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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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],BIBLIOGRAFIA
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
“ before to discuss the problem, let us come to an agreement about definitions” (N.Timofeev Resovsky) CONCEITOS BÁSICOS DEFINIÇÕES
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
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...
...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...
...na atualidade ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Os Polímeros
...na atualidade Os metais, os cerâmicos e os compósitos Os Semicondutores
...no futuro A eletrônica transparente e flexível Nanomateriais
...no futuro Ecomateriais Biomateriais
...no futuro Janelas de transmitância regulável com material eletrocrómico auto alimentada por células solares semitransparentes. Ecomateriais
...no futuro Desenvolvimento de biomaterial que substitui osso humano. Estudo de ligas metálicas com memória de forma para aplicação em endodontia. Biomateriais
“ 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
[object Object],[object Object],CONCEITOS BÁSICOS
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).
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
Governos e Organizações  Intergovernamentais Organizações Privadas Sociedade Civil RESPONSABILIDADE COMPARTILHADA
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Pegada Ecológica (EF – Ecological Footprint) ÍNDICES DE SUSTENTABILIDADE - CARACTERIZAÇÃO
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)
[object Object],[object Object],[object Object],Pegada Ecológica
[object Object],[object Object],[object Object]
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],POLUIÇÃO
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],A palavra  ecologia  tem origem nos vocábulos gregos  oikos  = casa e  logos  = estudo de... ,[object Object],[object Object],[object Object],ECOLOGIA DEFINIÇÕES
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Estuda o funcionamento dos sistemas naturais, procurando entender as leis que regem a dinâmica de vida da natureza. Estuda também os múltiplos aspectos de relação entre os homens e o meio ambiente. Conjunto de idéias e estratégias de ação voltadas para a luta em favor da conservação da natureza e da preservação dos recursos naturais. Projeto político de transformação social, resolução da atual crise economica através de ampla mudança na economia, na cultura e na própria maneira dos homens se relacionarem entre si e com a natureza. O QUE É ECOLOGIA?
“ Conjunto de elementos físico-químicos, ecossistemas naturais e sociais em que se insere o homem, individual ou socialmente, num processo de interação que atenda ao desenvolvimento das atividades humanas, à preservação dos recursos naturais e das características essenciais do entorno, dentro dos padrões de qualidade definidos ” (COIMBRA, 1985). ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CONCEITUAÇÃO DE MEIO AMBIENTE
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CONCEITOS BÁSICOS
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CONCEITOS BÁSICOS
Biosfera II $200,000,000 e… … sem ar
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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],MATERIAIS & DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Armas, germes e Aço, Jared Diamond Colapso, Jared Diamond MATERIAIS & DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Baixada central do Eufrates - região vazia, desolada,  hoje fora das fronteiras de cultivo. SUMÉRIOS
“ 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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Primeiras cidades primeira língua escrita (escrita cuneíforme) SUMÉRIOS | SISTEMA DE IRRIGAÇÃO
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],SUMÉRIOS | SISTEMA DE IRRIGAÇÃO  FALHA AMBIENTAL
MAIAS 250 /  900 d.C. ,[object Object],[object Object],Problema de desmatamento / erosão levou a escassez de alimentos – conflitos civis por competição de alimentos
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
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
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
[object Object],[object Object],[object Object],EXEMPLOS POSITIVOS
[object Object],CONCLUÍMOS…
FOCO DO PROBLEMA recurso x produto x resíduo
Renovar os materiais não renováveis: a nova tarefa da indústria Fechar o ciclo dos materiais
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],AS SETE FRENTES DE MUDANÇA PARA A INDÚSTRIA
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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],TIPOS DE CAPITAL
PIRÂMIDE DO SISTEMA CAPITALISTA
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CAPITALISMO CONVENCIONAL
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CAPITALISMO NATURAL Modelo mental
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CAPITALISMO NATURAL
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Sem capital natural não há vida e desta maneira não há atividade econômica
Biosfera II $200.000.000 e… … sem ar
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],CAPITALISMO NATURAL É…
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
AINDA PRODUZIMOS COMO NA PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
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
Pessoas são abundantes e natureza está escassa - aumento da produtividade dos recursos. PRÓXIMA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
CRESCIMENTO POPULACIONAL MUNDIAL
CRESCIMENTO POPULACIONAL MUNDIAL
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.
 
