Emergía

Emergía es la cantidad de energía consumida en transformaciones directas e indirectas para fabricar un producto o servicio. La emergía es una medida de las diferencias de calidad entre diferentes formas de energía. La emergía es una expresión de toda la energía utilizada en los procesos de trabajo que generan un producto o servicio en unidades de un tipo de energía. La emergía se mide en unidades de emjoules, unidad que hace referencia a la energía disponible consumida en las transformaciones. La emergía representa diferentes formas de energía y recursos (por ejemplo, luz solar, agua, combustibles fósiles, minerales, etc.). Cada forma se genera mediante procesos de transformación en la naturaleza y cada una tiene una capacidad diferente para respaldar el trabajo en los sistemas naturales y humanos. El reconocimiento de estas diferencias de calidad es un concepto clave.

Historia

La base teórica y conceptual de la metodología de la emergía se basa en la termodinámica, la teoría general de sistemas y la ecología de sistemas. La evolución de la teoría de Howard T. Odum durante los primeros treinta años se revisa en Environmental Accounting y en el volumen editado por C. A. S. Hall titulado Maximum Power.

Fondo

A partir de la década de 1950, Odum analizó el flujo de energía en los ecosistemas (p. ej. Silver Springs, Florida; el atolón de Enewetak en el Pacífico sur; la Bahía de Galveston, Texas y las selvas tropicales de Puerto Rico, entre otros) donde las energías en Se observaron diversas formas en diversas escalas. Su análisis del flujo de energía en los ecosistemas y las diferencias en la energía potencial de la luz solar, las corrientes de agua dulce, el viento y las corrientes oceánicas lo llevaron a sugerir que cuando dos o más fuentes de energía diferentes impulsan un sistema, no se pueden sumar sin antes convirtiéndolos a una medida común que tenga en cuenta sus diferencias en la calidad de la energía. Esto lo llevó a introducir el concepto de "energía de un tipo" como denominador común con el nombre "coste energético". Luego amplió el análisis para modelar la producción de alimentos en los años 1960 y en los años 1970 a los combustibles fósiles.

La primera declaración formal de Odum sobre lo que más tarde se denominaría energía fue en 1973:

La energía se mide por calorías, btu's, kilowatthours y otras unidades intraconvertables, pero la energía tiene una escala de calidad que no se indica por estas medidas. La capacidad de hacer trabajo para el hombre depende de la calidad y cantidad de energía y esto es mensurable por la cantidad de energía de un grado de calidad inferior requerido para desarrollar el grado superior. La magnitud de la energía va desde la luz solar diluida hasta la materia vegetal, hasta el carbón, desde el carbón hasta el petróleo, la electricidad y hasta los esfuerzos de alta calidad de procesamiento de información informática y humana.

En 1975, introdujo una tabla de "Factores de calidad de la energía", kilocalorías de energía solar necesarias para producir una kilocaloría de energía de mayor calidad, la primera mención del principio de jerarquía energética que establece que " 34;la calidad energética se mide por la energía utilizada en las transformaciones" de un tipo de energía a otro.

Estos factores de calidad de la energía se ubicaron sobre la base de los combustibles fósiles y se denominaron "equivalentes de trabajo de combustibles fósiles" (FFWE), y la calidad de las energías se midió basándose en un estándar de combustibles fósiles con equivalentes aproximados de 1 kilocaloría de combustible fósil equivalente a 2000 kilocalorías de luz solar. "Ratios de calidad energética" se calcularon evaluando la cantidad de energía en un proceso de transformación para crear una nueva forma y luego se usaron para convertir diferentes formas de energía a una forma común, en este caso equivalentes de combustibles fósiles. Los FFWE fueron reemplazados por equivalentes de carbón (CE) y en 1977, el sistema de evaluación de la calidad se colocó sobre una base solar y se denominó equivalentes solares (SE).

