1. Prof. Orestes Alarcon | Doutorando Alexandre Gallioto Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia mecânica e Materiais Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

3. Módulo 1 | Introdução - Sensibilização: Conceitos, Paradoxos e Paradigmas Definições e conceitos Capitalismo Natural: A Nova Revolução Industrial Opções na economia de energia: geração, hypercars elétricos, edifícios sustententáveis Módulo 2 | Energia e Engenharia de Materiais Tecnologia do carvão Òleo, gás Energia do Vento Energia Solar BioEnergia Estocagem de energia Célula a combustível Transporte sob rodas Edificações Módulo 3 | Sistema de Gestão Ambiental - SGA Produção + Limpa Análise do Ciclo de Vida ISO 14000 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO DA DISCIPLINA

4. “ before to discuss the problem, let us come to an agreement about definitions” (N.Timofeev Resovsky) CONCEITOS BÁSICOS DEFINIÇÕES

5. Engenharia de materiais Fundamentalmente trata das relações de transformações industriais de recursos naturais , envolvendo matérias-primas, insumos e energia, em bens de consumo manufaturados. Considerando o novo paradigma de desenvolvimento sustentável a engenharia de materiais deve se preocupar com a eficiência dos processos e os impactos que essas transformações industriais causam na natureza. Fechar o ciclo dos materiais: principal estratégia MATERIAIS & DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

6. 300.000 AC Na idade da pedra o Homem já fazia os seus próprios artefatos em material cerâmico. 4.000 AC Na idade do cobre , com a descoberta do fogo, o Homem começou a fundir e moldar o cobre — iniciou-se o processamento dos materiais metálicos 3.000 AC Na idade do bronze , o Homem começou a misturar metais para obter objectos mais moldáveis e com melhores propriedades — aprofundou-se o conhecimento no processamento dos materiais metálicos 1.500 AC Na idade do ferro , o Homem descobriu o ferro e iniciou-se uma nova era com a descoberta da roda — processamento avançado dos materiais metálicos No passado...

7. ...no passado recente Marcos históricos para o desenvolvimento industrial Sir Henry Bessemer , patenteou um processo simples de produzir aço em larga escala a preço moderado. O Processo de Hall , possibilitou a extração eletroquímica do alumínio e a respectiva comercialização em grande escala. O desenvolvimento do Nylon comercial , foi o ponto de partida para a indústria dos plásticos. O desenvolvimento de ligas metálicas à base de níquel , mais leves e resistentes a altas temperaturas, contribui para o progresso tecnológico da indústria aeronáutica. Séc. XIX e XX 1855 1886 1939 1950 O desenvolvimento do primeiro transistor de silício e aumento da densidade de circuitos eletrônicos numa mesma bolacha de silício (miniaturização). Desenvolvimento de cerâmicos supercondutores de elevada temperatura. Desenvolvimento de fibras ópticas e sua aplicação nas comunicações ópticas. Revolução nas comunicações e aparecimento da era digital . 1955 1980...

9. ...na atualidade Os metais, os cerâmicos e os compósitos Os Semicondutores

10. ...no futuro A eletrônica transparente e flexível Nanomateriais

11. ...no futuro Ecomateriais Biomateriais

12. ...no futuro Janelas de transmitância regulável com material eletrocrómico auto alimentada por células solares semitransparentes. Ecomateriais

13. ...no futuro Desenvolvimento de biomaterial que substitui osso humano. Estudo de ligas metálicas com memória de forma para aplicação em endodontia. Biomateriais

14. “ Desenvolvimento sustentável É aquele que atende as necessidades do presente sem comprometer a possibilidade de as gerações futuras atenderem suas próprias necessidades” Relatório Bruntland “Nosso futuro Comum” 1987 MATERIAIS & DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

16. Índice: Auxilia a transmitir um conjunto de informações sobre complexos processos, eventos ou tendências. Sustentabilidade É baseado na identificação de quando os recursos são consumidos mais rapidamente do que eles são produzidos ou renovados. Permite a avaliação de um sistema complexo (natural, antrópico, econômico, social, etc.) e que determina o nível ou a condição em que esse sistema deve ser mantido para que seja sustentável. ÍNDICE DE SUSTENTABILIDADE Conferência Mundial sobre o Meio Ambiente (Rio-92).

