Emergy

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Emergia este o cantitate fizică definită ca energia disponibilă a unui singur tip utilizat, direct sau indirect, pentru a produce un bun sau un serviciu [1] . Echilibrul de apariție măsoară diferențele calitative între diferitele forme de energie (radiații solare, combustibili fosili etc.); fiecare tip de energie are caracteristici diferite și susține sistemele naturale și umane în diferite moduri.

Teoria emergetică a fost propusă inițial de fizicianul David M. Scienceman , cu colaborarea lui Howard T. Odum , cu scopul de a o deosebi de alte teorii ale energiei înghețate ; în acest sens, „emergy” este contracția termenului englezesc „întruchipat” („încorporat, inclus”) și „energie”, deși Scienceman însuși folosește și acest termen pentru a indica conceptul de memorie energetică și Odum îl folosește atât pentru a indică că energia sechestrată este o proprietate emergentă a utilizării energiei . Unitatea de măsură a situației de urgență se numește „emjoule” sau „emergia-joule”. Deoarece cuvântul „emergy” poate fi confundat cu „energie”, unii autori recurg adesea la dispozitive grafice precum „eMergia” sau „EMERGIA” pentru a sublinia diferența.

Definiția emergy

Ca parametru al unui sistem, situația de urgență este definită ca suma, pe o perioadă de timp, a întregii energii (de un singur tip) necesare pentru a produce un flux de energie de alt tip; citându-i pe cei doi fizicieni Laganisa și Debeljakb:

„Teoria sintezei apariției a fost introdusă de Odum în anii optzeci [...] cu scopul de a lua în considerare diferitele tipuri de energii care ghidează procesele fizice și de a le putea compara pornind de la o bază comună. rezolvați problemele energiilor cu mai multe calități transformându-le într-o singură energie echivalentă, de obicei energie solară. "

Alte definiții ale emergy sunt după cum urmează:

"Urgența poate fi definită ca energia solară echivalentă totală care este utilizată atât direct, cât și indirect pentru a produce bunuri sau servicii." (HTOdum, 1996, HT & ECOdum, 2000)

"Urgența exprimă costul unui proces în termeni de energie solară echivalentă. Ideea din spatele acestuia este că energia solară este în cele din urmă singura sursă de energie utilizată și exprimând valoarea unui produs în unitățile de urgență, devine posibil să" compara mere cu pere "." (SEJorgensen, 2001, p. 61)

SE Jorgensen, SNNielsen și H. Mejer scriu: „Calculul valorii emergy are același scop ca și calculul exergiei : găsirea energiilor ascunse necesare pentru constituirea și organizarea sistemelor vii”. (1995, p. 103). Potrivit HTOdum, noțiunea de „exergie înghețată” poate fi utilizată în evaluarea acestor structuri, unii cercetători nu ezită să asocieze exergia înghețată cu urgența.

Măsurile de urgență în același context, atât valorile resurselor energetice, cât și ale materialelor; prin urmare, sunt incluse și acele „servicii” procurate din mediul natural care nu sunt legate de economia monetară: luând în considerare aceste servicii, resursele naturale nu sunt evaluate pe baza costului lor în bani sau a înclinației societății de a le achiziționa ( parametrii adesea înșelători). Abordările neemergetice ale problemelor ecologice, socio-politice sau economice consideră adesea doar resursele neregenerabile, ca o funcție a tehnologiilor umane capabile să obțină energie din acestea și nu iau în considerare beneficiile spontane pe care un sistem le primește din mediu (Activitatea fotosintezei făcută posibilă de energia solară, diluarea poluanților atmosferici de către vânt etc.), beneficii indispensabile sistemelor de producție, precum și, de exemplu, combustibililor fosili. Urgența include toate acestea, poate nu perfect, dar suficiente pentru a ajuta la înțelegerea numărului mare de surse de energie necesare pentru a sprijini orice activitate economică modernă și, astfel, pentru a ajuta la deciziile politice ulterioare. Pentru Shu-Li Huang și Chia-Wen Chen

„Numeroase și diversificate surse de urgență constituie structura și metabolismul avansat al zonelor urbane.”

Definiție matematică

Înțelegerea conceptului de emergy înseamnă în primul rând înțelegerea celui de exergie , adică porțiunea reală a energiei care poate produce lucrări mecanice :

Energia liberă Gibbs este energie termodinamică și chimică exploatabilă: forme de energie precum radiația sau energia termică nu pot fi transformate pe deplin în muncă și au un conținut de exergie mai scăzut decât conținutul lor de energie (vezi și entropia ).

„Puterea exergetică” corespunde ratei de schimbare a exergiei în timp:

și este echivalent cu conceptul de putere a exergiei.

Urgența este definită ca integrală a puterii exergetice în funcție de timp:

sau ca schimbare totală a exergiei din (aceasta este doar o aproximare a formulei lui Giannantoni, vezi [1] ).

Emergere solară
Urgența solară este indicată cu simbolul ; este definită ca energia solară necesară, atât direct, cât și indirect, pentru a conduce un proces care produce alte tipuri de energie:

Unde este este conținutul de energie utilizabil (sau energia liberă) a fluxului de energie „i-a” absorbit de proces și este „transformarea solară” (vezi mai jos) întotdeauna referită la fluxul generic „i”. Transformarea solară a radiației directe de la Soare ( ) este setat egal cu 1.

