ENERGIA NA AGRICULTURA

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:

I.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.

II.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 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.

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

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 %), ().

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 mostra a distribuição do uso da energia por fonte em países desenvolvidos e em desenvolvimento.

Distribuição do consumo de energia por fonte no mundo

- 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 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 (). 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.

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;

. em termos absolutos, respeitando-se os limite, quanto maior a quantidade de energia aplicada na agricultura, maior a produtividade;

. quanto maior o consumo de energia por trabalhador, maior a produtividade por trabalhador e mais tecnificada é a agricultura;

. em termos comparativos nem sempre maiores consumo de energia por trabalhador, significa maior produtividade de cereais;

. maior utilização de energia por hectare, implica em maior produtividade, segurança na produção, produto de boa qualidade e disponibilidade de alimentos por maior tempo;

A utilização intensiva de energia na agricultura4 eleva positivamente a produtividade agrícola, o que para países com áreas físicas próximas do total aproveitamento, constitui-se na saída para compatibilizar a demanda crescente de alimentos ao lado das importações e de um controle de natalidade dentro de um planejamento familiar.

FLUXO DE ENERGIA NO SETOR RURAL

Em última análise a atividade agropecuária consiste em coletar e armazenar a energia solar, transformada pela fotossíntese e pelos processos metabólicos, em alimentos e matéria prima para vários fins. Mas, para usufruir desta produção (vegetal e animal), o homem precisa dispor de energia para preparar o solo, irrigar, combater as pragas, transportar a colheita, beneficia-la, armazená-la, etc. Para isso precisa utilizar diferentes formas de energia: fóssil, muscular, térmica, energia da biomassa, elétrica, solar, etc.

O consumo de energia no setor rural se dá de forma direta e indireta, . Consideraremos apenas o consumo direto, ficando o indireto contabilizado nos setores industrial e de transportes.

- Utilização da energia na forma direta e indireta na agricultura

Dentro do processo de produção, a energia utilizada na agricultura pode se dar de três modos:

a) Energia que não é utilizada diretamente pelo processo produtivo.

É aquela utilizada nas moradias rurais, como a energia para aquecimento, iluminação, cocção de alimentos, energização de aparelhos eletrodomésticos, etc. Como suprimento de energia para alguns destes fins destacam-se o biogás para iluminação e cozimento, a energia solar para aquecimento de água e secagem de alimentos, a energia eólica para geração de eletricidade e bombeamento de água, o aproveitamento de pequenos mananciais hídricos para produção de energia elétrica, etc. Compreende ainda nesta categoria a energia gasta com infra-estrutura como: instalações para armazenamento de grãos, aviários, ordenhas mecânicas, fábrica de ração, transporte, etc.

b) Energia utilizada diretamente pelo processo produtivo, mas que não é convertida em energia no produto final.

É a utilização nas operações agrícolas que tornam possível o processo produtivo, mas que não vem a fazer parte do produto final. Ex: a energia fornecida pela mão-de-obra, pelos animais de tração, pelas máquinas agrícolas (arar, gradear, plantar, adubar, aplicação de defensivos, podas, carpas, colheitas), etc.

c)Energia convertida em produto final. É a utilizada na manutenção e no crescimento de animais e plantas, ou aquela que será armazenada na forma de alimento ou de material combustível (p. ex. álcool, carvão vegetal, lenha, etc). Cita-se ainda como exemplo a energia solar utilizado na fotossíntese, os nutrientes do solo e os fertilizantes ou alimentos no caso de animais.

Com relação ao consumo de energia especificada nos itens a e b, observa-se discrepância na utilização desta quando se compara países com diferentes níveis de desenvolvimento (Quadro 3). Observa-se que nos países desenvolvidos, o maior consumo de energia na agricultura corresponde ao preparo do solo, plantio e colheita, ou seja, às atividades mecanizadas; em segundo vem o consumo de fertilizantes. Nos países em desenvolvimento o maior consumo está no uso de fertilizantes, o que reforça a tese do aumento de produção à custa do uso de fertilizantes do que de tecnologia empregada.

Quadro 3 - Distribuição percentual da energia em diferentes etapas do processo produtivo em países desenvolvidos e em desenvolvimento.

