Sustentabilidade das diversas formas de produção de
biocombustíveis.
Enrique Ortega (Fac. Engenharia de Alimentos)Miguel Bacic (Instituto de Economia)
Unicamp, Campinas, SP
Congonhas, SP, 11 de maio de 2009
A metodologia emergética faz o calculo do valor biofísico dos recursos da natureza e dos produtos da atividade humana.
H. T. Odum esquematizou o procedimento de cálculo. Ele diz que o valor biofísico é o valor real das coisas e considera que esse conhecimento é necessário para compreender o funcionamento da biosfera, dos ecossistemas e da economia humana.
A metodologia emergética propõe o uso da energia solar equivalente como medida do valor biofísico dos recursos da terra, sejam estes os fluxos externos que entram na biosfera, os estoques geológicos e biológicos, fluxos de materiais nos ciclos biogeoquímicos e dos fluxos resultantes da intervenção humana. De acordo com Odum, o valor econômico e o emergético, geralmente não coincidem, o preço no mercado costuma ser inferior. O presente trabalho procura explicar, passo a passo, a abordagem emergética usando como exemplo a produção de biocombustíveis.
1. Introdução.Sobre o conceito e a medição do valor na Economia, existem duas linhas de pensamento principais, a teoria Marginalista e a teoria Marxista, as quais são antagônicas. A proposta teórica de Howard Thomas Odum (1924-2002) se enquadra dentro da teoria do valor-trabalho de Adam Smith, David Ricardo e Karl Marx e a amplia o conceito, pois considera o valor do trabalho humano acrescido do trabalho da natureza na formação do valor de um recurso. Odum define esse valor-trabalho integral como a emergia do recurso.
A emergia se expressa em Joules de energia solar equivalente (seJ) por unidade de produto (kg, J, etc.).O valor da emergia é valido quando a medição considera todas as entradas y saídas dos sistemas envolvidos na produção.Outra condição necessária é que as demais saídas não devem conter energia com potencial de impacto ambiental e social (externalidades negativas), ele deve ser absorvido ou resolvido dentro do sistema.
2. Justificativa.A compreensão da metodologia emergética exige abertura, tempo e dedicação para conhecer novas idéias e marcos de interpretação dos fenômenos que envolvem a atividade humana.Mas o esforço vale a pena, pois os conhecimentos sistêmicos permitem entender como funciona a biosfera, os ecossistemas naturais, os ecossistemas antrópicos e a evolução histórica da economia humana.
Consegue-se compreender mais claramente os temas que desafiam a análise econômica:
1.As bases sustentabilidade ecológica;2.A capacidade de suporte; 3.A resiliência das distintas regiões da Terra;4.O consumo energético do estilos de vida;5.O saldo energético das fontes de energia
(renováveis e não renováveis);6.A área de absorção de impacto pelo uso de
energia não renovável, etc.
3. ObjetivoEsta apresentação visa introduzir aos conceitos mais importantes da abordagem emergética e ilustrar com o exemplo da produção de biocombustíveis.
4. Materiais e métodosSerá feita uma exposição seqüencial do raciocínio de forma similar a utilizada nos manuais de introdução a Física, a Biologia, a Economia e da Ecologia de Sistemas. Estudaremos então as análises de:
1.Um processo físico, 2.Um processo biológico, 3.Um processo econômico simples, 4.Um processo econômico mais complexo,5.Um processo econômico em um ecossistema,6.Um processo econômico dentro da biosfera
Materia Interação
entre forças e materiais
Energia
Produto da interação
Energia degradada
4.1. Análise de um processo físico
A matéria é modificada por ação da força aplicada e desse trabalho surge um recurso com novos potenciais e também se dissipa calor.
Materia Interação
entre forças e materiais
Energia
Produto da interação
Energia degradada
Energia nas condiçoes
iniciais
Energia aplicada
Energia nas condições
finais
Energia dissipada + +=
Processo físico
Como a matéria pode ser expressa em termos de energia, teríamos a equação seguinte:
Nesta representação não se diz de onde vem as energias, nem como elas são geradas.
4.2. Análise de um processo biológico simples
Materia Interação
entre forças e materiais
Produto da interação
Energia
Produto líquido
Energia degradada
Laço de retro-alimentação
Produto bruto
O diagrama mostra que a produção bruta forma um estoque e que uma parte dele é aproveitado na retroalimentação reduzindo a quantidade de produto que sai do sistema (energia líquida).
