II Jornadas do Curso de Engenharia do Ambiente e Biológica – Sustentabilidade, Recursos e Resíduos

PROBLEMAS E ESTRATÉGIAS SOBRE SUSTENTABILIDADE, AMBIENTE E RESÍDUOS

José Lopes Velho Departamento de Geociências Universidade de Aveiro Instituto Politécnico de Tomar, Tomar, 02 de Março de 2012

Motivações, Desafios

Consumo crescente dos recursos minerais (qualidade de vida) Qualidade de vida vs. recursos minerais (Brasil, Índia, China) População mundial a aumentar (mas a menor ritmo …) Recursos minerais são finitos (tempo, consumo e espaço) Cada vez precisamos de mais energia (transporte, processos) Crescente produção de resíduos (impactes ambientais) Como aliar recursos finitos com sustentabilidade? Quais as estratégias a adoptar? Que fazer aos resíduos? Como equilibrar consumo/extracção de minerais com o

ambiente?

Organização

1-Recursos Minerais 2-O capital da Terra (Exergia) 3-Sustentabilidade e a Tecnologia 4-Ecologia Industrial

Parte 1 O que se passa com os

recursos minerais?

Planeta Terra Organismo GAIA

Sistemas da Terra: Litosfera – Atmosfera – Pedosfera – Biosfera - Hidrosfera

Qualidade de vida

Rocha Industrial Quantidade (t)

Valor (.103 €)

Agregados 64 850 418 277 396 Calcário para cimento e cal

13 099 985 27 231

Argilas e caulino 2 994 967 12 997 Areia especial 2 096 099 22 087 Total 83 041 469 339 711

Portugal – 2008 EUA – consumo per capita (2002)

Minerais e Suas Aplicações

Crescente Procura por Minerais

Localização e mineração de novos depósitos Muitos depósitos conhecidos ainda não foram explorados: • Problemas de acessibilidade

– Indonésia: florestas, mosquitos • Desafios tecnológicos

– Mineração no Antártico/Ártico em temperaturas baixas – Alumínio/Potássio na Sibéria demasiado profundo – Nódulos de manganês nos oceanos

O Desafio dos Recursos (percepção geral)

Procura ilimitada Recursos limitados

Efeitos Ambientais do Uso de Recursos Minerais

Perturbação do território – Pelo menos 500 000 locais de mineração nos EUA (Portugal >> 2 000)

Subsidência

– Colapso de terrenos localizados por cima das zonas mineiras

Resíduos tóx icos da mineração – Podem ser depositados e transportados pelo vento ou água

Drenagem de águas ácidas

– Águas de drenagem de minas ou de escombreiras transportam H2SO4 para rios/ribeiros e aquíferos

Poluição do ar

– Químicos tóxicos emitidos para a atmosfera Locais de deposição de resíduos tóx icos

– Resíduos tóxicos das minas podem contaminar aquíferos e perturbar os ecossistemas

Implicações Ambientais dos Minerais Resíduos

Pode-se usar um determinado recurso mineral de vários modos:

– Consumo rápido – Consumo com conservação – Consumo e conservação com reciclagem

Qualquer uma destas opções depende em parte de critérios económicos, políticos e sociais (cidadania)

Como se deve consumir (os minerais) ?

Será a reciclagem um fenómeno novo?

Conceito Os três principais tipos de rochas encontradas

na crusta terrestre (ígneas, metamórficas e sedimentares) são reciclados muito lentamente por processos físicos e químicos.

IMITAR A TERRA

O Ciclo das Rochas (“Vida” do GEO)

1 – Deve-se alcançar o “MELHOR EQUILÍBRIO” em termos dos custos sociais, económicos e ambientais 2 – Deve-se dar a “MELHOR UTILIZAÇÃO” aos recursos minerais que ainda restam 3 – Essencialmente significa adoptar um “MELHOR DESENVOLVIMENTO” e “NÃO” um instrumento para evitar o desenvolvimento.

Reflexões

Parte 2 O Capital da Terra (Exergia) Uma nova visão!

Termodinâmica e a Economia

2ª Lei – “A quantidade de entropia (caos molecular) de qualquer sistema isolado termodinamicamente tende a incrementar-se com o tempo, até alcançar um valor máximo".

A actividade económica extrai do meio ambiente energia e matéria-prima de baixa entropia e converte-a, após utilização, em matéria e energia de alta entropia, fortemente desorganizadas (ex.: queima dos combustíveis fósseis).

Energia e Exergia

O que é energia? Movimento ou capacidade para gerar movimento mas não é

necessariamente trabalho Cria existência

O que é exergia? Trabalho, movimento organizado ou capacidade de trabalhar Cria estruturas

Universo com a energia em perfeito equilíbrio? Não há exergia, não existem diferenças, contrastes,

padrões e estruturas. Também não existe tempo.

