Metabolismo Urbano o contributo do IST

Paulo Ferrão

JEAMB 2015 | IST - Lisboa, 19 de Fevereiro de 2015

Desenvolvimento sustentável: realidade ou utopia?M

ater

ial c

onsu

mpt

ion

per c

apita

(t)

Canas, A., Ferrão, P. and Conceição, P. (2003) “A new environmental kuznets curve? Relationship between direct material input and income per capita: evidence from industrialized countries”. Ecological Economics, 46 - 2, pp. 217-229.

Riqueza (P) e consumo de recursos naturais (I1)

Ecological Footprint

Available in: http://www.footprintnetwork.org

CONSEQUÊNCIAS: PEGADA ECOLÓGICA

Impacto – I2

Um Planeta Urbano 1980

http://www.unicef.org/sowc2012/urbanmap/#

Urbanização e Sustentabilidade

Um Planeta Urbano 2010

http://www.unicef.org/sowc2012/urbanmap/#

Urbanização e Sustentabilidade

Um Planeta Urbano 2050

http://www.unicef.org/sowc2012/urbanmap/#

Urbanização e Sustentabilidade

SOL

ADN

Decompositores

Recursos materiais

Produtores

Consumidores

Arbustos

Relva

Árvores

Vegetação

Répteis

Insectos

Peixe

Homem

Mamíferos

AnfíbiosEcosistemas:• Conectividade• Diversidade• Circular• Resiliência• Conecções

funcionais• Limites ao

crescimento

Metabolismo dos ecossistemas

Dinheiro

Recursos Materiais

ProdutoresConsumidores

Reciclagem

Agricultura

Indústria

FlorestaServiços

Habitação

GovernoConstrução

Serviços comunitários

URBANISMO ROBUSTO1. Proximidade2. Densidade:

i. Espaçoii. Colocaçãoiii. Redes

3. Economia de associação4. Escala5. Economia de extensão

(PESSOAS - conhecimento - - interacção)

Desporto Arte

EducaçãoCultura

Interacção

Metabolismo Urbano – interacção economia/ambiente

Socio-económico VS AmbienteNecessidade de quantificação

Integração de métodos de análise

TIME

Paulo Ferrão and John Fernandez (2013) “Sustainable Urban Metabolism”, MIT-Press. ISBN: 9780262019361, 232 pages.

Necessidade de investigação interdisciplinar

World Bank, 2012

Metabolismo Urbano – casos de estudo

Results: Material balanceTHE LISBON METROPOLITAN AREA CASE STUDY

2005 BalanceUnits: Million tons of materials per year

BiomassaAgricultura

Plásticos

Metais leves

Combustíveis de cinza reduzida

ActividadeEconómica

A

Químicos

CO2

Plásticos nos automóveis

ResíduosBio-degradáveis

Metais nosEquipamentoselectrónicos

Metabolismo urbano – dos materiais aos resíduosComo desenhar uma cidade inteligente para ser sustentável

ActividadeEconómica

B

Metabolismo urbano– um novo modelo detalhado, abrindo a caixa negra

OUTCOMESOUTCOMES

Bens finais

Extracção natureza

Bens pré-processados

Fluxos reintroduzidos

Emissões para natureza

ComércioInternacional

Produção indústrial

Dadostransporte

QMs

AGs

Fs

FIs

TrabalhadoresSocio

Economico

Bases dados

PRINCIPAL

APOIO

MatCat

Lifespan

Phase

BASES DADOS COMPLEMENTARES

CALCULADOR

OUTPUTS

Materiais Quantidadefluxos

DistribuiçãoActividades Económicas

Distribuição espacial

LEGENDA

A metodologia UMAn

Data:

• National imports (kg), from UNCOMTRADE

• National extraction of raw materials (kg), from MOSUS Project

• National economic Input-Output tables, from OECD

• National and urban number of workers per economic sector

• National and urban population

• Urban extraction of raw materials (kg)

Streamlined UM – Data

Streamlined Urban Metabolism

MOSUS Project I-O Tables

UN ComTrade

Urban metabolism – “From Ho Chi Minh to Seoul”

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

DMI p

er c

apita

(t/c

ap)

GDP per capita (thousand international US$ / cap)

Paris

Lisbon

Bangkok

Shanghai

Bangalore

Ho Chi Minh

Seoul

Manila

medianAverage

ADB (2014) “Urban Metabolism in Six Asian Cities”

ADB, IDB (2014) “Sustainable Urbanization in Asia and Latin America”

Urban metabolism of Bangalore- High export share, with 39% of the materials that pass through the city being

exported- The most material intensive sector is the textile products industry- Low use of materials for Gross Fixed Capital Formation (buildings and infrastructure)- Biomass materials are responsible for 66% of the DMI of Bangalore

