Energia na agricultura

Energia na agricultura

(Parte 1 de 3)

UFRRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

Notas de Aula

Energia na Agricultura

Prof. Roberto Precci Lopes

Aula n 1

Outubro

2006

UFRRJ - UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

NOTAS DE AULA - ENERGIA NA AGRICULTURA

(Introdução)

Prof. Roberto Precci Lopes

ENERGIA

A palavra energia deriva do grego en e ergon (trabalho).

Um sistema ou uma máquina será capaz de realizar trabalho se possuir energia. Pode-se dizer também que energia é aquilo que diminui em proporção à medida que é consumida (transformada)1.

Mais e mais energia é necessária por duas razões:

  1. A população mundial (cerca 6,212 bilhões de pessoas) cresce a uma taxa exponencial, o que requer energia para habitação, manufatura, produção, processamento e armazenamento de alimentos, comercialização, transporte, etc. Segundo projeções das Nações Unidas, até o final do século XXI a população mundial praticamente dobrará, chegando 10 a 12 bilhões de pessoas, com a maior parte desta população situada nos países menos desenvolvidos.

  1. O consumo percapita vem aumentando em função do conforto físico e da elevação dos padrões de vida. O consumo percapita dos países desenvolvidos equivale a cerca de 10 a 30 barris de petróleo na Europa e Japão e cerca de 40 barris nos Estados Unidos.

CONSUMO DE ENERGIA PELO HOMEM AO LONGO DE SUA HISTÓRIA

A Figura 1 mostra a evolução do consumo de energia pelo homem em seis estágios do seu desenvolvimento. A cerca de 1.000.000 anos atrás, toda energia consumida pelo homem primitivo provinha dos alimentos crus que era capaz de encontrar e comer; seu consumo era de cerca de 2000 kcal por dia.

A 100.000 anos na Europa, o homem passou de mero catador de alimento para caçador de alimentos. Já havia descoberto o fogo que era utilizado para afugentar os animais, aquecer-se, cozinhar e assar seus alimentos que agora possuía em maior quantidade (vegetais, frutas e carne). Neste estágio da evolução seu consumo elevou-se para 5000 kcal.

A cerca de 5000 A.C. o homem já cultivava os campos. Dispunha da energia proveniente da força dos animais para auxiliar no trabalho da terra. Neste estágio o consumo de energia atingia níveis de 12.000 kcal. Em fazendas mais avançadas este consumo poderia atingir o dobro.

Por volta de 1400 D.C., no noroeste da Europa, o homem dispunha da energia proveniente do carvão mineral como fonte de energia, principalmente para aquecimento. Utilizava os animais como meio de transporte e a energia da água e dos ventos para realizar trabalho mecânico. O consumo de energia nesta época era estimado em 26.000 kcal/dia/pessoa.

Em 1875, na Inglaterra a humanidade vivia a era do homem industrial, época das máquinas a vapor. O consumo per capita diário de energia estava em torno de 70.000 kcal na Inglaterra, Alemanha e Estados Unidos.

Em 1970 o homem já havia conquistado a lua. Vivia-se a era da tecnologia. O consumo de energia por dia por pessoa nos EUA era de 230.000 kcal.

Observa-se, do exposto, que o progresso e o desenvolvimento da humanidade esteve sempre associado à capacidade do homem em extrair, transformar, transportar e utilizar a energia ao longo de sua história, sendo ela o elemento propulsor do seu desenvolvimento.

CONSUMO DE ENERGIA PER CAPITA PELO HOMEM

AO LONGO DE SUA HISTORIA (1000 kcal)

