Ecologia Industrial é uma importante estratégia a favor do Desenvolvimento Sustentável. Cada vez mais se torna necessária conhece-la e desenvolve-la por ser uma solução concreta para o tratamento dos infinitos resíduos que a cada dia são gerados em nosso planeta.

1. Ecologia Industrial
Definições e Conceitos
Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiS
Disciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010

2. Ecologia Industrial
• Revolução Industrial – iniciada no século XVIII mudou
radicalmente a relação humanidade/ambiente com a
invenção das máquinas, que multiplicaram a capacidade
do homem de alterar o ambiente.
– A Indústria
• Contexto: é a maior responsável pela dispersão de substâncias
tóxicas no meio ambiente e por isso torna-se urgente, e necessário
promover mudanças na forma de tratar os problemas ambientais.
• Problema: Remediar e controlar os poluentes tornou-se
insuficiente, sendo necessário direcionar os esforços no sentido de
reduzir e, principalmente, prevenir o descarte de substâncias
nocivas no ambiente.
• Ecologia Industrial – propõe o estudo do sistema
industrial inserido no ambiente, e não somente o estudo
de um conjunto de empresas, considerando que todos
os resíduos/materiais devem ser continuamente
reciclados dentro do sistema e somente a energia solar
ilimitada seria utilizada de forma dissipativa.

3. Ecologia Industrial
• Para atender esta abrangência, a Ecologia Industrial está
baseada no estudo de Sistemas e na Termodinâmica.
– Sistemas: Utiliza-se da abordagem sistêmica, pela qual se
analisa o sistema industrial, seus produtos, resíduos e a interação
destes com o meio ambiente.
• Donella e Dennis Meadows (1972) utilizaram a análise de sistemas
para simular a degradação ambiental do planeta, alertando para a
insustentabilidade do sistema industrial vigente.
– Termodinâmica: ramo que estuda as relações entre energia,
calor e trabalho.
• O primeiro princípio: lei de conservação de massa e energia.
Possibilita o balanço de materiais e energia dos sistemas.
• O segundo princípio da termodinâmica – a entropia(desordem, degradação energética)
do universo cresce na direção de um máximo – Jeremy Rifkin (1989)
usou como base para criticar a sociedade e a economia.

4. Ecologia Industrial
Ciclo Biológico
• A analogia
entre sistemas industriais e ecossistemas.
– Vem ganhando força e levando considerações sobre as interações do
sistema com o meio ambiente.
– A Ecologia Industrial resgata a idéia de que a antroposfera é parte da
biosfera e que somente pode existir em equilíbrio dinâmico com as
outras partes do sistema, a atmosfera, a hidrosfera e a litosfera.
• Meio ambiente
sistema natural
• O ciclo biológico de materiais e energia é mantido por três grupos:
– Os produtores são aqueles capazes de produzir seu próprio alimento
por fotossíntese ou síntese química, como as plantas e algumas
bactérias.
– Os consumidores são aqueles que obtêm alimentos das plantas
(herbívoros), de outros animais (carnívoros) ou ambos (onívoros).
– Os decompositores, como fungos e algas, degradam a matéria
orgânica de produtores e consumidores, produzindo substâncias
inorgânicas que podem ser utilizadas como alimento pelos produtores.
• São os recicladores da biosfera.

5. Sistema Natural e Industrial
Ecologia Industrial

6. Sistema – Definições e Conceitos
• Sistema é um conjunto de elementos que se encontram em
interação, se inter-relacionam ou são interdependentes. Cada
elemento do sistema tem propriedades específicas, das quais
depende o funcionamento total do sistema. Ele se distingue entre
sistemas abertos e sistemas fechados.
– Sistema Aberto
• É todo sistema que se relaciona com o ambiente
onde se insere, adaptando a sua estrutura e os
seus processos internos ao ambiente.
• Ele tem informação, comunicação, organização,
complexidade e heterogeneidade.
• Um sistema aberto pode interagir com o seu meio,
por meio de entradas e saídas.
Biologia:
Sistemas
abertos
precisam se alimentar de um
contínuo fluxo de matéria e de
energia extraída do seu meio
ambiente para permanecerem
vivos.
Equilibrio
Dinâmico
– Sistema Fechado
• É o que não tem contato significativo com o
ambiente.
• O sistema fechado, onde apenas há matéria, tem
caos, simplicidade, homogeneidade, determinismo,
causalidade e entropia.
• Um sistema fechado é auto-contido.
Entropia