Processo biológico simples
Materia Interação
entre forças e materiais
Produto da interação
Energia
Produto líquido
Energia degradada
Laço de retro-alimentação
Produto bruto
Este modelo é auto-catalítico, ele é capaz de aumentar a entrada de energia disponível em função da suas estruturas internas (estoque) que também lhe impõem um limite.
Para aproveitar da melhor forma possível a energia externa e os recursos materiais (externos e internos) disponíveis, as unidades auto-organizadas de produção de biomassa vegetal e biomassa animal formam redes de produtores e consumidores.
Energia externa de
fontes renováveis
Biomassa animal
Plantas e algas
Biomassa vegetal
Materiais da biosfera
incorporados(com energia disponível)
Consumidores e decompoitores
Reciclagem e laços de controle
Energia útil e laços de controle
Energia e matéria dispersada
Albedo
Para subsistir, as redes de organismos biológicos desenvolvem laços duplos de energia, materiais e informação (para cima e para baixo da cadeia trófica). A sobrevivência do sistema depende da qualidade das interações que seus componentes desenvolvem. Os consumidores não podem destruir a base que os sustenta (os produtores biológicos) senão o sistema colapsa. Na cadeia trófica ilustrada se mostra a origem dos recursos que sustentam o ciclo de produção-respiração (o metabolismo) do ecossistema, geralmente a produção é um processo lento e o consumo se realiza em forma de pulso rápido.
4.3. Análise de um processo econômico simples
Recurso produzido
Produtor humano individual
TransporteProduto para intercâmbio
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Consumo interno
Recurso produzido
Produtor humano individual
TransporteProduto para intercâmbio
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Consumo interno
Exemplo do produtor individual que produz para se manter (auto-subsistência) e destina parte de sua produção para intercambiar com os produtores individuais que produzem outros produtos. Não se analisa como ele produz, a origem dos recursos que utiliza nem se fala da sua relação com a natureza.
4.4. Análise de um processo econômico um pouco mais complexo
Recurso produzido
Produtor humano individual
Produto adquirido
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Recurso produzido
Produtor humano individualMercado regional
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Produto no mercado
Produto no mercado
Produto produzido
Troca
Produto adquirido
Produto produzido
Energia colocada na negociação
Energia colocada na negociação
Recurso produzido
Produtor humano individual
Produto adquirido
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Recurso produzido
Produtor humano individualMercado regional
Ser humano
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Produto no mercado
Produto no mercado
Produto produzido
Troca
Produto adquirido
Produto produzido
Energia colocada na negociação
Energia colocada na negociação
O diagrama mostra o intercâmbio de recursos entre dois ou mais produtores que levam seus produtos ao mercado. Existe a possibilidade de escambo e pode ser justo, pois há um contato direto dos produtores no mercado e podem negociar com maior igualdade.
4.5. Relação entre campo e cidade usando moeda
Recursos produzidos
Produtores rurais individuais
Produtos comprados
Seres humanos
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Consumidores humanos organizados em cidades
Ser humano
Subsistema de consumo
Trabalho humano
$moeda
Produtos vendidos
Trocas Produtos da economia
urbana
$moeda
Energia dispensada na
negociação
Pressão Pressão
Utiliza-se a moeda para facilitar as trocas entre produtores rurais e consumidores urbanos.
Recursos produzidos
Produtores rurais individuais
Produtos comprados
Seres humanos
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Consumidores humanos organizados em cidades
Ser humano
Subsistema de consumo
Trabalho humano
$moeda
Produtos vendidos
Trocas Produtos da economia
urbana
$moeda
Energia dispensada na
negociação
Pressão Pressão
O fluxo monetário ocorre em sentido inverso ao fluxo das mercadorias. Quando o sistema econômico cresce relações de troca podem ser tornar injustas, pois a força de pressão dos diversos agrupamentos humanos é diferente.
Recursos produzidos
Produtores rurais individuais
Produtos comprados
Seres humanos
Subsistema produtivo
Trabalho humano
Consumidores humanos organizados em cidades
Ser humano
Subsistema de consumo
Trabalho humano
$moeda
Produtos vendidos
Trocas Produtos da economia
urbana
$moeda
Energia dispensada na
negociação
Pressão Pressão
Geralmente ocorre uma transferência da riqueza do produtor individual rural para o agrupamento humano urbano.
Produtos vendidos
Economia urbana
Grupo humano
Trabalho humanoProdutos
comprados
Trocas
Governo da organização social urbana
$moeda
Pressão
Trocas
Recursos adquiridos
Grupo humano
Grupo humano
Produtos da economia
urbanaDistribuição do ingresso
Produtos e serviços
Dentro da cidade a distribuição da riqueza também pode ser desigual e se concentra no topo da cadeia de transformação de energia.
