Emergia

Emergia segundo Odum em 1998 (Emergy Evaluation, in "Advances in Energy Studies: Energy Flows in Ecology and Economy"):
"É toda energia necessária para um ecossistema produzir um recurso (energia, material, serviço da natureza, serviço humano)." É utilizado como sinônimo de Energia incorporada" ou também de "memória energética". O índice de emergia de um sistema pode ser calculado para avaliar a real sustentabilidade deste meio. A ciência econômica não consegue estimar, por exemplo, os recursos energéticos da biosfera. Então é necessário mensurar com abordagens ecológicas e energéticas para que se compreenda a real economia do planeta. Então, citando Brown em 1998 (Environmental accounting: Emergy Perspectives on Sustainability): "A emergia é a energia que a biosfera investe para produzir seus bens e serviços (incluindo os bens e serviços da sociedade)." Ou, de acordo com Enrique Ortega (FEA/UNICAMP): "Emergia é o valor biosférico dos recursos da Terra". Então o balanço de emergia é (segundo Ortega): "A contabilidade ambiental, econômica e social dos sistemas, considerando a energia contida nas diferentes contribuições que o sistema recebe". É assim uma ferramenta utilizada para calcular a eficiência do sistema através da Transformidade. Utiliza desta forma princípios da termodinâmica.
Emergia é a energia útil (exergia) de um determinado tipo que é utilizada diretamente e indiretamente nas transformações necessárias para gerar um produto ou serviço. A Emergia tem uma consideração, e um efeito, as qualidades das diferentes formas de energia. Emergia é a expressão para toda a energia utilizada nos processos que geram um produto ou serviço em unidades de um tipo particular de energia. A unidade de emergia é Joule, unidade que se refere à energia útil de um tipo consumido das transformações. A Emergia leva em conta diferentes formas de energia e recursos (como luz solar, água, combustíveis fosses, minerais, etc.). Cada uma dessas formas é gerada pelos processos de transformação da natureza e tem uma determinada capacidade para realizar trabalho, tanto em sistemas naturais quanto humanos. O reconhecimento dessas diferenças em “qualidade” é o conceito chave na metodologia emergética.
A base teórica e conceitual da metodologia emergética se encontra na termodinâmica, na Teoria de geral de Sistemas e na Ecologia de Sistemas. A Teoria Emergética começou a ser discutida há 30 anos por meio da publicação do livro de H. T. Odum Environmental Accounting H.T Odum e do livro Maximum Power editado por C.ªS. Hall. No começo dos anos 50, Odum reconheceu os princípios da qualidade de energia como conseqüências de suas pesquisas e simulação de modelos de ecossistemas de seres humanos e natureza (por exemplo, Silver Springs, Florida; Eniwetok Atoll no pacifico sul; Galveston Bay, Texas E Puerto Rico rainforests, entre outros) onde energias de diferentes formas e escalas foram observadas. Suas pesquisas sobre os fluxos de energia em ecossistemas e as diferenças no potencial de trabalho da luz solar, correntes de água doce, os ventos, as correntes oceânicas e mesmo os combustíveis fósseis colocaram em evidência que duas ou mais fontes de energia da unidade do sistema não podem ser adicionadas sem primeiro converter-las em uma medida comum que leve em conta tanto sua quantidade quanto sua qualidade. Esta consideração conduziu ao conceito de energia de um determinado tipo como um denominador comum com o nome de custo energético. O primeiro reconhecimento formal da qualidade de energia foi no livro de Odum Environment Power and Society
A primeira declaração formal que posteriormente se chamaria de Emergia aconteceu em 1973:
Parece que a primeira avaliação quantitativa da qualidade da energia aconteceu em 1975, no discurso de aceitação do Prêmio “Institute de La Vie” em Paris, que continha uma tabela de "fatores de qualidade de energia", ou quilocalorias (Kcal) de energia solar necessária para produzir uma quilocaloria (Kcal) de uma energia de melhor qualidade. Esta foi a primeira menção do princípio da hierarquia de energia, que afirmou que "a qualidade da energia é medida pela energia utilizada nas transformações" de um tipo de energia para o próximo. Estes fatores de qualidade de energia foram colocados em uma base de combustíveis fósseis e foram chamados de “equivalentes de trabalho-combustível fóssil” ("Fossil Fuel Work Equivalents (FFWE)”) e a qualidade das energias foram medidos segundo uma equivalência aproximada de 1 Kcal de combustíveis fósseis equivale a 2.000 Kcal de luz solar. Os "fatores de qualidade de energia" foram calculados através da avaliação da quantidade de energia usada em um processo de transformação para dar lugar a uma nova forma de energia e que depois foi utilizada para converter novas formas de energia para uma forma comum, neste caso “equivalentes de trabalho-combustível fóssil (EFWE)”. Esta nova forma (EFWE) foi substituída em 1977 por Carvão Equivalente (CE), depois o sistema de avaliação da qualidade foi colocado finalmente em uma base solar denominado equivalentes solar (SE).
