ISSN 1984-9354 PARADIGMAS DO DESENVOLVIMENTO HUMANO E ECOEFICIÊNCIA: UM ESTUDO DO IMPACTO DA DISPONIBILIDADE DA AGUA POTÁVEL E GERAÇÃO DE ENERGIA Carlos Eduardo Ribeiro de Barros Barateiro (UFF) Gilson A. B. Lima (UFF) Helder Costa (UFF) Jose Rodrgues de Farias Filho (UFF) Resumo Uma série de indicadores podem medir o nível de conforto de uma população, todos muito subjetivos e que variam conforme a cultura local. Este estudo foca dois indicadores muito importantes para o desenvolvimento de uma sociedade: o acesso àà agua potável e à energia. Baseado em relatórios elaborados pela Organização das Nações Unidas, seus diversos orgões e também com dados da Agência Internacional de Energia, este trabalho relaciona a disponibilidade desses bens com as populações existentes nas diversas regiões. Procurou-se estabelecer um comparativo dessa disponibilidade com padrões mínimos de consumo para a manutenção da vida e com os padrões das nações mais desenvolvidas. Palavras-chaves: sustentabilidade, recursos naturais, água,, energia
1. Introdução O conforto de um indivíduo pode ser medido por diversos indicadores. Porém a definição do que seja conforto é muito variável e depende muito das características da população analisada - para um habitante de New York, o ar condicionado é muito mais importante que para um índio do Alto do Xingu na floresta Amazônica. No entanto dois indicadores podem ser considerados mais relevantes para a grande maioria da população mundial que é o acesso a água potável e a energia elétrica. Nesse estudo vamos limitar a análise do conforto dos indivíduos baseados no acesso a esses dois bens. Água potável é como chamamos a água que pode ser consumida por pessoas e animais sem riscos de adquirirem doenças por contaminação da mesma. Ela pode ser oferecida à população urbana ou rural com ou sem tratamento prévio dependendo da origem do manancial. O tratamento de água visa reduzir a concentração de poluentes até o ponto em que não apresentem riscos para a saúde pública. Cada etapa do tratamento da água representa um obstáculo à transmissão de doenças. O grau e o tipo de tratamento pode ir de uma simples desinfecção até um tratamento mais complexo, dependendo das condições do manancial que vai ser utilizado. Esses aspectos são estudados numa especialidade da engenharia hidráulica denominada de engenharia sanitária. Tipicamente o processo de tratamento de água para uso humano envolve as etapas de coagulação segundo Richter (2009): floculação, decantação, filtração, desinfeção, fluoretação e correção de ph. Entre a entrada da água bruta na Estação de Tratamento até sua saída, já potável, decorrem cerca de alguns segundos a 60 minutos, dependendo da qualidade da água bruta e do tipo de tratamento adotado. A energia pode ser gerada através de fontes renováveis de energia (a força das águas e dos ventos, o sol e a biomassa), ou não renováveis (combustíveis fósseis e nucleares). No Brasil, devido ao grande número de rios, a eletricidade é produzida (mais de 70%) (ANEEL 2010) por geração hidrelétrica, mas é gerada também em termelétricas que utilizam a fissão nuclear, carvão mineral e óleo combustível. A energia elétrica é transportada das usinas através das linhas de transmissão existente em todo o território nacional chegando aos consumidores por redes de distribuição, que são o 2
conjunto de postes, cabos e transformadores que levam a eletricidade até as residências, indústrias, hospitais, escolas, etc. Para aumentar a oferta de eletricidade é importante considerar todas as fontes de energia disponíveis. As fontes convencionais são: energia hidráulica, gás natural, carvão mineral, derivados do petróleo, energia nuclear. As fontes não convencionais são: energia eólica, solar e de biomassa. Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentos cuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencial hidráulico existente num rio. O Brasil produz hoje cerca de 107 MKw das diversas fontes dos quais quase 80 MKw são obtidos através de usinas hidroelétricas (ANEEL 2010). Esse o que torna o Brasil o terceiro maior produtor de energia hidrelétrica do mundo, estando atrás somente da República Popular da China e do Canadá, respectivamente, seguido dos Estados Unidos e da Rússia (IEA 2010). A geração hidrelétrica está associada à vazão do rio, isto é, à quantidade de água disponível em um determinado período de tempo e à altura de sua queda. Quanto maiores são os volumes de sua queda, maior é seu potencial de aproveitamento na geração de eletricidade. A vazão de um rio depende de suas condições geológicas, como largura, inclinação, tipo de solo, obstáculos e quedas. É determinado ainda pela quantidade de chuvas que o alimentam, o que faz com que sua capacidade de produção de energia varie bastante ao longo do ano. O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dos desníveis existentes ao longo do curso de um rio. Isto pode se dar de uma forma natural, quando o desnível está concentrado numa cachoeira; através de uma barragem, quando pequenos desníveis são concentrados na altura da barragem ou através de desvio do rio de seu leito natural, concentrando-se os pequenos desníveis nesses desvios. Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se das seguintes partes: barragem, sistemas de captação e adução de água, casa de força e sistema de restituição de água ao leito natural do rio. Cada parte se constitui em um conjunto de obras e instalações projetadas harmoniosamente para operar eficientemente em conjunto. A água captada no lago formado pela barragem é conduzida até a casa de força através de canais, túneis e / ou condutos metálicos. Após passar pela turbina hidráulica, na casa de força, a água é restituída ao leito natural do rio, através do canal de fuga. Dessa forma, a potência hidráulica é transformada em potência mecânica quando a água passa pela turbina, fazendo com que esta gire, e, no gerador, que também gira acoplado 3
mecanicamente à turbina, a potência mecânica é transformada em potência elétrica. A energia assim gerada é levada através de cabos ou barras condutoras, dos terminais do gerador até o transformador elevador, onde tem sua tensão elevada para adequada condução, através de linhas de transmissão, até os centros de consumo. Daí, através de transformadores abaixadores, a energia tem sua tensão levada a níveis adequados para utilização pelos consumidores. A termeletricidade, assim como a hidroeletricidade, também é produzida por um gerador e transportada até os locais de consumo por linhas de transmissão. O gerador é impulsionado pela queima de um combustível. Ao queimar, o combustível aquece uma caldeira com água, produzindo vapor com uma pressão tão alta que move as pás de uma turbina, que por sua vez aciona o gerador. Qualquer produto capaz de gerar calor pode ser usado como combustível, do bagaço de diversas plantas aos restos de madeira. Os combustíveis mais utilizados são: óleo combustível, óleo diesel, gás natural, urânio enriquecido e o carvão mineral. A energia nuclear provém da fissão ou fusão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. Atualmente utiliza-se quase somente o urânio. Utilizando a equação E=mc 2, pode-se calcular a energia liberada, oriunda da diferença des massas resultantes do processo de divisão do núcleo do átomo. Assim, Por exemplo, a fusão de poucos cm 3 de deutério, um isótopo de hidrogênio, produziria uma energia equivalente aquela produzida pela queima de 20 toneladas de carvão (GUIMARÂES 2007). O Brasil possui grandes reservas de urânio o que assegura a garantia de um suprimento elevado de combustível. Apesar de sua complexidade tecnológica, o funcionamento de uma usina nuclear é fácil de compreender. Ela funciona com princípio semelhante ao de uma usina termelétrica: o calor gerado pela combustão do carvão, do óleo ou do gás vaporiza a água em uma caldeira. Este vapor aciona uma turbina, à qual está acoplado um gerador, que produz a energia elétrica. Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no núcleo do reator. A energia de biomassa é fornecida por matérias de origens vegetais, renováveis em intervalos relativamente curtos de tempo. O quadro das biomassas é bastante amplo, compreendendo a tradicional lenha das florestas naturais, bagaço de cana, madeira cultivada especificamente para fins energéticos, resíduos das indústrias da serraria, aglomerados e celulose, além do biogás, obtido pela decomposição de dejetos. É a energia dos ventos, como decorrência do movimento das massas de ar. A energia dos ventos é uma abundante fonte de energias renováveis, limpas e disponíveis em todos os 4
