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Ecologia Industrial e Projeto para o Meio Ambiente 183
ECOLOGIA INDUSTRIAL E PROJETO
PARA O MEIO AMBIENTE (DfE)
CAPÍTULO 6
Antes de iniciarmos o conteúdo deste capítulo, vamos revisar um pouco o conhecimento até agora trabalhado de processo de aprendizagem. Isto certamente vai ajudá-lo a compreender melhor o contexto em que Projeto para o Meio Ambiente (DfE) poderá ser inserido. No primeiro momento de interação com você discutimos, em termos de ordem de grandeza, a redução do impacto ambiental necessária por unidade de produto, para se contrapor aos impactos decorrentes do crescimento da atividade econômica. Na ocasião falamos sobre o Fator 10, um conceito que autores institucionais e individuais têm usado para expressar o nível de redução do impacto ambiental por unidade de produto, que deve ser atingido nos
As empresas precisam formular estratégias próprias de projeto/manufatura que sejam específicas o suficiente para atender às suas necessidades como criadores de produtos únicos, mas que se relacionem e atendam a demandas mais altas, tais como as políticas e os desafios das estratégias ambientais globais. T. C. McAloone & Dr. S. Evans, 1996
Sean Patrick Bradley Universidade Federal da Bahia • UFBA • MEAU Asher Kiperstok Universidade Federal da Bahia • UFBA • TECLIM
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Introduzir a Ecologia Indus- trial e os conceitos e medidas a ela relacionados.
- Apresentar metodologias de Projeto para o Meio Ambiente.
- Discutir a forma de organizar variáveis de decisão am- biental em contextos mais amplos do que um processo produtivo restrito.
- Apresentar fatores ambien- tais relevantes como es- colha de materiais, me- lhorias no processo, trans- porte, armazenamento, embalagens.
- Contextualizar o Projeto para o Meio Ambiente em relação à ACV.
- Trazer informações gerais sobre o processo de projetar produtos e processos.
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próximos 50 anos. Longe de ser um número preciso, ou de se pretender qualquer exatidão no sentido dos prazos para isto ser atingido, o Fator 10 alerta para a necessidade de se pensar além das medidas convencionais, hoje predominantes, de gerar resíduos para depois destruí- los. “Pensar fora da caixa” Num segundo momento, com o objetivo de compreender melhor o motivo das preocupações ambientais, compartilhadas por vários segmentos da sociedade como um todo, relacionamos os principais problemas associados a produtos e processos projetados sob a ótica de um paradigma de que resíduo é inerente ao processo produtivo. Como não podia deixar de ser, apresentamos medidas e enfoques que podem ser aplicados visando minimizar os resíduos gerados principalmente em processos produtivos já existentes. Passamos aí a tentar fazer você perceber a necessidade de adequar produtos e processos de maneira a atender às demandas ambientais de mercado. Consideramos importante também apresentar a metodologia desenvolvida pela UNIDO/ UNEP para implementar um programa de Prevenção da Poluição/Produção mais Limpa, de forma prática, em processos produtivos. Outra ferramenta que achamos interessante discutir um pouco mais com você foi a ACV (Análise de Ciclo de Vida), que pode ser utilizada para avaliar o impacto de produtos e serviços em todas as suas fases, desde a extração da matéria-prima até disposição final do produto pós-uso. É bom lembrar que através da ACV podemos identificar os aspectos críticos a serem trabalhados e definir diretrizes a serem adotadas no processo de concepção de um novo produto ou processo considerado mais ecologicamente correto. Vale salientar que até este momento do aprendizado estávamos concentrados nos limites físicos da fábrica. No entanto, neste capítulo vamos procurar abrir um pouco mais a discussão. Vamos pensar, aqui, na necessidade de uma maior articulação entre os setores produtivos e a sociedade. Vamos, ainda, entender que o impacto ambiental da produção deve ser discutido bem antes de se construir a fábrica. Deve começar até mesmo na própria fase de concepção dos produtos a serem manufaturados. Estaremos conversando a partir de agora sobre Ecologia Industrial e Projeto para o Meio Ambiente. Atingir o Fator 10 vai exigir isto, e muito mais! Por exemplo, mudanças nos padrões de consumo, principalmente nas sociedades opulentas. Contudo, esta discussão, mesmo sendo apaixonante, foge ao escopo deste módulo.