O termo "energia incorporada" foi usado pela primeira vez no início dos anos 80 para se referir as diferenças de qualidade de energia em termos dos seus custos de produção, e a um fator chamado de “fator qualidade" para calorias (ou joules) de um tipo de energia requerida para gerar outra. No entanto, uma vez que o termo “energia incorporada” já era utilizado por outros grupos para avaliar a energia fóssil necessária para gerar produtos e não se incluía todas as energias nem está relacionado com a qualidade de energia, o termo “energia incorporada” foi abandonado e deu lugar a denominação "caloria solar incorporada" que depois se modificou para "fator de transformação". Este último foi completamente abandonado em 1986 quando David Scienceman, pesquisador visitante da Universidade da Flórida, da Austrália, sugeriu que o termo “emergia” e "emjoule" ou "emcaloria" como a unidade de medida para distinguir unidades de emergia das unidades de energia útil. Ao mesmo tempo, o termo “razão de transformação“ foi encurtado para ”transformidade”. É importante observar que ao longo desses vinte anos, a base de referência para avaliar as formas de energia e recursos passou de matéria orgânica, para os combustíveis fósseis e, finalmente, para energia solar.
Entre 1986 e hoje, a metodologia emergética tem continuado a se desenvolver a medida que a comunidade científica tem se expandido e o aparecimento de novas aplicações da metodologia em sistemas combinados homem-natureza apresentando assim novas questões conceituais e teóricas. O amadurecimento da metodologia emergética está resultando em definições conceituais e nomenclaturas mais rigorosas e um refinamento dos métodos de cálculo das transformidades. Atualmente, existe uma International Society for the Advancement of Emergy Research e a bienal International Conference realizada todo ano no campus da Universidade da Flórida.
A tabela a seguir mostra uma cronologia da evolução da metodologia emergética e a sua nomenclatura.
A seguir estão às definições dos termos mais importantes utilizados na metodologia emergética.
Emergia é a energia disponível de uma determinada forma usada em transformações diretas ou indiretas, para gerar um determinado produto ou serviço. A unidade de emergia é emjoule ou Joule emergético. Usando a emergia, a luz solar, os combustíveis, a eletricidade e os serviços humanos podem ser colocados em uma base comum, expressando cada uma em emjoules de energia solar que cada um requer para serem produzidos. Se a emergia solar é a base contável, então os resultados serão emjoules solar (abreviado seJ). Apesar de outras linhas de base serem utilizadas, tais como carvão ou emjoules elétrica, a maior parte dos dados de energia estão calculados em emjoules solar.
Valores Unitários Emergéticos (UEVs) são calculados com base na emergia necessária para gerar uma unidade de produção a partir de um processo. Existem vários tipos de UEVs, tais como:
'Potência emergética é um fluxo de emergia (isto é, emergia por unidade de tempo). Os fluxos de emergia são normalmente expressos em unidades de potencia solar emergética (emjoules solar por hora, seJ /s, seJ / ano).
Para evitar confusões com outras formas de análise e definir rigorosamente os conceitos, foi desenvolvido uma nomenclatura emergética que define os termos, unidades e relações utilizadas nas avaliações de emergia. A tabela a seguir mostra os termos, abreviaturas e definições relacionadas com as unidades de emergia, sintetizados a partir da literatura existente.
A contabilidade emergética usa a base termodinâmica de todas as formas de energia, recursos e serviços humanos, e converte-los em equivalentes de uma forma de energia, geralmente emergia solar. Para avaliar um sistema, em primeiro lugar, se desenha um diagrama de sistema para organizar a avaliação e ter em conta todas as entradas e saídas. A partir do diagrama se constrói uma tabela com os fluxos reais de recursos, trabalho e energia que posteriormente se coloca em termos emergéticos. A etapa final da avaliação emergética envolve a interpretação dos resultados quantitativos. Em alguns casos, a avaliação é feita para determinar como se ajusta uma determinada proposta econômica com o meio ambiente. Em outros casos, se comparam diferentes alternativas, ou se tenta encontrar o modo de uso de um determinado recurso que permite maximizar a viabilidade econômica do uso (na Tabela 4 estão listadas algumas das muitas avaliações publicadas sobre a emergia dos sistemas e processos).
As avaliações emergéticas podem ser tanto sintéticas quanto analíticas. A síntese é o ato de combinar os elementos em conjuntos coerentes para a compreensão da totalidade dos sistemas, enquanto a análise é o esvaziamento ou rompimento de sistemas para entender o conjunto por meio das partes. No método de avaliação emergética, às vezes chamada de Síntese Emergética, primeiro se considera o conjunto do através da diagramação, então se analisa os fluxos de energia, recursos e informações que orientam o sistema. Ao avaliar os sistemas complexos, utilizando métodos de avaliação emergética, os principais fatores de produção da economia humana se integram aqueles que provêem “gratuitamente” do mio ambiente com o objetivo de analisar questões de políticas publicas e gestão ambiental.
