de maior qualidade + Energia dispersada

8. Significado dos símbolos da Análise Emergética Produtor: Unidade auto-catalítica que coleta e transforma energia de baixa qualidade (intensidade) sob a ação de fluxo de energia de alta qualidade. Sumidouro de Energia: Degradação e dispersão da energia potencial empregada no processo. Consumidor: Unidade auto-catalíticaque aproveita a biomassa produzida em etapas anteriores da cadeia trófica e gera um fluxo de energia de alta qualidade para fins de controle geral.

9. Produtor Q Q P R Consumidor Unidades auto-catalíticas Parte do trabalho produzido permanece no sistema como energia estrutural que reforça a interação. Esse estoque interno denomina-se Q pois indica Quantidade e Qualidade.

10. Fontes renováveis externas Produtores Nutrientes Cadeia de vários estágios de consumidores Resíduos Energia dispersada Aproveitamento da energia disponível em uma área

11. Fontes externas Nutrientes Consumidores de biomassa 1 000 000 J 1 000 J 100 J 10 J 1 J 0 J Produtores de biomassa Resíduos Energia dispersada Decompositores Energia disponível na área 1 000 000 Joules de energia solar (sej) Energia incorporada/Energia de cada etapa 1000 000sej/J 100 000sej/J 10 000sej/J 1 000sej/J Transformidade 10 J 1 J 100 J 1 000 J Energia disponível em cada etapa

12. 0.1 E4 0. 1 E1 0.1 E0 J/t 0.1 E2 0.1 E3 10 Sol 10 000 000 10 000 1 000 100 1 Tr=1000 Tr=1 E4 Tr=1 E5 Tr=1 E6 Tr=1 E7 90 900 9 9 000 9 999 000 EMERGIA Solar = 1 E7 Joules de energia solar equivalente / Tempo Princípio da máxima empotência A potência ecossistêmica (emergia/tempo) denomina-se empotência. O “principio da máxima empotência” diz: Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de emergia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar.

13. Sol Energia fóssil Sol Princípio da máxima empotência • Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo. • Os sistemas se auto-organizam em hierarquias de transformação de energia que pulsam, cobrem diversas áreas, acumulam energia e evoluem. Os sistemas se expandem e se contraem em função da emergia disponível. Capacidade de suporte temporariamente alta em base a recursos fósseis Capacidade renovável

14. Hipótese da auto-organização O princípio da máxima potência sugere que a auto-organização das espécies ocorre pelo reforço daquelas que desenvolvem contribuições a outras partes do sistema. A auto-organização de sistemas desenvolve estoques auto-catalíticos para maximizar o aproveitamento de energia.

15. Q Quantidade em estoque longe do equilíbrio k4.Q k5.F.Q Hipótese da auto-organização O princípio da máxima potência sugere que a auto-organização de espécies disponíveis ocorre pelo reforço daquelas que desenvolvem contribuições a outras partes do sistema. A auto-organização de sistemas desenvolve estoques auto-catalíticos para maximizar o aproveitamento de energia. Desenho auto-catalítico. O crescimento é exponencial se F é constante e ilimitada k3.F.Q dQ/dt = k1.F.Q - k3.F.Q - k2.Q Retro-alimentação Fonte F Produção Depreciação k2.Q k1.F.Q Processo de transformação da energia Materiais liberados Taxa de incremento da entropia ambiental Se com dissipação da energia Energia degradada T = Temperatura em graus Kelvin dSe/dt = (k4.Q + k5.F.Q) / T

16. Agregação: 0.6E7 J/t 0.6E5 0.6E4 0.6E6 Sol 6E9 6E7 6E6 6E4 6E5 EMERGIA Solar = 6E9 Emjoules Solares Tempo Princípio da máxima empotência A potência ecossistêmica (emergia/tempo) denomina-se empotência. O “principio da máxima empotência” disse: Os sistemas tendem a maximizar o fluxo de energia. Isso implica maximizar o fluxo de energia em toda a cadeia alimentar. Aplica-se a todos os níveis e escalas ao mesmo tempo. Os sistemas se auto-organizam em hierarquias de transformação de energia que pulsam, cobrem diversas áreas, acumulam energia e evoluem. Os sistemas se expandem e se contraem.

17. R2 = recursos renováveis da biosfera e da região F= materiais e serviços comprados da economia (em geral não-renováveis) F N = fontes não- renováveis da natureza N R2 bens humanos R1 = recursos renováveis diretos Produtos Vendidos Subsídios E1 Perdas (sem taxar) Externalidades E2 E3 Serviços ambientais (sem subsídio) Compras Erosão Controle Infra- estrutura R1 Fotosíntesse Albedo Unidade de produção Diagrama resumido Energia degradada