Ideias-base da Exergia

Quantidade de exergia na forma de carbono fóssil na crusta terrestre – 6,6 . 1026 J, isto é, 120 anos de fluxo solar sobre a Terra.

Oxigénio foi aumentando na atmosfera a expensas de CO2. Exergia foi armazenada na litosfera capital de exergia. Capital de exergia é essencial no processo de evolução. Capital de exergia é desviado pela extracção dos recursos

minerais

Problema das direcções!

Exergia

Matéria é extraída dos depósitos minerais (recursos minerais), para o ambiente na forma de emissões ou de resíduos que são lançados para o ambiente. Mais que o esgotamento dos recursos o problema é a sua inevitável consequência

poluição ambiental (emissão de substâncias tóxicas) Situação sustentável – níveis estáveis Situação insustentável – capital de exergia esgota-se, o

nível diminui (sociedade industrial)

22

Exergia e os Resíduos

2ª Lei da Termodinâmica:

Input de Exergia – Output Exergia = Irreversibilidade > 0

A eficiência de um processo produtivo é definida como:

Eficiência = Produção / Recursos < 1

Recursos – Produtos = Resíduos + Irreversibilidade > 0

Análise da 2ª Lei de um processo real

EXERGIA RECURSOS EXERGIA

CALOR

RESÍDUOS

EFICIÊNCIA EXERGÉTICA

PRODUTOS

E SUBPRODUTOS

PERDAS DE

EXERGIA

Exergoecologia

1 - Avaliação da exergia sobre a saúde do recurso mineral da Terra em ordem à Referência Ambiental (RE).

2 - RE é associada a um planeta termodinamicamente morto, onde os materiais reagiram, se dispersaram e se misturaram.

3 - Quantifica o custo físico de substituição dos recursos minerais do estado degradado da RE em relação ao estado daqueles recursos na natureza.

4 - A Exergoecologia define a distância termodinâmica entre o planeta morto e a mina.

A contagem decrescente de exergia das reservas minerais mundiais

Coal - 2060

Oil - 2008

Natural gas - 2023

Iron - 2068

Aluminium - 2057

Copper - 2024

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1890 1940 1990 2040 2090 2140 2190 2240 2290

Bt*, Mtoe

Da emissão de substâncias tóxicas podem resultar novos microorganismos !

Passado

Presente

Futuro

Formas de vida complexas BIOSFERA

Estado de referência

Microorganismos

Novo estado de referência

Novas formas de vida

Com que rapidez estará a Humanidade a degradar o capital mineral da Terra?… A contagem decrescente da exergia: Instrumento de previsão para a avaliação da situação futura do capital mineral na Terra será válido? Mas será que a questão do esgotamento será assim tão simples de analisar?

Reflexões

Parte 3 Sustentabilidade e a Tecnologia

O que é a sustentabilidade? “Desenvolvimento que tenta satisfazer as

necessidades do presente sem comprometer as futuras gerações em encontrar as suas próprias

necessidades”.

Ar (atmosfera)

CIÊNCIA AMBIENTAL

Esferas Culturais da Humanidade Sistemas de Suporte da Vida

Políticas

Dimensão da

população

Ética e

Conhecimento

Economia Vida

(biosfera)

Solo e rochas

(litosfera)

Água (hidrosfera)

Sustentabilidade: Sociedade vs. Natureza

PAPEL DESEMPENHADO PELA NATUREZA

PAPEL DESEMPENHADO PELA SOCIEDADE

Problema das direcções

Mas porque é que até agora os recursos minerais ainda não se esgotaram?

As “reservas conhecidas” não são um número fixo factores económicos

Maior eficiência na extracção (tecnologia) Reciclagem dos materiais aumento das

reservas alteração do pico de produção Possibilidade de substituição de materiais por

outros mais eficientes Eficiência energética Revolução ecoindustrial

1-Substituição

Fibra óptica pode transportar números de telefone igual àquilo que faziam 625 fios de cobre, há 25 anos atrás.

Minerais naturais por minerais sintéticos Zeólitos naturais por zeólitos sintéticos

Minerais mais densos por minerais menos densos

Caso do Zaire, 1978 (cobalto) magnetes à base de cobalto por magnetes à base de

cerâmicos, tintas à base de cobalto por tintas à base de manganês.

2-Eficácia energética

Lâmpada fluorescente compacta (LFC) = 225 kg carvão

3-Biomineração

Três áreas principais de aplicações podem ser identificadas:

Extracção de metais a partir de minerais e

de rochas Protecção ambiental Pré-tratamento de minerais para os tornar

adequados para processamento posterior

A acção das bactérias

Converter sulfuretos metálicos insolúveis (ou óxidos no caso do urânio) em sulfatos

metálicos solúveis em água. Abrir a estrutura dos sulfuretos para a

penetração facilitada de outros químicos.

