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: 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 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).

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 (massa, energia, dinheiro, informação, área, pessoa, país, biosfera).

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.

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.

=

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 se o desenvolvimento se faz com recursos não renováveis.

Princípio básico:

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.

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.

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 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.

• 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 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).

O valor energético da biomassa é diferente em cada estágio da cadeia alimentar da floresta.

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 primárioconsumidor secundário

consumidor terciário

decompositor

Cadeia trófica gerada pela energia captada dos energéticos fósseis.

recursos renováveis

produtores fotossíntese

Biosfera

cons. hum. 2

consumidorhumano 1

ch3decom-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 grandes

resíduos

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 noentra queEmergia

EmergiadadetransformiExergia

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.

Transformidades dos recursos da biosfera

matéria orgânica simples

águachuva

produção agroindustrial

produtos metálicos

produtos químicosfertilizantes

minerais sedmentaresevaporitos

conhecimento e informação da sociedade

100101102103104105106107108

10101011

109

1012101310141015

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

Pequena pausa

Continuaremos em breve.