7. Ecologia Industrial
Sistema Natural
Ecossistema: um conjunto de plantas,
animais e microorganismos que vivem
em um ambiente físico-químico.
O Ciclo Biológico
Sistema Natural
Sistema Fechado
O Sol fornece
a energia para
a fotossíntese
Planeta Terra: vêm evoluindo
a 4,6 bilhões de anos na
formação do seu ecossistema.
Produção do CO2
necessário para a
fotossíntese
Plantas
mortas
microorganismos
nutrientes
Sistema Fechado

8. Ecologia Industrial
Sistema Natural
•
Modelo produção-consumo-reciclagem
– Em um ecossistema, o fluxo maior de transferência de matéria ocorre
entre o produtor (plantas) e o reciclador (bactérias) e apenas uma fração
pequena deste fluxo passa pelo consumidor (animais/homem).
– Sistema natural x Presença humana: desde o início da história da
humanidade, as populações utilizavam plantas nativas, animais e minerais, que
eram transformados em ferramentas, vestuário e outros produtos. Os resíduos
ou materiais excedentes de cada processo eram simplesmente descartados, o
ambiente se encarregava de absorver os resíduos descartados pelo homem.
Matéria morta
Microorganismos
Plantas
(Algas e Fungos)
Animal
Homem
Produtor
Matéria
viva
Consumidor
resíduos
Reciclador
nutrientes
Sistema Tipo III - é o ideal,
representa a sustentabilidade.
• Representa o equilibrio dinâmico dos
sistemas ecológicos, em que energia e
resíduos são constantemente reciclados e
reutilizados nos processos do sistema.
• o ciclo torna-se fechado, quando depende
apenas do fluxo de energia, de acordo com o
segundo
princípio
da
termodinâmica,
somente a energia solar viria de fora do
sistema.

9. Ecologia Industrial
Sistema Industrial
•
•
O sistema industrial é caracterizado por um
conjunto de empresas que formam uma grande
estrutura que dirige a sociedade contemporânea,
fazendo uso da tecnologia para transformar matériasprimas em produtos e serviços para a sociedade.
O propósito de uma empresa é produzir e distribuir
bens e serviços para os consumidores.
–
Para esta produção requer entradas de vários materiais,
produtos intermediários e serviços, e a quantidade de
produtos e serviços intermediários reflete a qualidade da
tecnologia empregada pela empresa na transformação de
matérias-primas e energia retiradas do ambiente em
forma de produtos ou serviços.
Sistema Tipo I - o objetivo do
sistema é produzir.
• Organiza-se linearmente: materiais e
energia entram de um lado do sistema e no
final do processo deixam o sistema sob a
forma de produtos, subprodutos e resíduos.
• Como resíduos e subprodutos não são
reciclados ou reutilizados, o sistema
depende de um suprimento de matériasprimas constante e ilimitado para manter
suas atividades.
Sistema Aberto