4.6. Análise do funcionamento de um ecossistema
Fauna e população humana
matéria orgânica do solo
Sol
Vento
escoamentosuperficial
Chuva
Animaisprocessos geológicos
biomassa
SoloÁgua
formação geológica
vegetação
evaporação
transpiração
mig
raçã
o
escoamento superficial com
sedimentos e humus
infiltraçãoprodução primária
brutapercolação
Água percolada
produção primária líquidaRegulação da temperatura
Nitrogênio e minerais
mobilizados
Produtos do sistema
Água infiltrada
Dióxido de carbono, óxidos ácidos, metais
pesados Regulação da composição da atmosfera
Os ecossistemas evoluíram pouco a pouco e conseguiram o maior aproveitamento possível dos recursos disponíveis e estão integrados a o sistema maior do planeta: a biosfera. Constituem o modelo que de maior eficiência e sua sustentabilidade. O homem quando altera um ecossistema diminui sua diversidade e eficiência, mas pode enriquecer o sistema: através da sua cultura. Existem duas restrições no uso de um espaço de vegetação nativa: não ir além da capacidade de suporte crítica e evitar que o sistema perda sua resiliência (sua capacidade de recuperação). Nem sempre se procede assim.
4.7. Análise de um processo econômico em uma região
Recursos renováveis Agricultura
Pessoas
Bens da economia
Combus-tíveis
Infra-estrutura
Serviços
Cidade
Pessoas
Ecossistemas naturais
Resíduos
$
Indústria e comercio
Governo
Área de suporte
Espaços verdes
Nitrogenio atmosférico
Minerais do solo mobilizados pela
micro-biota
Cursos de água com
sedimentos e húmus
Resíduos
Produtos
Serviços ambientais
A cidade se beneficia dos serviços e materiais que se produzem na região. Deve-se planejar considerando a capacidade de carga crítica e a resiliência. As áreas de mata nativa e brejos podem absorver os impactos ambientais.
4.8. Análise do processo econômico dentro da biosfera
Energias renováveis
Capacidade de fotossíntese aumentada pela adição de fertilizantes químicos
Biomassa vegetal
O2, N, P do ar e minerais
solubilizados do solo
CO2
Decom-positores
Consumidor de recursos não
renováveis
Nutrientes disponíveis
Resíduos tóxicos
O2
Materiais que saem do sistema
Energia degradada que sai do sistema
Materiais renováveis que entram no sistema
Energia difusa que movimenta o ciclo material
Energia fóssil
Cidades com industria e comercio
N2O,CH4, SOx
Energia e materiais de alta concentração que movimentam o ciclo material
Minerais
Reservas fósseis de C
Calor
Energia Interna
Vulcões
Materiais da terra
Processos Geológicos
Energia Solar
Energia Gravita-cional
ÁguaGases
Minerais
Oceanos
Superfície terrestre
NuvensCaCO3
Calotas polares
Silicatos
Geleiras
Processos Biológicos
Superfície terrestre
Produtos químicos
biológicos
Corpos com vida
Biodi-versidade Biomassa Estoques
de carbono
Processos Históricos
Superfície terrestre
Espécie humana
Processo de desenvolvimento
Conheci-mento
Superfície terrestre
Agri. Pec. Silv.
Cidades comércio
Infra-estrutura produtiva
Formação de classes sociais
Ideologia e Organização
Trabalhadores assalariados
Capita-listas
Atividade Econômica Atual
Sistema produtivo
Produto
Sistema de consumo
Superfície terrestre
Floresta SAF
Trabalho humano
CO2 sequestrado
Co2, CH4, ácidos, metais pesados
Este diagrama vincula as atividades do presente com o trabalho da natureza e da humanidade realizado em outros tempos.
Temos os vínculos com o trabalho geológico das primeiras Eras, com o trabalho biológico dos ecossistemas que levou centenas ou milhares de milhões de anos para gerar os componentes (biodiversidade) e os arranjos funcionais da biosfera e o trabalho social (mais recente) que levou a formação dos modelos de organização da produção e consumo das distintas culturas humanas.
Esses estoques geológicos e biológicos imemoriais e os estoques culturais formados na historia recente geram fluxos importantes cujo valor emergético pode ser calculado. Esses fluxos, muitas vezes ignorados, permitiram as atividades humanas no planeta e no futuro as limitaram.Agora sim, sabemos de onde vêm os recursos que usamos, quanto tempo leva sua formação e os processos que exigem, qual a sua renovabilidade (sustentabilidade energética), qual o saldo energético que elas oferecem.