Istorie

Bazele teoretice și conceptuale ale metodologiei emergetice își au rădăcinile în termodinamică , teoria generală a sistemelor [2] și ecologia sistemelor [3] . Primii treizeci de ani de evoluție a teoriei sunt descriși de HT Odum în cartea Contabilitatea mediului [1] și în volumul Puterea maximă [4] . La începutul anilor 1950, Odum a introdus principiile calității energiei pornind de la studiile sale asupra ecosistemelor umane și naturale [5] [6] [7] [8] , în care sunt observate energii de diferite forme și scări. Investigațiile sale asupra fluxurilor de energie din ecosisteme și asupra diferențelor în munca potențial extragibilă din lumină, apă, vânt și resurse fosile au arătat clar că nu era posibil să „însumăm” diferitele energii, ci era necesar să le transformăm în o unitate comună de măsură care ar ține cont de diferitele lor calități.

Acest concept de „energie de un fel” are un numitor comun cu cel de „cost energetic” [9] . Prima mențiune a „calității energiei” se găsește în cartea lui Odum Environment Power and Society [10] :

„La începutul secolului trecut, omul a început să dezvolte un tip de energie complet nou, bazat pe utilizarea cărbunelui, petrolului și a altor energii„ stocate ”: aceste surse sunt rezultatul acumulării de milioane de ani de energie a Soarele și a devenit disponibil pentru exploatarea umană ". [10]

Prima definiție a ceea ce va deveni ulterior urgența datează din 1973:

"Energia se măsoară în calorii, BTU, kilowatt-oră sau alte unități de măsură, dar are și o scală de calitate care nu este indicată de aceste măsuri. Capacitatea de a lucra depinde nu numai de cantitate, ci și de calitatea energiei, care este cuantificabilă ca cantitate de energie de grad inferior necesară pentru a genera gradul superior. Această scară variază de la lumina soarelui la materia vegetală, cărbune la petrol, electricitate la procesele computerizate și procesarea informațiilor de către creierul uman. " [11]

Prima evaluare cantitativă a calității energiei este conținută într-un discurs din 1975, care include și tabelele „Factorii calității energiei”, adică kilocalorii de energie solară necesare pentru a genera o kilocalorie cu un grad de energie superior [12] . Acești factori, numiți FFWE („Echivalenți de lucru cu combustibili fosili”) au fost calculați pornind de la un combustibil fosil standard, pentru care 1 kilocalorie este egal cu 2000 kilocalorii de energie solară; calitatea energiei a fost obținută prin conversia diferitelor forme de energie în acest echivalent. FFWE au fost ulterior înlocuite de CE („Echivalentul cărbunelui”) și, în 1977, de SE („Echivalentul solar”) [13] .

Conceptul de „ energie înghețată ” a fost folosit pentru prima dată la începutul anilor 1980 pentru a se referi la diferitele calități ale energiilor în ceea ce privește costurile de generare a acestora [14] , deși pentru mult timp a fost preferat conceptul de „calorii. Congelate solare”, în timp ce factorii de calitate au devenit „rapoartele de transformare”. În 1986, David Scienceman , un student australian care vizitează Universitatea din Florida, a sugerat termenii „emergy” și „emjoule” (sau „emcalorie”); „raportul de transformare” a fost scurtat la „transformare” în același an:

„Datorită marii confuzii din literatura științifică și pentru a ilustra clar teoriile HTOdum, se introduc acum noi termeni -„ memorie energetică ”,„ emergy ”,„ transformare ”,„ empotență ”,„ emtropie ”, „emformație”, „inteligență” etc. - și unitățile lor relative de măsură. ” (Scienceman, 1987, p. 275)

Cu acești noi termeni, Scienceman a încercat să clarifice două fenomene importante: 1) combinația diferitelor forme de energii ; 2) procesul de „înghețare” a acestor energii diferite. Ulterior, el a observat că raportul de eficiență utilizat în ingineria termodinamică pentru a cuantifica transformarea energiei a fost similar cu raportul pe care HT Odum l-a numit raportul calității energiei ; cei doi au colaborat frecvent la un proiect de simplificare și unificare a limbajului științific prin introducerea de noi concepte. După cum a observat HTOdum:

„În 1983 ideea noastră de energie înghețată (energia unei singure forme care poate fi utilizată pentru a produce direct sau indirect un produs sau serviciu) a fost exprimată prin termenul„ EMERGIE ”și unitatea sa de măsură a fost numită„ emjoule ”sau "emcaloria". "Raportul de transformare a energiei" a fost redenumit "transformitate", având ca unitate de măsură "emjoule per Joule" (nu este un raport adimensional). "

Ulterior, metodologia emergetică a continuat să se dezvolte până în prezent, extinzându-se în noi domenii de cercetare teoretică și practică, cu noi provocări de confruntat. În același timp, au fost furnizate definiții mai riguroase ale mărimilor emergetice și au fost rafinate metodele de calcul al transformărilor. Există acum o societate pentru avansarea cercetării în domeniul emergiei [15] și o conferință internațională bienală [16] desfășurată în campusul Universității din Florida.

Tabelul următor prezintă cronologia evoluției metodei emergetice, cu nomenclaturile relative și unitățile de măsură.

