Ecologia Industrial - Conceitos

Ecologia Industrial

Definições e Definições e Definições e Definições e ConceitosConceitosConceitosConceitos

Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiSDisciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010

Ecologia Industrial• Revolução Industrial – iniciada no século XVIII mudou

radicalmente a relação humanidade/ambiente com ainvenção das máquinas, que multiplicaram a capacidadedo homem de alterar o ambiente.– A Indústria

• Contexto: é a maior responsável pela dispersão de substânciastóxicas no meio ambiente e por isso torna-se urgente, e necessáriopromover mudanças na forma de tratar os problemas ambientais.

• Problema: Remediar e controlar os poluentes tornou-seinsuficiente, sendo necessário direcionar os esforços no sentido dereduzir e, principalmente, prevenir o descarte de substânciasnocivas no ambiente.

• Ecologia Industrial – propõe o estudo do sistemaindustrial inserido no ambiente, e não somente o estudode um conjunto de empresas, considerando que todosos resíduos/materiais devem ser continuamentereciclados dentro do sistema e somente a energia solarilimitada seria utilizada de forma dissipativa.

Ecologia Industrial• Para atender esta abrangência, a Ecologia Industrial está

baseada no estudo de Sistemas e na Termodinâmica.

– Sistemas: Utiliza-se da abordagem sistêmica, pela qual seanalisa o sistema industrial, seus produtos, resíduos e a interaçãodestes com o meio ambiente.

• Donella e Dennis Meadows (1972) utilizaram a análise de sistemaspara simular a degradação ambiental do planeta, alertando para ainsustentabilidade do sistema industrial vigente.

– Termodinâmica: ramo que estuda as relações entre energia,calor e trabalho.

• O primeiro princípio: lei de conservação de massa e energia.Possibilita o balanço de materiais e energia dos sistemas.

• O segundo princípio da termodinâmica – a entropia(desordem, degradação energética)

do universo cresce na direção de um máximo – Jeremy Rifkin (1989)usou como base para criticar a sociedade e a economia.

Ecologia IndustrialCiclo Biológico

• A analogia entre sistemas industriais e ecossistemas.– Vem ganhando força e levando considerações sobre as interações do

sistema com o meio ambiente.– A Ecologia Industrial resgata a idéia de que a antroposfera é parte da

biosfera e que somente pode existir em equilíbrio dinâmico com asoutras partes do sistema, a atmosfera, a hidrosfera e a litosfera.

• Meio ambiente �� sistema natural• O ciclo biológico de materiais e energia é mantido por três grupos:

– Os produtores são aqueles capazes de produzir seu próprio alimentopor fotossíntese ou síntese química, como as plantas e algumasbactérias.

– Os consumidores são aqueles que obtêm alimentos das plantas(herbívoros), de outros animais (carnívoros) ou ambos (onívoros).

– Os decompositores, como fungos e algas, degradam a matériaorgânica de produtores e consumidores, produzindo substânciasinorgânicas que podem ser utilizadas como alimento pelos produtores.

• São os recicladores da biosfera.

Sistema Natural e Industrial

Ecologia Industrial

– Sistema Aberto• É todo sistema que se relaciona com o ambiente

onde se insere, adaptando a sua estrutura e osseus processos internos ao ambiente.

• Ele tem informação, comunicação, organização,complexidade e heterogeneidade.

• Um sistema aberto pode interagir com o seu meio,por meio de entradas e saídas.

– Sistema Fechado• É o que não tem contato significativo com o

ambiente.• O sistema fechado, onde apenas há matéria, tem

caos, simplicidade, homogeneidade, determinismo,causalidade e entropia.

• Um sistema fechado é auto-contido.

Biologia: Sistemas abertosprecisam se alimentar de umcontínuo fluxo de matéria e deenergia extraída do seu meioambiente para permaneceremvivos.

Entropia

EquilibrioDinâmico

• Sistema é um conjunto de elementos que se encontram eminteração, se inter-relacionam ou são interdependentes. Cadaelemento do sistema tem propriedades específicas, das quaisdepende o funcionamento total do sistema. Ele se distingue entresistemas abertos e sistemas fechados.

Sistema – Definições e Conceitos

Ecologia IndustrialSistema Natural

Ecossistema: um conjunto de plantas,animais e microorganismos que vivemem um ambiente físico-químico.

Planeta Terra: vêm evoluindoa 4,6 bilhões de anos naformação do seu ecossistema.