4.9. Sistema de produção de biocombustíveis convencional
Sol
Vento
atividades agrícolas
Chuva
Bens econômicos
Combus-tíveis
Processos geológicos
Solos Bens
Escoamento superficial de
água
transporte,processa-
mentoProcessamento
Resíduos
$
Serviços
Biocombustível
$
$
Resíduos, emissões, efluentes
Mata nativa reduzida
água
Déficit de serviços ambientais
Populaçao ausente excluída
Erosão biológica e
do solo
Poluição
Transferência de recursos ao
exterior
Trabalho escravo
Sol
Vento
atividades agrícolas
Chuva
Bens econômicos
Combus-tíveis
Processos geológicos
Solos Bens
Escoamento superficial de
água
transporte,processa-
mentoProcessamento
Resíduos
$
Serviços
Biocombustível
$
$
Resíduos, emissões, efluentes
Mata nativa reduzida
água
Déficit de serviços ambientais
Populaçao ausente excluída
Erosão biológica e
do solo
Poluição
Transferência de recursos ao
exterior
Trabalho escravo
É um modelo que degrada o meio e reduz os serviços ambientais, causa erosão social e ambiental, concentra a propriedade e o poder, transfere os benefícios fora da região, gera emprego rural de péssima qualidade, depende de recursos do petróleo (70%), tem saldo de gases de efeito estufa prejudicial e é planejado externamente.
É possível produzir biocombustíveis de outra forma? Tabela 1. Escalas e modelos sócio-políticos.
Modalidade de organização
Área (ha) e toneladas de
cana dia (TCD)
Litros etanol /dia e MegaWt/ano de
eletricidadeModelo altamente concentrador
40 000 ha5000 TCD
5 000 000 l/dia – ~730 000 MW/ano
Modelo com ajustes sócio-ambientais
4 000 ha 500 TCD
500 000 l/dia 73 000 MW/ano
Assentamentos rurais grandes
400 ha 50 TCD
50 000 l/dia -
Assentamentos rurais médios
40 ha 5 TCD
5 000 l/dia -
Assentamentos rurais pequenos
2- 4 ha0,5 TCD
250-500 l/dia -
Tabela 2. Escalas e modelos tecnológicos.
Modalidade de organização Lavoura Outras
características
Modelo concentrador Monocultura extensiva e agro-
química.
Terreno plano, mecanização.
Modelo com ajustes sócio-ambientais
Monocultura orgânica e produção
pecuária
Terreno plano, mecanização.
Cooperativas (dezenas, ou milhares de associados). Assentamentos rurais.
Policultura ecológica Terreno ondulado, sem mecanização.
Tabela 3. Estimativa dos benefícios e custos sócio-ambientais.
Efeito medido Modelo ecológicoUS$/ha/a
Modelo agroquímicoUS$/ha/a
Geração e manutenção de emprego rural, um emprego cada 10 ha (salário mínimo) versus um posto de trabalho cada 300 ha (dois salários).
180,00 12,00
Problemas sociais na periferia das cidades: infra-estrutura e serviços públicos para migrantes, desemprego, narcotráfico, criminalidade, etc.
0 -30,00
Geração e manutenção de solo. 0 -13,60Assoreamento. 0 -83,00Manutenção da cobertura vegetal e da biodiversidade.
0 -4,00
Geração de mudanças climáticas: dióxido de carbono, óxido nitroso e metano.
-10 -60,00
Infiltração de água pela floresta preservada e filtração da água pela drenagem dos brejos Preservação da qualidade da água dos rios.
180,00 22,50
Problemas de poluição hídrica. 0 -39,70
Preservação da qualidade de vida no meio rural e da paisagem (valor estético).
3,7 0
Destruição do ecossistema (floresta, cerrado): custos de reposição da cobertura vegetal e da biodiversidade.
0 -98,38
Problemas de saúde provocados pelos agrotóxicos.
0 -0,20
Totais 353,70 -303,38
Diferença a favor 657,00
Tabela 3b. Estimativa das forças sociais, políticas e militares.
Preservação da soberania nacional ? 0
Destruição das estruturas sociais e dos recursos biológicos, em escala local e nacional.
0 -300,00
Diferença a favor 957,00
Tabela 4. Estimativa de serviços sócio-ambientais e externalidades por modelo político.