Tabelul 1: cronologia dezvoltării teoriei emergetice.
Ani Starea teoriei Valoarea urgenței Unitate de măsură Notă
1967–1971 Baza de calcul este materia organică; toate energiile de calitate superioară (lemn, turbă, cărbune, petrol etc.) sunt exprimate în unități de materie organică (OM). Lumina soarelui echivalentă cu materia organică = 1000 kilocalorii solare per kilocalorie de materie organică. g uscat wt OM; kcal; conversie de la OM la kcal = 5kcal / g greutate uscată. [9] [10]
1973–1980 Baza este combustibilii fosili și mai târziu cărbunele; celelalte forme de energie sunt, prin urmare, exprimate în unități echivalente de combustibil fosil sau cărbune. Lumina soarelui echivalentă cu combustibilii fosili = 2000 kilocalorii solare per kilocalorie de combustibil. FFWE și CE [17] [18]
1980–1982 Baza este energia solară globală; toate celelalte energii sunt exprimate în unități de energie solară. 6800 de calorii de energie solară pe calorie de energie disponibilă care poate fi extrasă din cărbune. Calorii solare globale (GSE). [3] [19]
1983–1986 Descoperirea faptului că energia solară, geotermala și energia mareelor ​​stau la baza proceselor globale. Resursele globale anuale sunt, prin urmare, suma acestor trei energii (aproximativ 9,44 * 10 ^ 24 jouli solari / an) Jouli solari înghețați pe joule de combustibil fosil = 40.000 seJ / J Echivalent solar congelat (SEJ), numit ulterior „emergy”. [20]
1987–2000 Perfecționări suplimentare în calculul energiei totale a proceselor globale; energia solară înghețată este redenumită emergy. Emergere solară per joule de energie din cărbune: ~ 40000 emjoule solare / Joule (seJ / J); această relație se numește „Transformare” seJ / J = Transformity; seJ / g = emergy specific [1]
2000 - prezent Apariția totală a biosferei este reevaluată la aproximativ 15,83 * 10 ^ 24 seJ / an, crescând, de asemenea, valoarea transformității cu un factor de 15,83 / 9,44 = 1,68 Emergere solară per joule de energie a cărbunelui: ~ 67000 seJ / J seJ / J = Transformity; seJ / g = emergy specific [21]

Nomenclatură

Cei mai importanți termeni folosiți în metodologia emergetică și definițiile respective sunt enumerați mai jos:

  • Emergie : energie disponibilă de un singur tip folosită, direct sau indirect, pentru a produce un bun sau un serviciu . Unitatea de măsură a situației de urgență este emjoule (eJ). Prin introducerea energiei, lumina soarelui, combustibilii fosili, electricitatea și serviciile umane pot fi comparate pornind de la o bază comună, exprimând fiecare dintre aceste cantități în termeni de emjoule solare (seJ) necesare pentru a le produce (pot fi utilizate și alte tipuri de energie ca o bază, cum ar fi cărbunele sau electricitatea).
  • Valori pe unitate de urgență (UEV) : sunt calculate pornind de la situația de urgență necesară pentru a genera o unitate de produs printr-un proces. Există diferite tipuri de UEV, printre care găsim:
  • Transformitate : emergență de intrare pe unitate de energie disponibilă de ieșire . De exemplu, dacă este nevoie de 10.000 de emjoule solare pentru a produce un joule de energie din cherestea, transformitatea lemnului este de 10.000 seJ / J. Transformarea solară asociată cu radiația Soarelui absorbită de Pământ este, prin definiție, egală cu 1.
  • Urgență specifică : emergență pe unitate de masă a produsului . De obicei, situația de urgență specifică este exprimată în seJ / g. Deoarece energia este necesară pentru concentrarea elementelor de materie, urgența specifică crește odată cu concentrarea. Elementele sau compușii care nu sunt în mod normal abundenți vor avea, prin urmare, o emergență specifică ridicată dacă se găsesc în concentrații mari (deoarece a fost necesar să se concentreze).
  • Emergia pe unitate de bani : urgent necesară pentru generarea unei unități de produs economic (a cărei valoare este exprimată în moneda curentă) . Întrucât banii sunt dați oamenilor (pentru a-și plăti serviciile) și nu mediului, contribuția la un proces de plată monetară este egală cu urgența pe care o cumpără oamenii cu banii lor. Cantitatea de resurse cumpărate depinde de situația de urgență care susține economia și de suma de bani în circulație. Un raport mediu emjoule / € poate fi calculat împărțind energia totală utilizată de un stat la produsul său intern brut . Acest raport variază de la țară la țară și scade în fiecare an din cauza inflației; este un indice foarte util pentru evaluarea serviciilor exprimate în unități monetare, dacă rata salariului mediu este adecvată.
  • Emergia pe unitate de muncă : emergent care generează o unitate de muncă umană direct implicată într-un proces de producție . De exemplu, lucrătorii care își desfășoară activitatea sunt ca și cum ar fi investit indirect energia pe care au dobândit-o anterior (hrană, instruire, transport etc.). Această intensitate de urgență este în general măsurată în seJ / an sau seJ / oră, sau chiar în seJ / €. Munca indirectă implicată în proces este, de asemenea, măsurată în seJ / €.
  • Empotență : flux de emergy , sau emergy pe unitate de timp . În general, se exprimă în seJ / s sau seJ / an.

Tabelul următor rezumă termenii, abrevierile, definițiile și unitățile de măsură utilizate în analiza emergetică.

