i
KELLY ROSANA SUZIGAN
A TRANSIÇÃO PARA UMA MATRIZ ENERGÉTICA LIMPA: OS
AVANÇOS NA TECNOLOGIA SOLAR
CAMPINAS
2015
vii
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, meu porto seguro. Obrigada pelo total apoio e por proporcionar meus estudos. Sem vocês nada disso seria possível.
Aos meus irmãos e amigos, pelo incentivo durante todo o mestrado.
À minha irmã Katia Cristina Suzigan, pelo estímulo, companheirismo, e por sua grande habilidade em achar o que ninguém mais consegue na internet. Obrigada por suas inestimadas contribuições a este trabalho.
Aos meus queridos amigos Alex Rodrigues de Castro e Natália Aléssio, pelas suas valiosas contribuições ao trabalho.
Aos meus amigos do IE, em especial a Camila Sakamoto, Glauce Almeida Figueira e Paula Attie, pelas trocas de experiência, companheirismo, carinho e amizade.
Ao professor Ademar Romeiro, orientador acadêmico. Por sua disposição em orientar-me. Seu conhecimento em economia ecológica e em tecnologias energéticas foi muito importante para a fundamentação e construção do trabalho.
Ao professor Bastiaan Reydon, meus sinceros agradecimentos por me auxiliar desde o início do mestrado na busca de um tema que despertasse minha curiosidade; por suas sugestões no exame de qualificação; e por todo o auxílio burocrático necessário à concretização deste trabalho. Como eu sempre digo: “Graças a Deus pelo Bastiaan!”.
Aos professores José Maria Ferreira Jardim da Silveira, Alexandre Gori Maia e Daniel Caixeta, pelos comentários e preciosas sugestões oferecidas à dissertação.
Aos funcionários da biblioteca do IE, que me disponibilizaram alguns relatórios fundamentais ao trabalho.
Aos mais que eficientes funcionários da secretaria de pós-graduação, em especial à Fátima e Andrea, obrigada pela disponibilidade, paciência e todo o auxílio burocrático.
À CNPq pelo financiamento da bolsa de mestrado, que possibilitou a realização desse trabalho.
ix
RESUMO
As reservas mundiais de petróleo, carvão e gás natural podem acomodar maior crescimento no uso destas fontes de energia sobre as próximas décadas, mas agrava os enormes desafios colocados pelas alterações climáticas. A produção e o consumo energético de energia têm grande impacto na sociedade e na natureza, e o uso dos combustíveis fósseis é claramente insustentável com consequências potencialmente catastróficas. Desta forma, a necessidade de transição para uma matriz energética mais limpa é evidente, podendo ser observada através do redirecionamento da política energética de algumas das nações líderes do mundo. Dentre as tecnologias energéticas limpas, a tecnologia solar tem se destacado no cenário mundial, e por hipótese a energia solar deverá ser a principal fonte para geração de eletricidade no futuro. Esta dissertação pretende contribuir com a investigação acerca do desenvolvimento e perspectivas da energia solar no mundo, trazendo alguma luz à controvérsia sobre a possibilidade de superação do paradigma energético baseado na combustão de fósseis a tempo de se evitar um possível desastre ambiental. O presente trabalho divide-se em três partes. A primeira parte trata da necessidade da transição da matriz energética baseada em uso de combustíveis fósseis para uma baseada em energia limpa, essencial em decorrência das já comprovadas limitações ambientais, que se agravará futuramente diante da expectativa de largo aumento na demanda de energia para acompanhar o crescimento econômico futuro. A segunda parte faz uma breve discussão acerca de algumas questões relativas à construção de um novo paradigma energético e da inovação em tecnologias de energia de baixo carbono, além de salientar especificidades da tecnologia solar. Por fim, na terceira parte traça-se um panorama do cenário atual mundial com relação ao setor de energia solar a partir dos principais países que investem na tecnologia: Estados Unidos, Alemanha, Japão e China. Neste capítulo será analisado o progresso do setor solar em cada país, apontando as políticas de incentivo, desenvolvimento da indústria solar, evolução do mercado e perspectivas futuras da energia solar.
Palavras-chave: células fotovoltaicas, tecnologia CSP, investimento em energia renovável,
xi
ABSTRACT
The world reserves of oil, coal and natural gas can accommodate further growth in energy use over the next few decades, but aggravates the great challenges posed by climate change. The production and consumption of energy have been creating great impact in our society and nature, and the consumption of fossil fuels is clearly unsustainable with potentially catastrophic consequences. Thus, the importance of renewable forms of energy is growing robustly, which can be observed by the energy policies of some of the leading nations in the world. Among the renewable forms of energy, solar power generation is becoming mainstream and by hypothesis is likely to become the world’s most important source for electricity generation in the future. This thesis aims to contribute on the research concerning the development and prospects of solar energy in the world, bringing some light to the controversy about the possibility of overcoming the energy paradigm based on the combustion of fossil in time to prevent a possible environmental disaster. This paper is divided into three parts. The first one highlight the need for a transition from a fossil fuel-based society to one based on renewable energy, enabling a more sustainable growth. The second part is a brief discussion regarding the construction of a new energy paradigm and the innovations in the in low-carbon energy technologies, highlighting specific characteristics of the solar technology. Finally, the third part makes an overview of the current scenario, especially the one regarding the solar industry in the most advanced countries in the development of solar energy (United States, Germany, Japan and China). In this chapter an analysis is made about the progress of the solar energy in each country, pointing out government subsidies, industry and market development and future prospects of solar energy.
xiii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ARPA-E – Advanced Research Projects Agency-Energy (Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Energia)
BMU – Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Ministério do Meio Ambiente, Conservação da Natureza e Segurança Nuclear da Alemanha)
BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung (Ministério Federal de Educação e Pesquisa da Alemanha)
BRIGDE – Bridging Research Interactions through Collaborative Development Grants in Energy BSW-Solar – Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (Associação da Indústria Solar Alemã)
CDB – China Development Bank (Banco de Desenvolvimento da China)
CEMI – Clean Energy Manufacturing Initiative (Iniciativa de Produção de Energia Limpa) CPV – Células fotovoltaicas concentradoras
CSP – Concentrated Solar Power (Energia solar térmica concentrada) CVSR - California Solar Valley Ranch
DISTANCE – Diversity in Science and Technology Advances National Clean Energy in Solar DOE – US Departament of Energy (Departamento de Energia dos Estados Unidos)
EC – European Commission (Comissão Europeia)
EEG – Erneuerbare-Energien-Gesetz (Lei das Energias Renováveis da Alemanha) EPO – European Patent Office (Escritório Europeu de Patentes)
FIT – Feed-in Tariffs
FOA – Funding Opportunity Announcement
F-PACE – Foundational Program to Advance Cell Efficiency
FS-UNEP – Frankfurt School UNEP Collaborating Centre for Climate & Sustainable Energy Finance
ICTSD – International Centre for Trade and Sustainable Development (Centro Internacional para Comércio e Desenvolvimento Sustentável)
IEA – International Energy Agency (Agência Internacional de Energia)
IRENA – International Renewable Energy Agency (Agência Internacional de Energia Renovável)
xiv ITC – Investment Tax Credit
JPEA – Japan Photovoltaic Energy Association (Associação Japonesa de Energia Fotovoltaica) J-PEC – Japan Photovoltaic Expansion Center (Centro de Expansão Fotovoltaica Japonês) LCOE – Levelized Cost of Electricity (Custo Nivelado de Eletricidade)
MEP –Ministry of Environmental Protection of the Government of the People's Republic of China (Ministério de Proteção Ambiental da China)
MENA – Oriente Médio e norte da África
METI – Ministry of Economy, Trade and Industry (Ministério da Economia, Comércio e Indústria Japonês)
MOST – Ministry of Science and Technology of the Government of the People's Republic of China (Ministério da Ciência e Tecnologia da China)
MURA – Minority University Research Associates
NEA – National Energy Agency of the Government of the People's Republic of China (Administração Nacional de Energia da China)
NDRC – National Development and Reform Commission (CNDR – Comissão Nacional de Desenvolvimento e Reforma da China)
NSF – National Science Foundation (Fundação Nacional da Ciência) NRA – Autoridade Reguladora Nuclear (Nuclear Regulation Authority)
NREL – National Renewable Energy Laboratory (Laboratório Nacional de Energia Renovável) OCDE – Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico
OPV – Células fotovoltaicas orgânicas PG&E – Pacific Gas & Electric Company
PREDICTS – Physics of Reliability Evaluating Design Insights for Component Technologies in Solar
PV – Energia fotovoltaica
QESST – Quantum Energy and Sustainable Solar Technologies
REN21 – Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (Rede de Políticas de Energias Renováveis para o século XXI)
SCE – Southern California Edison
SDPC – State Development Planning Commission of the People's Republic of China (Comissão Estatal para Planejamento do Desenvolvimento da China)
xv
SEIA – Solar Energy Industries Association (Associação das Indústrias de Energia Solar) SERIIUS – Solar Energy Research for India and the U.S.