Alim. Residência e comér. Indústria e Agricultura Transportes

10 66 91 63

7 32 24 14 Revolução Ind.: 1875 na Inglaterra

6 12 7 1 Agricultura Moderna: 1400 DC no NO da Europa

44 4 Agricultura primitiva: 5.000 AC

3 2 Estádio da Caça: 100.000 anos atrás na Europa

2 Homem primitivo: 1.000.000 anos atrás leste da Africa

Figura. 1 - Consumo de energia pelo homem ao longo de sua história

ENERGIA E MEIO AMBIENTE

A retirada da natureza de matéria prima com potencial energético quer de origem mineral ou proveniente da biomassa, pode causar perturbações no ecossistema e mesmo interferir nos interesses econômicos de outros países. Nos países em desenvolvimento ou nos subdesenvolvidos, onde o desemprego e a falta de capital são elementos característicos, por questões sociais ou mesmo para o desenvolvimento destas nações, estas necessidades às vezes colocam-se acima de quaisquer preços ou danos que a exploração dos recursos energéticos possa causar ao país. Os países em desenvolvimento surgem como boas opções para investimentos por possuírem mão-de-obra de baixo custo, grande potencial energético a ser explorado, leis de proteção ambiental menos rígidas, incentivos fiscais, etc. A exportação dos produtos produzidos no terceiro mundo fabricados pelas multinacionais de fato gera emprego, não poluem águas e o ar dos países ricos, não utiliza sua mão-de-obra cara e nem consome suas reservas energéticas. Para estes países é muito mais oportuno produzir lá fora, não importando o estrago que isto possa deixar como herança a uma nação que dependa de terceiros para se desenvolver. A exploração dos recursos energéticos geralmente trás problemas ao meio ambiente, afeta a saúde de pessoas próximas as áreas de exploração ou de conversão de energia pela poluição do ar, da água e pelo barulho excessivo. O próprio clima pode ser afetado em decorrência dos gases e do calor liberado no processo de exploração e conversão de energia (p.ex. o efeito estufa decorrente da liberação de CO2 resultante da queima de combustíveis fósseis)2. Estas alterações podem ser agravadas ainda mais quando a exploração da biomassa transforma florestas em pastos e a super pastagem ou o uso inadequado do solo transforma a terra em desertos. Estas modificações em larga escala modificam a reflexibilidade da superfície, consequentemente, o balanço de radiação. A redução da vegetação também altera a distribuição de energia entre calor latente e calor sensível. O resultado disto pode ser uma mudança permanente do clima, com alteração da distribuição de chuvas. O clima no mundo é o resultado de um delicado balanço entre os fluxos de energia do sistema; um pequeno desequilíbrio causado pelo homem pode causar mudanças drásticas no clima. Segundo pesquisas a temperatura da terra poderá aumentar até 5,8°C nos próximos 100 anos (de 15° para 20,8°C). Um estudo realizado pela Embrapa em parceria com o Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas Aplicadas à Agricultura da Unicamp, aponta para a diminuição de até 75% da área cultivável de soja no Brasil, caso as previsões de aquecimento sejam efetivadas. Outra previsão se refere a Amazônia. A partir do ano 2040, 2050, a Amazônia poderá entrar em uma fase de colapso. E passaria a ser outro tipo de vegetação, uma vegetação tipo savana ou cerrado. O Nordeste brasileiro também seria afetado com uma elevação de temperatura de 4,5°C e o pantanal com 6,5°C. Milhares de famílias seriam obrigadas a deixar o sertão para buscar emprego nas grandes cidades. Nesse cenário, a temperatura média no Brasil, que já é alta, passaria de 25ºC para 29ºC, em 2100.

A Organização das Nações Unidas alerta para o fato de que o aquecimento global poderá desencadear um movimento em massa de pessoas (refugiados do clima), com sérias conseqüências para a segurança. Segundo matéria divulgada no Globo on line de 24/10/2006, o homem está consumindo a cada ano 25 % mais recursos naturais que o planeta é capaz de repor (dados da WWF).

O Brasil abriga 31 % das matas nativas do planeta, a maior parte na Amazônia. Pesquisas mostram que o desmatamento na Amazônia vem afetando o regime de chuvas de toda a América do Sul. O país é apontado como o quarto maior poluidor do mundo, devido às queimadas na Amazônia. Outro aspecto ambiental relevante, decorrente da queima de combustíveis fósseis, refere-se a liberação de dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio, que ao combinarem com a água na atmosfera resulta em ácido sulfúrico e nítrico respectivamente, dando origem a chuva ácida capaz de causar danos as plantas, erodir construções e corroer metais.

Os projetos energéticos deveriam computar os custos externos como os resultantes dos impactos globais da atividade, que em geral são arcados pela sociedade. A omissão destes custos é, em muitos casos, o diferencial competitivo de algumas fontes de energia não renovável.

