Manual de Cálculo de Emergia

Módulo sobre Sistemas agrícolas no Brasil. E. Ortega, M. Miller, M.H. Anami, E. Ccopa, P.R. Beskow, L.A. Margarido; A. K. Guimarães.

Laboratório de Engenharia Ecológica  e Informática Aplicada.  FEA, Unicamp. Campinas, SP, Brasil. 8-01-2001. Última revisão: 7-08-2002 Colaboração: UFSCar - DTAISER - Araras.

O cálculo do impacto sócio-ambiental de projetos é uma extensão da contabilidade econômica tradicional. A ferramenta de trabalho básica para a contabilidade sócio-ambiental é uma planilha onde se registram todos os fluxos de entrada e saída do sistema estudado e não apenas os fluxos monetários. Consideram-se todos os bens e serviços consumidos (da economia e da natureza) e também todos os produtos e resíduos produzidos.

Na prática, agregam-se linhas à planilha econômica tradicional para considerar:
(a) as contribuições da natureza,
(b) as perdas ou ganhos nos estoques internos do sistema,
(c) as despesas que o sistema acarreta em outros sistemas.

As primeiras linhas são incluídas para levar em conta os serviços ambientais.
As segundas permitem mensurar a eficiência do sistema.
As últimas correspondem as externalidades negativas, que a sociedade paga em vez das empresas que as geram.

Todos os fluxos, sejam materiais, serviços ou dinheiro, são convertidos em fluxos de emergia, conceito físico que considera toda a energia incorporada nos recursos a serem usados no sistema (Odum, 1996). É necessário dispor de dados de outros pesquisadores que estudaram os processos de transformação necessários para a produção de cada recurso e calcularam a eficiência sistêmica desse processo.

No cálculo de fluxos de emergia usa-se um fator de conversão, que é o valor inverso da eficiência sistêmica, o qual denomina-se Transformidade.  Colocamos uma tabela de transformidades no endereço: http://www.unicamp.br/fea/ortega/curso/transformid.htm

Aplicação: comparação de sistemas de produção

Este manual está ainda em construção e será submetido a diversas revisões nos próximos meses. A finalidade é mostrar como se calcula a emergia dos diversos fluxos de entrada e saída no balanço de emergia de sistemas agrícolas. O cálculo dos valores de emergia dos insumos e dos serviços da economia é relativamente simples, bastando achar a transformidade apropriada e, às vezes, realizar alguma conversão de unidades. Já no caso dos recursos naturais (tanto os renováveis quanto os não renováveis) a obtenção dos valores dos fluxos de recursos e sua conversão para fluxos de emergia exigem um esforço maior; para facilitar a compreensão do  cálculo,      mostraremos exemplos dos procedimentos seguidos para mensurar a contribuição das diversas fontes e estoques de energia que permitem o funcionamento do sistema. Os procedimentos de cálculo serão descritos na seguinte ordem:
 

(A) Contribuições ambientais do sistema externo

(A.1) Energia solar direta (radiação solar, vento, chuva);

(A.2) Energia gravitacional (ação da massa lunar);

(A.3) Energia do calor interno da Terra (soerguimento terrestre);

(A.4) Energia solar acumulada (biodiversidade);

(A.5) Energia solar acumulada (estoques materiais);

(A.6) Energia da imigração humana.

(B) Mudanças dos estoques internos 

(B.1) Energia do solo;

(B.2) Energia da biodiversidade local;

(B.3) Energia dos lençóis de água locais;

(B.4) Energia da infra-estrutura local;

(B.5) Energia das pessoas (cultura local).

(C) Insumos materiais

(C.1) Sementes ou mudas;

(C.2) Inoculantes;

(C.3) Acondicionadores de solo;

(C.4) Inoculantes;

(C.5) Fertilizantes;

(C.6) Pesticidas;

(C.7) Herbicidas;

(C.8) Outros insumos químicos;

(C.9) Infra-estrutura produtiva;

(C.10) Maquinário agrícola;

(C.11) Combustível e lubrificantes;

(C.12) Insumos usados na reciclagem;

(D) Serviços econômicos

(D.1) Mão-de-obra simples;

(D.2) Mão-de-obra tecnificada;

(D.3) Administração;

(D.4) Assessoria;

(D.5) Viagens e viáticos;

(D.6) Seguridade social;

(D.7) Custeio;

(D.8) Seguro agrícola;

(D.9) Transporte;

(D.10) Beneficiamento e armazenagem;

(D.11) Impostos e taxas;

(D.12) Serviços usados na reciclagem.

