Análise emergética da sustentabilidade da produção agrícola e pecuária

Apresentação em tema: "Análise emergética da sustentabilidade da produção agrícola e pecuária"— Transcrição da apresentação:

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

2 Conteúdo desta apresentação
O que é sustentabilidade do ponto de vista da Ecologia de Sistemas Gráfico sobre Limites do Crescimento de Meadows e colaboradores. A modelagem de sistemas e a contabilidade para o diagnóstico da agricultura. Dados de um estudo de caso. 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 Alimentos, fibra e energia
Metabolismo Campo-Cidade Materiais não renováveis Efluentes, emissões Produtos e serviços da economia urbana Serviços ambientais Alimentos, fibra e energia Resíduos Efluentes, emissões Maiores efluentes e emissões (produção industrial com novas entradas Serviços ambientais adicionais (população maior)

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

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

9 Modelagem de sistemas agrícolas:
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.

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 10

11 A análise de sistemas agrícolas gera uma síntese

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

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

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

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

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

19 Gráfico das mudanças nos estoques da Biosfera
Desenvolvimento Sustentável Seres anaeróbicos e atmosfera ácida Seres aeróbicos, atmosfera neutra termo-regulada com O2 Crescimento industrial Transição Apostar no Crescimento Biodiversidade, imobilização de Carbono Recuperação dos ecossistemas opções Manter o sistema como esta hoje Crescimento humano em detrimento de outras espécies, ainda sem uso de energéticos fósseis Recuperar a resiliência e a sustentabilidade por meio da ruralização ecológica Ajuste da população e mudança dos sistemas de produção e consumo homeostase extinção De 0 até 4 bilhões de anos da Terra 1500 2000 2100 Tempo

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 Mudanças não renováveis na agricultura:
Deforestação (extração predatória da mata nativa); Fertilizantes, pesticidas, herbicidas e mecanização intensa (derivados do petróleo); 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.

27 Nos sistemas agroquímicos a produtividade pode ser maior
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. 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. 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).

28 Sistema agroquímico de baixa sustentabilidade

29 Inclusão das externalidades negativas (custos ocultos)

30 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). Vamos mostrar, passo a passo, o processo de abstração de ecossistemas que permite descobrir seus componentes essenciais e suas interações básicas. 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 A produção rural exige um projeto de Engenharia Ecológica
A1: Área para alimentos, fibra, animais e produção de energia A2: Área para fornecer serviços ambientais locais e regionais A3: Área para absorção do impacto social e ambiental.

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 super intensificado.
Sistema agro-químico “moderno”.

41 Sistema sem fertilidade, de baixa produtividade.

42 Transição agro-ecológica
Sistema agro-ecológico recuperado

43 M Não renováveis Renováveis S N R3 R2 R1

44 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 SA M S N R3 R2 Renováveis R1

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

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

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:
Pagamento de serviços ambientais prestados Cobrança das externalidades negativas 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

49 - Baixa sustentabilidade (ou renovabilidade);
A intensificação do uso de recursos não renováveis (subsidiados pela economia global) aumenta a rentabilidade das empresas 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); - Perda da capacidade de suporte renovável; - Atingir os limites de resiliência da biosfera

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

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

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

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

54 Joules de emergia solar Energia de um recurso = Transformidade
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) Clique para adicionar texto Joules de emergia solar Energia de um recurso = Transformidade

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

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57 AVALIAÇÃO DE EMERGIA Realizada em três etapas:
Medida dos fluxos emergéticos de entrada e das energias produzidas pelo sistema Obtenção dos índices emergéticos Clique para adicionar texto 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 Clique para adicionar texto

59 F N R2 R1 E1 E2 E3 bens humanos Processo de fotossíntese Produtos
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) R2 = fluxos renováveis do local e da região F N R2 R1 = energia solar, lunar e calor interno da terra (recursos renováveis diretos) bens humanos Erosão Controle Processo de fotossíntese Infra-estrutura e processamento R1 Produtos vendidos E1 Os principais passos para realizar a análise emergética serão descritos a seguir:  É necessário colocar no diagrama os limites do sistema para identificar todos os fluxos de entrada importantes que cruzam as fronteiras do sistema escolhido. Que são: Depois identificar seus componentes principais, as entradas e saídas. Os laços o fluxos no desenho converte-se em uma linha de cálculo na tabela de avaliação de emergia. Perdas e desperdício (sem taxar) E2 Albedo Serviços ambientais (sem retribuição) E3 Unidade de produção Energia degradada Soma (Ei) = produto total

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

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

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

65 Sobre os índices de emergia (2)
A Renovabilidade deve considerar todos os fluxos renováveis, incluindo MR e SR ELR deve considerar FR e FN 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 65

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 = (YR /E) + (YN /E ) Renovabilidade (%Ren) 100 ((R+MR+SR)/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 Sobre os índices de emergia (3)
O fim do petróleo Produção atual e futura Índices que aumentaram: N/F, ELR, EIR, TrN, EER Índices que decresceram: N/F, ELR, EIR, TrN, EER Individualismo, capitalismo competição e exclusão Soluções comunitárias 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 Decrescem: %Ren, R/F, TrR Crescem: %Ren, R/F, TrR Recursos renováveis disponíveis 67

68 Dinâmica dos sistemas agrícolas.

69 Sistema natural.

70 Comportamento temporário como resposta a um pulso de energia externa
Sistema natural.

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72 Dinâmica de sistemas (Holling, 1986)
Hipertrofia Oligotrofia Eutrofia Mesotrofia Distrofia 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). .

73 auto-ignição de florestas, clatratos
Porém o cenário do futuro se complica muito mais se consideramos as mudanças climáticas. petróleo CO2 Produtos industriais CO2 CH4 Ameaça gravíssima a resiliência da Biosfera! Gases do Permafrost, auto-ignição de florestas, clatratos Aquecimento da temperatura média do planeta acima de 2 graus Celsius.

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

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

76 + policultura e SAF (30 ha)
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 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

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 Cientistas dizem que a Humanidade esgota seu "espaço de operação" 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 A mudança climática (aquecimento global); A perda da biodiversidade;
Limites de resiliência excedidos A mudança climática (aquecimento global); A perda da biodiversidade; A alteração no ciclo do nitrogênio; Sem informação suficiente, A poluição química; O lançamento de aerossóis na atmosfera; Podem ultrapassar seus limites, O uso de água doce; A mudança no uso da terra; A acidificação dos oceanos; Revertido aos valores pré-industriais. A destruição do ozônio estratosférico.

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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 CO2, afetando assim a barreira climática."

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

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

86 www.unicamp.br/fea/ortega/ Agradeço a atenção e fico a disposição!
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