Tabelul 2: termeni, abrevieri, definiție și unități de măsură ale teoriei emergetice.
Termen Definiție Abreviere Unitate de măsură
Proprietăți extinse
Emergy Energie de un singur tip (de obicei energie solară) necesară direct sau indirect pentru a genera un alt tip de energie. Și m seJ
Flux de emergy Flux de urgență asociat cu un flux de energie generic implicat într-un proces. R = flux regenerabil;
N = flux neregenerabil;
F = flux importat;
S = servicii
seJ * timp −1
Produsul brut de urgență Urgență totală utilizată anual de o economie națională sau regională. GEP seJ * anul −1
Proprietăți intensive legate de produse
Transformare Emergia pe unitate de energie produsă de un proces. Τ r seJ * J −1
Urgență specifică Emergia pe unitate de masă a produsului. S p E m seJ * g −1
Intensitatea emergentei Emergia pe unitate din PIB-ul unei țări. EIC seJ * evaluează −1
Proprietăți intensive spațiale
Densitatea emergentei Emergia conținută într-o unitate de volum a unui material. E m D seJ * m −3
Proprietăți intensive temporale
Empotență Fluxul de urgență pe unitate de timp E m P seJ * s −1
Intensitatea empotenței Împuternicirea pe unitate de suprafață. E m PI seJ * s −1 * m −2
Densitatea empotenței Puterea pe unitate de volum. E m Pd seJ * s −1 * m −3
Indicatori de performanta
Emergy folosit Urgența necesară unui proces (măsoară impactul acestuia asupra mediului). U = N + R + F + S
seJ
Randament de urgență Emergia emisă pentru fiecare unitate de urgență angajată într-un proces. EYR = U / (F + S)
Povara de mediu Urgență neregenerabilă și importată pe unitate de resurse regenerabile. ELR = (N + F + S) / R
Indicele emergent al durabilității Randament de urgență pe unitate de sarcină de mediu. ESI = EYR / ELR
Renovabilitate Procentul de urgență utilizată care poate fi reînnoit. % REN = R / U
Relația investițională emergentă Investiții de urgență necesare pentru exploatarea unei unități de resurse regenerabile sau neregenerabile. EIR = (F + S) / (R + N)

Transformare

La fel ca în caz de urgență, conceptul de transformare a fost introdus de Scienceman în colaborare cu Howard T. Odum . Scienceman definește transformitatea ca:

"o variabilă cantitativă care descrie o proprietate măsurabilă foarte precisă a oricărei forme de energie, adică capacitatea sa de a difuza sub forma unei reacții, relativ la energia utilizată pentru formarea sa, în condiții de putere maximă . Ca variabilă cantitativă analogă la temperatura din termodinamică, transformitatea necesită specificarea unităților sale de măsură. "

În 1996 Hodum a redefinit transformarea ca

apariția unui tip necesar pentru a forma o unitate a unei energii de alt tip . De exemplu, deoarece 3 emjoule de cărbune (cej) și 1 cej de utilități sunt necesare pentru a produce 1 J de energie electrică, transformitatea în cărbune de energie electrică este egal cu 4 cej / J "

Definiție matematică

Ca orice raport de randament ( randament ), transformitatea este definită ca raportul dintre o cantitate de intrare și o cantitate de ieșire. Cu toate acestea, acest raport este inversul celui pentru eficiență și include și fluxurile indirecte de energie; transformarea este în cele din urmă relația dintre energia utilizată și energia produsă:

Formula originală:

Dezvoltări ulterioare

Ulterior s-a observat că termenul „energie de ieșire” se referă atât la energie utilă, cât și la energie neutilizabilă (numită exergie și, respectiv, anergie ), în timp ce transformitatea implică o captare de urgență pentru a obține un produs utilizabil; acest raport a fost apoi modificat ulterior, devenind „emergent la intrarea la exergie la ieșire” :

Versiune modificată : sau

Înlocuind definiția matematică a emergy dată mai sus, obținem:

Empotență

Termenul de empotență se referă la evoluția fluxului de urgență: „Schimbarea din timpul situației de urgență se numește empotență, în analogie cu schimbarea din timpul energiei, a puterii”. (Scienceman, 1987, p. 262.). În consecință, empotența maximă se referă la fluxul de urgență cel mai intens observat într-un anumit interval de timp; considerat ca un principiu fizic, empotența devine un corolar al principiului puterii maxime , redenumit astfel „Principiul empotenței maxime”:

„Principiul Lotka-Odum al impotenței maxime este în general considerat„ al patrulea principiu al termodinamicii ”, în principal datorită validității sale practice pentru o gamă largă de sisteme fizice și biologice.” (C. Giannantoni, 2000, § 13, p. 155)

Potrivit HTOdum, JLHau și BRBakshi, „acest principiu determină ce sisteme, fie ele ecologice sau economice, pot supraviețui în timp și, prin urmare, posibilele lor contribuții pentru viitor”.

Definiția principiului empotenței maxime

„În procesele de auto-organizare, sistemele dezvoltă exact acele părți și relații care maximizează utilizarea empotenței.” (HT & EC Odum, 2000, p. 71)

Principiul puterii maxime este un concept unificator care explică de ce există cicluri materiale, reacții autocatalitice, concentrații în spațiu, pulsații în timp: acele configurații care maximizează empotența predomină ”. (HTOdum, 2002, p. 60)

"Urgența totală disponibilă conduce un sistem în conformitate cu principiul maximului de empotență, determinând întinderea sistemului în sine și rata de dezvoltare a acestuia." (MTBrown și S. Ulgiati, 2001, p. 109)

Probleme deschise

După cum sa menționat mai sus, principiul empotenței maxime este în general considerat a patra lege a termodinamicii; în realitate, așa cum au observat mulți cercetători, pentru ca acest lucru să se întâmple trebuie să îndeplinească două cerințe fundamentale: în primul rând trebuie să fie un instrument util pentru a furniza o măsură cantitativă a fenomenului analizat: în cazul acestui principiu, înseamnă că trebuie să ofere o măsură de empotență; în al doilea rând, trebuie să existe un anumit număr de ecuații matematice capabile să demonstreze relația, verificabilă experimental, între empotență și celelalte mărimi termodinamice. În concluzie, deși conceptul de „empotență maximă” este utilizat în modelele de durabilitate economico-ecologică, discuția despre clasificarea sa ca principiu termodinamic rămâne deschisă, cel puțin până la introducerea unui „contor” pentru empotență.