Níveis dos Preparo do Fertilizantes Irrigação Combate as

Países Solo Pragas

Desenvolvidos 57 39 3 0,9

Em Desenvolvimento 26 59 14 1,0

Mundo 50 45 4 1,0

ALIMENTO E DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA

A energia gasta na cadeia alimentar é várias vezes superior àquela utilizada na produção agropecuária, Quadro 4. Na agricultura moderna, a utilização de energia na produção de alimentos é praticamente a mesma tanto nos Estados Unidos, quanto no Brasil. Porém, o consumo de energia para o transporte é maior no Brasil, mostrando que a agricultura brasileira está irracionalmente distribuída em relação aos centros consumidores. É comum transportar insumos agrícolas a distâncias superiores a 1000 km, e em seguida trazer alimentos. Há casos em que os gastos com transporte onera demasiadamente o preço final do produto, em alguns casos inviabilizando sua comercialização. Cita-se como exemplo os custos do frete em Mato Grosso que variam de US$ 60 a US$ 100 por tonelada de soja transportada até aos portos exportadores (Santos-SP ou Paranaguá-PR). Os custos com a soja produzida na região de Sorriso (460 quilômetros ao Médio Norte de Cuiabá), podem chegar a US$ 100. Para se ter uma idéia do peso do custo transporte , uma tonelada de soja, colocada no porto, vale US$ 240. Portanto, mais de 40% da renda do produtor fica no frete. Com custos elevados o país perde em competitividade e renda.

Quadro 4 - Energia comercial utilizada na cadeia alimentar americana 1977

Atividade

% sobre o total da cadeia alimentar

% sobre o consumo total do país

Produção agropecuária

18

3,0

Processamento

33

5,4

Transporte

3

0,5

Conservação e vendas

16

2,6

Preparo domiciliar

30

5,0

Total

100

16,5

O percentual de energia utilizado no processamento de alimentos nos USA, é bem superior ao do Brasil. Esta é uma tendência mundial e deve-se ao fato de que existe uma tendência em comercializar produtos mais elaborados, não para atender aspectos de mercado, mas para preservar a qualidade do alimento por mais tempo (extratos, sucos, frutas secas, etc.). Desta forma o alimento fica disponível o ano todo, independente das safras agrícolas, evitando-se o desperdiço e e possibilitando o controle de preços no mercado por meio de estoques reguladores, além de ter função estratégica no caso de catástrofes e guerras.

Da energia utilizada para o processamento de alimentos, boa parte está empregada no empacotamento, engarrafamento, utilização de embalagens descartáveis, refrigeração, etc. Este consumo de energia pode impor (forçar) alguns países a desenvolverem métodos que aumentam a velocidade de manipulação e comercialização, e que outros métodos de conservação sejam utilizados de modo reduzir o desperdício. A utilização de descartáveis na comercialização de alimentos semi-preparados, a utilização do forno de micro ondas no preparo rápido dos alimentos, trouxe comodidade para a vida moderna, porém, o impacto ambiental decorrente do descartes das embalagens além de representar agressão ao meio ambiente, representa um grande desperdício de energia. Algumas empresas preocupadas com sua imagem estão voltando a utilizar vasilhames retornáveis e embalagens recicláveis como medida de preservação ambiental.

No Brasil o setor primário é muito dependente de óleo diesel. Esta dependência onera os custos dos produtos oferecidos à população por estar o preço deste insumo sujeito as oscilações do mercado exterior. Uma das soluções para diminuir o consumo de energia proveniente dos combustíveis fósseis na agricultura, é a utilização de fontes renováveis de energia facilmente obtidas no campo, principalmente as provenientes de biomassa. Exemplificando: o bagaço de cana com até 20 % de umidade, reduz os custos de transporte5 e não apresenta problemas quanto ao armazenamento. Três toneladas de bagaço de cana equivalem a uma tonelada de óleo BPF. Em muitas usinas o bagaço de cana deixou de ser um resíduo, constituindo-se um insumo de grande valor energético utilizado como combustível para geração de vapor e energia elétrica. Outras opções estão surgindo como o biodiesel e o álcool carburante, ambos podendo ser produzidos em pequena a nível de fazenda, ou em escala industrial para atendimento a grandes consumidores.

