Curso de Ciências e Técnicas Nucleares-UFMG
Concentração em Planejamento Energético

1 – Introdução

Aplicar leis da Física na análise de problemas sócio-econômicos é uma tentação freqüente que se justifica pela sensação de segurança que elas nos inspiram. Essas leis são discutidas pelas melhores inteligências e a sua aceitação só fica em risco quando aparece um fato novo não explicável pela teoria em voga.

A Segunda Lei da Termodinâmica, a Lei da Entropia apresenta uma extraordinária resistência ao longo dos anos sendo amplamente acatada e até mesmo usada em outras áreas de conhecimento, como a Psicologia, a Sociologia, a Teoria da Comunicação, etc.

A aplicação extensiva das leis e dos métodos da Física requer certos cuidados pois o comportamento humano é regido por critérios mais restritivos, de caráter ético, social e religioso. Há, entretanto, situações especiais em que é possível extrair conclusões genéricas sobre os fenômenos que envolvem os humanos, em geral aquelas situações em que os condicionamentos físicos são muito fortes, como, por exemplo, alguns problemas da macroeconomia.

Propomos aqui uma avaliação da tendência da economia sob a ótica da entropia e uma especulação sobre os efeitos na organização da sociedade. Este esforço parece-nos oportuno à vista dos inquietantes novos rumos da economia mundial e dos desafios que eles trazem (globalização da economia, desemprego estrutural, etc.).

2 – Economia e energia

Os modelos econômicos clássicos não incluem a energia explicitamente entre os fatores de produção, embora façam referência marginal a parâmetros energéticos (intensidade energética, custos da energia, etc.). Entretanto, existe uma correlação praticamente linear entre o produto de uma nação industrializada e o uso da energia. Mesmo para economias pré-industriais alguma correlação existe, como mostra a coincidência dos surtos de crescimento econômico com a introdução de novos conversores energéticos (1). A avaliação correta da influência da energia na produção talvez seja dificultada pelo uso de energia não-comercial (resíduos agrícolas e industriais, lenha catada, estrume de gado, etc.) principalmente nos países de menor renda, bem como do controle exercido pelos governos sobre os preços da energia, o que constitui reconhecimento tácito da sua importância estratégica. Na atualidade, assistimos ao esforço mundial para manter o preço do petróleo em nível compatível com a estabilidade da economia e em passado recente vimos a perturbação causada pelos dois choques dos preços do petróleo que resultou inclusive em frustração do plano brasileiro de desenvolvimento (2).

Existe quem pense que a razão de não poder-se invocar um " determinismo energético" na economia reside na falta de um modelo abrangente, tanto econômico como energético, capaz de cobrir desde a atividade econômica de subsistência até o estágio mais avançado das economias de consumo conhecidas. Fisicamente a causalidade parece bem estabelecida pois não existe atividade que não ponha em jogo alguma forma de energia.

Tomamos, portanto, como postulado que o uso da energia é um dos fatores determinantes da atividade econômica. Assim sendo, estudamos os condicionantes energéticos como condicionantes econômicos. A análise segue, em linhas gerais, o modelo delineado por Ayres (3).

3 – Metodologia

As bases para a análise são as leis da Termodinâmica. O sistema econômico, melhor dizendo o sistema produtivo, para se abstrair das complicações da moeda, é um sistema aberto que troca massa e energia com a Terra, da qual são extraídas a matéria prima e a energia. A Terra ou, a Biosfera na qual se localiza e opera o sistema produtivo, é um sistema fechado que troca energia com o restante do Universo mas não troca massa.

O sistema produtivo opera, em primeira análise, em regime quase permanente. Portanto, as variáveis energéticas estariam evoluindo lentamente com o tempo segundo leis conhecidas. Um diagrama do sistema produtivo representado na Figura 1 ajuda a fixar as idéias

FIGURA 1

onde m é a massa de recursos naturais entrando no sistema, U e S são a energia interna e entropia dos mesmos e m^’,U^’, S^’ os valores correspondentes na saída do sistema… W e Q são o trabalho efetuado pelo sistema para extrair, circular, transformar e rejeitar os recursos e a quantidade de calor rejeitada pelo sistema para a vizinhança (a temperatura média do sistema é superior à da vizinhança, To).

A massa que sai é, para simplificar, suposta igual à que entra. A longo prazo o sistema transforma os produtos em rejeitos.