O Sol fornece a energia para a fotossíntese

Produção do CO2 necessário para a fotossíntese

nutrientes

Plantas mortas

O Ciclo Biológico � Sistema Fechado

Sistema Natural

microorganismos

Sistema Fechado

Ecologia IndustrialSistema Natural

• Modelo produção-consumo-reciclagem– Em um ecossistema, o fluxo maior de transferência de matéria ocorre

entre o produtor (plantas) e o reciclador (bactérias) e apenas uma fraçãopequena deste fluxo passa pelo consumidor (animais/homem).

– Sistema natural x Presença humana: desde o início da história dahumanidade, as populações utilizavam plantas nativas, animais e minerais, queeram transformados em ferramentas, vestuário e outros produtos. Os resíduosou materiais excedentes de cada processo eram simplesmente descartados, oambiente se encarregava de absorver os resíduos descartados pelo homem.

Consumidor RecicladorProdutorresíduos

PlantasAnimal

Homem

nutrientes

(Algas e Fungos)

Matériaviva

Matéria morta

Sistema Tipo III - é o ideal,representa a sustentabilidade.• Representa o equilibrio dinâmico dossistemas ecológicos, em que energia eresíduos são constantemente reciclados ereutilizados nos processos do sistema.• o ciclo torna-se fechado, quando dependeapenas do fluxo de energia, de acordo com osegundo princípio da termodinâmica,somente a energia solar viria de fora dosistema.

Microorganismos

Ecologia IndustrialSistema Industrial

• O sistema industrial é caracterizado por umconjunto de empresas que formam uma grandeestrutura que dirige a sociedade contemporânea,fazendo uso da tecnologia para transformar matérias-primas em produtos e serviços para a sociedade.

• O propósito de uma empresa é produzir e distribuirbens e serviços para os consumidores.

– Para esta produção requer entradas de vários materiais,produtos intermediários e serviços, e a quantidade deprodutos e serviços intermediários reflete a qualidade datecnologia empregada pela empresa na transformação dematérias-primas e energia retiradas do ambiente emforma de produtos ou serviços.

Sistema Aberto

Sistema Tipo I - o objetivo dosistema é produzir.• Organiza-se linearmente: materiais eenergia entram de um lado do sistema e nofinal do processo deixam o sistema sob aforma de produtos, subprodutos e resíduos.• Como resíduos e subprodutos não sãoreciclados ou reutilizados, o sistemadepende de um suprimento de matérias-primas constante e ilimitado para mantersuas atividades.

Ecologia IndustrialSistema Natural x Sociedade x Industrial

• Termodinâmica: Enquanto a primeira leida termodinâmica estabelece aconservação de energia em qualquertransformação, a segunda lei estabelececondições para que as transformaçõestermodinâmicas possam ocorrer em umprocesso irreversível.

– Outra implicação da termodinâmica é queos materiais extraídos do ambiente naturalpara a produção de bens e serviços,devem certamente retornar ao ambiente,mas de forma degradada.

– Ex.: o calor, dissipação energética de umsubsistema, tende a se distribuir demaneira uniforme por todo o sistema.

• A sociedade humana, como um todo, podeser pensada como um sistema que trocacontinuamente material e energia com oambiente.• O sistema sociedade é composto porsubsistemas ligados uns aos outros e aoambiente externo.

• Um dos subsistemas do sistema sociedadeé o sistema industrial que faz o uso datecnologia para transformar matérias-primasem produtos e serviços para a sociedade.

Sistema Tipo II - caracterizamuitos dos atuais sistemasprodutivos, são sistemas dotipo insustentável.• Parte dos resíduos é reciclada oureutilizada dentro do próprio sistema e parteainda é deixá-la na forma de resíduo.• É caracterizado por ciclos quase fechados,o grau de evolução do tipo I para o tipo IIdepende consideravelmente do tipo deindústria e de sua localização.


• Sistema Industrial – vem respondendo ao problema da poluiçãocom soluções que vão desde o simples controle dos efluentes –passando por Programas de Prevenção à Poluição, pelos conceitosde Produção Mais Limpa e Ecoeficiência.

Ecologia Industrial

Produção Limpa

Produção mais Limpa (P+L) – Ecoeficiência (EE)

Prevenção à Poluição (P2)

Reciclagem

Tratamento

Descarte

Pró-ativoReativo

SGA

Sustentabilidade

EficiênciaEXTERNOINTERNO

Metabolismo Industrial

Ecologia Industrial

Sistema – Definições e Conceitos

A

C

B

D

E

F

G

H

I J

Sistema � é uma entidade que mantém sua existência e funcionacomo um todo por meio da interação de suas partes.

