a certificação de sistemas e produtos rurais usando emergia. estudo de caso: sítio duas...
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A certificação de sistemas e produtos rurais usando emergia.
Estudo de caso: Sítio “Duas Cachoeiras”.
Dr. Enrique Ortega
Professor, FEA, Unicamp, CP 6121,
Campinas, SP, Brasil, CEP 13083-970
E-mail: [email protected]
I Seminário Internacional sobre Manejo na Agricultura Orgânica para Sustentabilidade Embrapa-Yamaguishi
Jaguariúna, SP, 22-28 junho 2003.
SDC
Procuram-se modelos sustentáveis, com novos atributos:
Menos dependentes de insumos comprados Que gerem empregos Que não usem agrotóxicos Que preservem e aproveitem a biodiversidade Que protejam as nascentes e a paisagem Que reciclem Que se auto organizem e discutam preços
Como garantir os novos atributos?
Através de uma certificação de boa qualidade (de base ecossistêmica e energética)
Criando padrões de qualidade com parâmetros bem definidos
Promovendo uma imagem de qualidade
O modelo agroquímico da revolução verde
Terra usada para monocultura
Propriedade
Trabalho rural assalariado
Insumos químicos:fertilizantes, pesticidas(derivados do petróleo)
Maquinaria e combustível(derivados do petróleo)
Água deirrigação
Figura 1. A agricultura química vistacomo caixa preta de resposta linear
Produto
O modelo agroecológico
Sol, vento,chuva
Reservaflorestal
mineraisdo solo
Áreaagrícola
Pecuária
Área debrejos
biomassa,aquíferos
pessoas,infra-
estrutura
$
beneficia-mento
N2atmos.
insumosurbanos
serviçospúblicos
biomassa,aquíferos
$
$
$
$
madeira
produtosagrícolas
produtospecuários
biomassa
Figura 2. A agricultura ecossistêmica, preservando funções ambientais e sociais
água
águalimpa
Energiarenovável
Ecossistemasnaturais
Ecossistemasdominados pelo
homem
ar eoceanos
infra-estruturaindustrial
madeira
petróleo, gás, carvão,aquíferos fósseis,
espécies dabiodiversidade
produtosindustriais
Figura 3. Os recursos disponíveis na biosfera, suas limitações eimportância na sustentabilidade do sistema humano
mineraisexíguos
recursos debaixíssima
renovabilidade
recursos delenta renova-
bilidaderecursos
renováveis
solo, água, ar,minerais abundantes
minerais
produtos dosubsistema humano
Subsistema do ecossistema
O custo de produção energético
Energiaexterna
materiaistrabalho
produto
retro alimentação
Figura 4. Diagrama da conversão de energia em produto
novosrecursos
processoprodutivo
região sistema maior
Tr = emergia solarmassa
sejkg
=Tr = emergia solarenergia
sejJ
=
Transformidade = energia solar necessáriaproduto que sai do subsistema
A conversão dos fluxosde energia e massa em fluxos de emergia
processo de interação
Figura 6. Procedimento de cálculo de um fluxo emergético:
(1) Indicar o valor do fluxo nas suas unidades comuns: J2(2) Converter para unidades SI (J, kg): J2 (SI)(3) Multiplicar pela transformidade correspondente (Tr2)(4) Expressa-se o valor do fluxo em emergia (e2).