(E) Produtos e subprodutos

(E.1) Produto principal;

(E.2) Subprodutos;

(E.3) Resíduos.

(F) Perdas de insumos

(F.1) Fertilizantes;

(F.2) Pesticidas;

(F.3) Herbicidas.

(G) Serviços externos (pagos pela sociedade)

(G.1) Tratamento médico de trabalhadores e familiares;

(G.2) Tratamento de efluentes líquidos e sólidos.

Para o cálculo dos materiais e serviços utilizados na produção, os dados podem ser obtidos facilmente em anuários e em contatos com produtores, extensionistas e pesquisadores. As principais informações ,consumo e preço unitário dos insumos, podem ser obtidas na publicação Agrianual, editada pela empresa de consultoria FNP, de São Paulo. Também podem ser obtidos dados de pesquisadores da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), de institutos de pesquisa estaduais (IAPAR do Paraná, IAC de Campinas, SP), de empresas estaduais de extensão rural (CATI-SP, EMATER-RS) e de consultas a Engenheiros Agrônomos. Algumas informações podem ser encontradas por meio de pesquisa nas páginas da Internet. O Censo Nacional Agropecuário também fornece dados valiosos.

A. CONTRIBUÇÕES AMBIENTAIS DO SISTEMA EXTERNO

CHUVA:

Internet: Instituto Nacional de Meteorologia e Instituto de Pesquisas Espaciais.

Considerou-se que a precipitação pluvial recebida no cultivo da soja corresponderia a 0,8 m3 de chuva por m2 por ano na região produtora do Paraná. O saldo anual de água (700 mm) poderia ser usado  para plantar milho ou trigo. Se a água trazida pela chuva for muita e bem distribuída,  pode permitir duas safras anuais. Em São Paulo poderíamos ter 1000 mm de coluna de água na safra da chuvas (soja) e 500 mm na safra da seca (milho).

B. MUDANÇA  DOS ESTOQUES INTERNOS (ACÚMULO OU PERDA)

BIODIVERSIDADE: Recuperação, equilíbrio ou perda de reservas de biodiversidade

Pode-se estimar  a quantidade de biomassa que deixa de ser produzida (ou passa a ser produzida) nas áreas incorporadas à lavoura de soja (ou à reserva florestal legal, permanente ou funcional). No caso de produtividade em massa (kg de biomassa/ano), procede-se de forma a considerar no cálculo a umidade média da biomassa (60%) e a respectiva transformidade.

  Produtividade primária de biomas (E. Odum, s/d) em quilojoules por metro quadrado por ano :

Bioma  Produção kJ/m2/ano Bioma  Produção kJ/m2/ano Bioma  Produção kJ/m2/ano 01. Deserto 60 02. Deserto arbustivo 1320 03. Agricultura (subsistência) 1528 04. Oceano aberto  2420 05. Tundra ártica e alpina  2650 06. Áreas semidesérticas 2650 07. Plataforma continental 6620 08. Pradaria temperadas 9240  09. Lagos, rios, córregos 9450 10. Arbustos (clima   temperado) 11340 11. Agricultura comercial 12290 12. Floresta boreal de  coníferas  13100 13. Savana tropical  13440 14. Floresta temperada decídua 22210 15. Pântanos tropicais 35280 16. Estuários tropicais  35280 17. Algas sésseis  35280 18. Florestas tropicais  36160

PERDA OU INCORPORAÇÃO DE PESSOAS:

C. INSUMOS MATERIAIS SEMENTES:

Na produção agrícola usam-se 60 a 90 quilogramas de sementes por hectare por ano (kg/ha/ano).  Identificamos três tipos de semente:  Semente orgânica produzida pelos agricultores (transformidade: 1.0 E12 sej/kg);  Semente híbrida ou fiscalizada de empresas      (transformidade: 1.0 E12 sej/kg);  Semente transgênica resistente a herbicida        (transformidade estimada: 1.0 E13 sej/kg);  Obtenção do valor da transformidade por kg de soja:  5400 kcal        *  4186 Joules  = 1.8 E7 Joules  kg de semente            kcal             kg semente  1.8 E7 Joules      * 66000 sej = 1.05 E+12 seJ  kg semente seca     Joule           kg semente seca Considera-se que o investimento tecnológico e de comercialização e propaganda é alto na produção da semente transgênica,  por isso o valor é dez vezes maior, sobretudo sendo ela  proibida no país.