… os peixes… … não os barcos OS LIMITES PARA OS LUCROS FUTUROS SÃO…
… para cada unidade  dos recursos. 4X, 10X,  até, 100X mais proveito… PRÓXIMA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL
P1:  Produtividade Radical dos Recursos P2:  Biomemitismo P3:  Economia de serviços e fluxos P4:  Investimento em capital natural PRINCÍPIOS BÁSICOS DO CAPITALISMO NATURAL
P1: Aumento radical da produtividade dos recursos Fazer mais, melhor, com menos, por mais tempo
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.
Otimize cada parte separadamente (o que  pessimiza o sistema) ANTIGA MENTALIDADE DE PROJETO
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
[object Object],[object Object],Otimize o sistema TODO, para múltiplos benefícios SEM NOVAS TECNOLOGIAS, SOMENTE DUAS MUDANÇAS DE PROJETO
Minimizar atrito nos tubos 1% Layout “randomizado” dos tubos 99% opcional 99% 1% Layout hidráulico dos tubos vs.
Natural Capitalism: Radically Increase Resource Productivity   Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting  •  www.rmi.org VELHA MENTALIDADE DE PROJETO
Natural Capitalism: Radically Increase Resource Productivity   Rocky Mountain Institute (RMI) Research & Consulting  •  www.rmi.org NEW DESIGN MENTALITY
Crescimento de bananas  sem estufa a  –40ºF pg. 96 ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE CASA E ESCRITÓRIO EXPERIMENTAL
Sistema típico de bombeamento artificial COMPUTANDO PERDAS… OU ECONOMIAS - AVANÇAR PENSANDO PARA TRÁS
P2: Biomimetismo Ciclos fechados contínuos, sem desperdícios, eliminação da toxicidade Natureza como modelo, medida e mentora
teia de aranha NATUREZA COMO MENTORA
Processo / Como é fabricado? Projeto / como funciona Sistema / como se ajusta TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO
De 8.000 testados, somente 38 produtos químicos usados Poltronas aparas de tecido: lixo tóxico e perigoso 67 DESIGN TEX TM
Tecido natural tratado com os processos  químicos seguros (encontrados) sendo melhores mais duráveis e a um custo menor. DESIGN TEX TM
Os inspetores ambientais suíços encontraram:   água efluente era mais limpa que a água potável fornecida na Suíça DESIGN TEX TM
Projeto | Como funciona ? TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],África, Austrália e Amazônia PROJETO: COMO FUNCIONA?
Harare, Zimbabwe EASTGATE
EASTGATE
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.
EASTGATE
EASTGATE
EASTGATE
Sistema: Como se ajusta? TRÊS NÍVEIS DE BIOMEMITISMO
ECOSISTEMA INDUSTRIAL EM KALUNDBORG DINAMARCA
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],KALUNDBORG, DENMARK
P3: Mudança para uma economia de soluções solutions economy De produtos para serviços O que os clientes estão tentando resolver ? “ Less stuff… more service”
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”
SOMBRA E ÁGUA FRESCA
DUCHA QUENTE E CERVEJA GELADA
  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,
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],OUTROS EXEMPLOS
P4: Reinvestimento em capital natural e humano Proteger, fortalecer, reparar e deixar a natureza se renovar
Cidade de Nova York precisa aumentar seu  sistema de água potável
Nova planta de filtração de água @  $4 – 6 bilhões + $300 – 500 milhões/ano  para manutenção
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 …
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Nós podemos criar um novo futuro, uma nova visão O QUE NÓS IMPEDE?
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.
PADRÃO PARA O MUNDO EMERGENTE… O capitalismo natural deverá obter seus valores dos seus clientes, seus projetos da natureza e sua disciplina.
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.
A história humana se transforma, mais e mais, numa corrida entre educação e catástrofe. H.G.Wells  The Outline of History
www.rmi.org “ Seja lá o que você faça ou o sonho que você tenha, comece. Arrojo tem genialidade, força e mágica. Comece já!!!!!!!

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Materiais e Desenvolvimento Sustentável

  • 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
  • 2.
  • 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...
  • 8.
  • 9. ...na atualidade Os metais, os cerâmicos e os compósitos Os Semicondutores
  • 10. ...no futuro A eletrônica transparente e flexível Nanomateriais
  • 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
  • 15.
  • 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
  • 19.
  • 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)
  • 21.
  • 22.
  • 23.
  • 24.
  • 25.
  • 26.
  • 27.
  • 28.
  • 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
  • 31.
  • 32.
  • 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
  • 35.
  • 36.
  • 37.
  • 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
  • 41.
  • 42.
  • 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
  • 45.
  • 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
  • 47.
  • 48. PIRÂMIDE DO SISTEMA CAPITALISTA
  • 49.
  • 50.
  • 51.
  • 52.
  • 53. Biosfera II $200.000.000 e… … sem ar
  • 54.
  • 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
  • 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.
  • 62.  
  • 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
  • 70.
  • 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
  • 83.
  • 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.
  • 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
  • 101.
  • 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,
  • 107.
  • 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 …
  • 112.
  • 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!!!!!!!

Notas do Editor

  1. Justiça entre gerações: equidade geracional; Fazer o que é certo, da maneira certa, pelas razões certas;
  2. Ninguém pode resolver ou implementar o desenvolvimento sustentável sozinho. É preciso implementar uma gestão cooperativa. Para tal a transparência é fundamental;
  3. Practical and technical solutions Shift from industrial capitalism to natural capitalism VERY PRAGMATIC APPROACH Natural Capitalism is a new way of organising the economy so as to appropriately value ecosystems, the resources they provide business and the ecosystem services they provide all of us. The twofold objective is To protect the biosphere by valuing ecosystem services To improve productivity and competitiveness