A exploração e o uso da energia é uma questão polêmica e complexa. Países distantes podem ser afetados pela exploração irracional de recursos energéticos de outros países. Uma coisa é certa: a crise de energia afeta ricos e pobres, é um problema universal. O mundo deveria tratar este assunto em comum, pois dele pode depender o futuro da humanidade.

CONSUMO DE ENERGIA ENTRE PAÍSES DESENVOLVIDOS E EM DESENVOLVIMENTO

As principais fontes de energia utilizadas no mundo são as provenientes dos combustíveis fósseis (petróleo 32 %), hidráulica (6,0 %), nuclear (6 %), combustíveis sólidos (carvão mineral 23 %), gás natural (19%) e biomassa (14 %), (Figura 2).

A população dos países industrializados representa 30 % da população mundial e consomem mais do dobro da energia consumida pelo resto do mundo. Alguns destes países têm seu padrão de vida, manutenção econômica, política e social diretamente relacionada com seu acesso à energia. Para estes países a energia constitui uma questão de segurança nacional e motivo para conflitos e guerras. Muitos dependem do fornecimento de energia (petróleo) de outros países. A Figura 3 mostra a distribuição do uso da energia por fonte em países desenvolvidos e em desenvolvimento.

Figura 2 – Distribuição do consumo de energia por fonte no mundo

Figura 3 - Distribuição do consumo de energia por fonte em países desenvolvidos e em desenvolvimento

.

Os países industrializados consomem cerca de 85 % da energia mundial. São fortemente dependentes de petróleo, carvão, gás natural e energia nuclear, por isso são os responsáveis pela maior parte da poluição no mundo3. Nos países em desenvolvimento, a biomassa é a principal fonte de energia, e em alguns casos a única. Pela Figura 2 observa-se que a biomassa, representada principalmente pela lenha e carvão vegetal, ainda é responsável pela sustentação de uma grande parte da humanidade, com 14 % da energia total consumida pelo mundo. Segundo a Organização Mundial de Saúde, cerca de 1,6 milhões de pessoas, principalmente crianças e mulheres, morrem por ano devido à exposição de fumaça gerada por fogões a biomassa.

Sabendo que o desenvolvimento da humanidade não pode ser sustentado indefinidamente pelos combustíveis fósseis, o homem passou a explorar outras fontes de energia como a energia nuclear que já participa com 17 % de toda energia elétrica produzida no mundo (Figura 4). Esta opção tem sido adotada por países com limitados recursos energéticos. Na França 75 % da energia elétrica gerada é de origem nuclear e 20 % hidráulica. Embora seja considerada uma fonte limpa de energia, os acidentes ocorridos nos últimos anos na utilização da energia atômica (Three Mile Island em 1983 nos USA e Chernobyl em 1986 na Rússia), tem servido como alerta quanto a disseminação deste tipo de energia.

Figura 4 – Consumo mundial de energia primária para produção de eletricidade

A energia é primordial para o desenvolvimento de um país. Será correto afirmar que quanto maior o consumo de energia de uma nação, maior o seu desenvolvimento? Japão, Estados Unidos e países da Comunidade Européia, têm adotado severas medidas para redução do consumo e do desperdício de energia, sem conduto prejudicar seu desenvolvimento econômico. Para estes países a saída da crise de energia deve passar pela redescoberta das fontes renováveis de energia, na utilização racional da energia e no desenvolvimento de máquinas, equipamentos e processos mais eficientes.

DISTRIBUIÇÃO DA ENERGIA NA AGRICULTURA MUNDIAL

Umas das primeiras práticas agrícolas adotadas pelo homem foram a agricultura nômade. Estima-se que 36 milhões de km2 (cerca de 30 % dos solos explorados), são cultivados neste sistema produzindo alimentos para 250 milhões de pessoas. Neste sistema 1 ha pode suprir de alimentos 1 pessoa.

Na agricultura tradicional o ganho de alimento se dá pelo aumento de áreas cultivadas, o que constitui um problema para os países pequenos e pobres, onde o crescimento populacional se dá a elevadas taxas. Neste sistema 1 ha produz alimento para 4 a 6 pessoas.