REGIONALIZAÇÃO DOS PREÇOS DOS COMBUSTÍVEIS

Os derivados do petróleo constituem insumos energéticos largamente utilizados na agricultura para movimentação de tratores, colhedoras, motores estacionários, geradores de energia elétrica, moto-bombas para acionamento de equipamento de irrigação, etc. Os custos destes insumos quando não inviabilizam a exploração agrícola, torna-a bastante onerosa sacrificando produtores e consumidores. Os aumentos crescentes dos preços dos combustíveis (gasolina, GLP e diesel) têm despertado o interesse pelas fontes renováveis de energia em atividades agrícolas, que só não é maior devido aos subsídios que alguns combustíveis recebem. É preciso considerar que no futuro as reservas de petróleo chegarão à escassez e o desenvolvimento da humanidade dependerá da tecnologia e infra-estrutura para utilização de fontes renováveis de energia. As propriedades rurais por sua própria natureza, podem utilizar formas alternativas de energia não disponíveis nas cidades, e com isto reduzir os custos de produção . Dentre estas fontes cita-se a energia proveniente da biomassa (madeira, carvão, álcool, biodiesel, gasogênio), do sol (energia para aquecimento de água, ar para secagem de produtos agrícolas, produção remota de energia elétrica), dos ventos (energia mecânica para bombeamento de água e geração de energia elétrica), das pequenas quedas d água e outras.

A adoção de uma política de auto-suprimento local ou regional de energia para o setor agrícola, e o incentivo a produção de energia no próprio local de consumo evitaria o vai-e-vem de combustíveis, possibilitaria a implantação de agroindústrias, geraria empregos e contribuiria para a redução do fluxo de êxodo rural .

ENERGIA COMO FATOR DE PRODUÇÃO E DESENVOLVIMENTO SÓCIO-ECONÔMICO DO MEIO RURAL

O homem do campo além de produzir para o sustento de sua família, necessita produzir excedentes para que possa obter os recursos necessários aos investimentos em sua propriedade e, desta forma, promover o seu desenvolvimento.

A falta de energia em muitas propriedades rurais é o principal fator que impede o seu progresso6.

A negação do acesso a energia às populações isoladas, as fazem esquecidas, ignorantes, sofridas, marginalizadas e até mesmo doentes. O acesso a energia elétrica via concessionárias, apresenta custos elevados para a maioria dos agricultores. Sem a ajuda de cooperativas ou de programas de governo voltados especificamente para este propósito, o homem do campo continuará na penúria e a agricultura produzindo ineficientemente para uma população cada vez maior7. Levar energia à população rural significa dar lhes condições dignas de vida, fixá-los no seu habitat natural e dar condições para que eles façam aquilo que melhor sabem fazer: dedicar-se a terra e a pesca. O Governo deve assumir seu papel de integrar atividades econômicas e assumir os investimentos ou os financiamentos necessários a energização de vilas e comunidades, liberando os parcos recursos destas comunidades para a mais rápida e completa eletro-automação de suas propriedades .

A obtenção de energia no meio rural por meio de fontes locais conscientiza o produtor da necessidade de se manter o equilíbrio da natureza, de conservar o solo, a água, as matas, de melhor aproveitar os rejeitos agrícolas e de animais8. Estas condições promovem a fixação do homem no seu próprio ambiente devido a uma maior atividade agrícola, evitando o êxodo e sua marginalização nas cidades.

A energização rural permite a utilização mais eficiente de máquinas e equipamentos agrícolas, pelo plantio e colheita de culturas e biomassas em épocas distintas e, maior segurança e qualidade na produção de alimentos. O aumento da produção traz ganhos de capital, o próprio comércio local e mesmo o Estado saem ganhando com a venda de eletrodoméstico, equipamentos para irrigação, maquinários agrícolas, etc. O Estado passa a arrecadar mais imposto e a economia local a se desenvolver.

A presença de energia elétrica no campo é sem dúvida a grande incentivadora da produção. Permite ao homem do campo diversificar sua produção gerando novos empregos e modificando o comportamento sócio-cultural da população local pelo acesso aos meios de comunicação e, novas infra-estruturas como saneamento, escolas9, etc. Além destes benefícios, a energia possibilita que a assistência médica chegue até o campo, crianças tenham atendimento odontológico e a comunidade rural acesso a postos e a exames médicos e, a integração da zona rural aos centros urbanos propiciando o desenvolvimento harmônico, sem desequilíbrio e tensões sociais entre as duas áreas.