Para um processo elementar, as leis da Termodinâmica se escrevem :

1) d Q = dU + d W 1ª Lei

2) dS + dSo = ds 2ª Lei

onde ds , variação total da entropia do sistema e da vizinhança, é nulo para processo reversível e positivo para processo irreversível. Ainda para simplificar, supõe-se que ds se refira ao sistema e à sua vizinhança imediata (Biosfera) pois a variação de entropia da Biosfera é que experimenta de imediato os efeitos da troca de calor com o sistema. Como usual, d Q é considerado como negativo se o calor deixa o sistema. Assim,

3) dSo = –

As três equações se reduzem a

4) W = -dU + TodS – Tods

e, como U, S e s são propriedades termodinâmicas, pode-se integrar a equação 4 para processo finito, obtendo-se

W = – D U + To D S – To D s

Como os processos reais são irreversíveis, ds > 0.

Se considerarmos as taxas de variação das propriedades termodinâmicas, teremos

Uma hipótese interessante é a da constância da demanda por produtos (população estabilizada e consumo per capita invariável). Devido à progressiva exaustão dos recursos naturais mais próximos e mais fáceis de se extrair, o trabalho requerido pela produção aumenta, ao passo que o rendimento energético diminui (pelo aumento da entropia), ou seja, aumenta a demanda por recursos energéticos.

Na situação real da economia moderna, a população está aumentando e o consumo é cada vez mais refinado (maior variedade de produtos), de forma que a demanda de energia cresce mais depressa do que na hipótese anterior. A exaustão dos recursos naturais, principalmente dos recursos energéticos, se acelera e a entropia também, chegando-se assim a um círculo vicioso.

A solução imaginada para o vício é o desenvolvimento tecnológico dirigido para os seguintes objetivos principais : a) diminuição da transferência de calor para a vizinhança por meio de melhor isolamento de ambientes e de equipamentos e, ainda, pelo aumento da eficiência das máquinas térmicas; b) substituição de materiais tradicionais por outros de menor custo de produção (p.ex., vidro e aço por plásticos); c) diminuição da taxa de entropização .

As providências a e b têm alcance limitado devido a restrições físicas (limite superior para o rendimento térmico, propriedades dos materiais, etc.) e apenas permitem desafogo transitório para o crescimento da entropia.

A diminuição da taxa de entropização só pode aplicar-se sobre o próprio sistema, de vez que a vizinhança não está sob controle. Pretendemos mostrar que os problemas sociais de hoje se devem às tentativas de controlar a entropia do sistema produtivo.

4 – Implicações sociais da Lei da Entropia

Duas empresas que produzam o mesmo bem com a mesma tecnologia, usando a mesma matéria prima e o mesmo recurso energético podem ter custos de produção diferentes. Este fato, que é a base da concorrência, deve-se a diferentes graus de entropização entre elas. Os fatores imagináveis da entropização seriam, por exemplo, a idade dos equipamentos e instalações, a qualificação da mão de obra, os métodos gerenciais, a adequação do projeto das instalações à tecnologia usada, o dimensionamento das máquinas em relação à vazão de massa através do sistema, etc.

Pelo menos do ponto de vista conceitual seria possível aferir o grau de entropização de uma empresa em relação à outra pela diferença dos custos de produção "ceteris paribus".

Organizar bem uma empresa significa reduzir ao mínimo a sua taxa de entropização. As providências geralmente adotadas têm por motivação o ajuste dos tempos de intervenção das diversas funções (por exemplo, o sistema "just in time" para reduzir a ociosidade dos estoques), a adequação das práticas operacionais (sistema de qualidade), a diminuição do número de interações entre os atores da produção (centralização das decisões), etc.

Essas providências são amplamente facilitadas pela automação dos processos produtivos e do fluxo de informações (informatização) e implicam a crescente substituição dos processos de produção baseados na combustão (controle lento) pelos processos baseados no uso da eletricidade (controle rápido). Está é uma das razões do maior crescimento da demanda de energia elétrica em relação à das demais formas de energia.

Porém, a conversão do estoque de energia interna da Biosfera (recursos fósseis, físseis e "fundíveis") passa necessariamente, ao menos na tecnologia conhecida, pelo ciclo térmico irreversível e portanto acelera a entropização (uma exceção a esta regra é a célula de combustível).

O efeito negativo das medidas de organização é o desemprego. O trabalhador tem vontade e, por isso, tende a dificultar a organização, além de ser um consumidor. O desemprego, portanto, ataca duas faces do problema energético : facilita a organização e diminui o consumo.

Surtos de desemprego estão, em geral, associados à mecanização ou automação (teares automáticos, colheitadeiras mecânicas, robôs, computador, etc.).O reconhecimento da existência de desemprego estrutural parece indicar que a sociedade está enfrentando um gargalo de entropia.

5 – Os novos conversores energéticos

Outra forma de se abordar o problema energético é a substituição dos hidrocarbonetos por conversores de maior energia interna específica (cf. equação 4) As vantagens vêm da redução do trabalho de circulação do próprio recurso energético e da maior facilidade de estocagem. Nesta linha de raciocínio o candidato à sucessão dos hidrocarbonetos é o urânio (fissão).