Urban metabolism of Shanghai- Low export share, with only 4% of the materials that pass through the city being

exported- Construction, hotels and restaurants, food and textile products are important sectors- Very high use of materials (47% of DMI) for Gross Fixed Capital Formation (buildings

and infrastructure)- Non-metallic minerals (56% of DMI) and biomass (27%) are the main materials used

Urban metabolism of Bangkok- High export share, with 33% of the materials that pass through the city being

exported- No dominant sector in terms of material consumption- High use of materials (28% of DMI) for Gross Fixed Capital Formation (buildings and

infrastructure)- Non-metallic minerals (41% of DMI) and biomass (34%) are the main materials used

Urban metabolism of Seoul- Low export share, with only 16% of the materials that pass through the city being

exported- Construction, chemical products and transport and storage are important sectors- High use of materials (27% of DMI) for Gross Fixed Capital Formation (buildings and

infrastructure)- Non-metallic minerals (51% of DMI) and fossil fuels (29%) are the main materials used

Urban metabolism of São Paulo…more consolidated urbanism

Urban metabolism – Emissions

0,001,002,003,004,005,006,007,008,009,00

tCO

2/ca

p

Per capita CO2 emissions

Oils and lubricants

High ash fuels

Low ash fuels

PERSU 2020

GESTÃO DE RESÍDUOS

Recolha Indiferenciada

Recolha Selectiva RUB

Biológico

1.560

Tratamento Mecânico

Aterro

Composto

Digestão Anaeróbia /

Compostagem

990

Incineração1.145

CDR297

Recolha Selectiva

MultimaterialTriagem

Reciclagem

42

4.121

152

Plástico40

Papel e Cartão86

Vidro160

Metal7

Papel e Cartão não embalagem60

ECAL7Vidro

164

Papel e cartão154

Plástico e Metal81

Produção de RSU

4838

80

143

Refugos VO

10 591

10

565

Outros166

Papel e Cartão11

Plástico66ECAL2

Metais Ferrosos12

Metais não Ferrosos0

Escórias150

Cinzas46

Tratamento Mecânico515

478

Papel e Cartão0

Plástico25ECAL237 Metais7

Vidro2

166

Outros Destinos

898

Life Cycle Analysis Results - LCA

Hybrid Economic Input Output

National Strategy for Urban Waste Management - 2020

Niza, S., Santos, E., Costa, I., Ribeiro, P., Ferrão, P. (2014) “Extended producer responsibility policy in Portugal: a strategy towards improving waste management performance”. Journal of Cleaner Production, 64, pp. 277-287.

Ferrão, P., Ribeiro, P., Rodrigues, J., Marques, A., Preto, M., Amaral, M., Domingos, T., Lopes, A., Costa, I. (2014). “Environmental, economic and social costs and benefits of a packaging waste management system: A Portuguese case study”. Resources, Conservation and Recycling, 85, pp. 67-78

25

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

RU 2012 RU 2020

Pess

oas E

quiva

lente

s (PE

)

-55%

-47%

Aumento da reciclagem e a diminuição da deposição de resíduos (sobretudo biodegradáveis), permite reduzir significativamente os impactes nas categorias

com impacte negativo e aumentar o beneficio nas categorias já com impacte positivo

61%

- 522 kt CO2 eq /ano

Valores normalizados por t de RU gerido em 2012 e 2020 (sem prevenção)

Impacte do PERSU 2020

26

Modelo de Interacção RU – Sector RU – RoE

Produtos RoE Serviços RoE RU SGRU f

Produtos RoE A2

C H

Serviços RoE A1

D

RU

G

E I

SGRU

B F

v K L

A1 - Trocas Intersectoriais - Matriz de fornecimentos (M€)

A2 - Trocas Intersectoriais - Matriz de usos (M€)

B - Fluxos financeiros associados ao input de RU no SG RU (M€)

C - Trocas financeiras entre SG de RU e o resto da economia (M€)

D - Pagamentos dos Ramos de actividade ao SG RU (M€)

E - Produção de RU secundários no SG de RU (kt)

F - Trocas financeiras entre tecnologias/sectores do SG de RU (M€)

G - Produção de RU no resto da economia (t)

H - Procura final de produtos do resto da economia (M€)

I - Produção de RU pela procura final (kt)

K - Factores primários dos ramos de actividade do resto da economia (M€)

L - Factores primários das tecnologias/sectores do SG de RU (M€)

Descrição do Sistema

Empregos gerados por ramo de actividade na gestão de RU em 2012 e no cenário PERSU 2020