fonte deenergia
J2
e2
Tr 2
energia / área / tempo
emergia / energiatransformidade
emergia / área / tempo
fluxo
fluxo
Conversão para emergia usando a transformidade(fator de equivalência)
Energiasolar direta produto (s)
Figura 5. Diagrama para explicar a conversão de fluxos de energia emassa de diversas qualidades em fluxos de emergia (sej/área/tempo),passíveis de serem agregados conforme sua origem e renovabilidade
estoquesinternos
QJ1
Agroecossistema
J2
J3 J4 J5
Tr2
Tr3Tr4 Tr5
Recursos energéticos externosem ordem de intensidade (erenovabilidade)e2
e1
e3 e4 e5
EP
=Emergia usada
Energia produzida = Ji Tri
Ep
e i
Ep
O objetivo do procedimento usado:agrupar fluxos conforme sua origem
Energia do produtoR1
N
estoqueinterno
Q
Ep
Figura 7. Diagrama resumido
interações
R2$
$ vendas
MS
As fontes de energia e matéria do subsistema
R1 = Recursos renováveis diretos (sol, vento, chuva) R2 = Uso de recursos renováveis indiretos (minerais
do solo, nitrogênio da atmosfera, água da bacia, sedimentos, biodiversidade regional)
N = Recursos renováveis usados de forma não renovável (solo, biodiversidade local, pessoas)
M = Insumos materiais da economia urbana (geralmente de tipo não renovável)
S = Trabalho humano externo e serviços urbanos Q = Estoques internos de energia (água, biomassa,
biodiversidade, pessoas, infraestrutura, paisagem)
A nomenclatura e os indicadores
Processo sistêmicoR
Figura 9. Nomenclatura dos fluxos de emergia
Y energia consumida
M S
N F
Ep energia produzida
I = Contribuições da natureza
I
F = insumos da economia humana
Y = I + F
Densidade emergética: Y
Transformidade: Tr = Y/Ep
Taxa de rendimento emergético: EYR = Y/R
Taxa de investimento emergético: EIR = F/I
Porcentagem da renovabilidade: %R = 100(R/Y)
Aplicação da metodologia energética a um caso real: o sitio Duas Cachoeiras Perto de Campinas temos vários agricultores que
desenvolvem técnicas de agricultura biológica Um deles atua em Amparo, desde 1985,
procurando um modelo de agro silvicultura sustentável.
Tem interesse na pesquisa e no ensino Está aberto a comunidade. Participa da AAO e colabora com a Embrapa,
Unicamp e outras instituições
O procedimento de pesquisa A primeira visita ao sitio foi em 1999, por
indicação de pesquisadores da Embrapa e da Unicamp. Levei um grupo de alunos de um curso de extensão.
Guaraci Diniz, o responsável do projeto do sitio fez o curso de extensão no ano seguinte (2000).
A partir de 2001 começamos a descrição do funcionamento ecossistêmico do sitio e fizemos alguns cálculos parciais
Em 2002 publicamos o primeiro artigo Em 2003 fizemos a analise global do sitio.
Diagrama do sitio
Diagrama resumido
ÍndicesEficiência: Tr = Y/EpEnergia líquida: EYR = Y/FInvestimento: EIR = F/IRenovabilidade %R = 100(R/Y)
Energia renovável da naturezaR = R0 + R1 + R2 + R3
R0Energia solar
direta: radiação,vento, chuva
Energia degradada
agroecossistema
R1Energia solaracumulada:
biodiversidaderegional
Produto
R2Elementos
químicos darocha e daatmosfera
NMatéria orgânicado solo perdido
por erosão
F=M+SMaterias, bens,
trabalho externo,serviços.
Recursos hídricoscobrados.
N = Energia não-renovávelda natureza
F = Feedback da economia ou retro-alimentação (pode ser não-renovável)
Contribuição total da naturezaI = R + N
Emergia incorporadaY = I + F
Ep = Energia do produto
QEstoques
internos deemergia
interações
R3Recursos
hídricos locais(gratuitos)
$Dinheiro
$Investimento.
Custeio.