Com energia disponível na propriedade, orientado tecnicamente e adotando sistemas integrados de produção, o homem do campo caminhará para a auto-suficiência tornando sua atividade produtiva e lucrativa pela redução nos custos de produção, trazendo-lhe maior satisfação, conforto e a tranqüilidade de uma vida saudável no campo, longe da vida estressante, violenta e poluída das grandes cidades.

SISTEMA INTEGRADO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA E ALIMENTOS

Os sistemas integrados visam a auto suficiência do agricultor na produção de energia e alimentos. A ilustra um sistema integrado de produção de energia e alimentos em atividades agropecuárias.

- Sistema integrado de produção de energia e alimentos10

Para que um sistema integrado traga os benefícios esperados é necessário:

a) conservar os recursos naturais;

b) reciclar os produtos orgânicos;

c) usar fontes locais de energia renovável;

d) diversificar a produção de alimentos e de energia;

e) integrar as diversas atividades através da complementaridade;

f) ter nível de investimentos compatível com as diversas escalas de produção.

PLANEJAMENTO E USO DA ENERGIA NO MEIO RURAL

Para conhecer a demanda por energia no meio rural, deve-se delimitar as fronteiras entre o sistema de produção agrícola, florestal e pastoril (setor rural), dos setores industriais e de transportes. Deve-se considerar como fronteira do setor rural aquela delimitada pelas cercas das fazendas e, que suas atividades referem-se apenas a produção, pré-processamento e armazenamento de produtos primários, antes de qualquer tipo de industrialização e transporte para fora da fazenda. Portanto, o consumo de energia do setor rural será a soma dos consumos de energia de todas as fazendas e propriedades rurais produtivas, em atividades realizadas internamente as suas cercas para produzir, transportar e armazenar os produtos primários das plantações e das criações e, evidentemente, para alimentar e dar moradia ao pessoal do campo.

O tipo de sistema ou tecnologia a ser utilizada, deve ser escolhido em função das necessidades de energia de um sistema rural específico, dos recursos disponíveis a sua realização e, da atividade econômica envolvida. A utilização desta energia depende de dois fatores:

a) disponibilidade de potencial energético;

b) capacidade tecnológica para convertê-la em calor e trabalho;

As etapas envolvidas no planejamento energético do meio rural devem levar em consideração:

a) descrição das dimensões ecológicas, sociais e econômicas do sistema a ser implantado;

b) análise energética do sistema;

c) identificação das rotas tecnológicas possíveis para suprir os requerimentos energéticos do sistema;

d) avaliação econômica, social e ambiental das alternativas tecnológicas possíveis; e

e) recomendações para implantação do sistema;

CLASSIFICAÇÃO DAS FONTES DE ENERGIA

Os diferentes tipos de energia utilizados pelo homem têm sua classificação de acordo com a sua origem e natureza. As fontes energéticas são classificadas em dois grandes grupos:

a) Fontes de energia não renováveis

Denomina-se energia não renovável aquela que extraída continuamente da natureza, tende a se esgotar não sendo mais possível a sua renovação pela natureza, em outras palavras: suas reservas são finitas.

As principais fontes energéticas não renováveis são oriundas dos combustíveis fósseis e dos combustíveis nucleares. Estas reservas são limitadas, restritas a algumas partes do globo e levaram milhares de anos para serem formadas pela natureza. A grande vantagem destas fontes é que possibilitam o armazenamento da energia por vários anos. Dentre os combustíveis fósseis os que mais se destacam são: gás natural, petróleo, carvão mineral, turfa, rochas betuminosas e xisto. Os combustíveis fósseis se formaram durante a Idade Carbonífera da Era Paleozóica, há mais de 300 milhões de anos. As plantas, árvores e animais soterrados, sob a ação da pressão e do calor, na ausência de oxigênio, transformaram lentamente seus carboidratos em hidrocarbonetos.

CARACTERÍSTICAS DE ALGUNS COMBUSTÍVEIS FÓSSIES

GÁS NATURAL

O gás natural é constituído por uma mistura de hidrocarboneto, sendo o metano (CH4) o principal constituinte da mistura, com mais de 88 % em volume. O gás natural normalmente se encontra preso no topo dos reservatórios de petróleo, de modo que sua exploração é feita conjuntamente com a extração do petróleo, mas pode ser encontrado isoladamente. Para sua utilização até o ponto de consumo, exige a construção de milhares de km de gasodutos, como é o caso do Brasil ao comprar este produto da Bolívia a um preço superior ao gás natural produzido no país.