Modalidade de organização social
Serviços ambientais
dólares/ha/a
Externa-lidades
negativas dólares/ha/a
SaldoUS$/ha
Modelo concentrador 25 -360 -335
Modelo com ajuste sócio-ambiental 50 -180 -130
Assentamentos rurais pequenos 100 -50 +50
Assentamentos rurais grandes
200 -10 +190
Os valores do saldo de ganhos e perdas ambientais da Tabela 4 deveriam ser considerados no cálculo da rentabilidade dos sistemas de produção de etanol.
Os produtores deveriam arcar com os prejuízos ambientais e sociais que geram e receber os benefícios dos serviços ambientais que oferecem ao sistema econômico regional e global.
4.10. Sistema de produção de alimentos, energia e serviços (SIPAES)
Micro-usina de álcool, agroindústria local e regional.
Vegetação nativa
Eucalipto
Cana-de-açúcar
Pastos, grãos, arbustos
Gado
Parcela individual
Pessoas
Álcool 94%
Esterco
Produtos e serviços do bosque nativo
Água, solo, biodiversidade,
micro-clima
Produtos da horta e do pomar
Consumo interno
Vinhoto
Gado gordo em pé
Sol, vento, chuva
Minerais do solo
Nitrogênio atmosférico
Cinzas
Bezerros magros
Postes
Formicida
Materiais, energia
Serviços
Mão-de-obra
5. Resultados: Comparação dos indicadores emergéticos de usinas de álcool.
Índice FórmulasGrande usina
(30 000 ha)
Micro usina (30 ha)
Tr (seJ/J) Y/E 48 700 74 000%R* 100 x ((R+MR+SR)/Y) 35 76
EYR Y/(MN+SN) 1,57 6,31
EIR (MN+SN)/(R+MR+SR+N) 1,39 0,37
ELR* (N+MN+SN)/(R+MR+SR) 1,82 0,29
EER Y produto / Y dinheiro venda 0,68 (3,11)
6. DiscussãoOs resultados da análise da micro-destilaria ainda estão em fase de revisão. Mesmo assim, os resultados preliminares indicam que a renovabilidade da micro-destilaria (na verdade do sistema integrado de produção em escala pequena) é muito maior do que o valor da renovabilidade obtido na usina de grande escala.
O sistema que combina sistema agrosilvopastoril e microdestilaria de etanol ganha em quase todos os indicadores da análise emergética: maior saldo energético, menor taxa de investimento, menor carga ambiental. Somente perde na taxa de intercâmbio emergético, porém esse valor ainda está sendo revisado. Os resultados da análise econômica estão sendo revisados, mas se mostram promissores.
7. Conclusõesa) Estudar a fundo a opção das microdestilarias integradas
a sistemas agrosilvopastoris para produzir etanol, alimentos e serviços ambientais com trabalho humano de boa qualidade (SIPAES).
b) Apoiar os empreendimentos desse tipo que estão sendo implantados em diversas regiões do país.
c) Analisar os resultados sociais, ambientais econômicos obtidos e a partir deles imaginar cientificamente os cenários futuros possíveis nos espaços geográficos onde essa modalidade de produção fosse implementada
d) Finalmente discutir e propor programas de governo cujo objetivo fosse o emprego de boa qualidade, a produção dos alimentos, da energia e os serviços ambientais necessários para as distintas regiões do país e para atender mercados locais, regionais e externos.
8. Referências bibliográficasBacic, M., Carpinteiro, J., Costa Lopes, C., Ortega, E., 1988. Proposta para o estudo de um novo modelo de empresa agroindustrial. Trabalho apresentado no II Encontro Brasileiro de Energia para o Meio Rural, UNICAMP.Odum, H.T., 1996. Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making. Wiley, New York, NY, USA, 370 pp.Odum, H.T., Odum, E.C., 2001. A prosperous way down: principles and polices. Boulder, University Press of Colorado, 326 pp.
Ortega, E.; Cavalett, O.; Bonifacio, R.; Watanabe, M. Brazilian soybean production: Emergy analysis with an expanded scope. Bulletin of Science, Technology and Society., Toronto, Canada, v. 25, n. 4, p. 323-334, 2005.Ortega, E., Zanghetin, M., Takahashi, F. Cartilhas do LEIA. Modulo #1. Como funciona a natureza? Conceitos básicos sobre a biosfera, os ecossistemas e a economia humana. Laboratório de Engenharia Ecológica da Unicamp. Convênio PRO-EXT/MEC- Unicamp. Campinas, SP, outubro de 2008. Primeira revisão: maio de 2009.http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/modulo1.pdf
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