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Dr. Enrique Ortega Rodríguez Laboratório de Engenharia Ecológica FEA, Unicamp, CP 6121 Campinas, SP 13083-862 Campinas, SP, 18 de maio de 2010 Análise.

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1 Dr. Enrique Ortega Rodríguez Laboratório de Engenharia Ecológica FEA, Unicamp, CP 6121 Campinas, SP Campinas, SP, 18 de maio de 2010 Análise emergética da sustentabilidade da produção agrícola e pecuária

2 Conteúdo desta apresentação 1.O que é sustentabilidade do ponto de vista da Ecologia de Sistemas 2.Gráfico sobre Limites do Crescimento de Meadows e colaboradores. 3.A modelagem de sistemas e a contabilidade para o diagnóstico da agricultura. 4.Dados de um estudo de caso. 5.Quem tem interesse na sustentabilidade e quem é contra?

3 A perspectiva científica da Ecologia de Sistemas: Na natureza se estabelece um sistema cíclico através do qual se consegue o equilíbrio dinâmico entre os consumidores e seu meio. Os sistemas de Produção e Consumo podem ser sustentáveis... mais eles devem ser auto-ajustados. O consumo depende da capacidade natural de produção.. que é limitada! O consumo deve ser limitado!

4 Ecologia dos sistemas naturais Desenvolvimento do ecossistema em uma cadeia de transformação de energia e recursos. Os seres humanos estão nos níveis superiores da cadeia trófica (mas não necessariamente no topo).

5 Ecologia dos sistemas antrópicos que usam energia fóssil Possibilidade de colapso: temos que rever nossa atitude com o meio A sociedade de consumo deve virar uma sociedade consciente!

6 Metabolismo Campo-Cidade Serviços ambientais Alimentos, fibra e energia Efluentes, emissões Resíduos Produtos e serviços da economia urbana Materiais não renováveis Maiores efluentes e emissões (produção industrial com novas entradas Serviços ambientais adicionais (população maior) Efluentes, emissões

7 Vivemos os limites da etapa do crescimento humano Sustentabilidade Meadows, D.H., Meadows, D.L., Randers, J. e Behrens III, W.W., Limites do Crescimento. Editora Perspectiva. 2a edição. Nossa sobrevivência depende da sustentabilidade (uso de recursos renováveis)

8 Para entender o funcionamento dos sistemas de produção agrícola é necessário nas bacias hidrográficas, no país, conhecimento multidisciplinar de boa qualidade sobre a interação entre os recursos físicos, biológicos e humanos na economia global e na Biosfera. Análise emergética

9 Diagrama = Síntese = modelo do funcionamento energético do ecossistema Finalidades: Avaliar o desempenho atual, Estudar os mecanismos de resposta a novos arranjos das forças externas e internas para simular no computador novos cenários para o futuro. Modelagem de sistemas agrícolas:

10 Geralmente o valor econômico e o valor real de um recurso no coincidem, porque o preço de mercado omite (ou mede de forma incorreta) os fatores de produção. Valor = Custos comuns + Contribuição da natureza + Serviços Adicionais + Custos ocultos

11 A análise de sistemas agrícolas gera uma síntese

12 (a) Medir a capacidade de suporte renovável e compará-la com a capacidade aumentada ao usar produtos obtidos de recursos não renováveis; A análise energética dos sistemas permite:

13 (b) Prever a redução da capacidade de suporte quando os recursos no renováveis entram em declínio e pelo efeito dos subprodutos nocivos

14 (c) Calcular o saldo energético do sistema agrícola para o sustento das cadeias tróficas humanas; (d) Visualizar as tendências de evolução do sistema

15 Fontes externas de energia (limitadas) Sumidouro de Energia Sistema da Biosfera Evolução da biosfera: etapa inicial Produtores Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques energéticos fósseis Consumidor sustentável Renováveis anualmente Minerais Materiais de fora Saída de materiais Renováveis em centenas ou milhares de anos Fluxos Estoques não- renováveis Fluxos de energia e materiais na Biosfera

16 Fontes externas de energia (limitadas) Sumidouro de Energia Sistema da Biosfera Civilização urbana não industrial Produtores Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques energéticos fósseis Consumidor sustentável Renováveis anualmente Minerais Materiais de fora Saída de materiais Renováveis em centenas ou milhares de anos Consumidor não- sustentável Fluxos Estoques