Analiza de urgență

Calculul situației de urgență este o metodă globală de măsurare care privește fluxul de energie solară primită, de fapt, la nivel global; citând MTBrown și S.Ulgiati, analiza situației de urgență este „o metodă de calcul care folosește baza termodinamică a tuturor formelor de energie și materiale, care apoi se transformă în echivalentul unei singure surse de energie, de obicei energie solară”. Analiza de urgență, pe de altă parte, se referă la modul în care această energie este distribuită. Calculul situației de urgență are o serie de postulate:

1. Fiecare sector al economiei mondiale depinde în cele din urmă de disponibilitatea globală a energiei.

2. Niciun sector al economiei mondiale nu poate fi suprapus pe altul în ceea ce privește funcțiile fiecăruia.

3. Sectoarele non-umane (cum ar fi sistemele ecologice non-umane) trebuie incluse în economia mondială.

Rezultatul acestor ipoteze este că, având în vedere toate sectoarele în ansamblu, se obține o economie „completă”, care include energie, energie, servicii și fluxuri de numerar; această metodă se bazează în principal pe principiul puterii maxime , așa cum este înțeles de HTOdum. Dintr-un anumit punct de vedere, utilizarea acestui principiu în analiza economiei globale implică faptul că acesta se poate îndrepta spre o eficiență optimă doar dacă concurența nu este împiedicată de diferențe culturale, geografice, de comunicare sau de comunicare.

Pentru a evalua orice sistem, în primul rând se construiește o diagramă care reprezintă toate fluxurile care intră și ies din acest sistem și se obține un tabel cu valorile fluxurilor de resurse, energie și muncă. Rezultatele cantitative sunt apoi interpretate: în unele cazuri, de exemplu, trebuie evaluată o anumită propunere de dezvoltare, în altele trebuie comparate diferite alternative, în altele rezultatul economic trebuie maximizat.

Considerațiile emergetice sunt în același timp sintetice și analitice: sinteza implică combinarea elementelor în seturi coerente pentru înțelegerea totalității sistemului, în timp ce analiza constă în subdivizarea sistemului pentru a-l înțelege pornind de la constituenții săi. În analiza emergetică, denumită adesea sinteză de urgență , întregul sistem este mai întâi luat în considerare și apoi axat pe fluxurile de energie, resurse și informații care îl ghidează. Prin evaluarea sistemelor chiar complexe, cantitățile antropice de interes sunt integrate cu cele de mediu, pentru a analiza problemele sociale ale managementului de mediu.

Pasul 1: diagrama sistemului

Diagrama energetică a unui oraș și a regiunii sale care arată resursele de energie regenerabile și neregenerabile care conduc sistemul.
Diagrama energetică a unui oraș și a regiunii înconjurătoare.

Diagramele de sistem sunt utilizate pentru a evidenția fluxurile de energie care vor fi apoi estimate și însumate pentru a obține valoarea de urgență. Prin aceste diagrame, se întocmește un inventar critic al proceselor, surselor și fluxurilor care ghidează sistemul (printr-o regiune de control definită de condițiile limită) și care trebuie deci evaluate. Figura alăturată prezintă o diagramă simplă de sistem a unui oraș și a regiunii sale de susținere [22] .

Pasul 2: tabelul de evaluare de urgență

Din schema de sistem este construit un tabel (vezi un exemplu mai jos) al fluxurilor de resurse, muncă și energie. Valorile fluxurilor care trec prin regiunea de control sunt convertite în unități emergetice și apoi adăugate pentru a obține apariția totală care conduce sistemul. Fiecare flux de energie este prezentat în tabel ca un element separat și este evident urmat de note care arată sursele datelor și calculele.

Tabelul 3: Exemplu de tabel de evaluare de urgență
Index Voce (nume) Date (flux / timp) Unitate UEV (seJ / unitate) Emergia solară (seJ / timp)
1. Primul flux xxx.x J / an xxx.x Em 1
2. Al doilea flux xxx.x g / an xxx.x Em 2
-
n. al n-lea flux xxx.x J / an xxx.x Nu
SAU. Ieșire xxx.x J / an og / an xxx.x

Coloana # 1 este indicele fiecărui articol, căruia îi corespund notele explicative de subsol.

Coloana # 2 este numele fiecărui element, așa cum este reprezentat în diagrama de sistem.

Coloana # 3 raportează date numerice, în Jouli, grame, dolari sau alte unități.

Coloana # 4 arată unitatea de măsură a datelor.

Coloana # 5 este valoarea cantității emergetice asociate, exprimată în emjoule pe unitate. Adesea se utilizează un UEV adecvat (vezi paragrafele anterioare) (sej / s; sej / g; sej / $).

Coloana # 6 este energia solară a fluxului, calculată din UEV.