$ vendas
Principal ejuros ou lucro
Pagamentos
Cálculos para analise do sitio: R1, R2Nota Valor Cálculo da contribuição conversão Valor
calculadoUnidades
SI
Recursos naturais renováveis.Chuva
1,25 ( m3/m
2/ano)*(1000kg/m
3)*(5000J/kg)* 10
4m
2/ha 5,0E+10 6,25E+10 J/ha/ano
Água da nascente
5475 ( m3/ano/29ha)*(1000kg/m
3)* (5000J/kg) 1,7E+05 9,44E+08 J/ha/ano
Nitrogênio
45 ( kg/ha/ano) 1,0 45,0 kg/ha/ano
Fósforo5 ( kg/ha/ano) 1,0 5,0 kg/ha/ano
Outros minerais25 ( kg/ha/ano) 1,0 25,0 kg/ha/ano
Ganho de recursos naturais renováveis.Produção florestal: biomassa
10000 ( kg/ano)*(14ha/29ha) 0,48 4827,6 kg/ha/ano
Recuperação do solo agrícola
15000 ( kg/ha/ano)*(0,04kg matéria orgânica/kg solo) * (5400 kcal/kg)*(4187 J/kcal)
9,0E+05 1,4E+10 J/ha/ano
1
2
3
4
5
6
7
Cálculos para analise do sitio: N
Perda de recursos naturais não renováveis.Erosão do solo agrícola
5000 ( kg/ha/ano)*(0,04kg matéria orgânica/kg solo) * (5400 kcal/kg)*(4186J/kcal)
9,0E+05 4,5E+09 J/ha/ano
8
Cálculos para analise do sitio: MMateriais da economia urbana (M):Depreciação das instalações
Casarão140 ( m2/29ha)*(400R$/m
2)*(US$/3,60R$)/150anos 0,026 3,58 $/ha/ano
Casa do Guaraci
70 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos 0,128 8,94 $/ha/ano
Casa azul70 ( m2/29ha)*(400R$/m
2)*(US$/3,60R$)/30anos 0,128 8,94 $/ha/ano
Moradia63 ( m2/29ha)*(400R$/m
2)*(US$/3,60R$)/30anos 0,128 8,05 $/ha/ano
Salas de aulas/S. Bosque.
40 ( m2/29ha)*(600R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos 0,287 11,49 $/ha/ano
Refeitório
130 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$3,60/R$)/20anos 0,192 24,90 $/ha/ano
Escritório/Biblioteca
20 ( m2/29ha)*(400R$/m2)*(US$/3,60R$)/100anos 0,038 0,77 $/ha/ano
13
14
15
9
10
11
12
MOficina mecânica/marcenaria
162 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos 0,032 5,17 $/ha/ano
Galpão de ovelhas
100 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos 0,096 9,58 $/ha/ano
Estufas500 ( m
2/29ha)*(20R$/m2)*(US$/3,60R$)/8anos 0,024 11,97 $/ha/ano
Cerca5000 ( m/29ha)*(12,30R$/m)*(US$/3,60R$)/3anos 0,039 196,36 $/ha/ano
Nascente50 ( m
2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/30anos 0,032 1,60 $/ha/ano
Lago250 ( m
2/29ha)*(50R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos 0,032 7,98 $/ha/ano
Galpão de processamento de grãos
100 ( m2/29ha)*(100R$/m2)*(US$/3,60R$)/15anos 0,064 6,39 $/ha/ano
Casa dos extratos
60 ( m2/29ha)*(260R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos 0,125 7,47 $/ha/ano
Projeto de capacitação
3000 ( US$/29ha)/40anos 0,001 2,59 $/ha/ano
Paiol de armazenamento
12 ( m2/29ha)*(200R$/m2)*(US$/3,60R$)/20anos 0,096 1,15 $/ha/ano
25
21
22
23
24
17
18
19
20
16
MFossa
3500 ( R$/29ha)*(US$/3,6R$)/10anos 0,001 3,35 $/ha/ano
Trator40000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/20anos 0,0005 19,16 $/ha/ano
Implementos do trator
2600 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/10anos 0,001 2,49 $/ha/ano
Colméias1800 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/1,5 ano 0,006 11,49 $/ha/ano
Centrifugas
600 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 0,38 $/ha/ano
Geladeiras
700 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 0,45 $/ha/ano
Implementos para o mel
200 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 0,13 $/ha/ano
Tosquiador
400 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 0,26 $/ha/ano
Carda50 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/25anos 0,0004 0,02 $/ha/ano
Tecelagem
1900 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 1,21 $/ha/ano
Computador
6000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/5anos 0,0019 11,49 $/ha/ano
Biblioteca
5000 ( R$/29ha)*(US$/3,60R$)/25anos 0,0004 1,92 $/ha/ano
Mobília escola
1000 (R$/29ha)*(US$/3,60R$)/15anos 0,0006 0,64 $/ha/ano
37
38
33
34
35
36
29
30
31
32
26
27
28
Cálculos para analise do sitio: M
Insumos materiais da economia humana (M):Combustível
4000 (litros/29ha)*(0,75kg/l)*(10000kcal/kg)*(4187J/kcal)/1ano
1,1E+06 4,3E+09 J/ha/ano
Eletricidade300 (kWh/ano)*(1/29 ha)*(1000W/kW)/(364*24*60) 1,8E+07 5,4E+09 J/ha/ano
Materiais de manutenção1008 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$) 0,0096 9,66 $/ha/ano
41
39
40
Cálculos para analise do sitio: SServiços da economia humana (S):Despesas anuais.