lugares. A utilização desta fonte energética para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e através de conhecimentos da indústria aeronáutica os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente em termos de idéias e conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia. No Brasil, algumas medidas precisas de vento, realizadas recentemente em diversos pontos do território nacional, indicam a existência de um imenso potencial eólico ainda não explorado. Considerando esse potencial, é possível produzir eletricidade a custos competitivos com centrais termelétricas, nucleares e hidroelétricas. A capacidade instalada no Brasil é de 740 Kw, com 39 turbinas eólicas de médios e grandes portes conectados à rede elétrica (ANEEL 2010). Além disso, existem dezenas de turbinas eólicas de pequeno porte funcionando em locais isolados da rede convencional para aplicações diversas - bombeamento, carregamento de baterias, telecomunicações e eletrificação rural. 2. Caracterização do Estudo Definir o padrão mínimo de consumo de uma sociedade é um tema muito complexo porque esta relacionada diretamente com a sensação de conforto exigido pelo indivíduo. E essa sensação de conforto é muito variável sendo que os aspectos culturais são os mais relevantes para o estabelecimento desse padrão. Inúmeros fatores podem ser considerados no estabelecimento de um padrão de consumo mas para efeito deste estudo vamos considerar dois dos mais importantes: o consumo de água potável e de energia elétrica. Ambos são muito críticos quando analisamos o bem estar de um indivíduo instalado nas sociedades urbanas que é onde este localizado a grande maioria da população mundial. Para o estabelecimento de um padrão mínimo de consumo desses dois indicadores vamos recorrer a padrões e relatórios internacionais publicados por diversas entidades. 2.1 Consumo de Água Potável No documento Relatório de Desenvolvimento Humano 2006 editado pela United Nations Development Programme, recomenda que o padrão mínimo de consumo de água potável para uso humano seja de 50 litros por dia (UNDP 2006), Para efeito deste estudo 5
vamos considerar esse valor para o limite mínimo de consumo e o valor de 500 litros por dia para o padrão de consumo do primeiro mundo. Na Figura 1 podemos visualizar uma escala do consumo por pessoa por dia em diversos países. Observar a diferença brutal no padrão de consumo entre os países desenvolvidos e os situados na faixa mais baixa. Figura 1 Consumo per capita de água por dia (em litros) Fonte: UNDP (2006) Há porém uma outra abordagem para definir a necessidade de água potável que considera não somente o consumo próprio do indivíduo mas também a necessidade do uso da água para a produção de alimentos. Com base nessa análise a FAO - Food and Agriculture Organization considera que 1000 m3/ano é o mínimo aceitável para a manutenção da vida humana (FAO 2002). Iremos fazer a análise considerando o critério da FAO e o da ONU. 2.2 Consumo de Energia O consumo de energia está diretamente ligado ao grau de desenvolvimento da população e não há estudos sobre patamares mínimos recomendados pelos órgãos internacionais. BÔA 6
NOVA (1999) comenta sobre a abordagem de como relacionar o consumo de energia com o padrão de desenvolvimento da população medido pelo índice HDI Human Development Index. De acordo com esse autor podemos considerar três grandes grupos de consumo baseado no grau de desenvolvimento medido pelo HDI. Esses três grupos estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Consumo de Energia e Nível de Desenvolvimento Nível de Desenvolvimento Alto desenvolvimento Médio desenvolvimento Baixo desenvolvimento Consumo de Energia per capita anual 4,977 toe 1,007 toe 0,400 toe Fonte: Adaptado de Bôa Nova, Níveis de Consumo Energético e Índices de Desenvolvimento Humano, (1999) Na Figura 2 temos o HDI das principais 20 nações com melhor qualidade de vida no planeta baseado no Relatório de Desenvolvimento Humano da ONU. Na Figura 3 temos o mesmo indicador para as nações menos desenvolvidas. 7
Figura 2 HDI dos 20 principais nações com melhor qualidade de vida Fonte: Relatório de Desenvolvimento Humano 2010. ONU, (2010). 8
Figura 3 HDI dos nações com pior qualidade de vida Fonte: Relatório de Desenvolvimento Humano 2010. ONU, (2010). Para efeito desse estudo vamos considerar um padrão mínimo de uma toe (toneladas de óleo equivalente) por indivíduo por ano e 5 toe s para o padrão do primeiro mundo. 3. Metodologia Adotada Segundo SILVA e MENEZEZ (2001), Pesquisa é um conjunto de ações, propostas para encontrar a solução para um problema, que têm por base procedimentos racionais e sistemáticos. A pesquisa é realizada quando se tem um problema e não se tem informações para solucioná-lo. Com base nessa definição, este trabalho adotou uma metodologia científica para a formulação de uma resposta à pergunta inicial: como a disponibilidade de água potável e geração de energia impactam o desenvolvimento humano e a ecoeficiência? A metodologia utilizada para a formulação da resposta ao problema principal foi do tipo dedutiva: analisamos o comportamento de uma sociedade mais desenvolvida e procuramos analisar os impactos desse comportamento para o meio-ambiente. Do ponto de vista da natureza, a pesquisa realizada foi do tipo aplicado uma vez