18. Transformidade Razão de investimento de emergia Contribuição não renovável da natureza: N Y (Emergia de I+F) Tr= = Qp (Energia de Y) FR FN Retroalimentação da Economia: F N Razão de rendimento de emergia F Economia EIR = = I Natureza F = FR+ FN FR = MR + SR FN = MN + SN F = M + S M = MR+ MN S = SR + SN Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Y Emergia EYR= = F Economia Y R Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Intensidade de mão-de-obra Carga Ambiental Mão-de-obra local (produção familiar) Porcentagem de renovabilidade (%) Emergia incorporada: Y = I + F Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. Recursos renováveis da natureza: R= R1 + R2 R1 = fluxos diretos R2 = fluxos de estoques %R=100*(R+FR)/Y LSR = SRL / S LSR= SR / S ELR=(R+FR)/(N+FN) Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Mede a proporção entre a mão-de-obra no total de serviços Mede a proporção entre recursos renováveis e não renováveis do sistema produtivo Mede a proporção entre a mão-de-obra local e o total de serviços do sistema produtivo Contribuições da natureza: I = R + N Mão-de-obra local: SRL SR = SRL + SRE

19. Significado dos símbolos da Análise Emergética Depósito: Uma reserva energética dentro do sistema, que guarda uma quantidade de energia de acordo com o balanço de entradas e saídas (variáveis de estado). Caixa: Símbolo de uso múltiplo que pode ser usado para representar uma unidade de consumo e produção dentro de um sistema. Representa um sub-sistema.

20. sensores on off preço Significado dos símbolos da Análise Emergética Interruptor: um controlador que permite que ocorra um fluxo ou um processo a partir de uma combinação de sinais obtidas por sensores. Transação: ação de venda de bens ou serviços (linha continua) em troca de pagamento em dinheiro (linha tracejada). O preço é mostrado na figura como uma fonte de energia externa. O processo pode ser também de escambo.

21. Deposito externo Materiais reciclados Deposito interno Consumidor Fonte de energia externa Interação Sumidouro de Energia Fluxos de energia e materiais em um sistema Fonte de energia externa Produtor

22. Estoques externos Q Q P Energia externa R Energia dispersada Fluxos de energia na biosfera A Terra, após longa evolução,desenvolveu inúmeros estoques: solos férteis, água limpa, ar limpo, bom clima, sistemas ecológicos saudáveis e beleza estética Materiais Organização Consumi- dores Produtores Biomassa vegetal Recursos diversos Biosfera

23. Estoques externos Q P Energia externa A floresta: relações plantas-solo Bombeamento de materiais Açúcar para a micro-biota Matéria orgânica para a macro-biota Solubilização de minerais Maior porosidade no solo Interações Absorção de gases Maior umidade do solo Fixação de nitrogênio Amortece golpe da chuva Produtores Efeito esponja de água Energia dispersada

24. Estoques externos Q P Energia externa Produtores Energia dispersada A floresta Produtos e serviços ambientais Diminui a temperatura Facilita a precipitação e estabiliza o regime de chuvas Gera solo fértil e infiltra água limpa Biomassa Biodiversidade Impede desabamentos Maior absorção solar e maior produtividade Absorve CO2 e gera ar oxigenado Beleza e plenitude Resilência: permite recuperar o ecossistema

25. Há energia disponível em tudo aquilo que é reconhecido um ente da terra e do universo, inclusive a informação. A energia pode ser utilizada para avaliar a riqueza real em uma base comum. É definida como toda a energia incorporada na produção de um recurso, seja ela na forma de energia ou matéria, trabalho humano ou da Natureza, em outras palavras, é toda a energia necessária para um sistema produzir um recurso (Odum, 1996). Emergia

26. Energia dos produtos Metodologia Energias que entram Emergias que entram Emergia dos produtos Energia degradada

27. Conceitos Básicos • Emergia de um recurso é a soma de toda a emergia necessária, direta ou indireta, para produzi-lo. (Joules de energia solar) • Transformidade solar de um recurso é a quantidade total de emergia solar (sej) usada no sistema para produzir uma unidade de energia do produto (Joules, J). Indica a posição do produto na hierarquia energética do planeta. (Joules de energia solar por Joule, sej/J)

28. Capacidade de Suporte • Número de indivíduos de uma população de uma determinada espécie que pode ser sustentado por uma região ou uma determinada área da paisagem. • .. depende tanto da quantidade de recursos naturais disponíveis (R) quanto da energia adquirida ou importada pelo sistema, que pode ser não renovável (N).

29. Análise Emergética 1. Levantamento da história dos locais de estudo 2. Elaboração do Diagrama 3. Montar a Tabela de Avaliação Emergética 4. Calcular os Índices Emergéticos 5. Interpretação dos Resultados

30. Nitrogênio da Atmosfera Nutrientes Rocha Subsolo Materiais e Serviços Família Taxas Biodiversidade Regional Reserva Florestal Chuva $ Preço Vento Sol Taxas Benefi- ciamento Plantação 1. Elaboração do Diagrama Serviços ambientais Multas Serviços ambientais locais Produtos Perdas: solo, nutrientes, Pessoas, Insumos.