17 Fontes externas de energia (limitadas) Sumidouro de Energia Sistema da Biosfera Civilização atual Produtores Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Estoques energéticos fósseis Consumidor sustentável Renováveis anualmente Minerais Materiais de fora Emissões e Resíduos Saída de materiais Renováveis em centenas ou milhares de anos Consumidor não- sustentável Fluxos Estoques

18 Fontes externas de energia (limitadas) Sumidouro de Energia Sistema da Biosfera Situação inicial do reajuste Produtores Estoques da biosfera: atmosfera, minerais, sedimentos Estoques biológicos Energias fósseis Consumidor sustentável Renováveis anualmente Minerais Materiais de fora Emissões e Resíduos Saída de materiais Não Renováveis Consumidor não- sustentável Fluxos Estoques decrescentes Transferência de pessoas e recursos Senescência “Decoupling” “Degrowth”

19 Tempo Seres anaeróbicos e atmosfera ácida Seres aeróbicos, atmosfera neutra termo-regulada com O Desenvolvimento Sustentável De 0 até 4 bilhões de anos da Terra Gráfico das mudanças nos estoques da Biosfera Biodiversidade, imobilização de Carbono Transição Recuperação dos ecossistemas Crescimento humano em detrimento de outras espécies, ainda sem uso de energéticos fósseis Crescimento industrial Ajuste da população e mudança dos sistemas de produção e consumo opções Apostar no Crescimento Manter o sistema como esta hoje Recuperar a resiliência e a sustentabilidade por meio da ruralização ecológica homeostase extinção

20 (e) Prever situações de risco e discutir as medidas para solucionar esses problemas.

21 A produção de alimentos pode ser feita de duas formas:

22 (a) Sistemas agroecológicos que usam recursos naturais locais; (b) Sistemas agroquímicos que usam insumos industriais derivados do petróleo, mecanização e sementes modificadas.

23 A produção de milho baseada em recursos naturais ainda existe em alguns lugares e a produtividade varia entre 500 e 5000 kg/ha/ano. Ela ocorre junto com a produção de grande diversidade de plantas e animais, sem poluição.

24 A produção agrícola sustentável depende de: 1. Energia solar (sol, vento e chuva); 2. Recursos da bacia (água de córregos, com húmus e sedimentos); 3. Minerais do solo mobilizados pela biota; 4. Nitrogênio fixado pelas bactérias; 5. Trabalho complexo derivado das funções da biodiversidade; 6. Trabalho animal e humano com infra-estrutura e organização.

25 Sistema agrícola sustentável

26 Fertilizantes, pesticidas, herbicidas e mecanização intensa (derivados do petróleo); Mudanças não renováveis na agricultura: Infra-estrutura cara; Maquinaria, eletricidade, combustível; Produtos químicos diversos; Sementes produzidas fora da região; Rações para animais feitas com grãos da agricultura química não renovável; Resíduos animais em excesso. Deforestação (extração predatória da mata nativa);

27 Nos sistemas agroquímicos a produtividade pode ser maior. No caso de milho: 2000 a kg/ha/ano e para a soja entre 2000 a 6000 kg/ha/ano. Os sistemas agroquímicos de alta produtividade causam um impacto ambiental e social muito grande e o uso de recurso renováveis é mínimo (sustentabilidade muito baixa). Mas ocorre: destruição da vegetação nativa, perda da biodiversidade com diminuição das funções ecossistêmicas, poluição, expulsão de posseiros e pequenos produtores da região, concentração de renda e dependência de recursos de fora.

28 Sistema agroquímico de baixa sustentabilidade

29 Inclusão das externalidades negativas (custos ocultos)

30 Vamos mostrar, passo a passo, o processo de abstração de ecossistemas que permite descobrir seus componentes essenciais e suas interações básicas. A contabilidade ecológica usa como medida de valor de um recurso todo o trabalho da natureza e do homem que foi incorporado no processo de produção. Devemos saber como se produzem os recursos (memória energética). A idéia é obter um diagrama de fluxos que permita visualizar seu comportamento.

