Ecologia industrial

A Ecologia Industrial (EI) é o estudo de materiais e fluxos de energia através de sistemas industriais. A economia industrial global pode ser modelada como uma rede de processos industriais que extraem recursos da Terra e transformam esses recursos em mercadorias que podem ser compradas e vendidas para satisfazer as necessidades da humanidade. A Ecologia Industrial procura quantificar os fluxos de materiais e documentar os processos industriais que fazem funcionar a sociedade moderna. Ecologistas industriais estão muitas vezes preocupados com os impactos que as atividades industriais tem sobre o meio ambiente, com o uso do suprimento de recursos naturais do planeta, e com os problemas da eliminação de resíduos. A Ecologia Industrial é um relativamente campo de pesquisa multidisciplinar novo mas crescente, que combina aspectos de engenharia, economia, sociologia, toxicologia e das ciências naturais.

A Ecologia Industrial foi definida como "sistemas multidisciplinares baseados em discurso, que busca entender o comportamento emergente de complexos sistemas integrados homem/natureza".[1] O campo aborda questões de sustentabilidade, analisando os problemas de perspectivas múltiplas, geralmente envolvendo aspectos de sociologia , o meio ambiente, economia e tecnologia. O nome vem da idéia de que devemos usar a analogia dos sistemas naturais como uma ajuda na compreensão de como obter-se projetos sustentáveis em sistemas industriais.[2]

Visão global

A Ecologia Industrial preocupa-se com a mudança do processo industrial baseado em sistemas lineares (de malha aberta), em que recursos e capital de investimento circulam através do sistema para tornar-se resíduos, para um sistema de circuito fechado onde os resíduos possam se tornar insumos para novos processos.

Grande parte da pesquisa concentra-se nas seguintes áreas:[3]

    • o estudo dos fluxos de material e energia (o "metabolismo industrial")

    • desmaterialização e descarbonização

    • mudanças tecnológicas e do meio ambiente

    • planejamento, concepção e avaliação do ciclo de vida

    • projeto para o ambiente ("eco-projeto")

    • responsabilidade expandida do produtor ("administração de produtos")

    • eco-parques industriais ("simbiose industrial")

    • orientação do produto para uma politica ambiental [4][5]

    • eco-eficiência

A Ecologia Industrial procura compreender a maneira pela qual os sistemas industriais (por exemplo uma fábrica, uma ecorregião, ou economia nacional ou global) interagem com a biosfera. Ecossistemas naturais fornecem uma metáfora para compreender como as diferentes partes dos sistemas industriais interagem uns com os outros, em um "ecossistema" com base em recursos e capital de infra-estrutura, em vez de capital natural. Ela procura explorar a idéia de que os sistemas naturais não têm resíduos e neles se inspirar no projeto sustentável.

Junto com a mais geral conservação de energia e metas de conservação material, e redefinindo os mercados de commodities e as relações de supervisão de produtos estritamente como uma economia de serviços, a Ecologia Industrial é um dos quatro objetivos do Capitalismo Natural. Esta estratégia desestimula as formas de compra amoral decorrentes da ignorância do que se passa à distância e implica uma economia política que valoriza o capital natural e depende altamente mais de capital de instrução para projetar e manter cada ecologia industrial única.

História

O termo Ecologia Industrial foi popularizado em 1989 em um artigo de Robert Frosch e Nicholas E. Gallopoulos na revista Scientific American.A visão de Frosch e Gallopoulos era "por que o nosso sistema industrial não se comporta como um ecossistema, onde os resíduos de uma espécie podem ser recursos para outra espécie? Por que as saídas de uma indústria não são as entradas de outra, reduzindo assim a utilização de matérias-primas, a poluição e economizando em tratamento de resíduos?"[2] Um exemplo notável reside em um parque industrial dinamarquês, na cidade de Kalundborg. Ali ligações entre vários subprodutos e calor residual podem ser encontradas entre numerosas unidades, como uma grande usina, uma refinaria de petróleo, uma fábrica farmacêutica, uma fábrica de gesso, uma fabricante de enzimas, uma empresa de resíduos e da própria cidade.[6]

O esquema do ecosistema industrial de Kalundborg (Source: Ecodecision, Spring 1996: 20).