Este combustível é responsável por aproximadamente 20 % da energia consumida na Terra, sendo superado apenas pelo petróleo e pelo carvão. Em alguns países como a Holanda, chega a representar 50 % do suprimento energético. No Brasil os principais campos produtores estão no Rio Grande do Norte, Ceará, Alagoas, Sergipe, Bahia, Espirito Santo e Rio de Janeiro. A participação do gás natural na matriz energética brasileira deverá aumentar nos próximos anos, com a descoberta do gás na Bacia de Santos. Com o objetivo de aumentar o consumo deste energético, o governo tem incentivado seu uso em veículos, embora o país não seja auto-suficiente na produção deste energético e nem tenha uma política que garanta o abastecimento e o preço do produto. Atualmente 50 % do gás consumido no Brasil vem da Bolívia. Com a crise de energia elétrica em 2001, o governo incentivou a construção de termoelétricas a gás. O uso do gás para gerar energia elétrica não parece muito racional, a não ser em casos específicos. Os investimentos em construção de gasoduto, a baixa eficiência de conversão (50 %) e o mal uso final, no caso de aquecimento elétrico, constituem uma distorção às leis da termodinâmica e às econômicas11. O custo médio de produção de 1 MWh de uma termoelétrica é de R$ 170,00. Alguns críticos sugerem que o gás natural produzido no país, por ser mais barato que o importado, deveria ser destinado às indústrias e ao transporte de massa12. Emissão de CO2 em g/kWh: 631.

PETRÓLEO

É um combustível encontrado na natureza na forma líquida e em diferentes densidades. As reservas de petróleo no mundo são estimadas em 1 trilhão de barris. Se a taxa de consumo manter-se constante aos valores de hoje, estima-se que atingirá a exaustão na década de 8013. Do petróleo se extrai praticamente quase a totalidade dos combustíveis utilizados pela humanidade, sendo os principais: gasolina, querosene, óleo diesel, nafta, GLP, etc. Estas substâncias são obtidas a partir da refinação do petróleo pelo processo de destilação fracionada, onde as diferentes frações do óleo cru são separadas em função de suas temperaturas de ebulição.

O petróleo já era utilizado a cerca de 4000 anos AC. Os povos da Mesopotâmia, do Egito, da Pérsia e da Judéia já utilizavam o betume para pavimentação de estradas, calafetação de obras civis, lubrificação, aquecimento e iluminação de habitação, e até como laxativo.

A principais reservas de petróleo encontram-se na Arábia Saudita, Iraque, Kuwait, Irã, Emirados Árabes, Rússia, Venezuela, China, Líbia, México, Nigéria, Estados Unidos, Argélia e Noruega, países com reservas com mais de 10 bilhões de barris (). No Brasil, a produção diária de petróleo foi em setembro de 1,762 milhões de barris14. Como são poucos os países produtores e muitos os dependentes, o petróleo é transportado para a refinaria destes países viajando milhares de quilômetros, com elevado risco de desastres e danos a natureza durante o transporte. Emissão de CO2 em g/kWh, diesel: 808; óleo combustível: 796.

Principais países com reservas de petróleo.

CARVÃO MINERAL

O carvão mineral foi responsável pelo grande impulso que tomou a humanidade rumo a industrialização, por ter sido o principal combustível utilizado para geração de vapor.

Em âmbito mundial, as reservas brasileiras são estimadas em apenas 1 %. Mais de 90 % das reservas mundiais de carvão estão em poder dos Estados Unidos, África do Sul, Canadá, Rússia, Polônia e China. Os países que apresentam maior dependência são Japão, Bélgica, Holanda, Dinamarca, França, Itália e Espanha.

