2 - CONSUMO: CRESCIMENTO E LIMITES

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1 CONSUMO: CRESCIMENTO E LIMITES 2-1. Consumo aparente e real Denomina-se consumo aparente de um bem ao total da sua produção adicionada das importações e subtraída das exportações; e, consumo real, ao consumo aparente subtraído da variação dos estoques (estoque final descontado do estoque inicial) sempre calculados sobre um determinado período ou base de tempo, geralmente de um ano. Com a finalidade de ressaltar a origem da matéria prima, a produção dos metais normalmente é subdividida em primária e secundária. É importante salientar, contudo, que nem todas as publicações fazem a distinção entre consumo real e aparente, denominando todos pelo último termo Consumo dos metais A Figura 2-1 mostra a evolução da produção mundial de alguns metais importantes no século XX. Nela pode ser identificada uma das suas características fundamentais: o crescimento exponencial da produção em função do tempo. Fig Produção mundial de alguns metais [t/ano] no século XX Dados: O atributo matemático mais importante deste tipo de função matemática é a taxa de crescimento [% / tempo]. Uma taxa de crescimento de 1 [% a.a.], por exemplo, corresponde a uma

2 11 produção que dobra a cada 70 anos 1, aproximadamente. Assim, mesmo que estritamente as taxas de crescimento da produção dos metais não sejam constantes matemáticas, pois se alteram ao longo do tempo, elas trazem informações muito relevantes. Alguns exemplos de taxas anuais já reportadas na produção dos metais são: Al = 4 [% a.a.], metais básicos ~ 3 e Sn = 2 [% a.a.] Limites do crescimento 2 O reverendo Thomas Robert Malthus publicou, em 1798, o livro Ensaio sobre o princípio da população, como ele afeta o futuro desenvolvimento da sociedade. Já nos primeiros capítulos, Malthus apresentou a idéia principal do seu livro, pela qual ele se tornou conhecido, e que pode ser resumida na seguinte sentença: uma catástrofe poderá advir da desigualdade entre o crescimento exponencial da população e o crescimento linear da produção de alimentos, em função do tempo. Dado o tempo necessário, o valor de uma propriedade qualquer, que apresente um crescimento exponencial, ultrapassará o de todas as outras. Isto mostra o ritmo vertiginoso deste tipo de crescimento. E é por esse motivo que o crescimento exponencial está associado à catástrofe malthusiana, ou seja, à perda da qualidade de vida desfrutada pela população, pela impossibilidade de ser suprida na mesma proporção com alimentos. A importância da taxa de crescimento já foi destacada, especialmente daquelas elevadas, mas, mesmo baixas taxas de crescimento são perigosas, pois elas podem eclipsar o crescimento exponencial durante certo período de tempo, contudo, mais cedo ou mais tarde, a sua verdadeira natureza se revela. Essa mesma idéia, ou teoria malthusiana, pode ser estendida a outras áreas, substituindo-se, para tanto, a evolução da população (demanda, consumo) e dos alimentos (recursos, suprimento) por outros fatores econômicos. Assim, em hipótese, haverá o perigo de essa catástrofe ocorrer, sempre que o ritmo do crescimento da demanda eclipsar aquele do suprimento de um determinado fator. O crescimento exponencial da produção de metais coloca este fator econômico como um forte candidato a desencadeador da catástrofe malthusiana ; vários fatores poderiam ser citados como potencialmente capazes de limitar o suprimento exponencial de metais. Eles serão estudados a seguir Fontes naturais de metais Sempre que se toca no tema limites do crescimento, associado com a produção dos metais, vêm-nos à mente, em primeiro lugar, intuitivamente, os recursos naturais. As quantias adequadamente medidas dos minerais metálicos ou dos metais contidas na crosta terrestre, que podem ser utilizadas economicamente para a obtenção dos metais, são chamadas reservas 3, Quadro 2-1. Econômico Marginalmente econômico Subeconômico Total dos recursos minerais metálicos não-renováveis de um metal Identificados Não-descobertos Demonstrados Inferidos Hipotéticos Especulado Medidos Indicados RESERVA Quadro 2-1 Definição de reserva. Fonte: Circular nº 831 da instituição: Pesquisa Geológica dos Estados Unidos (USGS). 1 Este fato também é conhecido como regra dos Baseado principalmente em artigo de D.A. Temple (IMM, vol.88, junho, p.c-75-c82); Limites do crescimento também é o título de um livro escrito por D.H. Meadows, D.L. Meadows, J.Randers, and W.W. Behrens III, encomendado pelo Clube de Roma em Baseado na Circular nº 831 da USGS Principles of a Resource / Reserve Classification for Minerals; 1980.