O campo científico Ecologia Industrial tem crescido rapidamente nos últimos anos. A publicação Journal of Industrial Ecology (desde 1997), a International Society for Industrial Ecology (desde 2001), e a revista Progress in Industrial Ecology (desde 2004) dando ao campo da Ecologia Industrial uma posição forte e dinâmica na comunidade científica internacional. Princípios de Ecologia Industrial também estão surgindo em vários domínios da política, tais como o conceito da Economia Circular que está sendo promovido na China. Embora a definição da Economia Circular ainda tenha de ser formalizada, em geral, o foco é sobre estratégias tais como a criação de um fluxo circular de materiais e fluxos de energia em cascata. Um exemplo disso seria o uso do calor residual de um processo para executar outro processo que requer uma temperatura mais baixa. A estratégia é de que isso crie uma economia mais eficiente, com menores emissões de poluentes e outros subprodutos indesejados.[7]

Princípios

Um dos princípios centrais da Ecologia Industrial é a visão que os sistemas sociais e tecnológicas são limitados dentro da biosfera, e não existem fora dele. A Ecologia é usada como uma metáfora, devido à observação de que nos sistemas naturais a reutilização de materiais tem um ciclo fechado em grande parte dos nutrientes. As abordagens dos problemas pela Ecologia Industrial baseiam-se na hipótese de que, usando-se princípios semelhantes aos sistemas naturais, os sistemas industriais podem ser melhorados para também reduzir seu impacto sobre o ambiente natural. A tabela abaixo mostra o quadro geral desta metáfora.

O parque industrial de Kalundborg está localizado na Dinamarca. Este parque industrial é especial porque as empresas reutilizam resíduos umas das outras (que então se tornam subprodutos). Por exemplo, a Energy E2 Asnæs Power Station produz gesso como um subproduto do processo de geração de energia elétrica. Gesso torna-se um recurso para a BPB Gyproc A/S, que produz placas de gesso.[6] Este é um exemplo de um sistema inspirado na metáfora biosfera-tecnosfera: em ecossistemas, os resíduos de um organismo são utilizados como entradas para outros organismos; em sistemas industriais, resíduos de uma empresa são usados como um recurso por outras.

Além do benefício direto da incorporação dos resíduos no ciclo, o uso de um parque eco-industrial pode ser um meio de fazer usinas geradoras de energia renovável, como a fotovoltaica solar, mais econômica e ambientalmente amigável. Em essência, isso ajuda o crescimento da indústria de energia renovável e os benefícios ambientais que vem com a substituição de combustíveis fósseis.[8]

A EI examina as questões sociais e sua relação tanto com os sistemas técnicos como o meio ambiente. Através desta visão holística, a EI reconhece que a solução de problemas deve envolver/compreender as conexões que existem entre esses sistemas, cujos vários aspectos não podem ser vistos isoladamente. Muitas vezes, mudanças em uma parte do sistema global podem se propagar e causar mudanças em outra parte. Assim, só pode-se entender um problema se olharmos para suas partes em relação ao todo. Com base neste quadro, a EI olha para as questões ambientais com uma abordagem do pensamento sistêmico.

Tome-se uma cidade por exemplo. Uma cidade pode ser dividida em áreas comerciais, áreas residenciais, escritórios, serviços, infra-estruturas, etc. Estes são todos os subsistemas do sistema de uma 'cidade grande'. Problemas podem surgir em um subsistema, mas a solução tem de ser global. Digamos que o preço da habitação está aumentando drasticamente, porque há uma demanda muito alta para a habitação. Uma solução seria a construção de novas casas, mas isso vai levar a mais pessoas viverem na cidade, levando à necessidade de mais infra-estrutura como estradas, escolas, supermercados, etc. Este sistema é uma interpretação simplificada da realidade cujos comportamentos podem ser "previstos".