UE – União Europeia
UNEP – United Nations Environment Programme (Programa Ambiental das Nações Unidas) WBCSD – World Business Council on Sustainable Development (Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável)
xvii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Desenvolvimento da tarifa FIT para pequenos sistemas em telhados (menos de 10 KW) na Alemanha entre 2001 e 2014. ... 51 Tabela 2 – Principais projetos financiados pelo Escritório de Programas de Empréstimos – seção 1705. ... 72
xix
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Distribuição da oferta de energia primária mundial em 2010. ... 2
Figura 2 - Ampulheta da Entropia baseada em Georgescu-Roegen. ... 16
Figura 3 - O fluxo circular da economia... 17
Figura 4 - Do mundo vazio ao mundo cheio. ... 20
Figura 5 - Volume de patentes de tecnologias de energia renovável (1976-2007). ... 32
Figura 6 - Geografia do registro de patente da solar fotovoltaica de 1975 a 2011. ... 33
Figura 7 - Curva de aprendizagem do preço global dos módulos PV à base de silício cristalino . 40 Figura 8 - Capacidade adicionada global e investimento anual em energia solar fotovoltaica (2004-2013). ... 43
Figura 9 - Capacidade e adições anuais da energia solar fotovoltaica (2013). ... 44
Figura 10 - Investimento por país e setor em 2013 (US$ bilhões). ... 45
Figura 11 - Evolução da capacidade instalada da energia fotovoltaica na Europa (2000-2013). .. 47
Figura 12 - Distribuição do investimento em tecnologias energéticas renováveis por setor na Alemanha (2008 – 2013). ... 53
Figura 13 - Desenvolvimento da oferta de eletricidade e capacidade instalada em plantas fotovoltaicas na Alemanha (1990 – 2013). ... 54
Figura 14 - Distribuição do financiamento da tecnologia fotovoltaica entre 2006 – 2013. ... 57
Figura 15 - Capacidade Global da CSP dos Estados Unidos, Espanha e resto do mundo entre 2004 e 2013 (MW). ... 60
Figura 16 - Evolução da instalação e do preço médio de sistemas fotovoltaicos nos Estados Unidos (2000-2013). ... 60
Figura 17 - Nova capacidade de geração elétrica nos Estados Unidos (2012-2013). ... 61
Figura 18 - Preço de pequenos sistemas fotovoltaicos no Japão, Alemanha e Califórnia, e preço dos módulos chineses (US$/W). ... 62
Figura 19 - LCOE do sistema CSP (US$/KWh) e meta da Iniciativa SunShot para 2020. ... 66
Figura 20 - Distribuição do investimento em tecnologias energéticas renováveis por setor nos Estados Unidos (2008 – 2013)... 71
Figura 21 - Investimento em pequena capacidade distribuída por país em 2012, e o crescimento em 2012 (US$ bilhões). ... 71
Figura 22 - Custos dos sistemas fotovoltaicos na Alemanha, Estados Unidos e Japão (1993-2007). ... 77
Figura 23 - Estrutura da tarifa FIT em 2013. ... 79
Figura 24 – Mercado de painéis solares nos segmentos residencial e não residencial no Japão (2005-2103). ... 81
Figura 25 - Distribuição do investimento em tecnologias energéticas renováveis por setor no Japão (2008 – 2013). ... 82
Figura 26 - Evolução da capacidade instalada e acumulada de energia fotovoltaica no Japão entre os anos 1994-2013. ... 85
xx
Figura 27 - Preço médio dos módulos e sistemas fotovoltaicos residenciais no Japão entre 2004 e
2013. ... 86
Figura 28 - Nova capacidade instalada de solar fotovoltaica na China (2005-2013). ... 91
Figura 29 - Produção e mercado da energia fotovoltaica por região entre 2000 e 2012 (%). ... 98
Figura 30 - Distribuição mundial da produção de módulos e células solares e silício policristalino na indústria de células solares em 2013. ... 98
Figura 31 - Market share dos 11 principais fabricantes de módulos fotovoltaicos em 2011. ... 99
Figura 32 - Capacidade acumulada instalada de solar fotovoltaica na China (2010-2015). ... 100
Figura 33 - Preço do módulo fotovoltaico chinês entre os anos de 2008 e 2013 (Yuan/W). ... 102
Figura 34 - Projeção do fornecimento mundial de energia do Joint Research Centre. ... 104
Figura 35 – Capacidade acumulada instalada da solar fotovoltaica da Alemanha, China, Estados Unidos, Japão, e total mundial entre 2004 e 2013. ... 105
Figura 36 - Contribuição da solar fotovoltaica no consumo de eletricidade da Alemanha, China, Estados Unidos e Japão em 2012-2013 (%)... 105
Figura 37 - Projeção da produção regional de energia solar fotovoltaica entre 2015 e 2050 (hi-Ren Scenario). ... 106
xxi
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. A NECESSIDADE DE MUDANÇA DE MATRIZ ENERGÉTICA ... 11
2.1 OS LIMITES BIOFÍSICOS DO CRESCIMENTO ECONÔMICO ... 11
2.1.1 Ordem e desordem: um breve histórico ... 11
2.1.2 Entropia e ciência econômica ... 14
2.1.3 Limites ao crescimento econômico: as visões do mainstream econômico e da economia ecológica ... 19
2.1.4 Considerações finais ... 24
3. O AVANÇO DA TECNOLOGIA DE ENERGIA DE BAIXO CARBONO: A TECNOLOGIA SOLAR. 27 3.1 A CONSTRUÇÃO DE UM NOVO PARADIGMA TECNOLÓGICO ENERGÉTICO ... 27
3.2 A INOVAÇÃO EM TECNOLOGIAS DE ENERGIA DE BAIXO CARBONO ... 30
3.3 ATECNOLOGIA SOLAR ... 35
3.3.1 Energia Solar Térmica Concentrada ... 35
3.3.2 Energia Fotovoltaica (PV) ... 37
3.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 41
4. A EVOLUÇÃO DO SETOR DE ENERGIA SOLAR NA ALEMANHA, ESTADOS UNIDOS, JAPÃO E CHINA... 43
4.1 ALEMANHA... 46
4.1.1 Os desafios da crescente implantação de sistemas fotovoltaicos: transmissão e distribuição ... 49
4.1.2 A Tarifa FIT ... 50
4.1.3 A crescente concorrência na indústria fotovoltaica ... 52
4.1.4 O investimento na tecnologia fotovoltaica ... 53
4.1.5 Pesquisa e desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica ... 56
4.1.6 Perspectivas futuras ... 58
4.2 ESTADOS UNIDOS ... 59
4.2.1 A Iniciativa SunShot ... 63
4.2.2 Política de financiamento da solar ... 68
4.2.3 Grandes projetos de geração de energia solar ... 72
4.2.4 Perspectivas futuras ... 74
4.3 JAPÃO ... 75
4.3.1 O programa “New Sunshine Project” ... 75
4.3.2 A tarifa FIT ... 77
4.3.3 O investimento em tecnologia solar... 81
4.3.4 Desenvolvimento do mercado fotovoltaico ... 84
4.3.5 Perspectivas futuras ... 88
4.4 CHINA ... 89
4.4.1 A liderança chinesa ... 91
4.4.2 Os incentivos à energia solar fotovoltaica ... 93
4.4.3 A indústria fotovoltaica chinesa ... 96
4.4.4 Perspectivas futuras ... 102
4.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 103
5. NOTAS FINAIS ... 109
1 INTRODUÇÃO
A transição da matriz energética baseada em uso de combustíveis fósseis para uma baseada em energia limpa é emergencial em decorrência das já comprovadas limitações ambientais, que se agravará futuramente diante da expectativa de largo aumento na demanda de energia para acompanhar o crescimento econômico dos países em desenvolvimento. As energias renováveis reduzem as emissões de gases do efeito estufa, e seu desenvolvimento deveria ser incentivado em decorrência do cenário alarmante de aumento da poluição, mudanças do clima e possível colapso do ecossistema.