Piro- e hidrometalurgia

Cerca de 25 % de todo o cobre mundial, mais de $ 1 bilião por ano, é produzido por bioprocessamento.

Bactérias para o processo de bio-oxidação

Bactéria Reacções de bio-oxidação

Acidithiobacillus ferrooxidans

Fe2+ → Fe3+ S2- or S0 → SO4

2- Acidithiobacillus

thiooxidans S2- or S0 →SO4

2-

Leptospirillum ferroxidans

Fe2+→Fe3+

Reflexões

Sustentabilidade será uma quimera ou não ? Nenhuma tecnologia tem sido sustentável

desde o nascimento da civilização Tecnologias menos eficientes Tecnologias

mais eficientes (caso da energia)

Sem inovação nenhuma tecnologia é sustentável oportunidades de negócio!

Parte 4 A EcoIndústria ou Indústria Ecológica

Os resíduos: um problema ambiental

Resíduo

Resíduo

Refinação/Processo

Extracção de recursos

Prospecção

TERRA

Metais, Químicos, Cimento,

Plásticos …

Reciclagem Produtos, Materiais

Aterros

Ecoindústria

Ecologia Industrial (Imitar a Terra) Aplicação da teoria ecológica a sistemas

industriais (Rejeski) Considera o mundo industrial como um

sistema natural, inserido em ecossistemas locais e na biosfera local (Lowe)

Indústria Ecológica Actividade de planeamento e de gestão dos sistemas humanos de produção – consumo, de modo a que eles interajam com os sistemas naturais, para formarem ecossistemas integrados que possuem integridade ecológica e proporcionem à humanidade uma vida sustentável.

Indústria imita a Natureza # Resíduo de um organismo é alimento para outro # Tudo é interconectado por processos cíclicos # O objectivo da natureza é a sobrevivência

Passado: Remediar Presente: Tratamento, armazenamento Futuro: Metabolismo industrial e ecossistema

industrial Gestão da interface natureza-indústria

Objectivo final: sistema industrial tão fechado quanto possível de modo a reciclar os materiais o mais completo possível.

Biogeoquímica – O que se passa na Terra?

Rochas sedimentares inorgânicas

sulfatos fosfatos

carbonatos

Nutrientes carbono

nitrogénio fósforo enxofre

Bioprodutos (Componente não viva)

Detritos humanos

Biomassa (Seres vivos)

mobilização

sequestro

rege

nera

ção

assi

mila

ção

(fot

ossí

ntes

e)

excreção

sequ

estr

o

mob

iliza

ção

Ambiente Natural

Matérias Primas

Produtos Finais

Capital Produtivo

extração

resíduos da extração

reci

clag

em

cons

umo

de

mat

eria

is

manufactura

Prod

ução

de

re

sídu

os

remanufactura

Indústria Ecológica Imitação da Terra?

Parque Ecoindustrial

“sistema industrial de materiais planeados e de trocas de energia que procura minimizar a energia, os resíduos e as matérias-primas, de modo a conceber-se uma relação sustentável em termos sociais, ecológicos e económicos”

A Revolução Ecoindustrial

Cervejeira

Cultura de cogumelos

Aviários

Produção de gás metano

Viveiro de peixes

Gestão Convencional dos Resíduos

Resíduos para os rios

Lixo depositado no campo

Acumulação de resíduos

Libertação de metano

Esvaziamento dos resíduos

Cervejeira

Cultura de cogumelos

Aviários

Produção de gás metano

Viveiro de peixes

Cultura hidropónica

Solução Ecoindustrial Os resíduos fertilizam os cogumelos

Resíduos dos cogumelos alimentam os

galináceos

Compostagem dos resíduos galináceos

Sólidos transformam-se em alimentos para peixes

Nutrientes aplicados

em jardins

Desenvolvimento Sustentado Integrado

Ciência e Tecnologia

Políticas

Sociedade

Ambiente Ambiente

Economia

Reflexões finais Sustentabilidade significa melhor desenvolvimento

ECOINDÚSTRIA (imitação da Terra). É preferível um bom desenvolvimento do que um não

desenvolvimento! (Castromil, Nisa, ….)

A Terra é um interessante MISTÉRIO!

A Terra é um organismo vivo, há que saber entendê-la e aproveitá-la com racionalidade.

Deve-se deixar às futuras gerações TECNOLOGIA (saber, conhecimento) e CAPITAL (dinheiro) para que consigam atingir uma qualidade de vida tão boa quanto a presente.

Oportunidades de negócio Nichos de mercado!

Obrigado pela vossa atenção!

Questões??