Sementes (continuação):

O fluxo monetário equivalente é obtido multiplicando o fluxo de emergia das sementes pelo valor emergético do dólar no Brasil em 1998 (3,70 E+12 sej/US$). Este útimo valor foi estimado a partir dos valores da transformidade do dólar no Brasil existentes na tabela de transformidades, os quais foram calculados a partir de  valores dos censos econômicos de 1981,1989 e 1995.  (0.85- 8.5) seJ  *  3.7 E12 US$  =   23-230 US$ emergéticos  ha . ano                     dólar                     ha. ano  O preço das sementes utilizado nos cálculos varia entre 0.20 e 0.40 US$/kg. Obtém-se o fluxo monetário real em             US$/ ha/ano multiplicando-se  o custo unitário pela quantidade utilizada de sementes  .

MUDAS:

Em algumas culturas agrícolas  usam-se  mudas. Como não existe um valor tabelado para emergia de inoculante, há necessidade de  usar o valor monetário e a transformidade do dólar no Brasil. x kg       *  y dólares  *  3.7 E12 seJ  =  z  US$ emergéticos ha . ano          kg                 dólar                   ha . ano  Multiplica-se o volume consumido  (kg/ha/ano) pelo preço unitário do produto (US$/kg)  e pela transformidade (3,70E+12 sej/US$). Neste caso o fluxo monetário equivalente (em US$ emergéticos/ha/ano) é idêntico ao fluxo monetário real pelo fato de ter sido utilizada a transformidade em dinheiro.

INOCULANTES:

Na produção de soja com o uso de herbicidas convencionais são utilizados 1,7 quilogramas de inoculante por hectare por ano. Como não existe um valor tabelado para emergia de inoculante, há a necessidade de usar o valor monetário e o fator de conversão do valor monetário no Brasil em termos de emergia. Multiplica-se o volume consumido pelo preço unitário do produto e pela transformidade da moeda. 1.7 kg    * 0.86 dólar  * 3.7 E12 sej    =  5.45 E12 sej  ha . ano         kg                    dólar               ha . ano  O fluxo monetário equivalente, 1.46 US$ emergéticos/ ha/ano  é idêntico ao fluxo monetário real pelo fato de ter sido utilizada a transformidade em dinheiro. Observação: a despesa emergética com inoculante é pequena em relação ao benefício que ele traz ao sistema em termos de nitrogênio atmosférico capturado.

CALCÁRIO:

As terras de diversas regiões do Brasil são ácidas e respondem postivamente (em produtividade) à adição de material calcário. As tabelas  fornecem valores de transformidade para calcário em termos de emergia solar por massa (seJ/kg). 2000 kg de calcário   *   1.0 E12 seJ      =  2.0 E+15 seJ   ha . ano                        kg de calcário            ha. ano

FERTILIZANTES:

Podem ser usados diversos tipos de nutrientes: (a) Fertilizantes químicos solúveis;   (b) Esterco;   (c) Rocha moída;  (d) Adubo verde,   (e) Compostos;   (f) Resíduos (rurais e urbanos).  Os fertilizantes químicos solúveis podem ser:  (a) Fosfatos de diversos tipos;  (b) Nitratos e amônia;  (c) Sais de Potássio;. (d) Misturas com diversas razões de N, P, K.

FERTILIZANTES (continuação):

As tabelas de transformidade fornecem valores para os fertilizantes de três formas:  (a) seJ/J de fertilizante; (b) seJ/kg de fertilizante e (c) seJ/kg do elemento ativo.                                                Transformidades                      seJ/J fertilizante  sej/kg fertilizante  seJ/kg elemento   Nitrogenados    (1 860 000)        38.0 E11          46.0 E11   Potássicos         (3 000 000)       11.0 E11          17.4 E11   Fosfatados      (10 100 000)        39.0 E11        178.0 E11  As transformidades mais usadas são as dadas em termos de massa (seJ/kg de fertilizante).  300 kg de fosfato   *    39 E11 seJ     =   11.7 E+14 seJ ha . ano                      kg de fosfato                ha. ano  Pode-se usar valores ponderados em função da proporção de cada tipo de sal químico.  A proporção de N, P, K costuma ser indicada no nome do fertilizante.