10. Ecologia Industrial
Sistema Natural x Sociedade x Industrial
•
Termodinâmica: Enquanto a primeira lei
da
termodinâmica
estabelece
a
conservação de energia em qualquer
transformação, a segunda lei estabelece
condições para que as transformações
termodinâmicas possam ocorrer em um
processo irreversível.
–
• A sociedade humana, como um todo, pode
ser pensada como um sistema que troca
continuamente material e energia com o
ambiente.
• O sistema sociedade é composto por
subsistemas ligados uns aos outros e ao
ambiente externo.
• Um dos subsistemas do sistema sociedade
é o sistema industrial que faz o uso da
tecnologia para transformar matérias-primas
em produtos e serviços para a sociedade.
–
Outra implicação da termodinâmica é que
os materiais extraídos do ambiente natural
para a produção de bens e serviços,
devem certamente retornar ao ambiente,
mas de forma degradada.
Ex.: o calor, dissipação energética de um
subsistema, tende a se distribuir de
maneira uniforme por todo o sistema.
Sistema Tipo II - caracteriza
muitos dos atuais sistemas
produtivos, são sistemas do
tipo insustentável.
• Parte dos resíduos é reciclada ou
reutilizada dentro do próprio sistema e parte
ainda é deixá-la na forma de resíduo.
• É caracterizado por ciclos quase fechados,
o grau de evolução do tipo I para o tipo II
depende consideravelmente do tipo de
indústria e de sua localização.

11. Ecologia Industrial
Sistema Industrial
• Sistema Industrial – vem respondendo ao problema da poluição
com soluções que vão desde o simples controle dos efluentes –
passando por Programas de Prevenção à Poluição, pelos conceitos
de Produção Mais Limpa e Ecoeficiência.
Sustentabilidade
Ecologia Industrial
Produção Limpa
Produção mais Limpa (P+L) – Ecoeficiência (EE)
Prevenção à Poluição (P2)
SGA
Reciclagem
Tratamento
Descarte
Reativo
Pró-ativo
INTERNO
EXTERNO
Eficiência

12. Metabolismo Industrial
Ecologia Industrial

13. Sistema – Definições e Conceitos
Sistema
é uma entidade que mantém sua existência e funciona
como um todo por meio da interação de suas partes.
Relações
A
Partes
I
J
Todo
B
H
C
B
C
D
E
F
G
H
I
J
Sistema
•
G
E
D
A
F
Propriedades Emergentes
O’ Connor, Joseph (2007) – Além da Lógica: utilizando sistemas
para a criatividade e a resolução de problemas, Joseph O’Connor
e Ian McDermott – São Paulo, Editora Summus.
Tudo é um sistema em si mesmo e
subsistemas de um sistema mais amplo.
•
Um sistema é caracterizado por duas propriedades:
1. Um sistema é formado de diversas partes.
Pode ser subdividido em subsistemas.
Age como uma única entidade.
2. Devido à interação entre os componentes, o
sistema é mais do que a soma destes
componentes, já que novas propriedades
podem emergir das interações entre os
componentes.

14. Homem
Ecologia Industrial
Animal
Metabolismo Industrial
•
Metabolismo
pode ser definido como os processos físicos e químicos internos
que ocorrem em um organismo para a manutenção da vida.
–
•
É um conjunto de reações químicas que ocorrem no organismo afim de que esse gaste
energia.
Processos Metabólicos, podem ser divididos em duas categorias:
–
–
Anabolismo (síntese): reações que criam moléculas complexas a partir de moléculas
simples.
Catabolismo (degradação): reações que decompõe as moléculas complexas criadas no
anabolismo para produzir energia.
•
Organismo, como um subsistema natural: A. consome materiais ricos em energia
e de baixa entropia (alimento) para sua manutenção e para desempenhar funções,
como crescimento, movimento e reprodução. O anabolismo trabalha superando a
atividade do catabolismo o organismo ganha peso. B. ocorre inversamente a perda
de peso quando o catabolismo supera as atividades do anabolismo. Os organismos
excretam resíduos que consistem de material degradado de alta entropia.
•
O organismo, um subsistema natural e aberto.
–
O metabolismo interno de um organismo depende de fatores além do próprio organismo,
como o ambiente externo, que inclui outros organismos. Assim como as condições físicoquímicas do ambiente que circunda o organismo e regulam, direta ou indiretamente, o
metabolismo.
27.Mar.10 – http://www.brasilescola.com/biologia/o-metabolismo.htm