Pasul 3: calculul valorilor mărimilor emergente

După scrierea tabelului, se calculează valoarea de apariție a produsului sau fluxul de ieșire (rândul "O" din tabelul de exemplu), inițial în termeni de energie sau masă. Urgența de intrare este adăugată împreună și apoi împărțită la unitățile produsului, pentru a găsi o valoare de urgență unitară, utilă pentru evaluările ulterioare.

Pasul 4: Indicatori de performanță

Diagrama de bază care arată un proces economic care atrage resurse din mediu, regenerabile și altele, și efectele sale asupra economiei generale.
Diagrama care ilustrează fluxurile luate în considerare în calculul indicatorilor de performanță.

Diagrama alăturată arată contribuțiile energiei neregenerabile (N), ale energiei regenerabile (R) și ale inputurilor economice, cum ar fi achiziționarea (F) de bunuri și servicii. Acestea din urmă sunt necesare pentru ca procesul să aibă loc și includ servicii umane și importurile de energii și materiale neregenerabile (combustibili, minerale, electricitate, mașini, îngrășăminte etc.). Din aceste cantități este posibil să se obțină rapoarte diferite sau indicatori de performanță:

Emergy Yield Ratio (EYR) : emergența totală produsă pe unitate de urgență investită; măsoară cât de mult o investiție permite unui proces să exploateze resursele locale pentru a contribui la economie.
Raportul de încărcare a mediului (ELR) : relația dintre utilizarea situațiilor de urgență neregenerabile și importate și utilizarea situațiilor de urgență regenerabile. Si tratta di un indicatore dell'impronta che un processo di trasformazione ha sull'ambiente e può essere considerato una misura dello stress degli ecosistemi a causa di un'attività di produzione.
Emergy Sustainability Index (ESI) : rapporto tra i due precedenti Indicatori; misura il contributo di una risorsa o di un processo per l'economia per unità di impronta ambientale.
Aerial Empower Intensity : rapporto tra l'emergia totale utilizzata nell'economia di una regione o di un paese e la superficie totale di tale regione o paese. Le densità di emergia rinnovabile e non rinnovabile si calcolano separatamente, dividendo le emergie totali di questo tipo per la superficie considerata.

Vengono poi calcolati ulteriori grandezze, in relazione al tipo e alla scala del sistema in esame:

Percent Renewable Emergy (%Ren) : rapporto tra l'emergia rinnovabile utilizzata e l'emergia totale impiegata. Nel lungo periodo, solo i processi con alto %Ren sono sostenibili.
Emprice : corrisponde all'emergia che si riceve quando si acquista una merce. Si misura in sej/€.
Emergy Exchange Ratio (EER) : rapporto tra le emergie scambiate in un generico rapporto commerciale, espresso sempre dal punto di vista di un solo partner . Misura il vantaggio relativo che si trae dallo scambio.
Emergy per capita : rapporto tra l'emergia totale utilizzata nell'economia di una Nazione e la sua popolazione; può essere una misura del livello di vita medio in quello Stato.

Controversie

Il concetto di emergia risulta tuttora controverso in seno a diverse comunità accademiche, come ad esempio l'ecologia, la termodinamica e l'economia [23] [24] [25] [26] [27] [28] . Una delle critiche mosse è che si vuole introdurre una teoria energetica del valore in sostituzione delle altre teorie del valore . I sostenitori dell'emergia ribattono che il loro proposito è fornire un valore "ecocentrico" da assegnare ai sistemi, ai processi e ai prodotti, in opposizione ai valori "antropocentrici"; non pretendono di sostituire i valori economici, ma di fornire ulteriori informazioni da un punto di vista diverso, per le quali la società potrebbe beneficiarne.

Mentre la qualità dell'energia è stata accettata dalla letteratura ed utilizzata in diversi studi [29] , usando il primo principio della termodinamica , molti ricercatori si sono invece dimostrati riluttanti ad accettare le correzioni della qualità di diverse forme di energia: l'idea che una caloria di luce solare non sia equivalente ad una caloria di combustibile fossile o di elettricità per alcuni va valutata secondo criteri di secondo principio, assenti nella procedura emergetica [30] . Altri hanno respinto il concetto in quanto poco pratico: dal loro punto di vista per esempio è impossibile calcolare la quantità di luce solare che è necessaria per produrre una certa quantità di petrolio; questo problema deriva dunque da una preoccupazione per le incertezze misurative coinvolte in tale quantificazione. Molti economisti hanno infine criticato la combinazione di punti di vista antropici ed ecologici, in quanto trascurano il valore di mercato determinato dalla disponibilità e dalla domanda.