O desenvolvimento econômico de sociedades industriais antigas foi alcançado com o intenso uso de recursos, utilizados de maneira indiscriminada e sem qualquer preocupação com a geração de resíduos e poluição no ambiente, tendo como motor de crescimento econômico os combustíveis fósseis, responsáveis por grande parte da poluição no ambiente. A Primeira Revolução Industrial teve como base o uso do carvão. O petróleo surgiu em seguida, e veio a suplantar o carvão devido principalmente ao fato de ser líquido e de fácil transporte. Posteriormente, o gás natural foi amplamente difundido e utilizado como fonte energética. No entanto, o petróleo ainda é dominante no cenário energético, mas esta dominância se reduz a cada dia. De acordo com Sachs (2010), a era do petróleo pode durar apenas mais algumas décadas e a cotação de petróleo provavelmente aumentará, dando chance a outras formas de energias renováveis.
De acordo com Veiga e Issberner (2012), durante o século XX os preços dos combustíveis fósseis diminuíram cerca de 30%, o que desestimulou investimentos em tecnologias energéticas, sobretudo, em energias renováveis. Este cenário mudou temporariamente após os sucessivos choques do petróleo. Com o aumento da sua produção, o preço voltou a cair. Com isso, o desenvolvimento de tecnologias em busca de novas fontes energéticas limpas foi novamente desestimulado.
A matriz energética mundial é intensiva em carbono. Em 2010, os combustíveis fósseis eram responsáveis por 81,2% da oferta de energia, enquanto que a energia solar, eólica e geotérmica somavam somente 0,9% (Figura 1).
2
Figura 1 - Distribuição da oferta de energia primária mundial em 2010.
Fonte: IEA (2012).
Portanto, ainda que o progresso em fontes de energia limpa tenha se acelerado na última década após advertências urgentes por parte de cientistas para reduzir as emissões de carbono devido à degradação do ecossistema e às alterações do clima, a porcentagem de energia limpa no mundo é irrisória (AYRES e AYRES, 2010).
Enquanto países precisam aumentar seu consumo de energia para fomentar seu processo de desenvolvimento, as emissões de gases do efeito estufa têm de ser reduzidas para manter o planeta habitável para as próximas gerações. Comparativamente, enquanto um chinês consome uma tonelada de petróleo por ano, um americano consome oito toneladas. Se considerarmos que a população mundial será de aproximadamente 9 bilhões de pessoas em 2050, e concentrada em países em desenvolvimento, será um desafio prover a energia necessária sem maiores danos ao meio ambiente (CHEVALIER, 2009).
A discussão acerca dos problemas ambientais globais, como as alterações do clima e a preocupação com a matriz energética atual, foi favorecida pelo descontentamento geral com relação ao paradigma dominante, com crises de grande dimensão e fracassos do mercado, como a crise econômica e financeira iniciada em 2008 a partir do mercado subprime americano. Para Sachs (2009) o grande mérito da crise financeira recente foi derrubar o mito de que os mercados se autorregulam. O mundo se encontra no limiar da terceira grande transição, na possibilidade de abandonar a era das energias fósseis e iniciar a biocivilização do futuro, baseada no uso múltiplo
Nuclear 5,6% Hidroelétrica 2,3% Biocombustíveis e resíduos 10% Geotérmica/Solar/ Eólica 0,9% Carvão 27,6% Petróleo 32,2% Gás Natural 21,4%
3
de recursos renováveis1. De acordo com Barbier (2009) estima-se que aproximadamente US$ 2,5 trilhões do que será investido para reavivar a economia global após a crise tem sido inspirado por uma visão de recuperação mais abrangente do que a tradicional, como alguns países que incorporaram elementos de economia verde nos seus pacotes de resgate econômico, e dentre eles está a construção de sistemas de gestão inteligentes de rede elétrica, com energia renovável (solar, eólica e bioenergia).
Segundo Ayres e Ayres (2010), as crises atuais que temos vivido são tanto de ordem econômica, resultado da grande crise econômica atual, quanto de ordem física, com os desastres ambientais que tem ocorrido nos últimos anos. Estas duas crises são precursoras de três fenômenos iminentes e irreversíveis. O primeiro é o aumento da demanda de petróleo. O segundo é a desaceleração das inovações energéticas quando comparadas às tecnologias-chave desenvolvidas há meio século (os motores de combustão interna e as turbinas a vapor geradoras de energia utilizadas atualmente não são muito mais eficientes do que eram em 1960). O terceiro é a escalada de catástrofes climáticas, que contribui para a crise energética e aumenta a urgência no desenvolvimento de novas tecnologias energéticas não fósseis em larga escala. Ademais, os custos emergenciais no curto prazo podem desviar dinheiro de investimentos nas energias limpas que evitariam maiores catástrofes no longo prazo.
As indústrias modernas são tão dependentes dos combustíveis fósseis, que mesmo um rápido crescimento de indústrias de energia renovável eólica, solar, e outras não podem substancialmente substituir o petróleo, carvão e gás natural nas próximas décadas. Até lá, o uso mais eficiente de combustíveis fósseis é fundamental. Por outro lado, o aumento da eficiência energética a partir dos combustíveis fósseis pode trazer outros problemas. Se as tendências do passado continuarem com os ganhos em eficiência, o crescimento econômico será acompanhado por um aumento no consumo de energia primária, ou seja, petróleo e gás. Para Robert Ayres o desafio é quebrar esta ligação. Além disso, ter maior eficiência muitas vezes resulta em custos mais baixos, que tendem a levar ao aumento da demanda, ou seja, temos o rebound effect. Portanto, é necessário aumentar a eficiência com rapidez suficiente para superar o rebound effect
1
A primeira grande transição foi a 12 mil anos atrás com a domesticação de espécies vegetais e dos animais, a sedentarização, e depois, a urbanização. A segundo transição ocorreu a partir do século XVII, com a utilização em larga escala de energias fósseis, do carvão, seguindo do petróleo e do gás, com revoluções técnicas e industriais e explosão da população mundial (SACHS, 2009, p.49).