FERTILIZANTES (continuação):

Exemplo: Fertilizante (10,20,20). Os valores indicados entre parênteses são as porcentagens de N, P2O5 e K2O no fertilizante.  As relações dos pesos moleculares são:  [P/P2O5]=0.437 e [K/K2O]=0.83 46E11(1.0)(0.1)+17.4E11(0.437)(0.2)+178(0.83)(0.2) = 4.6 E11 + 1.53 E11 + 29.54 E11 = 35.7 E11 seJ/kg 300 kg fertilizante (10,20,20) *  35.7 E11 seJ  =  10.7 E+14 seJ    ha . ano                                        kg                       ha. ano

PESTICIDAS E HERBICIDAS:

As tabelas de transformidade fornecem valores para os pesticidas e herbicdias de duas formas:  (a) seJ/J de fertilizante; (b) seJ/kg de fertilizante.                                                Transformidades                             seJ/J substância      sej/kg substância  Pesticidas (geral)       1 970 000         1.48 E13  Herbicidas (geral)          -                   1.48 E13  As transformidades mais usadas são as dadas em termos de massa (seJ/kg).  10 kg de pesticida  *   1.48 E13 seJ       =   1.48 E+14 seJ      ha . ano                 kg de pesticida              ha. ano  1.5 litros herbicida *  0.7 kg  *  1.48 E13 seJ  =  1.55 E14 seJ        ha . ano                1 litro       kg herbicida          ha. ano  A densidade emergética dos agrotóxicos é alta devido ao fato de ser seu processo de fabricação muito intensivo no uso de recursos energéticos não renováveis. Na metodologia emergética (Odum, 1996) não se dispõe, no momento, de valores de transformidade específicos para os diversos tipos de pesticida (inseticida, acaricida,  fungicida, etc.), portanto para todos eles usamos o valor geral.

D. SERVIÇOS ECONÔMICOS MÃO-DE-OBRA:

A mão-de-obra provém de um subsistema do sistema agrícola, que pode estar localizado dentro da unidade rural ou na cidade. Para que haja disponibilidade do trabalho do chefe de família é necessário que ele consiga dinheiro suficiente para pagar todas as despesas da família. Se o trabalhador e sua família estiverem no meio rural e o meio ambiente estiver em boas condições,  ele pode  conseguir recursos gratuitos da natureza que de outra forma teria que adquirir na cidade usando dinheiro. A qualidade de vida do trabalhador rural depende da existência de reservas florestais que possam lhe proporcionar: frutas, caça, diversão, sombra e água fresca, pesca, remédios, etc. O salário mínimo deve ser suficiente para que a família do trabalhador possa viver com um mínimo de dignidade, segurança e conforto, e libere o chefe de família para oferecer 8 horas por dia de trabalho agrícola de boa qualidade. O empregador paga o salário e assume certos encargos sociais que revertem em forma de serviços oferecidos pelo governo (educação, comunicações, pesquisa, cuidados preventivos com a saúde, atendimento médico).

 
  CÁLCULOS DA TRANSFORMIDADE DA MÃO-DE-OBRA

Considerações para  cálculo da transformidade em termos de emjoules solares por Joule (sej/J): Um trabalhador braçal no meio rural no Brasil, em 2001, recebia um salário mínimo de R$ 180,00. A taxa média de câmbio nesse ano foi de 2.6 Reais/dólar. Emergia do salario anual: 180 Reais 13 meses 1 dólar   3.7x10E12 sej = 3.33x1015 sej/ano     mês            ano      2.6 Reais      1 dólar  Energia anual dispendida pelo trabalhador: 3200 kcal  365  dias  4186 Joules  =  48.89  x 108  J/ano     dia             ano            1 kcal  Sendo assim a transformidade de seu trabalho era : Tr = 3.3   E15  sej =  673 469 sej/J         4.9   E09  J