Os diagramas sistêmicos são utilizados para mostrar de modo explicito os fluxos de entrada de um sistema que são avaliados e somados para obter a emergia de produto ou armazenamento. A finalidade do diagrama sistêmico é o desenvolvimento de um inventário crítico dos processos, fluxos e estoques, que são importantes "drivers" do sistema (todos os fluxos de entrada nos limites do sistema) e são, portanto, necessários para a avaliação. Na Figura 1 está mostrado um diagrama simples de um sistema urbano e sua área regional (no site EmergySystems.org podem ser encontrados muitos exemplos de diagramas).
A tabela (veja o exemplo abaixo) dos fluxos reais de recursos, trabalho e energia são construídos a partir do diagrama. Os dados dos fluxos, que atravessam os limites do sistema, são convertidos em unidades de emergia, e depois somados para obter o apoio de emergia total do sistema. Os fluxos de energia por unidade de tempo (geralmente por ano) são apresentados na tabela como elementos separados. As tabelas são geralmente construídas com o mesmo formato, com os títulos das colunas e o formato como mostrado abaixo:
Todos os quadros são acompanhados por notas de rodapé numeradas que mostra citações de dados e cálculos.
Uma vez convertido todos os elementos do sistema em termos de emergia, se calcula o valor emergético unitário para cada produto ou processo. A saída (linha de "O" na tabela de exemplo acima) é avaliada primeiro em termos de energia ou massa. Então, a entrada de emergia correspondente aos elementos é somada e o valor emergético é calculado dividindo-se a emergia total pelas unidades de saída. Os valores unitários que resultam de cada avaliação são úteis para gerar outras avaliações.
O diagrama sistêmico da Figura 2 mostra as contribuições não-renováveis (N) como uma reserva material de emergia, as entradas renováveis do meio ambiente (R), e as entradas de bens e serviços adquiridos pela economia (F). As entradas de bens e serviços adquiridos são necessárias para que o processo tenha lugar e incluem serviços humanos e materiais e energia não-renováveis comprados em qualquer lugar (combustíveis, minerais, energia, maquinaria, fertilizantes, etc.). Existem vários indicadores e índices, como se mostra a Figura 2, que são usados para avaliar o comportamento global do processo ou sistema, tal como se segue:
Várias outras relações às vezes são calculadas em função do tipo e dimensão sistemas que estão sendo avaliados.
Em reconhecimento da importância da energia para o crescimento e a dinâmica de todos sistemas complexos resultou em uma maior ênfase sobre os métodos de avaliação ambiental que pode explicar e interpretar os efeitos do fluxo material e os fluxos de energia, em todas as escalas de sistemas humanidade e da natureza. A tabela a seguir lista algumas áreas gerais em que a metodologia emergética foi empregada.
O conceito de emergia tem gerado muitas controvérsias dentro de muitas comunidades acadêmicas, incluindo a ecologia, a termodinâmica e economia. A teoria emergética tem sido criticada sob a suposição de que ele promove uma teoria energética oposta a outras teorias do valor. Esta crítica tende a ignorar o fato de que o objetivo da avaliação emergética é fornecer um valor "ecocêntrico” de sistemas, processos e produtos, em oposição aos valores antropocêntricos da economia. Assim, não pretende substituir os valores econômicos, mas tem como objetivo fornecer informações adicionais, a partir de um ponto de vista muito diferente, e tal modo que as políticas públicas podem se beneficiar com a mesma.
Embora a qualidade da energia tenha sido reconhecida em alguns casos, na literatura energética, onde as diferentes formas de energia fóssil são expressas em equivalentes de carvão ou de petróleo, onde alguns pesquisadores ainda expressam eletricidade em equivalentes de petróleo usando eficiências calculadas a partir da primeira lei da termodinâmica, muitos investigadores têm sido relutantes em aceitar as correções da qualidade. A ideia de que uma caloria de luz solar não é equivalente a uma caloria de combustível fóssil ou energia elétrica atingem muitos como um absurdo, já que na primeira lei da termodinâmica a definição para as unidades de energia são medidas de calor (isto é, em Joule's) mechanical equivalent of heat. Outros rejeitam o conceito como sendo inviável, já que desde sua perspectiva, é impossível quantificar a quantidade de luz solar que é necessária para produzir uma quantidade de petróleo. Este último problema resulta de uma preocupação sobre a incerteza desta quantificação. Ao combinar sistemas humanos e natureza e avaliar a contribuição ambiental na economia, os economistas convencionais criticam a metodologia emergética por não levar em conta os valores dos mercados determinados pela disposição de pagar.