O carvão mineral é um combustível sólido com um poder combustível cerca de 50 % inferior ao do petróleo. Sua principal vantagem sobre o petróleo reside no fato de que suas reservas, embora finitas, são mais duradouras, com previsão para 169 anos. Sua exploração e uso requerem mais pesquisas para sua utilização racional e para resolver os problemas que seu uso impõe como a poluição, liberação de óxido de enxofre quando queimado (tóxico e corrosivo), emissão de dióxido de carbono, etc. O carvão mineral é o combustível fóssil mais abundante na Terra. Os de melhores qualidades são os mais antigos. O antracite ou carvão duro, normalmente se encontra em camadas mais profundas nas minas de carvão, sendo por este motivo de difícil extração e mais caro. O carvão betuminoso, ou mole, constitui cerca de 50 % das reservas mundiais sendo muito utilizado na indústria siderúrgica. Emissão de CO2 em g/kWh: 973.

TURFA

A turfa é o primeiro produto resultante da decomposição dos vegetais antes de dar origem ao carvão vegetal. Tem origem na sedimentação de areia, limo e argila formados em terrenos alagados, onde são depositados os vegetais, principalmente musgos e algas. O teor de água na turfa varia de 60% a 90% do seu peso, o que exige técnicas para secagem e tratamentos especiais como a pirólise e gaseificação. A turfa é uma matéria orgânica humificada rica em nitrogênio, razão pela qual é muito utilizada como fertilizante. Leva-se de 300 a 500 anos para formar uma camada sedimentar de 30 cm de turfa. Para exemplificar a importância da turfa, na Irlanda ela é responsável por 20 % do total de energia elétrica produzida naquele país. As reservas brasileiras de turfa são cerca de 13 vezes maiores que as de petróleo em volume.

XISTO E ROCHAS BETUMINOSAS

O xisto é uma camada de rocha sedimentar que contém matéria orgânica disseminada em seu meio mineral. Este material quando aquecido até temperatura de 400 a 600 C, produz o óleo de xisto bruto. Este óleo quando refinado produz combustível análogo aos obtidos pela refinação de petróleo. Uma tonelada de rocha de xisto produz cerca de 30 a 180 litros de óleo de xisto. As reservas mundiais de xisto são quatro vezes maiores que as de petróleo. A exploração do xisto é cara e trabalhosa, além de causar impacto ambiental como poluição hídrica, emissões gasosas de enxofre, etc. As maiores reservas de xisto estão nos EUA, Brasil (Paraná) e União Soviética.

ENERGIA NUCLEAR

A energia nuclear tem sido apontada por alguns como a solução para o fim do problema da poluição causada pelos combustíveis fósseis nas termoelétricas. A energia nuclear vem sendo utilizada naqueles países que não dispõem de recursos hídricos suficientes para a produção de energia elétrica ou de outras fontes de energia para funcionamento de termoelétricas. Entretanto, os riscos e os custos com retenção de rejeitos radioativos e com segurança tem tornado esta tecnologia muito mais cara que as usinas tradicionais. Porém, com o aumento dos preços do petróleo, sua escassez prevista ainda para o final deste século, e as advertências recentes feitas pelo IPCC muitos países têm investido neste tipo de energia. Fala-se na renascença da era nuclear. Atualmente 10 países estão construindo 24 usinas nucleares.

A energia nuclear é uma das fontes que menos contribuem para o aquecimento da atmosfera. Segundo a Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE), 1 MW ao longo de um ano produzido por uma termoelétrica a carvão vegetal libera na atmosfera 5 toneladas de CO2, SO2, cinzas e metais pesados; uma usina a óleo 4,8 toneladas e a gás natural 2,4 toneladas, enquanto que resíduos liberados para atmosfera por uma usina atômica, 23 kg e 1 kg de resíduo de alta atividade.

A obtenção da energia nuclear se dá através de dois processos: A FISSÃO NUCLEAR e a FUSÃO NUCLEAR. A fissão nuclear consiste na ruptura do núcleo de átomos de urânio, resultando dois átomos de peso atômico menor e cuja massa total é menor que a soma das massas do núcleo principal; a massa perdida é transformada em energia mediante a relação E = mc . É o processo utilizado na geração da energia atômica nos dias de hoje.

A fusão nuclear consiste na combinação de núcleo de átomos de elementos mais leves, como o DEUTÉRIO. A combinação de dois núcleos atômicos produz um núcleo cuja massa é maior do que a massa total obtida pela soma das massas originais; o excesso de massa se converte em energia. Para que este processo ocorra são necessárias altas temperaturas, difícil de se obter na prática. Neste processo 1,0 grama de hidrogênio ao sofrer fusão produz 15 vezes mais energia que na fissão de 1,0 grama de urânio.