31 Diagrama resumido das interações de um sistema agrícola.

32 Diagrama de fluxos de energia, materiais e informação.

33 Diagrama resumido dos fluxos de energia, materiais e informação na agricultura.

34 Diagrama de fluxos agregados de um sistema agrícola.

35 O diagrama de fluxos agregados deve incluir o cuidado com as externalidades negativas assim como a produção de serviços ambientais

36 A2 A1 A3 A2: Área para fornecer serviços ambientais locais e regionais A1: Área para alimentos, fibra, animais e produção de energia A3: Área para absorção do impacto social e ambiental. A produção rural exige um projeto de Engenharia Ecológica

37 O diagrama mínimo de fluxos agregados permite visualizar as forças que definem o comportamento do sistema agrícola... e também definir indicadores de desempenho.

38 Os indicadores são razoes entre os fluxos agregados. Pode-se avaliar a eficiência, a sustentabilidade, o saldo de energia líquida, a pressão no ambiente, entre outros.

39 Nos últimos séculos e sobre tudo nas últimas décadas os sistemas agrícolas incorporaram recursos não renováveis e destruíram as reservas de mata nativa que geram serviços ambientais importantes. Sistema agro- ecológico antigo.

40 Sistema agro- químico “moderno”. Sistema agro-químico super intensificado.

41 Sistema sem fertilidade, de baixa produtividade.

42 Sistema agro-ecológico recuperado Transição agro-ecológica

43 R1R1 R2R2 R3R3 N S M Não renováveis Renováveis

44 R1R1 R2R2 R3R3 N S M SA As externalidades negativas dos sistemas agrícolas exigem serviços adicionais (custos extras) da economia e dos ecossistemas. Por exemplo: os cuidados com as mudanças climáticas. Não renováveis Renováveis

45 Serviços ambientais Estoques biológicos Resíduos e dejetos Emissões Produção Investimentos e custos Concentração de área Preço dos insumos Lucro por hectare Preço dos produtosMargem de lucro Problemas sociais e climáticos

46 R F N P Ex Sistema degradado sem fertilidade Sistema regenerado ecologicamente Recursos renováveis Serviços ambientais Produtos Impactos (Externalidades) Estoques biológicos Fluxos agregados de emergia Índices de emergia Feedback da economia

47 Recomendações: Pagar os serviços ambientais devidos Cobrar os impactos socioambientais Deve-se contabilizar: o saldo nos estoques naturais (solo, água, biodiversidade, pessoas) que geram serviços ambientais (percolação de água, captura de carbono, vigor genético, controle biológico, cultura ecológica), a poluição, o assoreamento, os serviços urbanos para a população marginalizada.

48 Sugestões de Políticas Publicas: Vai ser necessário estudar de forma sistêmica os processos que geram serviços ambientais e impactos sócio-ambientais e daqueles que cuidam das externalidades negativas para conhecer seus custos unitários para poder incluí-los no balanço econômico-ecológico Pagamento de serviços ambientais prestados Cobrança das externalidades negativas

49 Por outro lado, como não se reconhecem os serviços ambientais remanescentes e não se cobram as externalidades negativas se sacrifica o ambiente e o futuro da humanidade. Assim chegamos a uma situação de: - Baixa sustentabilidade (ou renovabilidade); A intensificação do uso de recursos não renováveis (subsidiados pela economia global) aumenta a rentabilidade das empresas - Perda da capacidade de suporte renovável; - Atingir os limites de resiliência da biosfera

50 Mudança de assunto Vamos agora conversar sobre emergia e índices emergéticos

51 Transfomidade = Diagrama do sistema Renovabilidade = Emergia que entra no sistema Exergia que sai do sistema Externalidades

52 METODOLOGIA EMERGÉTICA Discutir a interação entre a economia e os ecossistemas Mostrar a dependência do produto das diversas fontes de energia (naturais ou fósseis) Quantificar a sustentabilidade Quantificar os fluxos de energia do sistema

53 As contribuições da natureza Como todos os fluxos são colocados em termos de energia solar incorporada (emergia solar) podemos agregar fluxos e fazer comparações A metodologia emergética considera dois tipos de fluxos de energia: O fornecimento de insumos e trabalho humano da economia

54 Emergia: é a energia disponível (exergia), previamente utilizada, para produzir um certo recurso (produto ou serviço), em outras palavras: a emergia de um recurso corresponde a seu custo exergético. A emergia de um tipo que corresponde à energia de outro tipo denomina-se Transformidade (é um fator de conversão de emergia em energia) Joules de emergia solar Energia de um recurso = Transformidade

55 Energia do produto Visão convencional Energias das entradas Emergias das entradas Visão de análise de ciclo de vida até a produção do recurso Fontes primárias Processo Emergia do produto