15. Ecologia Industrial
Metabolismo Industrial
Metabolismo Industrial: consiste em processos
físicos e químicos que convertem matérias-primas e
energia em produtos e resíduos, e tratam dos fluxos
de matéria e energia presentes no sistema
industrial.
Sistema Industrial
Sistema Natural
Ecossistema
Resíduos, efluentes,...
Princípios da Economia: levam os
sistemas industriais a um estado de
máxima entropia.
• No
qual
materiais
que
são
explorados, atravessam o sistema
industrial e são dissipados no
ambiente,
de
forma
altamente
degradada e de pouco ou nenhum uso
para o próprio sistema industrial.

16. Ecologia Industrial
Metabolismo Industrial
•
Sistema Natural x Presença Humana
– Sistema industriais utilizando-se de uma metáfora, eles se caracterizam como
organismos, isto é são subsistemas que tratam dos fluxos de matéria e energia
visando otimizar os seus sistemas que devem ser projetados para operar de
forma similar ao subsistema natural.
Sistema Industrial
descarte
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Produtos
Matéria / Energia
descarte
Resíduos, efluentes,...
Reservas naturais
Plantas
Produtor
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Organismo
Reprodução
População
Proximidade produtor/reciclador
Ciclo fechado de matéria
Alto índice de reciclagem
Regulado pela quantidade de reservas de material
Concentração e reúso de resíduos
Competição por recursos disponíveis
Interage com o ambiente
Matéria
Animal
matéria
Empresa
Produção
Parque industrial ou aglomerado
Distância variável entre produtor e reciclador
Ciclo aberto
Reciclagem incipiente
Regulado pela demanda de produto
Dissipação de resíduos
Competição por recursos disponíveis
Modifica o ambiente
Consumidor
Microorganismos
(Algas e Fungos)
Reciclador
nutrientes
Sistema Natural

17. Ecologia Industrial
Sistema Industrial
•
Modelo produção-consumo-reciclagem
–
É útil para representar o sistema industrial, podendo ser usado como base para formular
modelos físico-químicos baseados nos princípios de conservação de massa.
•
•
No sistema industrial não há sentido em produzir e reciclar sem a participação do consumidor e, neste
caso, o fluxo dos produtores para os recicladores é pequeno ou inexistente.
Sistema industrial
é um subsistema do ecossistema.
Sistema Industrial
descarte
Produtos
Matéria / Energia
descarte
Resíduos, efluentes,...
Reservas naturais
Plantas
Produtor
Matéria
Microorganismos
(Algas e Fungos)
Animal
matéria
Consumidor
Reciclador
nutrientes
Ciclo das Atividades Industriais
(Metáfora Ecológica)
• Os produtores – seriam
representados pelas atividades
primárias de produção de energia
e matéria-prima (extração de
combustível, agricultura,...)
• os consumidores – poderiam
ser representados por um sistema
industrial.
• os decompositores – pelas
atividades de reciclagem ou de
tratamento de resíduos, efluentes
e emissões.

18. Ecologia Industrial
Sistema Industrial
• Modelo produção-consumo-reciclagem
– No sistema industrial a maior parte da matéria é transferida do produtor ao
ambiente e do consumidor ao ambiente e a reciclagem representa apenas uma
pequena fração dessa matéria, que caracteriza-o como um sistema aberto.
Sistema Industrial
descarte
Produtos
Matéria / Energia
descarte
Resíduos, efluentes,...
Sistema Aberto
Reservas naturais
Plantas
Produtor
Matéria
Microorganismos
(Algas e Fungos)
Animal
matéria
Consumidor
Reciclador
nutrientes
Sistema Fechado
Sistema Natural