17. Desenvolvimento que atenda as necessidades e aspirações do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras atenderem as suas * . * WCDE, 1987, “Nosso futuro comum” DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Responsabilidade Social Ecoeficiência Excelência Operacional Social Ambiental Econômico DS

18. Governos e Organizações Intergovernamentais Organizações Privadas Sociedade Civil RESPONSABILIDADE COMPARTILHADA

20. Calculo: a) Calculo dos consumos per capita. b) Calculo do consumo neto: CN = produção + importações – exportações c) Calculo da superfície produtiva necessária: Consumo médio anual SPN = Produtividade média anual ou rendimento d) A pegada ecológica per capita (EFp); pode ser calculada pela somatória de todas as categorias de produção (CP), assim: EFp = Σ CP e) A pegada ecológica total (TEF); é calculado multiplicando a EFp pela população (P), assim: TEF = EFp x P Pegada Ecológica (EF – Ecological Footprint)

29. Biosfera II $200,000,000 e… … sem ar

30. Paradoxos a serem resolvidos: Enorme desperdício de um lado, muita carência de outro. EUA e AFRICA – Globalização!!!???; Busca obsessiva de ganhos de curto prazo, realizando um verdadeiro saque contra o futuro das próximas gerações; Evolução tecnológica que aproxima seres virtuais e, ao mesmo tempo, isola o ser humano – revolução da informática!!! MATERIAIS & DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

33. Baixada central do Eufrates - região vazia, desolada, hoje fora das fronteiras de cultivo. SUMÉRIOS

34. “ Um emaranhado de dunas, diques há muito em desuso e montes de cascalhos de antigos assentamentos revelando apenas um relevo baixo, sem destaques. A vegetação é escassa, em várias áreas, quase totalmente ausente... Entretanto, outrora foi a base, o coração, a civilização urbana e culta mais antiga do mundo.” Robert McC.Adams - arqueólogo SUMÉRIOS

38. Por que raios os índios da Ilha de Páscoa cortaram até a última árvore??? O que pensou o responsável quando estava cortando esta última árvore!!?? Exemplos de desaparecimento de civilizações porque seguiram caminho econômico ambientalmente insustentável ILHA DE PÁSCOA

39. Os romanos foram grandes devastadores da antiguidade. Apenas para manter aquecida a água das 900 casas de banho que Roma possuía no início da era cristã, uma frota imperial de 60 navios coletava permanentemente madeira no norte da África e no Oriente Médio. ROMANOS

40. Exemplo mais recente de poder devastador vem do meio-leste dos EUA. Entre 1789 e 1860, foram cortados cerca de 2 milhões de quilômetros quadrados de florestas nativas para a obtenção de madeira e criação de pastos. ESTADOS UNIDOS

43. FOCO DO PROBLEMA recurso x produto x resíduo

44. Renovar os materiais não renováveis: a nova tarefa da indústria Fechar o ciclo dos materiais

46. DEFINIÇÃO CAPITALISMO O capitalismo é definido como um sistema econômico baseado na propriedade privada dos meios de produção e propriedade intelectual, na obtenção de lucro através do risco do investimento, nas decisões quanto ao investimento de capital feitas pela iniciativa privada, e com a produção, distribuição e preços dos bens, serviços e recursos-humanos afetados pelas forças da oferta e da procura. MODELO ECONOMICO

48. PIRÂMIDE DO SISTEMA CAPITALISTA

53. Biosfera II $200.000.000 e… … sem ar

55. Resultado: produtividade aumenta em 100X Mão de obra superexpolrada e relativamente escassa e o capital natural abundante e inexplorados aumento da produtividade do trabalho. PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