Em muitos casos, os sistemas de negócios com EI são sistemas complexos. A complexidade torna difícil entender o comportamento do sistema e pode levar a "efeitos de rebote". Devido à mudança de comportamento imprevisível dos usuários ou consumidores, uma medida tomada para melhorar o desempenho ambiental não leva a qualquer melhoria ou pode até piorar a situação. Por exemplo, nas grandes cidades, o tráfego pode se tornar problemático. Imagine-se que o governo quer reduzir a poluição do ar e faz uma política estabelecendo de que os carros só com um número par nas placas de veículos podem ser conduzidos às terças e quintas-feiras. Licenças com números de placas ímpares pode ser conduzidos às quartas e sextas-feiras. Finalmente, nos outros dias, ambos os carros são permitidos nas vias. O primeiro efeito pode ser que as pessoas comprem um segundo carro, com uma demanda específica de números de placas, para que possam conduzi-los todos os dias. O "efeito rebote" é que, nos dias em que todos os carros são autorizados a serem conduzidos, algumas famílias utilizariam os dois carros (enquanto anteriormente à política só tinham um carro para seu uso). A política não conduz obviamente a melhoria ambiental, mas ainda tornou pior a poluição do ar.

Além disso, o pensar no ciclo de vida também é um princípio muito importante na ecologia industrial. Isso implica que todos os impactos ambientais causados ​​por um produto, sistema ou projeto durante seu ciclo de vida são levados em conta. Neste contexto inclui-se no ciclo de vida:

    • Extração de matéria-prima

    • Processamento de material

    • Fabricação

    • Uso

    • Manutenção

    • Disposição

O transporte necessário entre estes estágios é também levado em conta, bem como, se for o caso, os estágios extras, tais como a reutilização, a remanufatura e a reciclagem. A adoção de uma abordagem de ciclo de vida é essencial para evitar a transferência dos impactos ambientais de um estágio do ciclo de vida para outro. Isto é comumente referido como "deslocamento de problema". Por exemplo, durante o reprojeto de um produto, pode-se optar por reduzir-se o seu peso, diminuindo-se assim o uso de recursos. No entanto, é possível que os materiais mais leves usados ​​no novo produto sejam mais difíceis de eliminar. Os impactos ambientais do produto adquirido durante a fase de extração são deslocadas para a fase de eliminação. Melhorias ambientais gerais são, portanto, nulas.

Um princípio, definitivo e importante da EI é a sua abordagem integrada ou multidisciplinar. a EI leva em conta três diferentes disciplinas: Ciências Sociais (incluindo a Economia), Ciências Técnicas (a engenharia, destacadamente) e as Ciências Ambientais. O desafio é fundi-las em uma única abordagem.

Ferramentas

Direções futuras

A metáfora do ecossistema popularizada por Frosch e Gallopoulos [2], tem sido uma ferramenta criativa valiosa para ajudar pesquisadores que buscam soluções inovadoras para problemas difíceis. Recentemente, tem sido apontado que esta metáfora é amplamente baseada em um modelo da ecologia clássica, e que os avanços na compreensão da ecologia com base na ciência da complexidade que tem sido feitas por pesquisadores como s C. S. Holling, James J. Kay,[9] e outros.[10] Para a Ecologia Industrial, isso pode significar uma mudança de uma visão mais mecanicista de sistemas, para uma onde a sustentabilidade é vista como uma propriedade emergente de um sistema complexo.[11][12] Para explorar essa questão, vários pesquisadores estão trabalhando com técnicas de modelagem baseada em agentes.[13][14]

A análise de exergia é realizada no campo da Ecologia Industrial para o uso mais eficiente de energia.[15] O termo exergia foi cunhado por Rant Zoran em 1956, mas o conceito foi desenvolvido por J. Willard Gibbs. Nas últimas décadas, a utilização da exergia se espalhou para fora da Física e da Engenharia para os campos da Ecologia Industrial, Economia Ecológica, a Ecologia de Sistemas e Energética.