Mão de obra simples 5,4E+08 J/ha/ano
1 (pessoa/29ha) * (3500 kcal/pessoa/dia) * (365 d/ano) * 4186 J/kcal
1,8E+08 1,8E+08
2 (pessoas/10ha) *(3500 kcal/pessoa/dia) * (120 d/ano) * 4186 J/kcal
1,8E+08 3,5E+08
43 Mão de obra familiar
3 ( pessoa/29ha) * (3500 kcal/pessoa/dia) * (365 d/ano) * 4186 J/kcal
1,8E+08 5,5E+08 J/ha/ano
Manutenção
2700 ( $/29ha)*(US$/3,60R$)/1ano 0,0096 25,86 $/ha/ano
Serviços públicos: Impostos (estimativa)
2500 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$) 0,0096 23,95 $/ha/ano
Seguros0 R$/ano/29ha 0,034 0,00 $/ha/ano
Serviços privados (associação)
250 ( R$/29ha/ano)*(US$/3,60R$) 0,0096 2,39 $/ha/ano
Telefone
3000 ( $/29ha)*(US$/3,60R$)/1ano 0,0096 28,74 $/ha/ano
48
47
45
46
42
44
S
Amortização das despesas iniciais.Serviços da divida
0 (US$/ha/ano) 1,0 0,0 $/ha/ano
Mão de obra durante a construção
0 (pessoas/29ha) * 90dias * (3500kcal/pessoa/dia) * 4186J/(kcal)
4,5E+07 0,0 J/ha/ano
Administração no arranque
0 (pessoas/29ha) * 90dias * (2500kcal/pessoa/dia) * 4186J/(kcal)
4,5E+07 0,0 J/ha/ano
50
51
49
Produtos
nota ProdutoProdu-tividade
Área plantada Produção Unidades
Valor calórico J/kcal Energia do % Preço
Vendas
kg/ha ha kcal/unid. produto (R$/kg) R$1 milho 3000 1 3000 kg/ha/ano 3644 4186 4,58E+10 7,4% 0,35 1.0502 girassol 1000 4 4000 kg/ha/ano 5843 4186 9,78E+10 15,9% 0,25 1.0003 óleo girassol 300 4 1200 kg/ha/ano 9000 4186 4,52E+10 7,3% 6,25 7.5004 torta girassol 700 4 2800 kg/ha/ano 2692 4186 3,16E+10 5,1% 0,16 4485 feijão 900 0,43 387 kg/ha/ano 3436 4186 5,57E+09 0,9% 2,30 8906 abóbora 3500 0,1 350 kg/ha/ano 400 4186 5,86E+09 1,0% 0,90 3157 mandioca 10000 1 10000 kg/ha/ano 1111 4186 4,65E+10 7,5% 1,10 11.0008 batata doce 10000 0,05 500 kg/ha/ano 1255 4186 5,25E+10 8,5% 0,90 4509 arroz 2500 0,16 400 kg/ha/ano 3504 4186 3,67E+10 5,9% 4,00 1.600
10 soja 2400 0,084 200 kg/ha/ano 3950 4186 3,97E+10 6,4% 1,50 30011 hortaliças 30000 0,13 3900 kg/ha/ano 16 4186 2,01E+09 0,3% 1,00 3.90012 frutas 10000 0,5 5000 kg/ha/ano 800 4186 3,35E+10 5,4% 1,00 5.00013 lã fiada 50 0,72 36 kg/ha/ano 4500 4186 9,42E+08 0,2% 36,00 1.29614 lã tapete 50 0,48 24 kg/ha/ano 4500 4186 9,42E+08 0,2% 35,00 84015 lã tecido 50 1,2 60 kg/ha/ano 4500 4186 9,42E+08 0,2% 120,00 7.20016 esterco 7200 3 21600 kg/ha/ano 5000 4186 1,51E+11 24,4% 0,35 7.56017 mel 1200 0,5 600 kg/ha/ano 3125 4186 1,57E+10 2,5% 8,00 4.80018 própolis 20 0,5 10 kg/ha/ano 5000 4186 4,19E+08 0,1% 100,00 1.00019 cera 40 0,5 20 kg/ha/ano 8000 4186 1,34E+09 0,2% 10,00 200