56. AINDA PRODUZIMOS COMO NA PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

57. Desenvolvimento Catástrofes Globalização “ Poluição inerente ao processo produtivo e ao desenvolvimento econômico” “ Proteção ambiental visto como obrigação legal, atender padrões e representa custos” “ Meio ambiente visto como diferencial competitivo e fator estratégico” 50 - 60 70 - 80 90 - >> Capacidade instalada (escala) Capacidade + Processos (tecnologia) Capacidade + Processos + Capital Humano (qualificação) INTRODUÇÃO

58. Pessoas são abundantes e natureza está escassa - aumento da produtividade dos recursos. PRÓXIMA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

59. CRESCIMENTO POPULACIONAL MUNDIAL

60. CRESCIMENTO POPULACIONAL MUNDIAL

61. CRESCIMENTO POPULACIONAL MUNDIAL A partir de 1950 acrescentamos mais pessoas a população mundial do que os 4 milhões de anos precedentes. O crescimento mundial durante o ano 2000 ultrapassou o crescimento de todo o século XIX.

63. … os peixes… … não os barcos OS LIMITES PARA OS LUCROS FUTUROS SÃO…

64. … para cada unidade dos recursos. 4X, 10X, até, 100X mais proveito… PRÓXIMA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

65. P1: Produtividade Radical dos Recursos P2: Biomemitismo P3: Economia de serviços e fluxos P4: Investimento em capital natural PRINCÍPIOS BÁSICOS DO CAPITALISMO NATURAL

66. P1: Aumento radical da produtividade dos recursos Fazer mais, melhor, com menos, por mais tempo

67. O QUE É EFICIÊNCIA RADICAL DOS RECURSOS? Aumentar a eficiência de bombeamento de uma planta industrial diminuindo a potência de 95 para 7 hp (pg 108) Atingir uma redução de 29% em consumo de eletricidade (para a mesma produção), uma queda de 45% no uso de água e um decréscimo de 29% na emissão de gases.

68. Otimize cada parte separadamente (o que pessimiza o sistema) ANTIGA MENTALIDADE DE PROJETO

69. Um exemplo: Reprojetando a sistema de bombeamento padrão (supostamente otimizado) redução de potência de 95 para 7 hp (–92%), menor custo de capital e construção e melhor desempenho do motor. NEW DESIGN MENTALITY

71. Minimizar atrito nos tubos 1% Layout “randomizado” dos tubos 99% opcional 99% 1% Layout hidráulico dos tubos vs.

72. Natural Capitalism: Radically Increase Resource Productivity Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting • www.rmi.org VELHA MENTALIDADE DE PROJETO

73. Natural Capitalism: Radically Increase Resource Productivity Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting • www.rmi.org NEW DESIGN MENTALITY

74. Crescimento de bananas sem estufa a –40ºF pg. 96 ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE CASA E ESCRITÓRIO EXPERIMENTAL

75. Sistema típico de bombeamento artificial COMPUTANDO PERDAS… OU ECONOMIAS - AVANÇAR PENSANDO PARA TRÁS

76. P2: Biomimetismo Ciclos fechados contínuos, sem desperdícios, eliminação da toxicidade Natureza como modelo, medida e mentora

77. teia de aranha NATUREZA COMO MENTORA

78. Processo / Como é fabricado? Projeto / como funciona Sistema / como se ajusta TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO

79. De 8.000 testados, somente 38 produtos químicos usados Poltronas aparas de tecido: lixo tóxico e perigoso 67 DESIGN TEX TM

80. Tecido natural tratado com os processos químicos seguros (encontrados) sendo melhores mais duráveis e a um custo menor. DESIGN TEX TM

81. Os inspetores ambientais suíços encontraram: água efluente era mais limpa que a água potável fornecida na Suíça DESIGN TEX TM