4
e reduzir efetivamente o consumo de energia primária, ou, pelo menos, de combustíveis à base de carbono (AYRES e AYRES, 2010, p. 62).
Para além da crise econômica, Chevalier (2009) acredita que estamos vivenciando uma nova crise de energia, e que não está relacionada com o alto preço do petróleo ou com a exaustão das reservas de petróleo ou gás natural. Ela é consequência das mudanças climáticas recentes, que tem sido negadas e ignoradas há muito tempo. Apesar do perigo trazido com as mudanças climáticas, não se sabe ao certo seus possíveis impactos físicos, econômicos, geopolíticos e sociais. O que é certo é que a mudança climática mostrou que o equilíbrio entre energia e meio-ambiente é insustentável. Enquanto as consequências trazidas com a poluição do ecossistema não forem visíveis ou afetarem diretamente as populações, as pessoas com melhor padrão de vida não estão preparadas para reduzir seu consumo, da mesma forma que os menos abastados não estão preparados para abdicar de seu sonhado aumento no consumo. Adicionalmente, lobbies poderosos, no intuito de protegerem seus interesses, ignoram problemas ligados ao meio ambiente e atrasam a tomada de ações, que podem ser insuficientes em decorrência da irreversibilidade de algumas mudanças já ocorridas.
O fato de aqueles que aumentam as emissões de gases de efeito estufa não terem que pagar pelos custos trazidos resultantes de sua contribuição para o acúmulo desses gases na atmosfera reflete uma grande falha de mercado (CHEVALIER, 2009). Historicamente, os combustíveis fósseis, como o petróleo e o carvão foram fortemente subsidiados. Isto tem distorcido o mercado e tem contribuído para o aumento da quantidade de petróleo e, acima de tudo, de carvão consumido. A redução dos subsídios tornaria possível reduzir o incentivo ao consumo de fontes de energia poluentes.
A estrutura e o comportamento do sistema energético atual são bastante inertes e rígidos. Tanto a estrutura do sistema energético (organização da indústria, combustíveis utilizados, existência de políticas energéticas) quanto a inércia comportamental (conduta individual e corporativa, resistência a mudanças e equilíbrio de poder entre interesses privados e as autoridades públicas que deveriam defender os interesses públicos de longo prazo) impedem que mudanças significativas ocorram no ritmo que deveriam a tempo de evitar alterações irreversíveis no ecossistema (CHEVALIER, 2009).
Levará décadas para que a energia limpa atinja a escala necessária. O futuro energético limpo não pode ser alcançado simplesmente com uma mobilização maciça em P&D
5
num intervalo de tempo. Será preciso aumentar em muito a eficiência do uso dos combustíveis fósseis para reduzir as emissões até que seja possível a transição para a energia solar como principal fonte de energia. Do contrário, não dará para evitar uma possível catástrofe.
De acordo com Ayres e Ayres (2010), já existe meios nos Estados Unidos para a duplicação do serviço de energia a partir do combustível fóssil, mas alguns destes meios estão escondidos do público ou não foram discutidos na mídia, mas já estão sendo aproveitados por centenas de empresas e instituições, e poderiam ser usados por muitos mais. Os combustíveis fósseis que são utilizados atualmente podem produzir tanto mais energia que seria possível, dentro dos próximos 20 anos, acabar com as importações de petróleo do Oriente Médio, sem qualquer nova perfuração de jazidas. Mesmo assim, se o financiamento e desenvolvimento da energia limpa não ocorrerem a passos largos concomitantemente a utilização de tecnologias mais eficientes no uso de combustíveis fósseis, a economia atual, se continuar presa ao cenário
business as usual dependente dos combustíveis fósseis, irá colapsar, tanto devido ao aumento
demanda de energia para um mundo em desenvolvimento, quanto ao consequente efeito do aumento das emissões de carbono no ecossistema.
Dentre as tecnologias energéticas limpas, a tecnologia solar tem se destacado no cenário mundial. A energia solar é considerada por vários especialistas a fonte de energia mais vantajosa e deve ser a principal fonte de geração de eletricidade dentre o mix da matriz energética do futuro. Com exceção da eólica, as outras formas de energia tem a desvantagem de causar impactos ambientais, ou de serem muito caras, ainda que não poluam o ambiente.
No caso da energia hidrelétrica a construção de barragens para sua geração costuma causar enormes impactos ambientais, com a destruição de ecossistemas, impactos climáticos, dentre outros, além de provocar o deslocamento de populações. A energia nuclear, por outro lado, é cara e traz riscos incalculáveis de vazamentos. Desde o acidente nuclear de Fukushima Daiichi, muitos dos países que possuem usinas nucleares já desativaram grande parte delas, ou tem planejamento de desativá-las em sua totalidade no médio prazo. A energia a biomassa é renovável, barata, mas pode causar o desmatamento de florestas, destruição de habitats, além de possuir menor poder calorífico quando comparado com outros combustíveis. A energia geotérmica é vantajosa somente em lugares aonde o calor do interior da terra chega à superfície através de gêiseres ou vulcões. Do contrário, seria necessária a perfuração dos solos, o que a torna dispendiosa.
6
A energia eólica e a energia solar são consideradas as fontes de energia mais limpas. O largo desenvolvimento da tecnologia eólica tornou-a uma tecnologia altamente viável, mais barata e eficiente. Assim como as outras fontes de energia limpa, a eólica apresenta algumas desvantagens, como ser uma fonte intermitente e provocar impactos sonoros, visuais, e na população e migração de aves. A energia solar, por outro lado, é vantajosa porque não polui durante seu uso, é silenciosa, suas usinas são duradoras e necessitam de pouca manutenção, sua instalação em pequena escala não necessita de enormes investimentos em linhas de transmissão, as possibilidades de utilização da energia solar são variadas e amplas, além de ser a forma de energia mais democrática, podendo ser instalada em locais já degradados ou de difícil acesso. Dentre suas desvantagens, está a variação na incidência solar em diferentes regiões, o que reflete na eficiência dos módulos, a existência de lugares que tem menor disponibilidade diária de luz solar, e o fato de durante a noite não existir produção de energia, o que torna essencial o avanço da pesquisa e desenvolvimento em relação ao armazenamento térmico.
Na atualidade, a capacidade instalada de energia eólica no mundo é crescente, e muito superior a todas as formas de energia limpa. No entanto, ainda que a capacidade instalada de energia eólica seja bastante superior, o grande salto do investimento em pesquisa e desenvolvimento na tecnologia solar fotovoltaica, e que resultou em grandes quedas no custo dos sistemas, contribuiu com a sua crescente difusão. A capacidade instalada de energia fotovoltaica cresceu assustadoramente nos últimos anos (REN21, 2014).
O desenvolvimento crescente da solar traria benefícios em escala global, além de garantir o fornecimento de energia necessária a tamanho crescimento econômico. A experiência ganha na geração de eletricidade a partir de células fotovoltaicas, nas situações em que a tecnologia se revelar economicamente competitiva, deve levar a efeitos de aprendizado que progressivamente melhorem a eficácia de custos de células fotovoltaicas e aumentem a sua competitividade. Esta crescente competitividade deve, por sua vez, atrair investimentos adicionais para essa tecnologia, levando a melhorias técnicas e reduções de custo complementares e a uma ampliação do número de suas aplicações economicamente viáveis. Estes efeitos já foram demonstrados nas reduções de custo de energia eólica (FREEMAN & SOETE, 2008, p. 711).