  TRANSFORMIDADE DA MÃO-DE-OBRA:

Considerações para  o cálculo da transformidade em sej/J  (ano 2001): Trabalho Simples          : 1 SM: aproximadamente 670000 sej/J * 1.0  = 6.7  x 105  sej / J Operador de Máquina  : 3 SM: aproximadamente 670000 sej/J * 3.0  = 1.9  x 106  sej / J Técnico Agrícola          : 5 SM: aproximadamente 670000 sej/J * 5.0  =  3.3  x 106  sej / J Técnico Nível Rural     :10 SM: aproximadamente 670000 sej/J * 10   =  6.7  x 106  sej / J Professor Universitário :25 SM: aproximadamente 670000 sej/J * 25   = 16.7 x 106  sej / J Considerações para o cálculo da transformidade em emjoules solares por hora (sej/h): Trabalho Simples        : 6.7E5 sej/J * (4186 J/kcal) * (3200 kcal/dia) * (1dia/8 h) = 1.1 E12 sej / h Operador de Máquina: 1.9E6 sej/J * (4186 J/kcal) * (3000 kcal/dia) * (1dia/8 h) = 3.0 E12 sej / h Técnico Agrícola        : 3.3E6 sej/J * (4186 J/kcal) * (2500 kcal/dia) * (1dia/8 h) = 4.3 E12 sej / h Técnico Nível Rural    : 6.7E6 sej/J * (4186 J/kcal) * (2500 kcal/dia) * (1dia/8 h) = 8.8 E12 sej / h Professor Universitário:1.7E7 sej/J * (4186 J/kcal) * (2500 kcal/dia) * (1dia/8 h) = 2.2 E13 sej / h

MÃO-DE-OBRA SIMPLES:

No caso da produção convencional de soja com herbicidas, a técnica agrícola empregada dispensa a mão-de-obra simples, portanto consideramos como igual a zero o valor  de horas de trabalho manual por hectare por ano. O conceito homem-dia significa 8 horas de trabalho por dia, ou 8 homens-hora. Aqui há a necessidade de utilizar  um fator de conversão, já que a quantidade é apresentada em horas/ha.ano.  Esse fator é 1,67E+06 J/hora e é obtido da seguinte maneira:  3200 kcal * 4186 J  * 1.0  homem-dia =   1.67 E+06 J  dia              1 kcal        8 homens-hora       homem-hora  A multiplicação deste fator pelo número de horas de trabalho simples utilizada  permite obter o fluxo de energia em J/ha.ano (se o valor for diferente de zero) e a transformidade  a ser utilizada é 4.0 E+05 sej/J.  Multiplicando-se os valores mencionados, obtém-se o fluxo de emergia em sej/ha.ano. Se multiplicássemos este valor pela razão emergia/dólar para o Brasil nesse ano, obteríamos o fluxo monetário equivalente,   em dólares emergéticos/ha.ano. Este valor é denominado também valor macroeconômico ou em-dólares.  O preço da mão-de-obra simples considerado foi de 0.33 US$/hora.

MÃO-DE-OBRA QUALIFICADA:

São necessárias 0,8 horas de trabalho qualificado por hectare por ano na produção convencional de soja com herbicidas .  Também há  necessidade de utilizar  um fator de conversão, já que a quantidade é apresentada em horas/ha.ano. Esse fator é 1,31E+06 J/hora e é obtido da seguinte forma:  2500 kcal * 4186 J *    1 dia     =  1,31E+06 J     dia            1kcal       8 horas          hora A multiplicação deste fator pela quantidade de horas de trabalho qualificado necessária  permite obter o fluxo de energia: 1,05E+06 J/ha.ano.  A transformidade utilizada é 1,2 E+06 sej/J, valor 3 vezes maior que a transformidade da mão-de-obra simples.  Multiplicando-se  os valores mencionados, obtém-se o fluxo de emergia. O preço da mão-de-obra qualificada é 0,58 US$/hora.

MÃO-DE-OBRA ADMINISTRATIVA:

Na produção de soja com herbicidas e plantio direto, este valor é fornecido em dólares por hectare por ano (4.28 US$/ha.ano). Por isso, a transformidade utilizada é 3.70E+12 seJ/dólar e o fluxo de emergia é 1.58E+13 sej/ ha.ano.  O fluxo monetário equivalente e o fluxo monetário real são iguais (4.28 US$/ ha.ano).