Soma párcial 11,2 5408720 aulas 4800 h/ha/ano 125 4186 2,51E+09 0,4% 25,00 120.00021 pesquisa 600 h/ha/ano 125 4186 3,14E+08 0,1% 0,10 60
Valores médios 6,16E+11 100,0% 176.409
nota Contribuição Valor UnidadesTransfor-midade
Fluxo de emergia % US$/ha/a
numérico sej/unidade sej/ha/ano
Recursos naturais renováveis (R) 4,29E+15 0,50 1.158,681 Chuva 6,25E+10 J/ha/ano 1,82E+04 1,14E+15 0,13 307,432 Nascente e córrego 9,44E+08 J/ha/ano 1,10E+05 1,04E+14 0,01 28,063 Nitrogênio 45 kg/ha/ano 4,60E+12 2,07E+14 0,02 55,954 Fósforo 5 kg/ha/ano 2,70E+12 1,35E+13 0,00 3,655 Outros minerais 25 kg/ha/ano 1,71E+12 4,28E+13 0,00 11,556 Produção florestal: biomassa 4828 kg/ha/ano 3,69E+11 1,78E+15 0,21 481,45
Acumulo de estoques internos 7 Recuperação do solo agrícola 1,36E+10 J/ha/ano 7,38E+04 1,00E+15 0,12 270,58
Perda de recursos naturais não renováveis (N) 3,45E+13 0,00 9,338 Erosão do solo agrícola 4,68E+08 J/ha/ano 7,38E+04 3,45E+13 0,00 9,33
Contribuições da economia urbana: 4,27E+15 0,41 1155,029 Depreciação das instalações 328,5 $/ha/ano 3,7E+12 1,22E+15 0,14 328,50
Consumo anual 2,28E+15 0,27 616,7839 Combustível 1,1E+09 J/ha/ano 6,60E+04 7,15E+13 0,01 19,3240 Eletricidade 5,44E+09 J/ha/ano 4,00E+05 2,17E+15 0,25 587,8141 Materiais para manutenção 9,7 $/ha/ano 3,70E+12 3,57E+13 0,00 9,66
Despesas anuais em trabalho humano local (L) 4,36E+14 0,05 117,7842 Mão-de-obra simples 5,36E+08 J/ha/ano 4,00E+05 2,14E+14 0,02 57,9643 Mão-de-obra familiar 5,53E+08 J/ha/ano 4,00E+05 2,21E+14 0,03 59,82
Despesas anuais em serviços externos (S) 3,40E+14 0,04 91,9544 Manutenção 25,9 $/ha/ano 3,70E+12 9,57E+13 0,01 25,8645 Impostos (predial+ambiental+vendas) 3,8 $/ha/ano 3,70E+12 1,42E+13 0,00 3,8346 Seguros 0,0 $/ha/ano 3,70E+12 0,00E+00 0,00 0,0047 Serviços privados (associação) 2,4 $/ha/ano 3,70E+12 8,86E+12 0,00 2,3948 Telefone 28,7 $/ha/ano 3,70E+12 1,06E+14 0,01 28,7449 Amortização das despesas iniciais 31,1 varios varios 1,15E+14 0,01 31,13
TOTAL 8,60E+15 1,00
Tabela
Resultados da analise do sitio
Produção e Vendas52 Massa total 54087 kg/ha/ano53 Energia total 6,2E+11 J/ha/ano54 Receitas 176409 US$/ha/ano
Fluxos de emergia agregados Recursos renováveis R = 4,29E+15 Recursos não renováveis N = 3,45E+13Contribuição da natureza I = R+N = 4,32E+15 Materiais M = 3,50E+15 Serviços internos (mão-de-obra) S1= 4,36E+14 Serviços externos S2= 3,40E+14Contribuição da economia F = M+S = 4,27E+15Emergia total Y = I+F = 8,60E+15