que teve por objetivo gerar uma solução prática (impacto no meio-ambiente) para um problema específico (alto consumo dos recursos naturais). Do ponto de vista da abordagem do problema consideramos que a pesquisa realizada para conduzir a essa resposta foi do tipo qualitativa uma vez que entendemos haver uma relação dinâmica entre o mundo real e o que podemos esperar com a extrapolação da situação atual, Do ponto de vista dos objetivos e dos procedimentos técnicos utilizamos uma pesquisa descritiva face o estabelecimento de relações entre variáveis de forma que foi possível obtermos uma maior familiaridade com o problema, conforme abordado por GIL (1991). Assim estamos considerando a realização de uma pesquisa bibliográfica referente aos temas de consumo e produção de água potável e energia elétrica. A realização dessa pesquisa bibliográfica utilizou ferramentas de busca em periódicos, anais de congressos e busca em livros e teses. 4. Levantamento dos Dados 9
A disponibilidade mundial da produção de água potável e geração de energia elétrica pode ser obtida mediante consulta a documentos gerados pela Organização das Nações Unidas e seus órgãos técnicos, e da International Energy Agency. 4.1 Água Potável O total de disponibilidade de água potável no mundo é da ordem de 43764 km 3 /ano (FAO 2002) que está distribuído desigualmente pelos diversos países. A Tabela 2 abaixo mostra o padrão de distribuição dessa água doce para os principais agrupamentos de paises; Tabela 2 Disponibilidade de Água Doce no Mundo Grupos de Países Disponibilidade da água potável (Gm 3 /ano) América 19.876 Ásia e Oceania 12.920 Europa 6.874 África 4.441 Fonte: Adaptado da Review of World Water Resources by Country, da FAO (2002) 4.2 Energia Gerada A disponibilidade de produção de energia primária no mundo no ano de 2008 era da ordem de 12267 Mtoe (IEA 2010). A Figura 3 abaixo mostra a evolução dessa produção de energia no período de 1971 a 2008. 10
Figura 4 Quantidade de Energia Mundialmente Produzida Fonte: Key Word Energy Statistics 2010 (2010). No entanto essa produção não é gerada de forma equilibrada em todos os países do mundo. A Figura 5 mostra a relação entre os principais grupos de países e a produção de energia anual produzida pelos mesmos. 5. Resultados e Discussão Figura 5 Geração de Energia por Grupo de Paises em 2008 Fonte: Key Word Energy Statistics 2010 (2010). Neste tópico vamos analisar a produção necessária para atendimento aos padrões mínimos de conforto definidos para as populações, comparando com o consumo para os países mais desenvolvidos e verificando a disponibilidade desse recurso no planeta. Para efeito do estudo vamos considerar a análise por grupos de países e considerando as suas populações. Para efeito da distribuição de água vamos considerar a distribuição prevista na Tabela 3 e para efeito da energia vamos considerar a distribuição prevista na Tabela 4. Tabela 3 Distribuição da População Mundial para Distribuição de Água 11
Grupo de Países População (milhões) Ásia e Oceania 4.192 África 1.030 Europa 739 América 929 Fonte: 2010 World Population Data Sheet - Population Reference Bureau (2010) Tabela 4 Distribuição da População Mundial para Distribuição de Energia 5.1 Análise para Água Potável Fonte: Key Word Energy Statistics 2010 (2010). Considerando que o consumo mínimo recomendado por habitante é de 50 litros por dia e que o consumo médio dos países do primeiro mundo é de 500 litros, e observando a população total de cada continente e correlacionando com a disponibilidade de água temos a seguinte situação: Tabela 5 Analise de Disponibilidade de Água x Necessidade por Continente Grupo de Países População Qtde de água Qtde de água Disponibilidade Disponibilida 12
(milhões) necessária (Gm3/ano) padrão necessária (Gm 3 /ano) padrão primeiro da água potável (Gm3/ano) de por habitante (m3/ano) mínimo mundo Ásia e Oceania 4.192 76,5 765,0 12.920 3.082 África 1.030 18,8 188,0 4.441 4.311 Europa 739 13,5 135,0 6.874 9.301 América 929 17,0 170.0 19.876 21.395 Fonte: Autor (2011) Várias observações podem ser feitas com os dados dessa tabela: a) Para um padrão mínimo de consumo (50 litros/dia) os continentes estariam consumindo entre 0,09 (America) e 0,59% (Africa e Oceania) da disponibilidade anual de água; b) Para um padrão de consumo típico do primeiro mundo (500 litros/dia) o consumo anual passaria entre 0,85 (América) a 5.92% (Africa e Oceania) do total disponível; c) Porém quando se utiliza o critério da FAO que considera 1.000 m3/ano como o mínimo necessário para a manutenção da vida observamos que a situação já é preocupante principalmente para a Ásia/Oceania e Africa que apresentam respectivamente utilização de 32% e 23% do total disponível. d) Essa análise pode ser ainda mais preocupante se considerarmos que a distribuição da água não é uniforme nas regiões. O relatório citado da FAO apresenta vários países com disponíbilidade menor que 500 m3/ano tais como Bahrain, Jordania, Kuwait, Libia, Malta, Qatar, Arabia Saudita, Emirados Árabes e Yemen. 