3 12 Como é sabido, ao contrário dos alimentos, as reservas são recursos naturais não-renováveis. Este fato, por si só, já tem um grande significado, pois sinaliza com a impossibilidade de fornecimento ad infinitum de matéria-prima para a produção de metais, e remete diretamente para a propriedade de maior significado em relação a este tipo de recurso: a expectativa ou tempo de vida da reserva. Reserva [Milhões de t] Al Cr Cu Pb Mn Zn Ano Fig Evolução das reservas mundiais de alguns minerais de metais Fonte dos dados: Jackson, E.: Hydrometallurgical Extraction and Reclamation A expectativa de vida (ou disponibilidade) de uma reserva depende, fundamentalmente, de dois fatores: tamanho da reserva e consumo do metal 1. O comportamento crescente, ao longo do tempo, do valor que expressa o tamanho da reserva de um determinado metal, Figura 2-2, é, de certo modo, um tanto paradoxal. É importante ressaltar, neste ponto, o caráter dinâmico dos dois fatores que a delimitam um deles de natureza econômica, e o outro com raízes na prospecção. Adicionando-se a isto o fato de que o consumo dos metais também é variável, chega-se à conclusão que o cálculo da expectativa de vida de uma reserva não é algo elementar de ser feito. Assim, tendo-se em mente a complexidade exposta nos fatos supramencionados, pode-se adotar, para a determinação da expectativa de vida de uma reserva, o ponto de vista estático (quando a taxa de variação do consumo igual é a zero e o tamanho da reserva é constante) ou, ao contrário, o dinâmico. Resultados de determinações feitas por Temple podem ser vistas nas Tabelas 2.1 e > 10 4 W Cu Cr Co Mo Ag Al Fe Au Sn Ni Mn Pb Zn Ti Tab Expectativa de vida [anos] das reservas de alguns metais importantes calculada pelo método estático (consumo anual e tamanho da reserva são constantes) Fonte: D.A. Temple, IMM, vol.88, junho, p. C-75-C82 1 Na fórmula do consumo real está contabilizada a reciclagem (ver tópico 2-9 sobre a reciclagem dos metais)

4 W Cu Cr Co Au Ag Al Fe Pb Sn Ni Mn Zn Ti Mo Tab Expectativa de vida [anos] das reservas de alguns metais importantes calculada pelo método dinâmico Fonte: D.A. Temple, IMM, vol.88, junho, p.c-75-c Energia As nações industrializadas constataram que mais energia pode muitas vezes significar mais riqueza. Muitas vezes, mas nem sempre. Se a população da uma nação cresce, mais energia pode simplesmente ser usada para manter mais cidadãos ao mesmo nível de vida (ou, até mesmo, num nível mais baixo). O pior caso se daria quando a população crescesse, sem que a energia acompanhasse este crescimento. A energia é um insumo importante na produção dos materiais metálicos. Poderia a energia impor um limite ao crescimento? Embora a quantidade de energia utilizada na produção dos metais (ou de outros materiais) seja difícil de ser determinada, alguns trabalhos apresentam dados relativos a esse tema, Figura 2-3. Segundo a fonte dessa Figura, a quantia de energia necessária para a obtenção do alumínio merece destaque, pois é ~200% maior que a energia utilizada na obtenção do cobre e do PVC Energia [ t de petróleo / t produto ] PVC Papel Vidro Cimento Aço Cobre Alumínio Fig Energia equivalente [toneladas de petróleo] usada na produção de uma tonelada de cada um dos produtos citados Fonte dos dados: La Recherche, maio de 1987, nr. 188

5 14 5 t de C / t Zn ou t carvão / t gusa ou kwh / t Al x 1/ Al Ferro gusa Zn Ano Fig Evolução do consumo de energia para três metais: Al, Fe e Zn Dados: D.A. Temple, IMM, vol.88, junho, p.c-75-c82 A quantidade de energia utilizada na obtenção dos metais, contudo, não é fixa, diminuindo de maneira não uniforme com a passagem do tempo conforme pode ser visto na Figura 2-4 para os metais: alumínio, ferro (até a produção do gusa) e zinco. Ao contrário do que acontece com os recursos minerais, a energia provém de fontes que são divididas em: renováveis e não-renováveis. Um mesmo tipo de energia pode ter fontes classificadas nas duas divisões. O caso da eletricidade é bastante didático: ela pode ser gerada a partir do carvão ou da água estocada em grandes alturas, nas barragens. Três das principais fontes de energia, contudo, são do tipo não-renovável: petróleo, carvão e gás natural; o tamanho das reservas de cada uma delas com as mesmas implicações já citadas na seção anterior pode ser visto na Figura 2-5. Fig Reservas de diferentes fontes não-renováveis de energia, em 1997 Fonte de dados:

6 15 Assim, não é tão difícil de se imaginar a importância de se descobrir maneiras mais eficientes e inovadoras para fornecer e para utilizar, tanto a energia já disponível quanto a adicional. Apesar de todo o esforço, talvez a disponibilidade de energia ainda se inclua entre os fatores que podem interpor um limite ao crescimento do consumo e, mesmo que haja energia suficiente, ainda fica a questão: poderá a Humanidade pagar, nos custos da extração dos metais, a parcela correspondente ao custo possivelmente crescente da energia? 2-6. Meio ambiente Há, hoje em dia, muito mais proteção ao meio ambiente do que antes. Assim, atualmente, parte importante de um empreendimento é destinada à sua proteção; essa preocupação, no futuro, certamente será muito maior. Isso não se reflete apenas na necessidade de um maior aporte de capital, mas, também é causa de maiores custos de produção que, eventualmente, poderão que ser compensados com a venda dos produtos dos tratamentos de resíduos. A questão, contudo, persiste: prosseguirá a extração crescente dos metais com os altos custos da proteção ao meio ambiente? 2-7. Trabalho O trabalhador deverá ser, cada vez mais, protegido; isso, em termos simples, significa um ambiente de trabalho higiênico, seguro e saudável. Que repercussão terão essas condições sobre os custos dos metais? 2-8. Capital Há uma grande preocupação com o custo crescente para a construção de novas usinas. Além do meio ambiente, julga-se que esse custo tenha origem nas medidas para a conservação de energia. Esses fatores, quando combinados com preços estáveis para os metais, tornariam a justificativa para grandes investimentos nessa área, difícil. Haverá, assim, capital disponível para investimentos, na produção dos metais, na escala que se deseja? 2-9 Reciclagem Poderá a reciclagem embalar o nosso sonho de um consumo ilimitado? Inicialmente, deve-se dizer que a reciclagem é tão velha quanto a própria metalurgia extrativa isso é especialmente correto para alguns segmentos desse setor. Portanto, se ela já existe há tanto tempo, por qual motivo se pensa na reciclagem como algo capaz de resolver o problema dos limites do crescimento? A resposta, segundo Kellog, está no grau de reciclagem que é atualmente empregado. Para ele, parte importante dos metais, que poderia ser reciclada, não o é. Incrementar a reciclagem dessa parcela de materiais faria uma grande diferença. Seja qual for o grau de reciclagem, no entanto, alguns fatores metalúrgicos, outros intrínsecos ao metal, ou à forma de como os bens materiais ou produtos são utilizados, podem estimular enquanto que outros podem inibir a reciclagem dos materiais metálicos.

7 16 Q2 QUESTÕES E EXERCÍCIOS Q2-1. Consumo aparente e real Exerc Escreva uma fórmula para o cálculo do consumo real. Q2-2. Consumo dos metais Questão Como se pode comprovar que o crescimento da produção, na Fig. 2-1, é exponencial? Questão Quais são as outras duas características gerais da produção mundial dos metais no decorrer do último século, que podem ser observadas na Fig. 2-1,? Questão Quais seriam as duas causas básicas deste tipo crescimento? Questão Que fatos aconteceram nos anos que antecederam grandes quedas na produção? Exerc Exerc Exerc Q2-3. Limites do crescimento Escreva uma fórmula para calcular o valor da produção mundial, P [t/ano], de um metal, daqui a A [anos], a uma taxa de crescimento i [% a.a.], sendo Pº o valor da produção inicial. Calcule a taxa de crescimento anual do cobre no século XX, se a sua produção foi [ t/ano ] em 1900, e [ t/ano ] no ano 2000 (linha reta na Fig. 2.1). Calcule o tempo [anos] necessário para a produção dobrar, se a taxa de crescimento for 2 [% a.a.]. Questão A população pode ser substituída pela demanda de qual fator, na teoria malthusiana? Questão Que fatores poderiam ser lembrados como possíveis limitadores da produção de metais? Q2-4. Fontes naturais dos metais Questão Quando o preço 1 de um metal se eleva (pela maior demanda), aumenta ou diminui o tamanho da sua reserva? Questão Quando o procedimento extrativo de um metal se torna mais eficiente, aumenta ou diminui o tamanho da sua reserva? Questão O comportamento crescente, ao longo do tempo, do valor que expressa o tamanho da reserva de um determinado metal, Figura 2-2, foi considerado paradoxal. Qual seria o comportamento esperado? Questão Como se pode estimar, com uma fórmula simples, a (expectativa de) vida de uma reserva? Questão Dos dois fatores utilizados no cálculo da vida de uma reserva, qual é o mais difícil de ser estimado? 1 O preço de uma mercadoria é, a grosso modo, igual ao seu custo de produção mais a margem.