Note

  1. ^ a b c Odum, HT 1996. Environmental Accounting: Emergy and Environmental Policy Making. John Wiley and Sons, New York. p370
  2. ^ von Bertalanffy. L. 1968. General System Theory. George Braziller Publ. New York 295 p.
  3. ^ a b Odum, HT 1983. Systems Ecology: An Introduction. John Wiley, NY. 644 p.
  4. ^ Odum, HT, 1995. Self organization and maximum power. Capitolo 28, pp. 311-364 in Maximum Power, Ed. CAS Hall, University Press of Colorado, Niwot.
  5. ^ Odum, HT 1957. Trophic structure and productivity of Silver Springs, Florida. Ecol. Monogr. 27:55-112.
  6. ^ Odum, HT e EP Odum. 1955. Trophic structure and productivity of a windward coral reef at Eniwetok Atoll, Marshall Islands. Ecol. Monogr. 25:291-320.
  7. ^ Odum, HT e CM Hoskin. 1958. Comparative studies of the metabolism of Texas Bays. Pubi. Inst. Mar. Sci., Univ. Tex. 5:16-46.
  8. ^ Odum, HT e RF Pigeon, eds. 1970. A Tropical Rain Forest. Division of Technical Information, US Atomic Energy Commission. 1600 pp.
  9. ^ a b Odum, HT 1967. Energetics of food production. In: The World Food Problem, Report of the President's Science Advisory Committee, Panel on World Food Supply, Vol. 3. The Whitehouse. pp. 55-94.
  10. ^ a b c Odum, HT 1971. Environment, Power and Society. John Wiley, NY. 336 pp.
  11. ^ Odum, HT 1973. Energy, ecology and economics. Royal Swedish Academy of Science. AMBIO 2(6):220-227.
  12. ^ Odum, HT 1976. Energy quality and carrying capacity of the earth. Response at Prize Ceremony, Institute de la Vie, Paris. Tropical Ecology 16(l):1-8.
  13. ^ Odum, HT 1977. Energy analysis, energy quality and environment. In Energy Analysis: A New Public Policy Tool, MW Gilliland, ed. American Association for the Advancement of Science, Selected Symposium No. 9, Wash. DC. Westview Press. pp. 55-87.
  14. ^ Odum, EC, e Odum, HT, 1980. Energy systems and environmental education. Pp. 213-231 in: Environmental Education- Principles, Methods and Applications, Ed. TS Bakshi e Z. Naveh. Plenum Press, New York.
  15. ^ International Society for the Advancement of Emergy Research , su emergysociety.org . URL consultato il 2 luglio 2020 (archiviato dall' url originale il 13 maggio 2016) .
  16. ^ International Conference
  17. ^ Odum, HT et al. 1976. Net energy Analysis of Alternatives for the United States. In US Energy Policy: Trends and Goals. Part V - Middle and Long-term Energy Policies and Alternatives. 94th Congress 2nd Session Committee Print. 66-723, US Govt. Printing Office, Wash, DC. pp. 254-304.
  18. ^ Odum, HT e EC Odum. 1976. Energy Basis for Man and Nature. McGraw-Hill, NY. 297 pp
  19. ^ Odum, HT, MJ Lavine, FC Wang, MA Miller, JF Alexander, Jr. e T. Butler. 1983. A Manual for Using Energy Analysis for Plant Siting with an Appendix on Energy Analysis of Environmental Values. Final report to the Nuclear Regulatory Commission, NUREG/CR-2443 FINB-6155. Energy Analysis Workshop, Center for Wetlands, University of Florida, Gainesville. 221 pp.
  20. ^ Odum, HT e EC Odum, eds. 1983. Energy Analysis Overview of Nations. Working Paper WP-83-82. International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria. 469 pp.
  21. ^ Odum, HT, MT Brown e SB Williams. 2000. Handbook of Emergy Evaluation: A Compendium of Data for Emergy Computation Issued in a Series of Folios. Folio #1 - Introduction and Global Budget. Center for Environmental Policy, Environmental Engineering Sciences, Univ. of Florida, Gainesville, 16 pp. Disponibile online a: Copia archiviata , su emergysystems.org . URL consultato il 4 giugno 2010 (archiviato dall' url originale il 9 settembre 2010) . .
  22. ^ Molti altri diagrammi di questo genere si possono trovare all'indirizzo web EmergySystems.org
  23. ^ Ayres, RU, 1998. Ecology vs. Economics: Confusing Production and Consumption. Center of the Management of Environmental Resources, INSEAD, Fontainebleau, France.
  24. ^ Cleveland, CJ, Kaufmann, RK, Stern, DI, 2000. Aggregation and the role of energy in the economy. Ecol. Econ. 32, 301–317.
  25. ^ Hau JL, Bakshi BR. 2004. Promise and problems of emergy analysis. Ecological Modelling 178:215–225.
  26. ^ Mansson, BA, McGlade, JM, 1993. Ecology, thermodynamics and HT Odum's conjectures. Oecologia 93, 582–596.
  27. ^ Silvert W. 1982. The theory of power and efficiency in ecology. Ecological Modelling 15:159–164.
  28. ^ Spreng, DT, 1988. Net-Energy Analysis and the Energy Requirements of Energy Systems. Praeger Publishers, New York, 289 pp.
  29. ^ Cleveland, CJ 1992. Energy quality and energy surplus in the extraction of fossil fuels in the US Ecological Economics. Volume 6, Issue 2, October 1992, Pp 139-162.
  30. ^ Sciubba, E., 2010. On the Second-Law inconsistency of Emergy Analysis. Energy 35, 3696-3706.