31. Minerais(N) Economia Moderna Outros Processos Naturais Reservas semi- renováveis emjoule: Joule de energia disponível (de um certo tipo de energia) previamente usada para fazer um produto ou serviço. Se usar-mos como energia de referência a energia solar, temos o emjoule solar ou sej = Avaliação Emergética Procedimentos para uma avaliação emergética de um sistema. Emergia não renovável Soma dos Insumos de Emergia Solar Emergia acumulada nos ecossistemas: solo, água, madeira, etc. Energia do Sol, da Lua e do núcleo interno da Terra Emergia direta Sistema Agrícola Energia Produzida Sol, vento, chuva, marés, ondas,soerguimento geológico Dispersão de Energia Potencial Emergia solar dos insumos (sej/ha/ano ) Transformidade Solar ( sej /J ) Energia produzida (J/ha/ano )

32. R2 = recursos renováveis da biosfera e da região F= materiais e serviços comprados da economia (em geral não-renováveis) F N = fontes não- renováveis da natureza N R2 bens humanos R1 = recursos renováveis diretos Produtos vendidos E1 Perdas e desperdício (sem taxar) E2 E3 Serviços ambientais (sem subsídio) Compras Erosão Controle Infra- estrutura R1 Fotosíntesse Albedo Unidade de produção Diagrama resumido Energia degradada

33. M S N Emergia total Consumo interno Y = I+F R Diagrama resumido tradicional Materiais Serviços Deposito ou estoque interno (limitado) F = M+S I = R+N Produtos Produtor Ep = Energia dos produtos Fonte de energia externa limitada Transformidade: Tr = Emergia/Energia dos produtos Sumidouro de Energia

34. Transformidade Razão de investimento de emergia N F Y (Emergia de I+F) Tr= = Qp (Energia de Y) Razão de rendimento de emergia F Economia EIR = = I Natureza Y R Emergia incorporada: Y = I + F Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Y Emergia EYR= = F Economia Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Porcentagem de renovabilidade (%) Retroalimentação da Economia: F Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. %R=100(R/Y) Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Contribuição não renovável da natureza: N Recursos renováveis da natureza: R=R1+R2 Contribuições da natureza: I=R+N

35. A coluna # 6 É o valor real da riqueza estimado em emdolares. Este valor é obtido dividindo-se a emergia na coluna 5 pela relação de emergia/capital(dinheiro) para o ano selecionado. A coluna # 3 é a fonte de dados em Joules, gramas, ou dólares, derivados de várias fontes. A coluna # 2 contém os nomes das diversas entradas do sistema. A coluna # 1 é o número do item, que é também o número da nota de rodapé na tabela onde as fontes de dados são citadas e os cálculos mostrados. A coluna # 4 é a Transformidade em emjoules (Joules indexados em energia solar) por unidade (sej/Joule; sej/grama; ou sej/dólar). Estes dado são obtidos de estudos prévios. A coluna # 5 é a emergia solar. É o produto das colunas 3 e 4. 2. Montar a Tabela de Avaliação Emergética Nota Nome da contribuição Dados, Unidade Emergia/ Unidade Emergia Solar Emdólar R: Recursos da natureza renováveis N: Recursos da natureza não-renováveis M: Materiais da economia S: Serviços da economia

36. N Emergia total Consumo interno Y = I+F R Diagrama resumido considerando renovabilidade parcial Materiais e serviços renováveis Materiais e serviços não-renováveis Deposito ou estoque interno (limitado) F = Fr+Fn Mr+Sr Mn+Sn I = R+N Produtos Produtor Ep = Energia dos produtos Fonte de energia externa limitada Transformidade: Tr = Emergia/Energia dos produtos Sumidouro de Energia

37. Transformidade Razão de investimento de emergia Contribuição não renovável da natureza: N Y (Emergia de I+F) Tr= = Qp (Energia de Y) FR FN Retroalimentação da Economia: F N Razão de rendimento de emergia F Economia EIR = = I Natureza F = FR+ FN FR = MR + SR FN = MN + SN F = M + S M = MR+ MN S = SR + SN Razão entre emergia de um produto específico e a energia útil do produto Y Emergia EYR= = F Economia Y R Razão entre a contribuição da economia (F) e os recursos naturais (I) Intensidade de mão-de-obra Carga Ambiental Mão-de-obra local (produção familiar) Porcentagem de renovabilidade (%) Emergia incorporada: Y = I + F Mede a incorporação de energia da natureza ou a emergia líquida. Recursos renováveis da natureza: R= R1 + R2 R1 = fluxos diretos R2 = fluxos de estoques %R=100*(R+FR)/Y LSR = SRL / S LSR= SR / S ELR=(R+FR)/(N+FN) Mede a sustentabilidade do sistema produtivo Mede a proporção entre a mão-de-obra no total de serviços Mede a proporção entre recursos renováveis e não renováveis do sistema produtivo Mede a proporção entre a mão-de-obra local e o total de serviços do sistema produtivo Contribuições da natureza: I = R + N Mão-de-obra local: SRL SR = SRL + SRE

38. As aplicações da metodologia serão mostradas em outras apresentações. Obrigado!!!