O urânio U235/92 é o único elemento na natureza que pode sofrer uma fissão nuclear e representa menos de 1,0 % do urânio encontrado na terra. Cada 100.000 átomos de urânio natural contém apenas 711 de U-235 e quase o restante de U-238. Se a energia nuclear dependesse inteiramente do U-235, a era dos combustíveis nucleares seria muita curta. Graças a um processo denominado "BREEDER", é possível num reator especial transformar o U-238 em Pu-239 e U-233, ambos passíveis de fissão. O tório, cujas reservas brasileiras são boas, também é passível de ser transformado em U-233. O Brasil possui a 6ª maior reserva de urânio (310 mil toneladas estocadas e estimativas de mais 800 mil toneladas) e é uns dos oito países do mundo detentores da tecnologia de enriquecimento15. Segundo projeções, o Brasil teria reservas para alimentar as três usinas atômicas (Angra 1, 2 e 3) por 520 anos. Nos últimos três anos o preço do urânio aumentou de US$ 12 por libra para US$ 90. Atualmente a Coréia do Sul e a França estão interessados em comprar nosso minério, mas a decisão do governo é não exportar o urânio natural. Uma das vantagens da utilização da energia nuclear na geração de energia elétrica, esta no fato de não depender de condições climáticas e hidrológicas, que levaram ao racionamento de energia em 2001 e não emitirem gases causadores do efeito estufa. Os principais inconvenientes da utilização da energia nuclear são as escórias radioativas e o calor de rejeito no entorno da usina. Os riscos de acidentes nas usinas atômicas hoje são mínimos. Atualmente, uma usina de 1000 MW produz 1 MWh ao custo de R$ 150,00.

Na agricultura a energia nuclear encontra aplicação na irradiação de produtos agrícola com raios gama, para redução de perdas pós-colheita.

b) Fontes de Energia Renováveis

São aquelas que uma vez utilizadas podem ser renovadas pela natureza. As energias renováveis são seguras e naturais e podem garantir o futuro da humanidade se o homem souber respeitar a natureza. Dentre as mais importantes estão: energia solar, energia da biomassa, energia hidráulica, energia eólica, energia das marés, energia geotérmica, energia dos detritos e energia dos gradientes térmicos dos oceanos.

O Brasil é um dos principais países do mundo que apresenta alta participação de energia renovável em sua matriz energética, aproximadamente 45 %.

ENERGIA SOLAR

É a única fonte de energia presente em todas as partes do planeta. Trata-se de uma fonte não poluente que quando comparada com a escala de vida do homem, pode se dizer inesgotável. Sua utilização é imprescindível para manutenção de equipamentos orbitais. Uma das grandes vantagens da energia solar é que foge ao monopólio de energia que restringe a flexibilidade da economia privada.

Da radiação total incidente sobre a superfície da terra, 30 % é refletida de volta ao espaço na forma ainda de comprimento de ondas curtos. Quarenta e sete porcento (47 %) são responsável pelo aquecimento da superfície da terra, atmosfera e dos oceanos. Vinte e três porcento (23 %) utilizado pelo ciclo hidrológico e uma porcentagem inferior a 1,0 % utilizado na formação de ventos, correntes marítimas e pelas plantas. Em média a intensidade energética corresponde a 1 kW.m-2 ao nível do mar.

A energia solar pode ser utilizada direta ou indiretamente.

INDIRETAMENTE a energia solar é responsável pela energia da biomassa, eólica, hidráulica e mesmo as fontes não renováveis é em última análise uma forma indireta de utilização da energia solar.

A energia solar é a principal responsável pela formação do clima no mundo, devido ao aquecimento da terra e dos mares. Nos trópicos os raios solares incidem menos inclinados que nas regiões polares, aquecendo mais as regiões situadas entre os trópicos de câncer e capricórnio. As diferenças de temperaturas levam a formação de zonas de baixa e alta pressão que juntamente com a ação de outros fatores, são responsáveis pela formação de ventos, tempestades, etc.

DIRETAMENTE a energia solar é utilizada em aquecedores de água, secadores de grãos, fogões solares, casa de vegetação (estufas), células fotovoltaicas (para produção de energia elétrica para alimentação de satélites, bóias de sinalização, lapejador, residências, etc, ), captação e transformação em biomassa (fotossíntese), aquecimento de ambientes, etc. Por encontrar-se de forma dispersa e apresentar baixa densidade energética é necessário concentra-la ou utilizar vários painéis para coletá-la.