Índices emergéticosTr Transformidade (media) 13942 boa eficiênciaEYR Taxa de rendimento 2,01 2,2 ótimo valorEIR Taxa de investimento 1,99 1,1 bom resultado%R Renovabilidade 50 55 altaEER taxa de intercambio (media) 2,91 normal
Valores considerando renovável a mão-de-obra
Outros resultados
Rentabilidade (Renda / Despesas):
1,19 (aceitável)
Trabalho familiar (5 pessoas / 29 ha):
0,17 (médio)
Escolaridade (universitário 2, médio 1, básico 2):
0,50 (alta)
Processo agrícolae beneficiamento
Rrecursos
renováveis
Fluxos emergéticos anuais por hectare multiplicados por E13
Mmateriais
Sserviçosexternos
NPerda de solo
e biota
384
Massa produzida Mp = 54087 kgEnergia produzida Ep = 6,2E11 J
I = Contribuições da natureza
I = R + L + N
F = insumos da economia humana
Y = I + F = 861
477
LMão-de-
obra local3
429
F = M + S
350
45
34
Índices emergéticos
Transformidade: Tr = Y/Ep = 13942 (alta eficiência)
Taxa de rendimento: EYR = Y/R = 2,2 (capta 120% de energia)
Taxa de investimento: EIR = F/I =1,1 (demanda pouco da sociedade)
Renovabilidade: %R = 100(R/Y) = 55% (padrão sustentável)
Empregabilidade: 5 pessoas/29 hectares (aceitável)
Etiqueta de certificação
Resultados e discussão
Os indicadores emergéticos foram bons e mostram que: (a) A propriedade está trilhando o caminho da
sustentabilidade;(b) O impacto ambiental é quase nulo, podendo haver
regeneração do ecossistema; (c) O sistema capta muita energia da natureza que
transfere aos consumidores; (d) O investimento necessário é pequeno (o que é ótimo
em tempos de crise); (e) Os produtos são saudáveis e baratos; (f) Os índices de emprego são altos (número de
trabalhadores por hectare por ano).
Próximas etapas O trabalho avançou muito mas consideramos que
a pesquisa deve continuar. Os resultados obtidos devem ser considerados como preliminares
A metodologia será aprimorada com dados SIG do sitio
O resultados serão comparados com os de sítios da região
Pretendemos divulgar a pesquisa em publicações e eventos (por exemplo: I Encontro Brasileiro de Agroecologia, Porto Alegre, novembro de 2003).
Obrigado pela atenção dispensada
Esperamos complementar e melhorar a metodologia com os conhecimentos adquiridos e as sugestões recebidas;
Maiores informações sobre a metodologia usada podem ser encontradas no site do Laboratório de Engenharia Ecológica da FEA/Unicamp.www.fea.unicamp.br/ortega/