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57 AVALIAÇÃO DE EMERGIA Realizada em três etapas: 1.Medida dos fluxos emergéticos de entrada e das energias produzidas pelo sistema 2.Obtenção dos índices emergéticos 3.Interpretação dos índices emergéticos

58 O primeiro passo para conhecer um sistema é identificar seus principais componentes, as entradas e as saídas Desenhar um diagrama para mostrar de forma simbólica os caminhos seguidos pelos fluxos de massa e energia

59 R1R1 Processo de fotossíntese Infra-estrutura e processamento R2R2 N F bens humanos Unidade de produção Energia degradada Produtos vendidos E1E1 Perdas e desperdício (sem taxar) E2E2 Serviços ambientais (sem retribuição) E3E3 Albedo Soma (E i ) = produto total Erosão Controle R 2 = fluxos renováveis do local e da região R 1 = energia solar, lunar e calor interno da terra (recursos renováveis diretos) N = fontes não- renováveis da natureza: destruição do capital biológico local F=Retro-alimentação (Feedback) de bens e serviços comprados da economia urbana (basicamente não renováveis)

60 As contribuições da natureza (I): I = R + N A retro-alimentação ou feedback (F): F = M + S A emergia do recurso produzido (Y) ou exergia incorporada: Y = I + F Da figura do sistema de produção podemos identificar:

61 As contribuições da natureza Como todos os fluxos são colocados em termos de energia solar incorporada (emergia solar) podemos agregar fluxos e fazer comparações A metodologia emergética considera dois tipos de fluxos de energia: O fornecimento de insumos e trabalho humano da economia

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63 Índices emergéticos convencionais Densidade Emergética (Y)(R+N) + (M+S) Soma dos produtos (E) Produção total (J ou kg) Transformidade (Tr)Y/E Renovabilidade (%Ren)100 (R/Y) EYR (razão de rendimento) Y/F EIR (razão de investimento) (F)/(R+N) EER (razão de intercâmbio) Y /[(kg/ano)($/kg)(seJ/$)]

64 Suporte não renovável Sobre os índices de emergia (1) F deve incluir as externalidades negativas como F adicional R deve considerar todos os fluxos renováveis Tr pode ser divida em dois termos: Tr renovável e Tr não renovável Cada fluxo de M e S tem uma certa renovabilidade No índice EYR, os termos N/F e R/F apresentam efeitos opostos, por isso esse índice deve ser dividido: Diretos, derivados da biodiversidade, regionais Suporte renovável Assim, F, Y e Tr apresentam uma renovabilidade

65 Sobre os índices de emergia (2) A Renovabilidade deve considerar todos os fluxos renováveis, incluindo M R e S R ELR deve considerar F R e F N EER deve incluir os serviços ambientais prestados (produto) e o subsídio (entrada) Uma nova definição de EIR sem incluir N A reciclagem é indispensável nos sistemas ecológicos e deve haver um índice especial

66 Índices emergéticos modificados Densidade Emergética (Y)(R+N) + (M+S) Soma dos produtos (E) Produção (J ou kg) + Serviços ambientais (kg) Transformidade (Tr)Y/E = (Y R /E) + (Y N /E ) Renovabilidade (%Ren)100 ((R+M R +S R )/Y) EYR (razão de rendimento) Y/F= 1 + R/F + N/F EIR (razão de investimento) F/I = (F)/(R+N) EER (razão de intercâmbio) Y /[(kg/ano)($/kg)(seJ/$)]

67 O fim do petróleo Produção atual e futura Índices que aumentaram: N/F, ELR, EIR, TrN, EER Crescem: %Ren, R/F, TrR Decrescem: %Ren, R/F, TrR Índices que decresceram: N/F, ELR, EIR, TrN, EER Individualismo, capitalismo competição e exclusão Soluções comunitárias Recursos renováveis disponíveis O uso de R/F e N/F ajuda a entender melhor as tendências do que EYR O mesmo pode se dizer de TrN end TrR Sobre os índices de emergia (3)

68 Dinâmica dos sistemas agrícolas.

69 Sistema natural.

70 Comportamento temporário como resposta a um pulso de energia externa

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72 O ciclo dos sistemas humanos consta de quatro etapas: exploração (organização do sistema político e social), desenvolvimento (manutenção e proliferação do sistema), desagregação (revolução e/ou colapso) e reorganização (mudança de regime e novo paradigma).. Dinâmica de sistemas (Holling, 1986) Oligotrofia Mesotrofia Hipertrofia Distrofia Eutrofia

73 Porém o cenário do futuro se complica muito mais se consideramos as mudanças climáticas. petróleo CO 2 CH 4 Produtos industriais CO 2 Aquecimento da temperatura média do planeta acima de 2 graus Celsius. Gases do Permafrost, auto-ignição de florestas, clatratos Ameaça gravíssima a resiliência da Biosfera!