Recentemente, tem havido trabalhos defendendo as instalações de produção fotovoltaica em grande escala de um ambiente ecológico industrial.[16][17] Estas instalações não só reduziriam o seu impacto ambiental, mas também diminuiriam os custos de produção fotovoltaica para tão pouco quanto US$ 1 por Watt numa economia de escala.[18]

Referências

[1] Allenby, Brad (2006). "The ontologies of industrial ecology". Progress in Industrial Ecology (Inderscience Enterprises Ltd.) 3 (1/2): 28–40. doi:10.1504/PIE.2006.010039.

[2] Frosch, R.A.; Gallopoulos, N.E. (1989). "Strategies for Manufacturing". Scientific American 261 (3): 144–152.doi:10.1038/scientificamerican0989-144

[3] International Society for Industrial Ecology

[4] Manual on Product-oriented Environmental Work – Kirsten Schmidt: - Environmental News No 64, Danish EPA 2002

[5] Eco-design - Introdução à Gestão do Ciclo de Vida - www.ecomuseu-azores.org

[6] The Kalundborg Centre for Industrial Symbiosis

[7] Yuan, Z.; Bi, J.; Moriguichi, Y.. "The Circular Economy: A New Development Strategy in China". Journal of Industrial Ecology 10(1-2): 4–8. doi:10.1162/108819806775545321

[8] Pearce, J. M. (2008). "Industrial Symbiosis for Very Large Scale Photovoltaic Manufacturing". Renewable Energy 33: 1101–1108.doi:10.1016/j.renene.2007.07.002

[9] Kay, J.J. (2002). Kibert, C.; Sendzimir, J.; Guy, B.. eds. "On Complexity Theory, Exergy and Industrial Ecology: Some Implications for Construction Ecology.". Construction Ecology: Nature as the Basis for Green Buildings (Spon Press): 72–107

[10] Nielsen, Søren Nors (2007). "What has modern ecosystem theory to offer to cleaner production, industrial ecology and society? The views of an ecologist". Journal of Cleaner Production 15: 1639–1653. doi:10.1016/j.jclepro.2006.08.008

[11] Ehrenfeld, John (2007). "Would Industrial Ecology Exist without Sustainability in the Background?". Journal of Industrial Ecology 11(1). DOI: 10.1162/jiec.2007.1177

[12] Ehrenfeld, John (2004). "Can Industrial Ecology be the Science of Sustainability?". Journal of Industrial Ecology 8 (1-2): 1–3.doi:10.1162/1088198041269364

[13] Axtell, R.L.; Andrews, C.J.; Small, M.J. (2002). "Agent-Based Modeling and Industrial Ecology". Journal of Industrial Ecology 5(4): 10–13. doi:10.1162/10881980160084006

[14] Kraines, S.; Wallace, D. (2006). "Applying Agent-based Simulation in Industrial Ecology". Journal of Industrial Ecology 10(1-2): 15–18. doi:10.1162/108819806775545376

[15] Wall, Göran. "Exergy - a useful concept"

[16] A.H. Nosrat, J.M. Pearce, 'Cleaner Production via Industrial Symbiosis in Glass and Large-Scale Solar Photovoltaic Manufacturing, IEEE Xplore - DOI 10.1109/TIC-STH.2009.5444358 - Versão em PDF.

[17] Joshua M. Pearce; Industrial symbiosis of very large-scale photovoltaic manufacturing; Renewable Energy; Volume 33, Issue 5, May 2008, Pages 1101-1108 - DOI 10.1016/j.renene.2007.07.002 - Versão em PDF.

[18] Joshua Pearce, "Photovoltaics ­ A Path to Sustainable Futures", Futures 34(7), 663­674, 2002. Available: doi:10.1016/S0016­3287(02)00008­3 - Versão em PDF.

Leitura recomendada

  • um Pouco de História

    • The industrial green game: implications for environmental design and management, Deanna J Richards (Ed), National Academy Press, Washington DC, USA, 1997, ISBN 0-309-05294-7

  • 'Handbook of Input-Output Economics in Industrial Ecology', Sangwon Suh (Ed), Springer, 2009, ISBN 978-1402061547

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