82. Projeto | Como funciona ? TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO

84. Harare, Zimbabwe EASTGATE

85. EASTGATE

86. EASTGATE O esfriamento passivo trabalha fornecendo calor durante o dia e soltando-o à noite com o abaixamento da temperatura. • Partida de dia: o edifício é fresco. • Durante o dia: as máquinas e as pessoas geram o calor, e o sol brilha. O calor é absorvido pelo tecido do edifício, que tem uma alta capacidade de armazenar calor, de modo que a temperatura interna aumente mas não muito. • Durante a tarde: a temperatura externa abaixa. O ar interno quente é extraído por chaminés, assistidas por leques mas o fluxo de ar aumenta naturalmente porque é menos denso. O ar frio mais denso flui para dentro do edifício por meio de cavidades dispostas no piso dos andares. • Durante a noite: este processo continua, o ar frio que flui para dentro do edifício pelas cavidades situadas em cada andar esfria o tecido do edifício até que o mesmo tenha conseguido a temperatura ideal para começar no dia seguinte. Passivamente esfriado, Eastgate usa só 10 % da energia necessária para um edifício semelhante convencionalmente esfriado.

87. EASTGATE

88. EASTGATE

89. EASTGATE

90. Sistema: Como se ajusta? TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO

91. ECOSISTEMA INDUSTRIAL EM KALUNDBORG DINAMARCA

92. Natural Capitalism: Biomimicry Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting • www.rmi.org City of Kalundborg Statoil Refinery Novo Nordisk Asnaes Power Plant Gyproc KALUNDBORG, DENMARK

93. Fuel Gas KALUNDBORG, DENMARK Natural Capitalism: Biomimicry Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting • www.rmi.org City of Kalundborg Statoil Refinery Novo Nordisk Asnaes Power Plant Gyproc

94. City of Kalundborg Statoil Refinery Novo Nordisk Asnaes Power Plant Gyproc Steam Steam Waste heat Fuel Gas KALUNDBORG, DENMARK Natural Capitalism: Biomimicry Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting • www.rmi.org

95. City of Kalundborg Statoil Refinery Asnaes Power Plant Gyproc Waste heat Lake Tisso Waste heat (salt water) Fish farms Fly ash Novo Nordisk Fuel Gas Natural Capitalism: Biomimicry

96. City of Kalundborg Statoil Refinery Asnaes Power Plant Gyproc Waste heat Lake Tisso Waste heat Fish farms Roads Farms Sludge for Fertilizer Fly ash Novo Nordisk Fuel Gas

97. City of Kalundborg Statoil Refinery Asnaes Power Plant Gyproc Fly ash Waste heat Lake Tisso Waste heat Fish farms Roads Farms Scrubber sludge Fish waste Kemira Acid Plant Sulphur Novo Nordisk Fuel Gas Gypsum Yeast for pigs

98. O distrito de Kalundborg tem recursos de água muito limitados, e as grandes empresas industriais têm um consumo muito elevado. As companhias participantes no projecto, reutilizam a maior quantidade de água possível. Por exemplo, a fábrica de Asnaes só utilizava água de rede normal, para a sua produção de energia e agora a água utilizada provém totalmente do lago de Tissø, conjuntamente com água de refrigeração e resíduos da refinaria Statoil. A Asnaes também começou a reutilizar os seus próprios resíduos líquidos. A fábrica de Asnaes, transfere os picos excedentes de energia para a rede municipal de aquecimento central, evitando a poluição que fariam os 3.500 sistemas de aquecimento individuais. São bombeadas 400.000 toneladas de vapor para a Statoil e Novo Nordisk. A Asnaes instalou também uma piscicultura, onde a água é aquecida com os excedentes de energia. A Asnaes produz também 170.000 toneladas de cinza por ano, reutilizadas para fabricar cimento e outros pavimentos. O Gypsum é um producto residual da desulfurização das emissões, e Gyproc utiliza 80.000 toneladas ano para fabricar placas de gesso. O gás excedente da refinação do petróleo, que antes era queimado pela refinaria envia-se a Asnaes e Gyproc, reduzindo o consumo de carvão na fábrica de energia em 2% (30.000 toneladas / ano). Com este gás a Gyproc poupa 90-95%, no consumo do petróleo. KALUNDBORG, DENMARK