19. Ecologia Industrial
Sistema Industrial
•
Metabolismo Industrial
–
–
Segue os fluxos de matéria e energia, desde sua fonte inicial, através do sistema industrial,
ao consumidor e ao seu descarte final.
Visa balancear as quantidades de materiais e energia nos fluxos de entrada e saída do
sistema, de forma que o reservatório do ambiente permaneça o mais estável possível.
Sistema Industrial
Tecnologia
de Produção
Matéria / Energia
descarte
Produtos
descarte
Matéria-prima
Resíduos, efluentes,...
Produtos intermediários
Os materiais retirados das
reservas
naturais
são
chamados
de
matériasprimas, que são normalmente
uma combinação de materiais
desejáveis e energia com
materiais indesejáveis
Sistema Natural
(Ambiente)

20. Definições e Conceitos
Ecologia Industrial

21. Ecologia Industrial
Definições
Sistema Industrial
Ecologia Industrial: se propõe a considerar
que o sistema industrial não apenas interage com o
ambiente, mas que é parte dele e dele depende,
formando uma rede de processos industriais mais
elegante e com menos desperdício.
Resíduos,
efluentes,...
Ecossistema
Resíduos,
efluentes,...
Resíduos,
efluentes,...
LOGÍSTICA
CONSUMIDOR
A.
Busca-se assim alcançar um padrão de
industrialização, que não seja só mais
eficiente, mas também intrinsecamente
ajustado
às
tolerâncias
e
as
características do sistema natural.
B.
O sistema industrial será planejado e
deverá operar como um sistema
biológico dependente do sistema natural.

22. Ecologia Industrial
Definições
Ecologia Industrial: O objeto de estudo é a
inter-relação entre empresas, entre seus produtos e
processos em escala local, regional e global e,
consequentemente, os efeitos ambientais que estas
empresas causam tanto nos componentes bióticos,
como nos abióticos da ecosfera.
(Matéria)
CADEIA
PRODUTIVA
(Energia)
fluxo de
insumo
virgem
Fluxo
matéria/energia
Reciclagem
interna
Sistema Industrial
Resíduo = subproduto
Resíduos,
efluentes,...
Resíduos,
efluentes,...
Resíduos,
efluentes,...
LOGÍSTICA
CONSUMIDOR
O subsistema industrial pode ser
descrito como:
• Um conjunto de elementos (empresas,
fábricas onde são produzidos bens com
suporte de serviços e informações);
• Um conjunto interligado a outros
conjuntos pela transferência de material,
serviços e informação;
• Um conjunto que interage com o
ambiente físico e social em que está
inserido.

23. Ecologia Industrial
Definições
Processo da Ecologia Industrial
Processo Sistêmico
Modelo produção – consumo – reciclagem
Sistema Industrial
Resíduos,
efluentes,...
Resíduos,
efluentes,...
Resíduos,
efluentes,...
LOGÍSTICA
CONSUMIDOR

24. Ecologia Industrial
Conclusões
• Na Ecologia Industrial, é essencial o estudo dos fluxos de material
e energia e das transformações destes fluxos em produtos,
subprodutos e resíduos gerados durante sua passagem pelo
subsistema industrial.
– Os fluxos devem ser acompanhados desde sua fonte inicial,
atravessando o sistema industrial, sua utilização pelos consumidores,
até seu descarte final, mostrando como as reservas são utilizadas em
cada etapa do sistema.
•
O aspecto mais crítico da Ecologia
Industrial é a necessidade de
cooperação entre empresas, pela
troca de material, energia e,
principalmente, informação.
–
–
Além da complexidade específica de
cada unidade, as interações entre
unidades e a maior troca de material e
energia devem resultar em um efeito
de cancelamento mútuo.
Este será responsável pelo aumento
da estabilidade do agregado como um
todo e pela diminuição das oscilações
do sistema com relação ao ambiente.

25. Ecologia Industrial
Definições e Conceitos
Capítulo 3
Djalma Gomes dos Santos, Mestrando CEETPS/ LaPCiS
Disciplina Tecnologia e Desenvolvimento Sustentável – Março.2010