Segundo MESQUITA (2000), cada 1 m2 de coletor solar instalado permite economizar 55 kg de GLP, 66 litros de diesel/ano, evita a inundação de cerca de 56 m2 para a geração de energia elétrica e elimina anualmente o consumo de 215 kg de lenha. O estudo das utilizações práticas da energia solar será feito em capítulo a parte.

Residência com aproveitamento de energia solar. No teto painéis fotovoltaicos e fachada com amplas janelas de vidro.

A principal aplicação da energia solar na agricultura está na secagem de produtos agropecuários (cereais, frutas e carne), aquecimento de água, fornecimento de energia elétrica em comunidades isoladas e no bombeamento de água para pequenos sistemas de irrigação.

Embora na Europa a disponibilidade da energia solar se dê a níveis bem inferiores a verificada no Brasil, o estudo da utilização da energia solar tem se desenvolvido muito nos últimos anos, devido ao rigoroso inverno europeu e aos elevados gastos com combustíveis fósseis no aquecimento do ambiente de permanência. O Brasil pela sua extensão territorial e sua localização geográfica, possui energia solar em abundância e em qualidade. A disponibilidade média de energia solar que chega ao Brasil é de 1023 J. Para se ter uma idéia deste valor, basta citar que o consumo anual de energia no mundo é de 2,5 . 105 J.

Dois parâmetros são importantes para a exploração da energia solar: o índice de insolação em horas (medida pelo heliógrafo), e a intensidade da irradiação solar que atinge a terra quer na forma direta ou difusa. Uma região com 2500 h por ano de insolação, permite o aproveitamento satisfatório da energia solar. A inconstância no suprimento da energia solar ocasionada pelos períodos de noite ou mal tempo, são os principais aspectos negativos da utilização o que exige sistemas de armazenamento e fontes adicionais de energia para complementação. Atualmente, o preço médio do MWh proveniente de usinas solares é de R$ 1.700,00.

ENERGIA DA BIOMASSA

A BIOMASSA é constituída por toda matéria viva existente em um lugar, assim como os restos dessa matéria em decomposição. Plantas e animais mortos ou vivos constituem a biomassa.

Embora seja para alguns países do terceiro mundo a principal fonte de energia, tem participação importante na matriz energética de muitos países do primeiro mundo, como Finlândia e Suécia, onde é responsável por 19 e 16 % da energia, respectivamente16. A Dinamarca adotou uma política de substituição dos combustíveis fósseis pela biomassa. Uma taxa foi introduzida nos derivados de petróleo e no carvão mineral para desestimular seu uso e subsidiar pesquisas de modernos sistemas de produção de energia a biomassa. Atualmente 6 % da energia total consumida naquele país é proveniente da biomassa (resíduos florestais e agrícolas, boa parte na forma de chip e peletes). No Brasil, segundo a ELETROBRÁS, 2 % do território nacional plantado com cana ou mandioca, poderiam suprir todas as necessidades de combustível do País.

O uso da biomassa tem despertado o interesse dos Europeus por apresentar-se favorável ao meio ambiental, uma vez que a emissão de CO2 na atmosfera, proveniente da queima da biomassa, é compensada pela absorção de nova biomassa plantada.

No meio rural, especialmente na China, o biogás, gás resultante da fermentação anaeróbia de dejetos e resíduos agrícolas, é amplamente utilizado. Existem no país em cerca de 7 milhões de biodigestores.

O aproveitamento dos recursos da biomassa depende em muito da utilização direta e indireta da energia solar. Da biomassa pode-se extrair: alimentos para os homens e animais, conservar os alimentos de origem vegetal e animal por meio de secagem utilizando a biomassa como fonte de energia, obter energia através de biogás resultante da fermentação de dejetos de animais e restos culturais, produção de madeira, óleo combustível, comestível e lubrificante à base de plantas, produção de carvão vegetal, álcool, borracha, essências, cosméticos, fármacos, etc. No Brasil a principal biomassa explorada é a madeira para a utilização como lenha e carvão vegetal, e a cana de açúcar para produção de álcool. Em 2005 os Estados Unidos ultrapassaram o Brasil na produç