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