Bibliografia

  • BR Bakshi (2000) 'A thermodynamic framework for ecologically conscious process systems engineering', Computers and Chemical Engineering 24, pp. 1767–1773.
  • S.Bastianoni (2000) 'The problem of co-production in environmental accounting by emergy analysis', Ecological Modelling 129, pp. 187–193.
  • S.Bastianoni, FMPulselli, M.Rustici (2006) Exergy versus emergy flow in ecosystems: Is there an order in maximizations?', Ecological Indicators 6, pp. 58–62
  • MT Brown e S. Ulgiati (2004) Energy quality, emergy, and transformity: HT Odum's contributions to quantifying and understanding systems, Ecological Modelling , Vol. 178, pp. 201–213.
  • TTCai, TWOlsen e DECampbell (2004) Maximum (em)power: A foundational principle linking man and nature', Ecological Modelling , Volume 178, 1ª-2ª edizione, pp. 115–119.
  • DECampbell (2001) Proposal for including what is valuable to ecosystems in environmental assessments', Environmental Science and Technology , Volume 35, 14ª edizione, pp. 2867–2873.
  • GQ Chen (2006) 'Scarcity of exergy and ecological evaluation based on embodied exergy', Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation , 11, pp. 531–552
  • BDFath, BCPatten, e JSChoi (2001) Complementarity of ecological goal functions', Journal of Theoretical Biology , Volume 208, 4ª edizione, pp. 493–506.
  • GP Genoni (1997) 'Towards a conceptual synthesis in ecotoxicology', OIKOS , 80:1, pp. 96–106.
  • GP Genoni, EI Meyer e A.Ulrich (2003) 'Energy flow and elemental concentrations in the Steina River ecosystem (Foresta Nera, Germania)', Aquat. Sci. , Vol. 65, pp. 143–157.
  • C.Giannantoni (2000) 'Toward a Mathematical Formulation of the Maximum Em-Power Principle', in MTBrown (ed.) Emergy Synthesis: Theory and applications of the emergy methodology .
  • C.Giannantoni (2002) The Maximum Em-Power Principle as the basis for Theromodynamics of Quality , Servizi Grafici Editoriali, Padova.
  • C.Giannantoni (2006) 'Mathematics for generative processes: Living and non-living systems' Journal of Computational and Applied Mathematics 189, pp. 324–340.
  • Shu-Li Huang e Chia-Wen Chen (2005) 'Theory of urban energetics and mechanisms of urban development', Ecological Modelling , 189, pp. 49–71.
  • JLHau e BRBakshi (2004) ' Promise and Problems of Emergy Analysis ', Ecological Modelling , edizione speciale in omaggio a T. Odum, vol. 178, pp. 215–225.
  • SE Jorgensen, SNNielsen, H.Mejer (1995) 'Emergy, environ, exergy and ecological modelling', Ecological Modelling , 77, pp. 99–109
  • J.Laganisa, & M.Debeljakb (2006) 'Sensitivity analysis of the emergy flows at the solar salt production process in Slovenia', Journal of Ecological Modelling , 194, pp. 287–295.
  • PKNag (1984) Engineering Thermodynamics , Tata McGraw-Hill Publishing Company.
  • HTOdum (1986) in N.Polunin, Ed. Ecosystem Theory and Application , Wiley, New York.
  • HTOdum (1988) 'Self-Organization, Transformity, and Information', Science , Vol. 242, pp. 1132–1139.
  • HTOdum (1995) 'Self-Organization and Maximum Empower', in CASHall (ed.) Maximum Power; The Ideas and Applications of HTOdum , Colorado University Press, Colorado, pp. 311–330.
  • HTOdum (1996) Environmental Accounting: Emergy and Environmental Decision Making , Wiley.
  • HTOdum (2002) 'Material circulation, energy hierarchy, and building construction', in CJKibert, J.Sendzimir e GBGuy (eds) Construction Ecology; Nature as the basis for green buildings , Spon Press, New York.
  • HTOdum e ECOdum (1983) Energy Analysis Overview of Nations , Working Paper, WP-83-82. Laxenburg, Austria: International Institute of Applied System Analysis. 469 pp. (CFW-83-21)
  • HTOdum e ECOdum (2000) A Prosperous way Down: Principles and Policies , Colorado University Press, Colorado.
  • DMScienceman (1987) 'Energy and Emergy.' In G. Pillet and T. Murota (eds), Environmental Economics: The Analysis of a Major Interface. Ginevra: R. Leimgruber. pp. 257–276. (CFW-86-26)
  • DM Scienceman (1989) ' The Emergence of Emonomics'. In Proceedings of The International Society for General Systems Research Conference (July 2-7, 1989), Edimburgo, Scotland, 7 pp. (CFW-89-02).
  • DM Scienceman (1991) Emergy and Energy: The Form and Content of Ergon. . Gainesville: Center for Wetlands, University of Florida. 13 pp. (CFW-91-10)
  • DM Scienceman (1992) Emvalue and Lavalue , Articolo preparato in occasione del Meeting Annuale della Società Internazionale delle Scienze dei Sistemi, University of Denver, Denver, Colorado, USA
  • DM Scienceman (1997) 'Letters to the Editor: Emergy definition', Ecological Engineering , 9, pp. 209–212.
  • E. Sciubba, S. Ulgiatib (2005) 'Emergy and exergy analyses: Complementary methods or irreducible ideological options?' Energy 30, pp. 1953–1988.
  • SETennenbaum (1988) Network Energy Expenditures for Subsystem Production , MS Thesis. Gainesville, FL: University of FL, 131 pp. (CFW-88-08)
  • S.Ulgiati, HTOdum, S.Bastianoni (1994) 'Emergy use, environmental loading and sustainability. An emergy analysis of Italy', Ecological Modelling , Volume 73, 3ª-4ª edizione, Pagine 215-268.
  • S.Ulgiati e MTBrown (1990) Valutazione dell'emergia del capitale naturale e della biosfera .
  • S.Ulgiati e MTBrown (2001) 'Emergy Accounting of Human-Dominated, Large-Scale Ecosystems', in SEJorgensen (ed) Thermodynamics and Ecological Modelling , CRC Press LLC, pp. 63–113.

Voci correlate

Collegamenti esterni