Tanto a energia solar como a eólica e outras energias limpas vão continuar crescendo dramaticamente, mas como elas partem de uma pequena fração, mesmo que elas apresentem
7
crescimento geométrico, precisariam de 40 anos ou mais para poder substituir uma grande parcela dos combustíveis fósseis na economia.
Segundo Ayres e Ayres (2010) o abismo econômico a ser atravessado para alcançar a era solar tem duas dimensões críticas. O primeiro é a sua grande amplitude, o número de anos para a energia solar – e outras energias limpas – substituírem a maior parte dos combustíveis fósseis, e o segundo é a profundidade da depressão econômica que deve ser superada para restaurar o crescimento econômico. A estratégia que encurtaria a transição para a era solar é o aumento do serviço de energia por unidade de energia primária, o que reduz proporcionalmente o custo desse serviço. Essa redução de custo será essencial num possível cenário de aumento no preço da energia de combustíveis fósseis decorrente das demandas crescentes de energia da China e de outros países em rápido crescimento vis a vis a pressão das restrições de mudanças climáticas.
O panorama energético e ambiental futuro dependem dos investimentos que serão feitos nos próximos anos. A incerteza no setor de energia é decorrente da multiplicidade de interesses que o envolvem por ser estratégico. Os interesses políticos deverão passar pelos interesses sociais e consequências ambientais inerentes ao desenvolvimento da matriz energética suja, e os investidores e mercados financeiros deverão levar em conta os riscos e incertezas específicos ao setor (CHEVALIER, 2009). Se os países fornecedores de petróleo e gás esperam um aumento no valor de suas reservas, por motivos econômicos ou de segurança nacional, seus governos podem limitar ou retardar o investimento em petróleo e gás. Consequentemente, países que necessitam do fornecimento ininterrupto de energia diante de um largo crescimento econômico, como a China, podem impor novas restrições visando o aumento da eficiência energética, e incentivar o desenvolvimento de fontes alternativas de energia, particularmente a solar, limitando a poluição do ecossistema.
Enquanto a China respondeu por 8% das emissões cumulativas de gás carbônico durante o período 1900-2005, os EUA e a UE foram responsáveis por mais de metade dessas emissões. No entanto, nos últimos anos, as emissões chinesas subiram. Num cenário de referência traçado pela Agência Internacional de Energia (IEA), somente a China e a Índia serão responsáveis por 56% das emissões entre 2005-2030 (IEA, 2007). A China, decididamente devido aos problemas ambientais tremendos que está enfrentando por ter queimado muito carvão, há alguns anos passou a investir pesadamente em energia solar, mesmo tendo carvão barato.
8
O ritmo acelerado de extração do carvão na China transparece na expectativa de que o pico da produção de carvão será atingido bem mais cedo do que se esperava. No país o governo tem subsidiado a energia proveniente do carvão: o preço da energia cresceu só uma fração em relação ao crescimento do preço do carvão. No entanto, tamanho subsídio é insustentável no longo prazo. Segundo Rubin (2012), os cinco maiores grupos geradores de energia no país perderam mais de 10 bilhões de yuan ao deixar de repassar o aumento do preço do carvão aos consumidores de energia. Assim, as indústrias chinesas e os consumidores estão vivendo sob uma falsa ideia do custo da energia. Desta forma, se novas fontes alternativas não forem desenvolvidas, países de largo crescimento econômico, como a China, terão de racionar energia, o que colocará freios à atividade econômica.
Sendo a China o país onde o progresso econômico se encontra no ritmo mais acelerado, nas décadas futuras, provavelmente, o consumo de energia aumentará. Concomitantemente, a urbanização crescente associada a este processo e a melhoria no padrão de vida contribuirão para a pressão na demanda por energia. Considerando o tamanho desta área econômica e o processo de catching up, a necessidade energética pode se tornar o principal motor de evolução futura do sistema energético mundial (GEOFFRON & ROUHIER, 2009). A China nos últimos anos tem investido pesadamente em solar, e isto reflete na queda do preço dos módulos chineses e na crescente capacidade instalada de solar no país (em 2013 estabeleceu um recorde ao adicionar num único ano 12,9 GW à capacidade instalada). A trajetória bem sucedida da solar na China deve-se, além de seu poderio econômico e financeiro, à sua capacidade científica e tecnológica. Vale ressaltar que o esforço de transição para uma matriz energética limpa baseada na solar não impede que a China mantenha outras fontes de energia não limpas, pois é estratégico a qualquer país.
Este trabalho pretende contribuir com a investigação acerca do desenvolvimento e perspectivas da energia solar no mundo, trazendo alguma luz à controvérsia sobre a possibilidade de superação do paradigma energético baseado na combustão de fósseis a tempo de se evitar um possível desastre ambiental.
A opção pela energia solar como a forma de energia renovável a ser explorada pelo trabalho é decorrente do fato de, além de ser considerada por especialistas a principal energia do futuro, o volume de investimento na energia solar ser o que mais cresce nos últimos anos, o que resultou num grande avanço tecnológico e redução de custo desta tecnologia.
9
Apesar de a energia eólica ser a tecnologia mais competitiva em relação ao custo, a solar é a tecnologia que vem recebendo maior investimento – pelo segundo ano consecutivo as tecnologias solares atraíram o maior investimento dentre as energias limpas por uma larga margem. A solar foi responsável por US$ 126 bilhões em valor de investimentos em energia limpa em 2012, ou 58% do total do G-20. China, Europa (principalmente Alemanha), Estados Unidos e Japão foram os principais mercados para o investimento na solar. O investimento em solar na China quase duplicou em relação ao ano de 2011 – foi para US$ 31,2 bilhões, enquanto que a Alemanha atraiu US$ 17,2 bilhões. Os EUA se situam na terceira posição, com US$ 16,5 bilhões, seguido pelo Japão, com US$ 15,7 bilhões (THE PEW CHARITABLE TRUSTS, 2013). A escolha dos países China, Estados Unidos, Alemanha e Japão para construir o panorama mundial relativo ao investimento em solar, tendo em vista o objetivo de investigar o avanço da tecnologia solar nos últimos anos, tem por base os países que mais se destacaram com relação tanto ao volume de investimento na tecnologia solar, quanto à capacidade instalada da energia solar. Estes países foram o que mais investiram na tecnologia e agregaram mais à capacidade instalada (PEW CHARITABLE TRUSTS, 2013).
A energia solar fotovoltaica experimentou constantes reduções nos preços devido às economias de escala e avanços tecnológicos, mas também devido a um excedente de produção de módulos solares. Houve um descolamento da progressão do crescimento da solar fotovoltaica a partir de 2009, o que explica em parte a subestimação das projeções efetuadas antes de 2008, que consideravam taxas de crescimento mais baixas. No entanto, mesmo as projeções efetuadas nos dois últimos anos, com as novas taxas de crescimento da tecnologia solar, são viáveis? A solar será a principal fonte para geração de eletricidade no futuro? A energia solar depende de arranjos institucionais que a viabilizem para ser hegemônica no futuro. Se os demais países seguirem os passos dos países de análise neste trabalho, cujos arranjos institucionais e políticas de longo prazo possibilitaram grandes volumes de investimento e avanço tecnológico, a solar poderá ser a principal fonte de geração de eletricidade no futuro.