USO DE MAQUINÁRIO AGRÍCOLA:

Este valor é fornecido em dólares por hectare por ano gastos na produção de soja com herbicidas e plantio direto.  Corresponde aos trabalhos de:  (a) Preparação;  (b) Semeadura  e (c) Colheita.  Também pode incluir:  (d) Beneficiamento no local,  (e) Transporte e (f) Limpeza, secagem e armazenamento.  Temos duas alternativas de cálculo:  1. Usar o valor monetário relativo às diversas etapas do processo produtivo. E somar os valores correspondentes em dólares/ha.ano.  2. Desagregar este valor em termos de seus componentes básicos:     (a) Depreciação do equipamento (60%); sendo o custo 6.00 dólares/kg, pode-se calcular os kg de aço/ha.ano.     (b) Combustível e lubrificante (30%); sendo o custo 0.36 dólar/kg, pode-se calcular os kg de combustível por hectare por ano     (c) Mão-de-obra técnica ou qualificada (10%); sendo o custo 9.43 dólares/homem-dia pode-se calcular os dias/ha.ano

CUSTEIO:

Este valor é fornecido em moeda local, 5.00 reais/ha.ano. Esta quantia  corresponde à produção de soja comum. Neste caso é necessário um fator de conversão: 0.59 dólar/real.  A transformidade utilizada é 3.70E+12 sej/US$. O fluxo monetário real e o equivalente emergético são iguais (2.94 US$/ha.ano).

E. PRODUTOS: 

Devem ser considerados todos os produtos do sistema. Alguns deles são facilmente reconhecidos como tais, outros não. Além dos produtos principais existem sub-produtos, com e sem valor comercial.   E também existem os resíduos, sólidos, líquidos e gasosos. Os resíduos podem gerar lucros ou despesas. Podem induzir ações de  tratamento e reciclagem ou cuidados especiais com sua toxicidade e gerar gastos adicionais.   Na metodologia emergética devemos levar em conta a energia do(s) produto (s);  geralmente, no caso de matérias primas agrícolas, a  energia corresponde ao seu valor calórico. Precisamos saber a composição centesimal do produto para calcular seu valor calórico. Este cálculo tem que ser em base seca. Dados a serem usados: Umidade: sem valor calórico; Proteína: 4500 kcal/kg; Carboidratos: 5000 kcal/kg; Lipídios: 9000 kcal/kg

F. PERDA DE INSUMOS:

Até 50% dos fertilizantes químicos solúveis são perdidos pela ação da chuva intensa. Eles escoam superficialmente ou se infiltram no lençol freático sem interagir com a planta. Com os agrotóxicos e os herbicidas ocorre o mesmo fenômeno em grau menor. O endurecimento do solo pelo peso das máquinas agrícolas e a perda da porosidade natural provocada pela perda da biota do solo levam à diminuição da infiltração de água no solo e perda de produtividade.

G. SERVIÇOS EXTERNOS (PAGOS PELA SOCIEDADE):

Externalidades negativas: Devem ser estimados os gastos em tratamentos de saúde e a morte de trabalhadores rurais e seus familiares causados pelo uso de agrotóxicos na lavoura convencional. Também as despesas em tratamento de resíduos colocados no ambiente devem ser consideradas.  Exclusão social: Devem ser consideradas as despesas diretas e indiretas que as cidades têm com a exlusão social provocada pelos projetos agrícolas convencionais: a da população que sai do meio rural e chega às  cidades  em busca de emprego para morar precariamente na periferia . É dificil achar valores para estes serviços adicionais, porém eles existem e devem ser considerados e  pagos pelas empresas que os geram. Os impostos talvez não sejam suficientes para compensar os gastos feitos pelas cidades. Externalidades positivas e inclusão social: Por outro lado, é possível que os projetos agrícolas gerem inclusão social quando criam empregos e absorvem trabalhadores;. e externalidades positivas quando o projeto promove a organização social e uma boa interação com a natureza. Nesse caso a sociedade poderia recompensar  esses empreendimentos dando um tratamento especial nos impostos e, porque não, subsídios pela contribuição que elimina despesas.

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