A contribuição da visão sistêmica de Howard T. Odum Modelos para simular cenários sociais de produção, consumo e reciclagem (sustentáveis ou não) A contribuição da visão sistêmica de Howard T. Odum Prof. Dr. Enrique Ortega UNICAMP, Brasil Julho de 2011. Primeira revisão: agosto de 2011

O futuro pode ser ecológico? 2011 - ? O futuro pode ser ecológico? Que podemos fazer para ajudar nessa tarefa?

Pode-se modelar e simular o sistema econômico - ecológico para explicar tanto o passado e o presente quanto para prever o futuro. Os estudos existentes devem ser analisados criticamente, atualizados e, se forem úteis, devem ser aproveitados.

Vou me referir aos trabalhos de Howard T Vou me referir aos trabalhos de Howard T. Odum (1924-2002) professor de Ecologia de Sistemas da Universidade de Florida relativos ao modelado e simulação de ecossistemas naturais e ecossistemas sob controle das sociedades humanas.

Para modelar e simular ecossistemas, de acordo com Odum, é necessário aplicar: As leis e os princípios da Termodinâmica dos sistemas abertos; Os balances de massa, energia e informação com visão de ciclo de vida. Além disso considerar os novos fatos tais como as mudanças climáticas (IPCC); A tipologia das fontes de energia e as funções que descrevem as interações entre os elementos de um ecossistema.

O modelo de um sistema permite ações de controle para melhorar seu desempenho, e atingir padrões de qualidade desejados. Para fazer a simulação de um sistema podem-se usar linguagens de programação, planilhas eletrônicas ou aplicativos específicos (MatLab/Simulink, Stella, VenSim, PowerSim, iThink, Simile, EmSim, Modelica).

Primeiramente devemos fazer a representação do ecossistema através do diagrama de fluxos de energia no qual se usam símbolos gráficos (ícones) e líneas de fluxo para mostrar os componentes e suas interações. “Ecosistemas y Políticas Públicas”: http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco “Modelaje y simulación de Ecossistemas”: http://www.unicamp.br/fea/ortega/eco/ecosim

A diagramação de sistemas com símbolos permite visualizar a organização, entender o sentido e o comportamento do fenômeno que se estuda. Os diagramas mostram as interações que se realizam entre as forças externas e os componentes internos para produzir recursos com novos potenciais e, ao mesmo tempo, degradar a energia potencial disponível.

Leis da Termodinâmica Primeira lei: “A energia total de um sistema é composta pela suma das energias existentes em um certo momento. A energia não se cria e no desaparece, apenas muda de forma (se transforma)" E = constante = soma de energias Segunda lei: “A energia potencial ao interatuar converte-se em energia de melhor qualidade (trabalho, W) e em energia degradada (Q)" E = W + Q

Os sistemas criam laços auto-catalíticos e se auto-organizam. Princípios dos sistemas abertos (quarta e quinta leis da termodinâmica) : Os sistemas criam laços auto-catalíticos e se auto-organizam. Os sistemas abertos cambiam com o tempo y sua evolução depende da energia externa disponível, da organização interna e do aproveitamento dos resíduos do sistema. Os sistemas interatuam para criar redes para aproveitar as energias disponíveis. As redes permitem aumentar a circulação de materiais e a captura de energia potencial disponível em fontes externas.

Outros princípios dos sistemas abertos  Os conceitos desenvolvidos pela Termodinâmica para a energia se aplicam também para a matéria: M total = constante = soma das massas. M útil = M transformada + M dispersada Os sistemas se desenvolvem em ciclos que incluem três etapas: produção, consumo e reciclagem.

Outros princípios dos sistemas abertos  Os sistemas aumentam a intensidade e duração de seus ciclos quando crescem (ampliam suas fronteiras para incorporar mais estoques de recursos). Hoje vivemos um momento de intenso consumo de estoques e isso é visto como um processo contínuo, autônomo e infinito, sendo que é apenas parte de um ciclo. Depois do crescimento vai ocorrer a etapa do decrescimento.

Símbolos e conexões (limitada) Fonte externa (ilimitada) Fluxo de energia Fonte externa renovável (limitada) Sumidouro de Energia Sistema ou subsistema Fonte externa não renovável (limitada) Estoque interno Produtor preço Transação Interruptor Interação Consumidor

Modelagem e simulação de Sistemas para estudantes de Engenharia, Biologia e Ciências Sociais Howard T. Odum & Elisabeth C. Odum, Gainesville, Florida, EUA, 1994 http://www.unicamp.br/fea/ortega/ModSim/index.html  Índice dos capítulos (Portugues)       Chapter Index (English)  

Mini-modelos Q DQ = J - K*Q*DT Q K*Q J Tanque Energia dispersada externa K*Q Energia dispersada J DQ = J - K*Q*DT DQ = - K*Q*DT Q Dreno K*Q Energia dispersada

Q Q Estoque externo não renovável Estoque interno DQ = K1*E – K2*Q E Fonte ilimitada DQ = K1*J*Q – K2*Q K1*J*Q Q Crescimento Exponencial (fenômeno temporário) Energia externa K2*Q X Laço de reforço da entrada auto-catalítico Laço de retro-alimentação

Possui retroalimentação Fonte ilimitada Laço de retro- alimentação DQ = K1*J*Q – K2*Q*Q K1*J*Q K2*Q*Q Q Laço duplo de desgaste interno Energia externa X X Logístico Desgaste DQ = K1*R*Q – K2*Q Fonte limitada K1*R*Q K2*Q Q Fonte limitada Energia externa J X R Possui retroalimentação

Estoque usado rapidamente E DQ = K1*E*Q – K2*Q K1*E*Q Fonte limitada Q K2*Q Estoque usado rapidamente E X Laço de retro- alimentação Fonte limitada DQ = K1*R*Q + K2*E*Q – K3*Q E K2*E*Q Q Duas fontes X K3*Q Energia externa J X K1*R*Q R Fonte limitada

Desenvolvimento a partir de duas fontes (uma renovável e outra não renovável) http://www.unicamp.br/fea/ortega/extensao/DuasFontes.html

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

Paradigmas em conflito Competição excludente

Cooperação

Balance de emergia do Brasil

Relação Centro-Periferia

A tarefa de pensar nosso planeta é a mais difícil, porém também é a mais necessária. Edgar Morin Capítulo: “En el corazón de la crisis planetaria” Livro: “La violencia en el mundo” Editora Capital Intelectual, Buenos Aires, 2011