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6.1 ECOLOGIA INDUSTRIAL – EI
A discussão sobre a sustentabilidade do planeta, à luz do crescimento do poder de impacto do binômio produção-consumo, obrigou a aproximação de cientistas e pensadores das ciências naturais, sociais e de tecnologia do processo produtivo. Um importante encontro desse tipo ocorreu em julho de 1992, em Snowmass, Colorado, EUA, reunindo 50 participantes de diferentes países para discutir o tema Ecologia Industrial e Câmbio Global. Os resultados desse encontro foram publicados por Socolow et al_._ (1994). Os conceitos de “Metabolismo Industrial” e “Ecologia Industrial” têm-se manifestado ao longo das últimas três décadas, ainda que de forma dispersa. A idéia de descrever os fluxos de material e energia, dos processos industriais, como um sistema metabólico foi introduzida por Robert U. Ayres, que cunhou o termo “Metabolismo Industrial” (Ehrenfeld, 1997). O conceito se fundamenta, basicamente, na aplicação do princípio de equilíbrio de massas à circulação de materiais e energia ao longo dos processos produtivos. O conceito de Ecologia Industrial, entretanto, deveria ir além. Erkman (1997) entende que, a partir do conhecimento de como os sistemas industriais funcionam e são regulados, de suas interações com a biosfera e do conhecimento disponível sobre meio ambiente, estes sistemas seriam reestruturados para compatibilização com os ecossistemas naturais (Marinho e Kiperstok, 2000). Na sua origem, a palavra “industrial” no termo “Metabolismo Industrial” tinha um significado mais amplo do que o utilizado em “Ecologia Industrial”. No primeiro, abrangia toda a civilização; no segundo, abordava processos produtivos específicos. No primeiro, se discutia o assunto transporte, por exemplo; enquanto que o segundo se discutia o automóvel, os pneus, etc. Com o passar do tempo, o termo “Ecologia Industrial” passou a ter uma abrangência ampliada, sendo mais divulgado (Socolow et al_._ , 1994). Ambos os termos surgem da comparação entre os processos naturais com os processos produtivos. Esta comparação apontou para uma diferença fundamental: enquanto os processos produtivos se dão em ciclos abertos, os naturais são fechados. Ciclos abertos implicam em geração de produtos e resíduos. Nos ciclos fechados não cabe o conceito de resíduo.
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Questão para reflexão:
- O que poderia ser considerado resíduo numa floresta natural, por exemplo?
Retire qualquer componente da floresta. As folhas caídas no chão? Os troncos podres? E condenaremos a floresta ao desaparecimento. Ou teremos que importar insumos externos para sua manutenção. Porque esses elementos, que alguns ainda enxergam como restos, são um elo fundamental na estrutura e funcionamento de todo o ecossistema da floresta, e sem esse elo/”resíduo” a floresta morreria.
Graedel e Allenby (1995) definem a Ecologia Industrial como “o meio através do qual a humanidade pode, deliberada e racionalmente, aproximar e manter uma capacidade de carga apropriada, com uma contínua evolução econômica, cultural e tecnológica. Assim, Ecologia Industrial precisa apoiar a estrutura e função dos ecossistemas, porque os seres humanos são apenas uma componente nas interações ecológicas e não podem ser separados deste todo”. Simplesmente, nossa saúde é dependente da saúde dos outros componentes do ecossistema. O todo é integrado.