Na agricultura moderna é cada vez maior a quantidade de alimentos produzidos por hectare devido a alta tecnologia empregada e a grande quantidade de energia envolvida. Nos Estados Unidos um fazendeiro pode produzir alimentos para mais de 50 pessoas.

O Quadro 1 mostra a distribuição de energia na agricultura mundial. Embora tratando-se de dados da década de 70 retrata a tendência atual e futura. De uma maneira geral observa-se uma estreita correlação entre energia aplicada por hectare e trabalhador com produtividade deste e de grãos. Os maiores níveis de energia aplicados por trabalhador (555,8 GJ), correspondem a maior produtividade por trabalhador (67,88 toneladas de grãos). Observa-se que países situados em regiões inóspitas e de difícil manejo (Oceania e Oriente Médio), exigem maiores quantidades de fertilizantes, corretivos e água para produzir alimentos, acarretando um maior consumo de energia e uma produtividade inferior à mesma quantidade de energia aplicada em países de solos e clima favoráveis à exploração agrícola, onde grande parte da energia pode ser canalizada naqueles insumos onde a resposta a produção é imediata.

Quadro 1 - Estimativa do uso da energia na agricultura por região e produtividade, em 1972/73

Região

Energia total

Aplicado na agricultura

Consumo de energia, GJ

Produtividade cereais

Produção

de cereais

10 15 J

%

Per capita

Por trabalhador

Por ha

Kg/ha

Kg/trabalhador

Países desenvolvidos

América do Norte

76.933

2,8

333

555,8

20,2

3.457

67.882

Europa Ocidental

42.912

4,9

119

82,4

27,9

3.163

5.772

Oceania

2.442

5,6

154

246,8

10,8

976

20.746

Países em desenvolvimento

África

1.569

4,5

5

0,8

0,8

829

538

América Latina

8.147

3,8

28

8,6

4,2

1.440

1.856

Oriente Médio

2.637

6,4

24

4,4

3,8

1.335

1.386

O Quadro 2 mostra os níveis de produtividade em função do grau de tecnologia aplicado na produção de arroz. A utilização de insumos agrícolas, maquinaria, irrigação, secagem e armazenamento, caracterizam um sistema de produção moderno, onde a utilização destes insumos requer disponibilidade de energia. Como conseqüência a produtividade é elevada, produz-se com segurança e com qualidade. Nota-se que neste sistema a irrigação consome cerca de 42 % da energia total. No sistema tradicional a produtividade é de apenas 22% da produtividade do sistema moderno, uma vez que o uso da energia se faz apenas para produção de ferramentas e implementos; não se faz uso de irrigação, processamento, fertilizante e outros insumos que garantam a produção e que, conseqüentemente, exigem maior quantidade de energia.

Quadro 2 - Energia utilizada na produção de arroz em três sistemas de produção agrícola

Input

Moderno

(USA)

Transição

(Filipinas)

Tradicional

(Filipinas)

Qtdade/ha

MJ/ha

Qtdade/ha

MJ/ha

Qtdade/ha

MJ/ha

Maquinaria

-

4.200

-

335

-

173

Combustível

224,7 lts

8.988

40 lts

1.600

-

-

Nitrogênio

134,4 kg

10.752

31,5 kg

2.520

-

-

Fósforo

-

-

-

-

-

-

Potássio

67,2

605

-

-

-

-

Sementes

112 kg

3.360

110 kg

1,650

107,5

-

Irrigação

683,4 lts

27.336

-

-

-

-

Inseticida

5,6 kg

560

1,5

150

-

-

Herbicida

5,6

560

1,0

100

-

-

Secagem

-

4.600

-

-

-

-

Ener elétrica

-

3.200

-

-

-

-

Transporte

-

724

-

31

-

-

Total

-

64.885

3.386

-

173

Produtividade

5.800

2.700

1.250

Analisando os Quadros 1 e 2, de uma maneira geral conclui-se:

. em termos comparativos nem sempre maiores percentuais de energia aplicada por hectare na agricultura implica em maior produtividade, depende das condições edafo-climáticas;

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