• Tudo é um sistema em si mesmo esubsistemas de um sistema mais amplo.

• Um sistema é caracterizado por duas propriedades:1. Um sistema é formado de diversas partes.

� Pode ser subdividido em subsistemas.� Age como uma única entidade.

2. Devido à interação entre os componentes, osistema é mais do que a soma destescomponentes, já que novas propriedadespodem emergir das interações entre oscomponentes.

A B C D E F G H I J

Sistema

Relações

Todo

Partes

O’ Connor, Joseph (2007) – Além da Lógica: utilizando sistemas para a criatividade e a resolução de problemas, Joseph O’Connor e Ian McDermott – São Paulo, Editora Summus.

Propriedades Emergentes

Ecologia IndustrialMetabolismo Industrial

• Metabolismo �� pode ser definido como os processos físicos e químicos internosque ocorrem em um organismo para a manutenção da vida.

– É um conjunto de reações químicas que ocorrem no organismo afim de que esse gasteenergia.

• Processos Metabólicos, podem ser divididos em duas categorias:– Anabolismo (síntese): reações que criam moléculas complexas a partir de moléculas

simples.– Catabolismo (degradação): reações que decompõe as moléculas complexas criadas no

anabolismo para produzir energia.

• Organismo, como um subsistema natural: A. consome materiais ricos em energiae de baixa entropia (alimento) para sua manutenção e para desempenhar funções,como crescimento, movimento e reprodução. O anabolismo trabalha superando aatividade do catabolismo o organismo ganha peso. B. ocorre inversamente a perdade peso quando o catabolismo supera as atividades do anabolismo. Os organismosexcretam resíduos que consistem de material degradado de alta entropia.

• O organismo, um subsistema natural e aberto.– O metabolismo interno de um organismo depende de fatores além do próprio organismo,

como o ambiente externo, que inclui outros organismos. Assim como as condições físico-químicas do ambiente que circunda o organismo e regulam, direta ou indiretamente, ometabolismo.

27.Mar.10 – http://www.brasilescola.com/biologia/o-metabolismo.htm

Animal

Homem


Metabolismo Industrial: consiste em processosfísicos e químicos que convertem matérias-primas eenergia em produtos e resíduos, e tratam dos fluxosde matéria e energia presentes no sistemaindustrial.

Ecossistema

Princípios da Economia: levam ossistemas industriais a um estado demáxima entropia.

• No qual materiais que sãoexplorados, atravessam o sistemaindustrial e são dissipados noambiente, de forma altamentedegradada e de pouco ou nenhum usopara o próprio sistema industrial.

Sistema Industrial

Resíduos, efluentes,...

Sistema Natural


• Sistema Natural x Presença Humana– Sistema industriais utilizando-se de uma metáfora, eles se caracterizam como

organismos, isto é são subsistemas que tratam dos fluxos de matéria e energiavisando otimizar os seus sistemas que devem ser projetados para operar deforma similar ao subsistema natural.

Consumidor RecicladorProdutormatéria

PlantasAnimal

Microorganismos(Algas e Fungos)

descarte

Matéria


Sistema Industrial

Produtos

Reservas naturais

Matéria / Energia

descarte

nutrientes Sistema Natural

1. Organismo2. Reprodução3. População4. Proximidade produtor/reciclador5. Ciclo fechado de matéria6. Alto índice de reciclagem7. Regulado pela quantidade de reservas de material8. Concentração e reúso de resíduos9. Competição por recursos disponíveis10. Interage com o ambiente

1. Empresa2. Produção3. Parque industrial ou aglomerado4. Distância variável entre produtor e reciclador5. Ciclo aberto6. Reciclagem incipiente7. Regulado pela demanda de produto8. Dissipação de resíduos9. Competição por recursos disponíveis10. Modifica o ambiente


• Modelo produção-consumo-reciclagem– É útil para representar o sistema industrial, podendo ser usado como base para formular

modelos físico-químicos baseados nos princípios de conservação de massa.• No sistema industrial não há sentido em produzir e reciclar sem a participação do consumidor e, neste

caso, o fluxo dos produtores para os recicladores é pequeno ou inexistente.• Sistema industrial � é um subsistema do ecossistema.