O termo “Ecologia Industrial”, ao se fundamentar numa analogia com a ciência da ecologia, prioriza as funções e relações das partes diversas que conformam um ecossistema. “A EI procura otimizar os ciclos de materiais, da matéria virgem aos produtos finais, de forma a eliminar a disposição de resíduos.” (Graedel, T. apud Socolow, 1994)
Para ilustrar a evolução de sistemas abertos para sistemas fechados sob o enfoque dos materiais, Graedel utiliza as Figuras 6.1 e 6.2:
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FIGURA 6.2 – TIPOS DE FLUXOS DE MATERIAIS (GRAEDEL, T. APUD SOCOLOW ET AL., 1994)
O sistema Tipo I caracteriza uma situação de abundância de recursos naturais, em que não existem pressões no sentido de se preocupar com qualquer eficiência no seu uso. Usam-se insumos ilimitados e geram-se resíduos ilimitados. Na medida em que o processo de transformação é insignificante, em relação ao ecossistema onde se localiza, os impactos gerados são imperceptíveis.
Com o crescimento da produção e do consumo começa a ser sentida uma pressão sobre os ecossistemas, sejam locais, regionais ou planetários. Os limites do meio ambiente passam a ter presença real. Surgem restrições ao uso ilimitado dos recursos naturais e, conseqüentemente, a produtividade no seu uso aumenta. Isso leva à redução da relação resíduo produzido por unidade de produto gerado. Esta situação encontra-se representada no sistema Tipo II, da Figura 6.1.
O crescimento do consumo nos coloca a necessidade de pensar caminhos para poder atingir o sistema Tipo III. O surgimento do conceito de Fator 10 aponta para os esforços que estão sendo realizados nesse sentido.
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Resumindo, a abordagem da Ecologia Industrial pretende:
- perceber sistemas e atividades em conjunto com o meio ambiente, em vez de considerá-los de forma isolada;
- fornecer uma perspectiva global e sistêmica;
- identificar e seguir fluxos e transformações de materiais e energia através dos sistemas;
- estabelecer uma abordagem transdisciplinar;
- mudar de processos abertos para processos cíclicos e fechados;
- reduzir impactos ambientais;
- integrar os sistemas industriais entre si e com a comunidade;
- estimular os sistemas naturais, que são mais sustentáveis e eficientes;
- promover o uso sustentável de recursos naturais.
Com isso a Ecologia Industrial busca ciclos e processos ótimos para todos os recursos materiais e energéticos, enquanto enquadrados nos limites ambientais e financeiros atuais. Soluções ótimas são buscadas e determinadas através do estabelecimento de um equilíbrio entre os fatores e os limites em conflito. Dessa forma a Ecologia Industrial ajuda na obtenção de soluções racionais, amplas e sustentáveis. Por fim, pode-se dizer que a Ecologia Industrial busca uma economia sustentável ligada ao desenvolvimento cultural, levando em conta um moderado crescimento populacional. No entanto, as ações da Ecologia Industrial são, em grande parte, avanços tecnológicos e soluções técnicas em vez de soluções sociais.
Para complementar o aqui exposto, sugere-se a leitura dos trabalhos:
AUSUBEL, J. H. Liberação do meio ambiente. Tecbahia , Bahia, v. 12, n. 2, p. 29-41, 1997. FROSCH, R.A. No caminho para o fim dos resíduos, as reflexões sobre uma nova ecologia das empresas. Tecbahia , Bahia, v. 12, n. 2, p. 42-53, 1997. LOVINS, A.B.; LOVINS, L.H.; HAWKEN, P. A road map for natural capitalism. Harvard Business Review , p. 145-158, may/jun.1999.