A tecnologia da fissão está quase toda dominada tecnicamente, a menos do problema de disposição segura dos rejeitos de todo o ciclo.

Deixando de lado os problemas de segurança, a tecnologia da fissão nuclear mostra um elenco de desvantagens em relação à tecnologia dos hidrocarbonetos :

· o urânio não é matéria prima industrial

· a economia de nêutrons impõe um tamanho mínimo para o reator, limitando a aplicação à geração de energia elétrica e de calor industrial e à propulsão naval

· a eficiência na conversão da energia potencial do núcleo fissionado, levadas em conta as irreversibilidades ao longo do ciclo do combustível nuclear (eficiência exergética), é de cerca de 20% para a central PWR enquanto para a termoeléctrica convencional, de grande porte, chega a 39% (4). A central PWR é um excelente gerador de entropia.

· a energia total que se pode extrair das reservas conhecidas de urânio (3 a 6 ´ 10⁶ toneladas, segundo diferentes estimativas) depende estreitamente da tecnologia adotada. Com as centrais do tipo PWR ("pressurized water reactor") predominantes no cenário mundial, as reservas correspondem à produção de 37 G tEP. Comparada com a extração acumulada de petróleo e gás natural, estimadas para 1990 (5)* em 126 G tEP, aquela cifra é bastante modesta. A introdução das centrais de 3ª geração, com reatores regeneradores ("breeders") permitiria chegar a 1850 G tEP, cerca de 15 vezes a energia extraída até 1990 dos hidrocarbonetos. A passagem das centrais PWR para as centrais com reatores regeneradores exigirá enorme esforço de desenvolvimento tecnológico que terá que ser bancado pela economia baseada nos hidrocarbonetos.

A questão da energia de fissão ultrapassa os limites econômicos e torna-se uma questão de sobrevivência do conceito de estado nacional, que dominou a cena política mundial até o término da 2ª Guerra Mundial. A formação das alianças militares (OTAN, Pacto de Varsóvia) prenunciou a formação dos blocos econômicos (OECD, COMECON, União Européia, NAFTA, MERCOSUL, …). Estes movimentos de reorganização da sociedade humana parecem indicar a subordinação dos conceitos econômicos e políticos à questão energética, pois correspondem às previsões de decadência da extração dos hidrocarbonetos. Todos estes sintomas, combinados com os alarmes sobre a questão ambiental (efeito estufa, chuvas ácidas) parecem indicar que a humanidade sente a necessidade de uma redefinição de propostas, na medida em que a eficiência do processo econômico compromete os requisitos básicos de sobrevivência.

6 – Conclusões

Não há modo de impedir o crescimento da entropia e, em conseqüência, o decréscimo do rendimento econômico. As medidas comentadas são paliativas e, em alguns casos, contraproducentes. Aumentar o consumo de uma minoria de cidadãos em detrimento dos demais, via desemprego, não combina com as declarações de amor à democracia e muito menos com as de amor ao próximo.

Também não adianta culpar os governos pois eles não têm nenhum poder no caso. Não se pode revogar a Lei da Entropia.

As novas tecnologias se desenvolvem à custa de aumento prévio da entropia e elas duram cada vez menos que as anteriores (6).

A situação do Brasil, nesta análise, deve ser estudada como caso especial. Nossa vizinhança imediata não está ainda tão entropizada como a dos países ricos e, portanto, nosso modelo de desenvolvimento não precisa ser uma réplica do modelo alheio. Se a entropização é uma fatalidade, podemos pelo menos nos valer da experiência dos outros para prevenir, a tempo, os problemas futuros. Não há necessidade de se aderir tão entusiasticamente ao modelo consumista e competitivo pois o resultado será a antecipação do tempo das vacas magras e das espigas secas.

Bibliografia

1. Uma história da energia
Daniel Hemery, Jean-Claude Debier, Jean-Paul Deléage
Trad. Sérgio de Salvo Brito
Edunb/1993
Título do original em francês : "Les servitudes de la puissance : une historie de l’énergie"
Flamarion/1986

2. Brasil : o crescimento possível
Carlos Feu Alvim et al.
Editora Bertrand/1996

3. "Resources, environment and economics"
Ayres, R.U
John Wiley/1978

4. "Exergy analysis of thermal, chemical and metallurgical processes"
Jan Szargut, David R. Morris, Frank R. Steward
Hemisphere Publishing Corporation/1988

5. "Energy for tomorrow’s world"
World Energy Council
St. Martins Press/1993

6. "The future"
Cesare Marchetti
International Institute for Applied Systems Analysis/1986

7. "Second Law Analysis of Energy Processes"
Brzustowsky, T.A
Trans. Can. Soc. Mech. Eng/1980