PlantasAnimal


descarte


Sistema IndustrialProdutos

Matéria / Energia

descarte

nutrientes

MatériaReservas naturais

Ciclo das Atividades Industriais(Metáfora Ecológica)

• Os produtores – seriamrepresentados pelas atividadesprimárias de produção de energiae matéria-prima (extração decombustível, agricultura,...)• os consumidores – poderiamser representados por um sistemaindustrial.• os decompositores – pelasatividades de reciclagem ou detratamento de resíduos, efluentese emissões.


• Modelo produção-consumo-reciclagem– No sistema industrial a maior parte da matéria é transferida do produtor ao

ambiente e do consumidor ao ambiente e a reciclagem representa apenas umapequena fração dessa matéria, que caracteriza-o como um sistema aberto.


PlantasAnimal


descarte

Matéria



Reservas naturais

Matéria / Energia

descarte

Sistema Aberto

Sistema Fechado

nutrientes Sistema Natural


• Metabolismo Industrial– Segue os fluxos de matéria e energia, desde sua fonte inicial, através do sistema industrial,

ao consumidor e ao seu descarte final.– Visa balancear as quantidades de materiais e energia nos fluxos de entrada e saída do

sistema, de forma que o reservatório do ambiente permaneça o mais estável possível.

Sistema Natural(Ambiente)

descarte

Matéria-prima


Matéria / Energia

descarte


Os materiais retirados dasreservas naturais sãochamados de matérias-primas, que são normalmenteuma combinação de materiaisdesejáveis e energia commateriais indesejáveis

Produtos intermediários

Tecnologia de Produção

Definições e Conceitos

Ecologia Industrial

Sistema Industrial

CONSUMIDOR

LOGÍSTICA




Ecologia IndustrialDefinições

Ecologia Industrial: se propõe a considerarque o sistema industrial não apenas interage com oambiente, mas que é parte dele e dele depende,formando uma rede de processos industriais maiselegante e com menos desperdício.

Ecossistema

A. Busca-se assim alcançar um padrão deindustrialização, que não seja só maiseficiente, mas também intrinsecamenteajustado às tolerâncias e ascaracterísticas do sistema natural.

B. O sistema industrial será planejado edeverá operar como um sistemabiológico dependente do sistema natural.


Ecologia Industrial: O objeto de estudo é ainter-relação entre empresas, entre seus produtos eprocessos em escala local, regional e global e,consequentemente, os efeitos ambientais que estasempresas causam tanto nos componentes bióticos,como nos abióticos da ecosfera.

Sistema Industrial

CONSUMIDOR

LOGÍSTICA




fluxo de insumo virgem

Reciclagem interna

Fluxo matéria/energia

Resíduo = subproduto

CADEIA PRODUTIVA(Matéria) (Energia)

O subsistema industrial pode serdescrito como:

• Um conjunto de elementos (empresas,fábricas onde são produzidos bens comsuporte de serviços e informações);• Um conjunto interligado a outrosconjuntos pela transferência de material,serviços e informação;• Um conjunto que interage com oambiente físico e social em que estáinserido.


Processo da Ecologia IndustrialProcesso Sistêmico � Modelo produção – consumo – reciclagem

Sistema Industrial

CONSUMIDOR

LOGÍSTICA




• Na Ecologia Industrial, é essencial o estudo dos fluxos de materiale energia e das transformações destes fluxos em produtos,subprodutos e resíduos gerados durante sua passagem pelosubsistema industrial.– Os fluxos devem ser acompanhados desde sua fonte inicial,

atravessando o sistema industrial, sua utilização pelos consumidores,até seu descarte final, mostrando como as reservas são utilizadas emcada etapa do sistema.

• O aspecto mais crítico da EcologiaIndustrial é a necessidade decooperação entre empresas, pelatroca de material, energia e,principalmente, informação.

– Além da complexidade específica decada unidade, as interações entreunidades e a maior troca de material eenergia devem resultar em um efeitode cancelamento mútuo.

– Este será responsável pelo aumentoda estabilidade do agregado como umtodo e pela diminuição das oscilaçõesdo sistema com relação ao ambiente.

Ecologia IndustrialConclusões

Ecologia Industrial

Definições e Definições e Definições e Definições e ConceitosConceitosConceitosConceitos

Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiSDisciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010

Capítulo 3

Technology

Ecologia Industrial - Conceitos