8 17 Questão Que comentários poderiam ser feitos após a observação da situação da disponibilidade de alguns metais conhecidos, nas Tabelas 2-3 e 2-4? Q2-5. Energia Questão Por quais motivos o cômputo da energia necessária para a produção dos metais é difícil de ser efetuada? Exerc Observe, na Tabela Q2-1, a energia utilizada na produção de diferentes metais; após, calcule (onde possível) o quociente: energia real / energia teórica e preencha a coluna E R / E T com os resultados. Metal Metalurgia primária Met. Real Teórica E R / E * secundária T Ti Mg ,8 10 Al ,3 13 Ni Zn 'aço' ** 7 14 Fe 19,4 3,7 Cu ,6 19 Pb Fonte dos dados da energia real : coluna da esquerda: Urlich, Metal Progress, out. 1977, p. H1-H16 e, coluna da direita, Kellog, JOM 28 (12) p *) ER / ET = energia real / energia teórica **) a partir do gusa Tab. Q2-1: Energia [GJ / t] utilizada na produção de diferentes metais Questão Um metal cujo quociente E R / E T tem valor igual a 1 está em piores condições de obtenção do que outro, com quociente igual a 2. Por qual motivo essa afirmação pode ser incorreta? Questão Métodos eletroquímicos são altamente energívoros e caros e explicam o elevado consumo de energia e os altos custos da extração do Al e do Mg; o Ti, contudo, não é extraído por métodos eletroquímicos. Por qual motivo, então, uma quantidade tão grande de energia é empregada na sua extração? Questão O Ni extraído de minérios lateríticos requer entre 100 e 240 % mais energia que o Ni extraído a partir de sulfetos; que implicações tem esta afirmação sobre a tabela Q2-1? Questão Por qual motivo, principalmente, a metalurgia extrativa secundária é tão econômica? Questão Como tu interpretarias as informações contidas na Figura 2-4? Questão Uma das formas mais comuns de energia é o calor; sempre que possível, ele deve ser reaproveitado; na linguagem técnica, há dois tipos de calor: sensível e latente. Quando queimamos o gás retirado do topo de um alto-forno, para aquecer o ar nele injetado, o que estamos aproveitando?

9 18 Questão Alguns processos são denominados autógenos. O que isso significa? Exerc Preencha a coluna expectativa de vida, na Tabela Q2-2, considerando as três fontes principais de energia não-renovável. Use, para o cálculo, o consumo mundial como sendo idêntico ao verificado em 1997, de 380 quadrilhões [número 1 seguido de 15 zeros] de BTUs/ano. Suponha o consumo isolado, de apenas uma delas por vez. Combustível Carvão Petróleo Gás natural Expectativa de vida [anos] Tab. Q2-2. Expectativa de vida [anos] das reservas de carvão, petróleo e gás natural, tomadas isoladamente Questão Pode-se pensar em uma expectativa de vida (disponibilidade) em relação às fontes renováveis? Quest Na metalurgia extrativa, algumas fontes de energia atuam simultaneamente como redutores químicos. Tu saberias exemplificar um caso em que a eletricidade atua simultaneamente como redutor químico e fonte de calor? 2-6. Meio ambiente Questão A indústria extrativa do cobre antes considerada como a boca do inferno deu um bom exemplo de como se pode transformar um resíduo industrial em um produto útil. Que exemplo é esse? 2-7. Trabalho Questão Um maior grau de automatização se contrapondo ao conceito de fábricas necessariamente mais humanas, capazes, dentre outras coisas, de interromper o seu fluxo de produção em finais de semana ou feriados será capaz de sobrepujar as possíveis resistências interpostas pelo fator de produção trabalho? 2-8. Capital Exerc Verifique, na literatura 1, a evolução do preço dos metais. Questão Preços crescentes seriam a solução, para haver investidores na área de produção de metais? 2-9 Reciclagem Questão Já que não é fácil contabilizar o que vai ao lixo, como se pode ter uma idéia a respeito da fração não-reciclada de materiais? 1 Uma análise pode ser encontrada em: Hayes, P.C. Process Selection in Extractive Metallurgy

10 19 Exerc Complete a Tabela Q2-3, dando exemplos de fatores que estimulam a reciclagem. Fator Exemplo Alto preço do metal Facilidade de coleta - grandes porções - facilidade de identificação pela cor: pela utilização: Facilidade de refino Tab. Q2-3. Fatores que estimulam a reciclagem Fonte: Kellog,H.H. JOM vol.28, nr.12, p.29-32, 1976, complementada Exerc Complete a Tabela Q2-4, dando exemplos de fatores que desestimulam a reciclagem Fator Uso dispersivo - grau médio - grau elevado Diluição Uso altamente mesclado Difícil remoção de impurezas Dificuldades causadas por design (valorização da aparência) ou por conveniência Exemplo ex.: do Al: ex.: do aço: Tab. Q2-4. Fatores que inibem a reciclagem Fonte: Kellog,H.H. JOM vol.28, nr.12, p.29-32, 1976, complementada