99. Na fábrica da Novo Nordisk produzem-se enzimas industriais utilizando microorganismos modificados por engenharia genética. Os resíduos da fermentação são muito ricos em nutrientes, incluindo fósforo e nitrogénio. Depois de um tratamento à base de cal e calor, a biomassa converte-se em fertilizante que é distribuído aos agricultores locais, num total de 1.5 milhões de metros cúbicos. A levedura de padeiro (Sacharomyces cerevisiae), usada para a produção de insulina converte-se em alimento para o gado porcino. A Novo Nordisk facilita actualmente estes productos gratuitamente e o resto dos resíduos de Kalundborg vendem-se. Os acordos negociaram-se bilateralmente e focando o benefício mútuo. O projecto de simbiose indústrial começou em 1972 e em 1994 estavam em vigor 16 contratos, com um lucro de 9.000 milhões de escudos, e com uma poupança anual em gastos estimada em 1.400 milhões de escudos. KALUNDBORG, DENMARK

100. ECOSISTEMA INDUSTRIAL EM KALUNDBORG DINAMARCA Resíduo fermentação Cidade de Kalundborg Fazendas locais Fábrica de cimento Produção ácido sulfúrico Piscicultura Produção elétrica Refinaria Indústria farmacêutica Construção de rodovias Criação de porcos Indústria painéis de gesso vapor vapor enxofre cinzas lama resíduo levedura de padeiro

102. P3: Mudança para uma economia de soluções solutions economy De produtos para serviços O que os clientes estão tentando resolver ? “ Less stuff… more service”

103. P3: Mudança para uma economia de soluções De produtos para serviços O que os clientes querem? Quais são as suas necessidades? “ Menos material… mais serviço”

104. SOMBRA E ÁGUA FRESCA

105. DUCHA QUENTE E CERVEJA GELADA

106. XEROX Capitalizou programas de leasing existentes para formar uma infraestrutura de “retorno” & um negócio de “serviço de documentos” “ Tudo que a Xerox entrega aos seus clientes é projetado para ser retornável - quer seja uma máquina, um cartucho, uma peça sobressalente ou embalagem. Todos esses itens, uma vez devolvidos, são processados para reuso ou reciclagem. A única coisa que nos queremos deixar para nossos clientes é O DOCUMENTO,

108. P4: Reinvestimento em capital natural e humano Proteger, fortalecer, reparar e deixar a natureza se renovar

109. Cidade de Nova York precisa aumentar seu sistema de água potável

110. Nova planta de filtração de água @ $4 – 6 bilhões + $300 – 500 milhões/ano para manutenção

111. NYC investiu na integridade da bacia hidrográfica - Adquiriu terras para reserva - Ajudou fazendeiros a reduzir descargas - Aumentou as plantas de tratamento de esgoto … Custo = $1.7 bilhões Em vez disso …

113. LIDERANÇA DO SETOR PRIVADO Atualmente, mais da metade das 100 maiores entidades econômicas do mundo não são nações-estados (países) mas corporações. A comunidade dos negócios pode ser a única instituição que tem os recursos, habilidade e motivação para resolver esses problemas.

114. PADRÃO PARA O MUNDO EMERGENTE… O capitalismo natural deverá obter seus valores dos seus clientes, seus projetos da natureza e sua disciplina.

115. A questão não é se sabemos o que precisa ser feito ou se temos a tecnologia para fazê-lo. A questão é se nossas instituições sociais serão capazes de realizar a mudança no tempo disponível.

116. A história humana se transforma, mais e mais, numa corrida entre educação e catástrofe. H.G.Wells The Outline of History

117. www.rmi.org “ Seja lá o que você faça ou o sonho que você tenha, comece. Arrojo tem genialidade, força e mágica. Comece já!!!!!!!