Este trabalho tratará particularmente da energia solar fotovoltaica e da energia solar térmica concentrada. Ambas as tecnológicas são as duas tecnologias solares mais comumente implantadas e deverão ter rápido crescimento, tanto no curto quanto no longo prazo. Devido à fotovoltaica ser a tecnologia mais madura, a disponibilidade de dados para a mesma é maior. Ademais, a tecnologia da energia solar térmica concentrada deve ser utilizada por países cuja
10
irradiação solar seja mais elevada, o que exclui grande parte dos países desenvolvidos. A Alemanha, por exemplo, que está na vanguarda do processo de desenvolvimento da tecnologia solar, é um país cujo nível de irradiação solar não é propício para a instalação de usinas de energia solar térmica concentrada. Desta maneira, toda a pesquisa e desenvolvimento relativo à energia solar na Alemanha foi direcionada à energia solar fotovoltaica. A Espanha e os Estados Unidos, países cujo nível de irradiação solar é compatível com a utilização eficiente da energia solar térmica concentrada, estão fazendo grandes avanços nos últimos anos nesta tecnologia.
O que é consenso é que necessitamos superar o paradigma energético baseado na queima de combustíveis fósseis, que continua sendo a base desde a Revolução Industrial:
“O que ficou cada vez mais evidente ao longo dos últimos dois decênios foi a irresponsável temeridade de se aceitar a dependência de energias de origem fóssil. Não apenas pela necessidade de se combater o aquecimento global, que agora se mostra incontornável, mas também porque não poderiam ser mais sombrias as consequências geopolíticas das desigualdades de acesso às jazidas de petróleo, carvão e gás” (VEIGA, 2012).
O desenvolvimento deste trabalho divide-se em três partes além desta introdução. O segundo capítulo trata da necessidade da transição da matriz energética baseada em uso de combustíveis fósseis para uma baseada em energia limpa, essencial em decorrência das já comprovadas limitações ambientais, que se agravará futuramente diante da expectativa de largo aumento na demanda de energia para acompanhar o crescimento econômico futuro. É fundamental que se garanta a permanência e regeneração dos serviços ecossistêmicos essenciais, e o desenvolvimento de energias renováveis, em especial a energia solar, que reduzem os impactos ambientais da vida econômica é vital ao processo. O terceiro capítulo trata de algumas questões relativas à construção de um novo paradigma energético, uma breve reflexão acerca da inovação em tecnologias de energia de baixo carbono, e também salienta algumas especificidades da tecnologia solar e discorre sobre seus avanços.
No quarto capítulo traça-se um panorama do cenário atual mundial com relação ao setor de energia solar a partir dos principais países que investem na tecnologia: Estados Unidos, Alemanha, Japão e China. Neste capítulo será analisado o progresso do setor solar em cada país, apontando as políticas de incentivo, desenvolvimento da indústria fotovoltaica, evolução do mercado, perspectivas futuras, dentre outras questões. Por último, faz-se algumas considerações finais.
11
1.
A NECESSIDADE DE MUDANÇA DE MATRIZ ENERGÉTICA
Este capítulo tem como objetivo expor a necessidade de transição da matriz energética baseada na queima de combustíveis fósseis para uma matriz energética mais limpa em decorrência do cenário atual de poluição excessiva acarretada pelo aumento da produção industrial material-intensiva e do esgotamento de recursos naturais. Este capítulo trata dos limites biofísicos ao crescimento econômico e, portanto, explica por que o intenso uso de combustíveis fósseis é claramente insustentável com consequências potencialmente catastróficas ao ecossistema.
2.1
Os limites biofísicos do crescimento econômico
Ainda que o mainstream econômico recorra ao decoupling para apoiar a tese do crescimento econômico contínuo e perpétuo a partir do avanço do progresso tecnológico e aumento da ecoeficiência, como a economia está inserida num todo maior, o ecossistema, o limite último e intransponível é o aumento da entropia com o passar do tempo. Esta seção aborda a relação entre a segunda lei da termodinâmica e a economia, mais particularmente, os limites impostos ao crescimento econômico perpétuo.
2.1.1 Ordem e desordem: um breve histórico
A energia é vital para a terra e para a própria vida. Nós a usamos para construir as estruturas que nos cercam, para mover o transporte, iluminar nossas casas etc. No entanto, todas as formas de energia estão destinadas a se degradar ao se mover da ordem para a desordem.
Se olharmos os passos da civilização, um grande passo foi o motor a vapor, pois ele substituiu o músculo animal, inclusive o nosso músculo por energia a vapor. A energia a vapor era ilimitada e incrivelmente importante para fazer coisas quase inimagináveis. Se por um lado a tecnologia do vapor mais que transformou a sociedade humana, por outro traria novas visões sobre o funcionamento do universo. As pessoas queriam saber o que exatamente era possível alcançar com o motor a vapor, e quase ninguém entendia a sua natureza fundamental.
O físico e engenheiro Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832) fez grandes contribuições à ciência do calor e do movimento, ou termodinâmica, enquanto buscava auxiliar o
12
fortalecimento econômico e militar da França através da análise da natureza, requisitos e limitações do motor a vapor. Ele escreveu em 1824 sua única obra – “Réflexions sur la
Puissance Motrice du Feu et sur les Machines Propres a Développer Cette Puissance”, na qual
explicava como era e como funcionava o motor a vapor. Acreditava que o calor era um tipo de fluido imponderável que fluiria do quente para o frio. O fluxo de calor podia ser aproveitado para realizar trabalho útil, assim como a queda d’água pode girar um moinho de água. Com isso, para fazer qualquer motor a calor ser mais eficiente, tudo o que precisava ser feito era aumentar a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o ambiente mais frio (ATKINS, 2007). Por exemplo, o motor de um carro é muito mais eficiente que um motor a vapor porque trabalha a uma temperatura muito mais alta, da mesma forma que os motores a jato são ainda mais eficientes devido às incríveis temperaturas em que operam. Os motores a vapor estavam se utilizando de uma propriedade mais fundamental da natureza: estavam explorando o fluxo de energia entre quente e frio.
As ideias revolucionárias de Carnot iriam ajudar a criar um novo ramo na ciência, mas ele não viu seu impacto em decorrência de sua morte prematura, aos 36 anos, em decorrência da cólera. Muitos dos seus estudos científicos foram queimados para frear o avanço da cólera e suas ideias caíram em temporário esquecimento2. Apesar disso, em meados do século XIX, cientistas e engenheiros sabiam como as diferentes formas de energia se relacionavam. A questão fundamental é que as pessoas perceberam que apesar do trabalho mecânico e o calor parecerem muito diferentes, eles eram facetas de uma mesma coisa – energia. A energia apenas muda de uma forma para a outra, não é criada nem destruída e, portanto, existe uma quantia fixa de energia no universo. Em um motor a vapor a energia não é criada, apenas mudou de calor para trabalho mecânico. Mas o que acontece quando uma forma de energia muda para outra?
Outro cientista, o alemão Rudolf Clausius (1822-1888) fez a primeira análise matemática completa e coerente de como a termodinâmica funciona. Clausius percebeu que não apenas havia uma quantia fixa de energia no universo, mas a energia parecia seguir uma regra mais rígida. Reconheceu, observando o cotidiano, que a energia na forma de calor flui espontaneamente de um corpo a uma temperatura elevada a outro de temperatura inferior. O calor não podia passar espontaneamente de um corpo frio para um quente. Objetos podem ficar mais
2 Encyclopædia Britannica Online. Sadi Carnot. Disponível em:
13
quentes, mas algo precisa ser feito para que isso aconteça. Deixados sozinhos, a energia sempre parece ir da concentração para a dispersão. Clausius definiu a variação de entropia do sistema como o resultado da divisão entre a energia transferida na forma de calor pela temperatura na qual ocorreu a transferência. A entropia parecia ser uma medida da quantidade de calor dissipado: à medida que as coisas quentes esfriam, sua entropia aumenta. Para Clausius em qualquer sistema isolado esse processo seria irreversível. Ele especulou que a entropia do universo inteiro tinha que estar aumentando em direção a um máximo, e nada poderia ser feito a respeito (ATKINS, 2007). Essa ideia ficou conhecida como segunda lei da termodinâmica. Apesar do sucesso da termodinâmica, em meados do século XIX havia muito debate e confusão sobre isso. Por que a entropia sempre aumenta?