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seus respectivos contextos sociais e ambientais. Tradicionalmente, os fatores de função, aparência e custos têm dominado quase por completo os processos de projeto. A importância do projeto não é sempre reconhecida. Muitas vezes os administradores de fábricas são culpados por problemas de poluição, quando na verdade são problemas resultantes de decisões feitas por projetistas de produtos e processos em conjunto com o próprio mercado. Então, existe uma grande responsabilidade por parte do projetista em aplicar todos os métodos possíveis de reduzir os impactos ambientais que possam advir dos processos e produtos por ele projetados. A extensa vida útil de muitos produtos e processos, que freqüentemente vai de alguns anos a várias décadas, torna as decisões do Projeto para o Meio Ambiente essenciais, já que os impactos de tais decisões persistem ao longo desse mesmo período. Alguns autores citam que 70% dos custos de manufatura e os atributos dos produtos são decididos relativamente cedo no processo de projeto (Andreasen, M.; Khiler, S. & Lund, T. Design for Assembly, London: IFS Publications, 1983). Graedel e Allenby (1995) também destacam o fato que estratégias de Projeto para o Meio Ambiente são mais efetivas durante as fases iniciais do projeto. Nas fases iniciais, normalmente é mais fácil alterar o projeto para adequar-se aos fatores ambientais do que nas fases subseqüentes. Por exemplo, é mais simples e menos caro reduzir emissões de gases ácidos removendo compostos de enxofre da matéria-prima do que capturá-los e tratá- los nos estágios finais do processo. Sem dúvida, os projetistas são a força principal atrás da forma do produto pronto e do seu posterior uso. As decisões tomadas nesse estágio de desenvolvimento afetarão a quantidade e a qualidade dos materiais utilizados, os gastos energéticos, os resíduos gerados, além dos fatores tradicionais de função, custo, etc.
MUDANDO O PROCESSO DE PROJETAR O processo de projeto é responsável por muitas mudanças que atingem a sociedade. Projeto no sentido do design, em inglês, é algo que define soluções para problemas novos, ou, então, cria um produto ou um processo que satisfaça a demanda da sociedade. Por exemplo, se uma área fechada demonstra claridade inadequada, então é projetado um sistema de iluminação artificial, ou meios para proporcionar o uso da iluminação natural para suprir as necessidades de luz.
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Qualquer processo de projetar precisa contemplar os seguintes passos:
- reconhecimento de necessidades, a identificação do serviço a ser prestado e as limitações e restrições para tanto;
- seleção e definição do produto ou processo a ser desenvolvido, para atender ao serviço a ser prestado;
- desenvolvimento de um projeto conceitual;
- avaliação de vários modelos desenvolvidos, considerando as interações entre fabricantes, fornecedores e usuários, além do marketing e aceitabilidade do produto ou processo;
- desenvolvimento de um projeto detalhado, considerando todos os fatores pertinentes;
- comunicação do projeto. Entretanto, o projeto, hoje, precisa analisar e sintetizar muito mais do que jamais visto antes. Para poder projetar algo, custos e função não são suficientes, e precisamos saber o máximo possível sobre o comportamento previsto do produto e dos usuários durante todo seu ciclo de vida. Em face desta realidade, é fundamental utilizar os processos de análise para simplificar o mundo real através de modelos e de síntese para poder juntar elementos num todo (Dieter, G. E. Engineering Design , First Edition, 1986). Análise e síntese permitem tomar decisões num contexto em que há relações complexas e decisões interligadas, de tal forma, que muitas entram em conflito e somente se resolvem através de trocas de vantagens e desvantagens ( trade-offs ).
Portanto, é preciso agrupar o número crescente de variáveis de projeto que deveriam ser consideradas. As variáveis genéricas básicas são:
- função;
- aparência/estilo;
- custo.
Por função podemos identificar a satisfação da necessidade básica do usuário ou da sociedade. Função pode ser associada também o conforto e conveniência. A questão de aparência e estilo não é somente o caso de se criar formas que satisfaçam esteticamente
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- DfA : ( A ssembly) – Facilidade de montagem , uso de peças padronizadas, etc.
- DfM : ( M anufacturability) – Como o projeto pode facilitar a própria manufatura do produto.
- DfT : ( T estability) – Projeto que leva em conta a fase de testes e a integração de componentes complexos.
- DfS : ( S erviceability) – Projeto que facilita a instalação. Além de manutenção , reparo e modificação futura.