Ramo de Actividade 2012 PERSU 2020Sistema de gestão de RU (direto) 11.721 12.997

F_Construção 682 1.780

N_Serviços_administrativos_e_de_apoio 400 565

CM_Mobiliário_O_Prod_Ind_Repar_Instal_Equip 309 392

MA_Serv_Jur_Contab_Gestão_Arq_Eng_Técnicos 252 389

CH_Metalurgia 191 279

G_Comércio 173 266

O_Administr_Pública_Defesa_Seg_Social 146 225

CB_Têxtil,_vestuário_e_couro 129 142

I_Alojamento_e_restauração 125 143

H_Transportes_armazenagem_correios 63 95

E_Água,_esgotos_e_resíduos 56 61

CK_Máquinas_e_Equipamentos_ne 54 68

27

14.392

17.595

… …Efeito multiplicador aumenta de

1,29 para 1,42

Impacte global do PERSU 2020 - Emprego

Alavancagem (VAB, M€) por ramo de actividade na gestão de RU em 2012 e no cenário PERSU 2020

Ramo de Actividade 2012 PERSU 2020Sistema de gestão de RU (direto) 357,20 451,44

Construção 15,55 38,89

Serv_Jur_Contab_Gestão_Arq_Eng_Técnicos 10,50 16,26

Mobiliário_O_Prod_Ind_Repar_Instal_Equip 9,69 12,21

Serviços_administrativos_e_de_apoio 7,14 10,42

Administr_Pública_Defesa_Seg_Social 5,75 8,87

Comércio 5,30 8,14

Metalurgia 5,16 7,59

Ativ_Financeiras_e_de__seguros 4,66 6,86

Refinação_de_petróleo 5,06 6,00

Alojamento_e_restauração 3,35 3,85

Transportes_armazenagem_correios 2,35 3,59

Água,_esgotos_e_resíduos 2,59 2,83

28

471 M€

628 M€

Efeito multiplicador aumenta de 1,32 para 1,39

… …

Impacte global do PERSU 2020 - VAB

O impacto do parque edificado

MDS Final todos retornos

Slope

Edifícios Vectorial

MWh/ m2 px cobertura

MWh/m2 anual cobertura

Calculo Slope

Cálculo cos

Área real px

Cálculo MWh/ m2 área

projectada px

MWh/ m2 superfície

≤ 45°

Slope ≤ 45°

Cálculo MWh/m2 coberturaÁrea real cobertura

Cálculo Solar Mensal-Parâmetros (Dif. / Trans.)

MWh/m2 anual superfície horizontal

Soma Solar Mensal

Máscara

Máscara

Soma px

MWh /m2 anual cobertura

Máscara

MWh/ m2 superfície ≤ 45°

Estimar o potencial de energias renováveis

Prosumer LabEquipamento instalado:

• Solução KNX :- Controlo de 8 iluminárias- Controlo de 1 sistema de ar condicionado- Controlo de 12 tomadas (ON/OFF)

• Sistema de deteção com Bluetooth• Sistemas de geração com PV e baterias

Promover a gestão activa da procura

Paleta, R., Pina, A., Silva, C. (2014) “Polygeneration Energy Container: Designing and Testing Energy Services for Remote Developing Communities”. Accepted for publication at IEEE Transactions on Sustainable Energy.

Promover a gestão activa da procuraExemplos de interações com utilizadoresa) Controlo automático do ar condicionado e das

iluminárias• Temperaturas internas e externas• Iluminância interna e externa

b) Set-points personalizados para cada utilizador do ar condicionado e iluminárias

c) Cenários pré-programadosd) Ferramentas de visualização de energia

EU Smart Campus: Politecnico di Milano (Italy), Metropolian (Finland), Aalto (Finland) and Lulea (Sweden)

IST Sustainable Campus (atribuido o International energy project of the year 2014, pela Association of Energy Engineers)

• Desenvolvimento de um contador inteligente de baixo custo

• Aplicação em escritórios e habitações• Funciona como um gestor ativo da procura• Identifica falhas em sistemas remotos

Integração de renováveis com águas quentes sanitárias

Promover a gestão activa da procura

Neves, D., Silva, C. (2014) “Modeling the impact of integrating solar thermal systems and heat pumps for domestic hot water in electric systems – The case study of Corvo Island”. Renewable Energy, 72, pp. 113-124.

Uma visão do metabolismo urbano sobre A agenda de Copenhaga para Cidades Sustentáveis

1. Redescobrir a cidade 2. Redefinir os

Valores

3. Big data – fazer usa da informação com modelos adequados

4. Quebrar os silos

5. Partilhar os processos de decisão6. Promover

uma visão sistémica

7. Promover a responsabilidade social das empresas

8. Pensarglobal

9. Aproveitar a oportunidade da crise e mudança, Cidadão e Conhecimento

10. Encorajar a paixão pela liderança

Muito obrigado