Ludwig Boltzmann (1844-1906) foi um dos grandes revolucionários da ciência porque mostrou o que realmente era entropia e a razão de seu aumento com o tempo. Toda matéria é constituída de partículas minúsculas, átomos, e aí estava a chave para explicar a entropia. Se um objeto estava quente, significava que seus átomos estavam se movendo mais rapidamente. Quando um metal está quente, seus átomos estão vibrando, e ao vibrar, os átomos na borda do metal transferem parte de sua energia para os átomos na superfície de outro objeto. Estes átomos batem em seus vizinhos e, desta forma, a energia do calor lentamente e naturalmente se espalha e dispersa. O sistema inteiro foi de um estado especial, ordenado, com toda energia concentrada em um lugar, para um sistema desordenado, onde a quantidade de energia está distribuída entre muitos mais átomos. Ainda que sua explicação de entropia fosse genial, as ideias de Boltzmann foram contestadas com veemência. Não demorou muito ele cometeu suicídio, em parte porque achou intolerável a oposição às suas ideias com os colegas que não foram convencidos sobre a realidade do átomo (ATKINS, 2007).
Assim, deixado por conta própria, o universo sempre ficará mais desordenado. As coisas vão da ordem para a desordem. Por exemplo, o motor de um carro é projetado para explorar a segunda lei: tudo começa com algo ordenado, como a gasolina, recheada de energia, que quando é incinerada no motor, se transforma de líquido compacto para uma mistura de gases com volume 200 vezes maior. Está transformando ordem em desordem. O carro consegue aproveitar a energia em dissipação, usando-a para impulsionar um processo mais ordenado, como
14
movimentar os pistões que movimentam as rodas3. Entropia, na realidade, é uma medida da desordem das coisas. O processo de mudança e degradação é inevitável. A segunda lei diz que o próprio universo deve um dia atingir um estado de máxima entropia, ou desordem.
2.1.2 Entropia e ciência econômica
No momento da formação da economia moderna estava ocorrendo paralelamente uma revolução na física (descrita anteriormente) que derrubou o dogma mecanicista dentro das ciências naturais e filosofia: o calor sempre se move espontaneamente em uma única direção, do corpo mais quente para o corpo mais frio. A nova lei da termodinâmica – Lei da Entropia – vem como a mais econômica entre todas as leis naturais, trazendo ao processo econômico o aspecto qualitativo que não existe na economia moderna mecanicista. A qualidade da energia num sistema tende a se degradar, tornando-a indisponível para a realização de trabalho (GEORGESCU-ROEGEN, 1974). Ou seja, a energia na forma calor tende a se dissipar homogeneizando temperatura, impossibilitando a realização de trabalho. A entropia de uma estrutura isolada aumenta constantemente e irrevogavelmente, e a energia desperdiçada, ou perdida, não pode ser mais utilizada.
A grande inovação de Georgescu-Roegen foi demonstrar que era não havia nexo no contínuo distanciamento entre a teoria econômica e os fundamentos básicos das ciências naturais, principalmente da física termodinâmica e do evolucionismo darwiniano. No seu livro intitulado
The entropy law and the economic process (1974), Georgescu-Roegen mostra que a relação entre
economia e termodinâmica é intrínseca. O grande objetivo da atividade econômica é a autopreservação da espécie humana, e essa requer a satisfação de algumas necessidades básicas indispensáveis à sobrevivência. Toda a vida econômica se alimenta da baixa entropia, como pano, madeira, cobre etc, sendo a baixa entropia uma condição necessária para algo ser considerado útil. No entanto, ainda que a própria utilidade não seja aceita como origem do valor econômico, a termodinâmica explica o porquê coisas úteis tem valor econômico. Para tanto, utiliza-se da terra na sua argumentação: o valor econômico da terra deriva da mesma ser imutável e ser o único lugar onde se pode capturar a forma mais vital de baixa entropia. Outras coisas tem valor econômico por serem escassas devido a dois motivos: a quantidade de baixa entropia no
3
ENERGY. Diretor: Nic Stacey. Produtor Executivo: Paul Sen. Apresentador: Jim Al-Khalili. Roteiro: Nic Stacey. BBC - Four: Order and Disorder, 2012. Disponível em: <http://www.bbc.co.uk/programmes/p00ynyl9>. Acessado em: 15 jun. 2013.
15
meio ambiente decresce continuamente e irrevogavelmente; e um dado quantum de baixa entropia só pode ser usado uma única vez. O segundo motivo é o principal, pois se fosse possível queimar carvão mais vezes, até o infinito, só teria um valor de escassez depois que toda a oferta no ambiente fosse utilizada.
Os processos físicos do ambiente também são entrópicos, ocorrendo espontaneamente por si só. O que os diferencia do processo econômico é que este é dependente da atividade humana, que ordena e dirige a baixa entropia de acordo com algumas regras definidas (além de ser mais eficiente na produção de alta entropia), enquanto nos processos físicos do ambiente existe apenas o embaralhamento; e principalmente, que o processo econômico tem como principal produto um fluxo imaterial de bem-estar, ou “aproveitamento da vida”, e não um fluxo físico de resíduos. Em contraste com o fluxo material, este fluxo psíquico de aproveitamento da vida não pode ser acumulado em estoque. No processo econômico, em termos de valor, se fôssemos contrabalançar o fluxo que entra (baixa entropia) com o que sai (alta entropia), cairíamos no absurdo de igualar o valor da baixa entropia, da qual depende a vida na terra, com o valor da alta entropia (resíduo), cujo valor é zero. No entanto, o aparente paradoxo desaparece se reconhecer o fato de que o verdadeiro produto do processo econômico não é um fluxo material, e sim um fluxo psíquico (GEORGESCU-ROEGEN, 1974).
A ciência econômica moderna de Jevons e Walras foi criada nos moldes da mecânica clássica. A mecânica clássica é mecanicista porque não leva em conta a existência de mudanças qualitativas duradouras na natureza, nem como fato independente - ela estuda o movimento, e o movimento é reversível4.
Para Georgescu-Roegen (1974) a epistemologia mecanicista é responsável pela concepção de que o fluxo material do processo econômico é um sistema fechado (modelo matemático onde o contínuo fluxo de baixa entropia do meio ambiente é completamente ignorado) e um processo circular. Ademais, mesmo que o aspecto físico do processo econômico fosse considerado, o processo não é circular, e sim unidirecional, pois é uma contínua transformação de baixa entropia em alta entropia, ou seja, resíduo e poluição – não há criação ou consumo de matéria-energia. Ele critica essa visão mecanicista da economia, e apresenta uma
4
A reversibilidade do movimento está fundamentada na conservação de energia, onde a energia total de um sistema físico isolado é constante. Portanto, a primeira lei da termodinâmica não contradiz a mecânica clássica, e consequentemente, a economia moderna.
16
nova para seu funcionamento. A economia deveria ser um sistema aberto e não isolado do mundo natural.
Diferentemente da primeira lei da termodinâmica, que foi integrada na ciência econômica sem grandes entraves, a inclusão da segunda lei da termodinâmica é ainda hoje residual, e o fluxo circular é ainda a visão dominante (DALY, 1996). A Figura 2 ilustra a segunda lei da termodinâmica, a lei da entropia, bem como reforça a relevância da produção resíduos/emissões da atividade econômica, que tem como base recursos fósseis. É preciso ressaltar que os materiais podem ser reciclados, mas não a 100 por cento. Por outro lado, reciclar energia não é fisicamente impossível, mas é um desperdício porque apesar da energia ser reciclável, é necessária mais energia para fazer reciclagem do que a quantidade que pode ser reciclada (DALY, 2011).