5.2 Análise para Energia Considerando que o consumo recomendado por habitante é de 1 ktoe por ano e o padrão do primeiro mundo é de 5 ktoe/ano, e observando a população total de cada continente e correlacionando com a disponibilidade de energia temos a seguinte situação: Tabela 6 Analise de Disponibilidade de Energia x Necessidade por Continente Grupo de Países População Qtde de Qtde de energia Disponibilida Disponibilida 13
(milhões) energia necessária (Mtoe/ano) necessária (Mtoe/ano) padrão primeiro de da energia (Mtoe/ano) de da energia por habitante (Mtoe/ano) padrão mínimo mundo OECD 1.190 1.190 5.950 5.422 4,56 Oriente Medio 199 199 995 589 2,96 Repúblicas Soviéticas 285 285 1.425 1043 3,66 Não-OECD Europa 53 53 265 110 2,08 America Latina 462 462 2.310 577 1,25 China 1.333 1.333 6.665 2134 1,60 Asia 2.183 2.183 10.915 1411 0,65 Africa 984 984 4.920 650 0,66 Fonte: Autor (2011) Várias observações podem ser feitas com os dados dessa tabela: a) Para um padrão mínimo de consumo (1 toe/ano) a Asia (sem China) e a África já estariam hoje não gerando hoje o mínimo necessário; b) Para um padrão de consumo típico do primeiro mundo (5 toe/ano) apenas os países que compõem o grupo denominado OECD estaria gerando valores próximos ao necessário; c) O mundo estaria consumindo algo em torno de 56% da energia total produzida. 6. Conclusão O estudo apresenta alguns resultados muito significativos em relação ao acesso á agua potavel e a energia, que foram os dois parâmetros considerados para a análise do conforto dos indivíduos. Na questão do acesso à agua potável podemos verificar grandes áreas que já utilizam cerca de 30% da disponibilidade para a manutenção da vida. Na questão da energia os resultados são ainda mais críticos onde o consumo atual já representa mais da metade do total produzido com vastas áreas já não produzindo nem o mínimo recomendado. E essa análise não considera o efeito que a distribuição desses bens não é balanceada em todas as 14
regiões. Os relatórios consultados apresentam vários países que não tem acesso ao mínimo necessário de acordo com a ONU e a FAO. Considerando que o aumento das populações e o seu desenvolvimento irão levar a um maior consumo tanto de água potável como de energia e que o aumento da disponibilidade desses bens impacta diretamente o ambiente, podemos considerar que os valores apurados tem tendência a ficarem ainda mais negativos com o tempo. Assim o estudo realizado permitiu a resposta à pergunta básica da pesquisa, mostrando que a disponibilidade dos dois recursos escolhidos água potável e a geração de energia, irão impactar diretamente o desenvolvimento humano e a ecoeficiência dos sistemas, uma vez que os mesmos não irão permitir seu uso por toda a população mundial no mesmo nível dos países desenvolvidos. Referências Bibliográficas AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELETRICA, Relatório de Informações Gerenciais da ANEEL 2010, 6 p. Brasilia, 2010 COHEN, Claude; Padrões de Consumo: Desenvolvimento, Meio-Ambiente e Energia no Brasil, pag 166, tese de Doutorado apresentado na Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2002 FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION (FAO), Review of World Water Resources by Country, Roma, 2002 GIL, Antonio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. São Paulo: Atlas, 1991. GUIMARÂES, Thiago, Fusão Nuclear, publicado na Physicsact 13, Novembrom 2007, disponível na internet no endereço http://physicsact.wordpress.com/2007/11/13/256/, consulta realizada em 25 de março de 2011 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, Key Word Energy Statistics 2010, 82 p, Paris, 2010 POPULATION REFERENCE BUREAU, 2010 World Population Data Sheet, (2010), disponível na internet no endereço http://www.prb.org/, consulta realizada em 25 de março de 2011 REIS, Lineu Belico dos, Geração de Energia Eletrica, Sâo Paulo: Manole, 2011. RICHTER, Carlos. Água Métodos e Tecnologia de Tratamentos. São Paulo: Blucher, 2009. SILVA, Edna Lúcia da; MENEZES, Estera Muszkat. Metodologia da Pesquisa. Terceira edição Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2001. 121 p. 15
UNITED NATIONS DEVELOPMENT PROGRAMME, Relatório de Desenvolvimento Humano 2006, 440 p, New York, 2006 16