74 6 anos? Tem que ocorrer uma inversão da tendência! Como? Com inovação transdisciplinar que cuide de todos aspectos do novo modelo de desenvolvimento baseado em SIPAES

75 SIPAES: sistema integrado de produção de alimentos, energia e serviços ambientais Policultura Reflorestamento Integração

76 Comparação dos indicadores emergéticos de usinas de álcool: convencional versus SIPAES. Índice Fórmulas Grande usina ( ha) Micro usina + policultura e SAF (30 ha) Tr (seJ/J) Y/  E %R*100 x ((R+M R +S R )/Y)3576 EYRY/(M N +S N )1,576,31 EIR(M N +S N )/(R+M R +S R +N)1,390,37 ELR*(N+M N +S N )/(R+M R +S R )1,820,29

77 O sistema que combina policultura ecológica, sistema agroflorestal (ou agrosilvopastoril) e micro-destilaria de etanol ganha em quase todos os indicadores da análise emergética:  maior renovabilidade  maior saldo energético,  menor taxa de investimento,  menor carga ambiental. Os resultados da análise econômica estão sendo revisados, mas se mostram promissores. A taxa de emprego corresponde a da agricultura familiar (1 família/10 ha) melhor que o modelo agroquímico (1 trabalhador/300 ha).

78 Cientistas dizem que a Humanidade esgota seu "espaço de operação" Folha de São Paulo (26/09/ h25) www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u shtml A humanidade está destruindo a estabilidade ambiental que existe desde 10 mil anos atrás e criando uma crise com conseqüências "catastróficas".

79 O alerta foi publicado em artigo recente na revista "Nature“ por um grupo de 29 especialistas em Paleoclimatologia e no funcionamento da biosfera, entre eles Paul Crutzen, Nobel de Química em 1995 por seu trabalho sobre a camada de ozônio. Eles identificaram nove fatores-chave do funcionamento do planeta que não deveriam ser perturbados além de um certo limite para que a estabilidade ambiental continue.

80 1.A mudança climática (aquecimento global); 2.A perda da biodiversidade; 3.A alteração no ciclo do nitrogênio; Limites de resiliência excedidos Podem ultrapassar seus limites, Sem informação suficiente, Revertido aos valores pré-industriais. 4.A poluição química; 5.O lançamento de aerossóis na atmosfera; 6.O uso de água doce; 7.A mudança no uso da terra; 8.A acidificação dos oceanos; 9.A destruição do ozônio estratosférico.

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82 82

83 O grupo de pesquisadores aponta que o fato de "apenas" três limiares terem sido cruzados não é garantia de que o mundo não sofrerá mudanças catastróficas pois, afinal, há múltiplas interações entre os limiares. "Transgredir a barreira do nitrogênio- fósforo pode erodir a resiliência dos ecossistemas marinhos, reduzindo sua capacidade de absorver CO 2, afetando assim a barreira climática."

84 Novas idéias: Eco-Socialismo e Decrescimento. É tempo de: 1.Reavaliar os sistemas 2.Refazer e renovar os conceitos 3.Re-estruturar os sistemas de P-C 4.Recuperar os ecossistemas 5.Redistribuir os meios de produção 6.Re-localizar os sistemas 7.Reduzir as escalas de produção e consumo 8.Reutilizar/reciclar Questionar, estudar e atuar coerentemente!

85 Minerais Energia fóssil Monoculturas Extração predatória Duas visões em conflito Cultura humana ecológica Sistemas agro-químicos Biodiver- sidade Cultura humana industrial Sistemas agroecológicos Erosão Resíduos Emissões Perdas sociais e biológicas Cambio climático Reciclagem, manejo sustentável Impacto social, ambiental e climático Produtos químicos, maquinaria, diesel, subsídios Maior produção, menor preço, mas gente Custos ocultos

86 Agradeço a atenção e fico a disposição! Contatos:


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