- DfR : ( R eliability) – A consideração da confiabilidade do produto perante os problemas de cargas eletrostáticas, corrosão, resistência a ambientes variáveis, etc.
- DfSL : ( S afety and L iability Prevention) – Projeto dentro dos padrões de segurança para prevenir acidentes e questões de responsabilidade legal. (Graedel e Allenby, 1995) Mais recentemente a questão ambiental passou a ter uma inserção mais sistêmica no projeto, e novas variáveis são consideradas e agrupadas em:
- DfE : ( E nvironment) – Projeto para o Meio Ambiente;
- DfR : ( R ecycling) – Projeto para reciclagem;
- eficiência energética;
- seleção e uso de materiais;
- transportes utilizados;
- armazenamento e embalagens. Com base, em parte, nas críticas de uma abordagem bastante incremental, essas mesmas variáveis, e outras, podem ser consideradas dentro de um macrocontexto de projeto. Assim, cria-se uma hierarquia de estratégias de projeto que especifica quando aplicar conceitos e modificar o resultado final. Portanto, diferentes rotas “ design wheels” foram desenvolvidas com a finalidade de ajudar o processo de síntese.
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PROJETO PARA O MEIO AMBIENTE Projeto para o Meio Ambiente pode ser considerado, então, a aplicação de diferen- tes fatores de projeto, de forma hierarquizada, visando reduzir impactos ambientais e custos, fomentando a eficiência. A estrutura apresentada do DfE, ou ecodesign , segue mais ou menos o esquema apresentado e utilizado por Five Winds Internatio- nal and Associates (http://www.fivewinds.com) e Ralf Nielsen, de Nielsen Design Consulting (ver Figura 6.3).
FIGURA 6.3 – ROTAS DE PROJETO – DESIGN WHEELS
Com base na estruturação da Figura 6.3, fica claro que o Projeto para o Meio Ambiente inicia-se com o Desenvolvimento de Novos Conceitos (1), para resolver o problema em questão. Nesse estágio, qualidades essenciais são a criatividade e a capacidade de ver antigos problemas de um outro modo.
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- técnicas alternativas de produção;
- menos etapas na linha de produção;
- menos consumo de energia (ver Capítulo 7);
- fontes energéticas mais limpas;
- menos resíduos;
- menos insumos. Uma importante consideração, que não é independente das outras aqui apresentadas, é a Otimização dos Meios de Distribuição (5), que precisam ser sistematizados e otimizados. Entre os fatores a serem considerados incluem-se:
- embalagem;
- modo de transporte;
- modo de armazenamento e manuseio;
- logística.
Reforçando o fato de que o DfE é uma abordagem associada a todo o ciclo de vida de um produto, precisamos incluir fatores de projeto que antecipem o que acontece fora do espaço físico da fábrica. Portanto, devemos considerar algumas das seguintes alternativas para se obter Redução do Impacto Durante o Uso do Produto (6):
- redução no consumo de energia;
- fontes de energia mais limpas;
- redução de insumos;
- insumos mais limpos.
Depois de considerar estes outros aspectos envolvidos no processo de projetar nossos produtos, devemos considerar alternativas de Otimização de Produtos no Final de sua Vida Útil (7). Como sempre, soluções para o fim do ciclo não são todas iguais, e assim são consideradas de forma hierárquica:
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- reuso do produto;
- projeto para desmontagem;
- remanufatura de produtos;
- reciclagem;
- descarte final.
Então, considerações conceituais de projeto, hierarquizadas sob a ótica ambiental, podem levar a novas formas de resolver problemas. Portanto, precisamos revê-los mais detalhadamente para entender como trabalhar com variáveis ambientais no projeto.
