Sustentabilidade das diversas formas de produção de biocombustíveis. Enrique Ortega (Fac. Engenharia de Alimentos) Miguel Bacic (Instituto de Economia)

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. Objetivo

Esta apresentação visa introduzir aos conceitos mais importantes da abordagem emergética e ilustrar com o exemplo da produção de biocombustíveis.

4. Materiais e métodos

Será 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


Energia


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



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



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


TransporteProduto para intercâmbio

Ser humano


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


Produto adquirido

Ser humano


Trabalho humano

Recurso produzido

Produtor humano individualMercado regional

Ser humano


Trabalho humano

Produto no mercado

Produto no mercado

Produto produzido

Troca

Produto adquirido

Produto produzido

Energia colocada na negociação


Recurso produzido


Produto adquirido

Ser humano


Trabalho humano

Recurso produzido

Produtor humano individualMercado regional

Ser humano


Trabalho humano

Produto no mercado

Produto no mercado

Produto produzido

Troca

Produto adquirido

Produto produzido



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


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


Produtos comprados

Seres humanos


Trabalho humano


Ser humano


Trabalho humano

$moeda

Produtos vendidos


urbana

$moeda


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


Produtos comprados

Seres humanos


Trabalho humano


Ser humano


Trabalho humano

$moeda

Produtos vendidos


urbana

$moeda


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


Produtos químicos

biológicos

Corpos com vida

Biodi-versidade Biomassa

Estoques de carbono

Processos Históricos


Espécie humana

Processo de desenvolvimento

Conheci-mento


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


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

SolosBens

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

SolosBens

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

eletricidade

Modelo 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 -13,60

Assoreamento. 0 -83,00

Manutenção 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.

ÍndiceFórmulas

Grande 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. Discussão

Os 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 bibliográficas

Bacic, 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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