Figura 2 - Ampulheta da Entropia baseada em Georgescu-Roegen.
Fonte: Adaptado de Daly (2011).
Na Figura 2, as ampulhetas da esquerda e direita representam, respectivamente, um sistema isolado e um sistema fechado (a ampulheta entrópica não pode ser virada ao contrário). No sistema isolado a quantidade de matéria-energia é constante, de acordo com a lei de conservação de matéria e energia. Na âmbula superior da ampulheta da esquerda (Universo) temos energia solar, que é abundante em estoque e de fluxo limitado – o homem não pode alterar
17
o fluxo para a âmbula inferior. O calor residual da energia solar não se confina à terra e não se acumula na terra. Na ampulheta da direita, que representa a terra, o estoque fixo de minerais e combustíveis fósseis (baixa entropia) cai continuamente da âmbula superior para a inferior, realizando trabalho e transformando-se em matéria-energia não útil (alta entropia). Os minerais e combustíveis fósseis presentes na âmbula superior é ainda matéria-energia disponível (baixa entropia). A energia fóssil é consumida no ritmo determinado pela largura do canal que liga as duas âmbulas, que pode ser alterado pelo homem. Uma vez consumida, os materiais e combustíveis fósseis se acumulam como resíduo, interferindo nas funções ecossistêmicas como um todo (DALY, 2011). Com a intensificação da industrialização, aumenta-se exponencialmente a dependência e o consumo dos combustíveis fósseis, gerando mais resíduo e poluição.
A visão convencional da economia não leva em conta os limites do crescimento econômico porque não existe o conceito de fluxo de matéria-energia (throughput). Sendo a economia o todo, a representação clássica é o fluxo circular (Figura 3), onde há duas unidades: produção (empresas) e consumo (famílias). As famílias transferem às empresas os fatores de produção da qual são proprietárias (trabalho e capital) e recebem uma renda. As empresas combinam estes fatores na produção, obtendo um conjunto de bens e serviços, que são transferidos às famílias, que os compram e consomem (PAULANI, 2005, P. 18).
Figura 3 - O fluxo circular da economia.
18
Como pode ser observado no fluxograma, não há qualquer referência ao meio ambiente, e por consequência, problemas como escassez de recurso natural e poluição ambiental podem ser ignorados já os recursos naturais não dão qualquer contribuição à macroeconomia. Se a visão pré-analítica é a de que a economia é o todo, então não há razão para analisar qualquer relação da economia com o meio ambiente. De acordo com Daly (2011), no fluxograma circular da economia o que circulam são valores de troca abstratos, o poder de compra representado pelos bens e serviços físicos, trabalhadores, terra, recursos etc. Se esse processo é cíclico e os valores de troca se transmutam dos bens para as famílias em fatores para empresas, sem gerar desperdício e num processo intermitente, o sistema é uma máquina de movimento perpétuo, uma contradição à segunda lei da termodinâmica.
“The absence of the concept of throughput in the economists' vision means that the economy carries on no exchange with its environment. It is, by implication, a self-sustaining isolated system, a giant perpetual motion machine. The focus on exchange value in the macroeconomic circular flow also abstracts from use value and any idea of purpose other than maximization of the circular flow of exchange value” (DALY, 1996, p. 34).
Portanto, se o movimento perpétuo não existe, o sistema econômico não pode ser o todo. A economia é um subsistema aberto do ecossistema, ou seja, que admite e exclui matéria e energia, fornecedor de matéria-prima de baixa entropia e destino dos resíduos de alta entropia. Portanto seu crescimento é limitado pela dependência que tem do ecossistema em várias frentes, seja pelo tamanho, dependência em relação ao fornecimento de insumos, sumidouro de resíduos, e conexões ecológicas complexas que são mais facilmente rompidas em decorrência do crescimento do subsistema economia em relação ao ecossistema como um todo (DALY, 1996, P.32). Dentre estes, o limitante mais preocupante é entropia, já que a reciclagem é fundamental para amenizar o tamanho do ecossistema como fator limitante do subsistema econômico. Dado que os insumos e sumidouros são finitos, custos entrópicos atingem, sobretudo, os serviços ecossistêmicos. Assim, o crescimento econômico tem um custo: o aumento da atividade econômica toma partes de um todo finito e, portanto, envolve um custo de oportunidade – não se pode expandir no vazio.
19
2.1.3 Limites ao crescimento econômico: as visões do mainstream econômico e da economia ecológica
Kenneth Boulding conseguiu traduzir o significado da intensificação da atividade econômica recente na história econômica mundial em termos de limitações entrópicas: “The closed earth of the future requires economic principles which are somewhat different from those of the open earth of the past”. Para tanto, Boulding (1966) utiliza duas metáforas: “economia
cowboy” e “economia astronauta” – cowboy simboliza planícies ilimitadas, comportamento
irresponsável e explorador, justificado pela imensidão de recursos; e “economia astronauta” coloca a terra como uma aeronave, sem reservatórios ilimitados de qualquer coisa (extração ou poluição). Na economia “cowboy”, o consumo e a produção são considerados um bem, e o sucesso da economia é medido pela quantidade de throughput resultante do processo produtivo. Diferentemente, na economia espacial a quantidade de throughput deve ser reduzida já que o sucesso da economia não é mais a produção e o consumo, e sim a natureza, extensão, e qualidade do capital social total. A preocupação gira em torno da manutenção dos estoques e de qualquer mudança tecnológica que minimize o throughput.
O bem-estar, a razão última para a ocorrência da produção, e um dos pilares da construção da teoria do consumidor do mainstream econômico, pode ser conquistado através de serviços de capital feito pelo homem ou de serviços de capital natural. Daly (2011) utiliza-se da figura 3 para expor as diferenças entre dois momentos históricos distintos. A economia utiliza energia e matéria de baixa entropia do capital natural na produção de bens e serviços, gera resíduos, do qual uma pequena parte é reciclada e o resto é descartado e depositado na natureza. Dentro do círculo da figura 3 temos grandezas físicas, e fora do círculo uma grandeza psíquica (bem-estar). No mundo vazio temos o subsistema econômico pequeno em relação ao ecossistema. Tanto a densidade populacional era reduzida quanto a produção era restrita, satisfazendo somente as necessidades mais prementes. A não incorporação do capital natural nas funções de produção até se justifica, já que os recursos naturais e serviços ecossistêmicos eram abundantes e não sofriam grande pressão.
20 Figura 4 - Do mundo vazio ao mundo cheio.
Fonte: Adaptado de Daly (2011).
Após o boom desenvolvimentista que ocorreu no último século e à medida que a economia se expandiu, a produção se intensificou sobremaneira, a níveis incompatíveis com o ecossistema que os sustenta, o que levou à abdicação de alguns serviços do ecossistema e tornou o custo de oportunidade no uso do capital natural alto. À medida que a economia cresce, o capital natural é fisicamente transformado em capital feito pelo homem, aumentando o fluxo de serviço econômico, o que, em contrapartida, reduz o fluxo de serviços do ecossistema – para cada unidade a mais de expansão econômica além de certo limite, deve-se desistir de um serviço ecossistêmico. Enquanto no “mundo vazio” a escassez era de capital e trabalho, no “mundo cheio” os fatores limitantes do crescimento são os recursos naturais e os serviços ecossistêmicos.