6.2 DESENVOLVIMENTO DE NOVOS CONCEITOS
Uma parte fundamental de qualquer projeto está associada ao processo de “pensar lateralmente”, ou pensar “fora da caixa”. Isso quer dizer: abordar um problema antigo de forma totalmente inovadora e, às vezes, requerendo mudanças até no contexto do problema, tanto quanto no problema em si. Tipicamente, no desenvolvimento do produto, este tipo de solução envolverá muitos atores na hierarquia da empresa, e fora dela.
São essas novas soluções que às vezes trazem “revoluções” na forma de atender a uma necessidade da sociedade. Um exemplo freqüentemente citado é o uso de e-mail em vez da carta de papel. No caso, a necessidade de comunicação é resolvida sem os gastos materiais. Para a área industrial, a principal mudança de conceito necessário é o desvio de atenção do produto como objeto para o produto como um sistema, com um ciclo de vida que deve satisfazer os requisitos de todos os “clientes” atuais e subseqüentes.
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a empresa vende somente o serviço e não o objeto que fornece. O nível de controle envolvido nesse tipo de relacionamento permite que a empresa desenvolva sistemas muito mais eficientes.
Os tipos de benefícios promovidos são:
- informações atualizadas sobre as necessidades dos usuários;
- possibilidade de responder rapidamente às mudanças no mercado;
- mais controle sobre todo o ciclo de vida do produto;
- possibilidade de ter retornos não somente no uso do produto, mas também nas fases seguintes.
PARTILHAMENTO DE EQUIPAMENTOS O uso de um produto por um conjunto de pessoas ou empresas tende a ser mais eficiente. Como foi visto anteriormente, os usuários pagarão por uma unidade de serviço utilizado, em vez de pagar para ser o dono do mesmo.
Isso permite ao projetista criar sistemas que:
- reduzam materiais e gastos energéticos;
- baixem custos de transporte;
- facilitem a reutilização e reciclagem do produto.
6.3 OTIMIZAÇÃO FÍSICA
Além dos aspectos relacionados à função, à estética, ao custo e a outros, tradicionalmente considerados pelos projetistas, no DfE devem ser incluídas considerações associadas à ampliação das funções do produto e de sua vida útil. Para esta finalidade, o projetista deve projetar as características físicas, as feições e os componentes, com o objetivo de agregar valor ao produto para o usuário.
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Isso envolve não somente o estabelecimento de funções eficientemente adaptadas às necessidades do usuário, mas também um aumento na sua vida útil técnica, isto é, o tempo em que o produto funciona bem, e na sua vida estética, ou seja, o tempo em que o usuário considera o produto atrativo. É preciso, contudo, encontrar um equilíbrio entre essas considerações.
INTEGRAÇÃO DE FUNÇÕES Combinando serviços e funções num único produto, podemos reduzir espaço e aumentar o uso de materiais.
Precisamos considerar, nesse caso, que pode haver um aumento também na complexidade do produto não somente para o usuário, mas também para o projetista. No entanto, a integração de funções traz possíveis benefícios, como:
- uso mais eficiente de espaço;
- redução de materiais (desmaterialização) e redução em gastos energéticos;
- mais unidades de “serviço” por unidade de transporte.
OTIMIZAÇÃO DAS FUNÇÕES Pode ser importante reunir funções num único produto, mas é igualmente importante identificar funções supérfluas e eliminá-las. É preciso descobrir quais são as funções primárias e as secundárias, e saber se são de natureza utilitárias ou estéticas.
AUMENTO DA CONFIABILIDADE E DURABILIDADE São considerações até de certa forma tradicionais, mas que têm sua importância redobrada quando consideradas sob o enfoque ambiental. O objetivo é, por um lado, considerar todos os meios para aumentar a vida útil de produtos e, conseqüentemente, reduzir o uso de recursos naturais. Por outro lado, procura-se minimizar a ocorrência de acidentes ambientais provocados pela prematura falência de equipamentos, tais como tubulações transportando produtos químicos e veículos terrestres e marítimos despejando seus conteúdos no meio ambiente. Um dos maiores programas ambientais da história recente da indústria do petróleo no Brasil foca este assunto.