Energía encarnada

El término "energía incorporada" se utilizó durante un tiempo a principios de la década de 1980 para referirse a las diferencias en la calidad de la energía en términos de sus costos de generación, y se utilizó una relación denominada "factor de calidad" para las calorías (o julios) de un tipo de energía necesarias para producir las de otro. Sin embargo, dado que el término energía incorporada fue utilizado por otros grupos que estaban evaluando la energía de combustibles fósiles necesaria para generar productos y no incluían todas las energías o usaban el concepto para implicar calidad, la energía incorporada se abandonó en favor de la "energía solar incorporada". calorías", y los factores de calidad se conocieron como "proporciones de transformación".

Introducción del término "emergía"

El uso del término "energía incorporada" porque este concepto fue modificado en 1986 cuando David Scienceman, un académico visitante de la Universidad de Florida de Australia, sugirió el término "emergía" y "emjulio" o "emcalorías" como unidad de medida para distinguir las unidades de emergía de las unidades de energía disponible. El término índice de transformación se redujo a transformidad aproximadamente al mismo tiempo. Es importante señalar que a lo largo de estos veinte años, la línea base o base para evaluar formas de energía y recursos pasó de la materia orgánica a los combustibles fósiles y finalmente a la energía solar.

Después de 1986, la metodología emergética continuó desarrollándose a medida que la comunidad de científicos se expandía y nuevas investigaciones aplicadas a sistemas combinados de humanos y naturaleza presentaban nuevas preguntas conceptuales y teóricas. La maduración de la metodología emergética resultó en definiciones más rigurosas de términos y nomenclatura y en el refinamiento de los métodos de cálculo de transformidades. La Sociedad Internacional para el Avance de la Investigación Emergía Archivado el 13 de mayo de 2016 en Wayback Machine y una conferencia internacional bienal en la Universidad de Florida respaldan esta investigación.

Cronología

Definiciones y ejemplos

Emergía: cantidad de energía de una forma que se utiliza en transformaciones directa e indirectamente para fabricar un producto o servicio. La unidad de emergía es el emjoule o julio de emergía. El uso de la emergía, la luz solar, el combustible, la electricidad y los servicios humanos se puede poner sobre una base común expresando cada uno de ellos en los emjulios de energía solar necesarios para producirlos. Si la emergía solar es la línea de base, entonces los resultados son emjulios solares (abreviado seJ). Aunque se han utilizado otras líneas de base, como emjulios de carbón o emjulios eléctricos, en la mayoría de los casos los datos de emergía se dan en emjulios solares.

Valores unitarios de emergía (UEV): la emergía necesaria para generar una unidad de producción. Tipos de UEV:

Transformidad — entrada emergia por unidad de producción de energía disponible. Por ejemplo, si se requieren 10.000 emjoules solares para generar un joule de madera, entonces la transformación solar de esa madera es de 10.000 emjoules solares por joule (seJ/J). La transformación solar de la luz solar absorbida por la tierra es 1.0 por definición.

Emergía específica - emergia por unidad de producción de masa. La emergia específica se expresa generalmente como emergia solar por gramo (seJ/g). Debido a que la energía es necesaria para concentrar materiales, el valor emergía unitario de cualquier sustancia aumenta con concentración. Elementos y compuestos no abundantes en la naturaleza por lo tanto tienen mayores ratios de emergía/masa cuando se encuentran en forma concentrada ya que se requiere más trabajo ambiental para concentrarlos, tanto espacial como químicamente.

Dinero por unidad — la emergia que apoya la generación de una unidad de producto económico (expresada en términos monetarios). Se utiliza para convertir dinero en unidades emergias. Dado que el dinero se paga por bienes y servicios, pero no por el medio ambiente, la contribución a un proceso representado por pagos monetarios es la emergia que compra dinero. La cantidad de recursos que compra dinero depende de la cantidad de emergia que apoye la economía y la cantidad de dinero que circula. Una relación emergia/dinero promedio en emjoules solares/$ se puede calcular dividiendo el uso total emergio de un estado o nación por su producto económico bruto. Varía por país y se ha demostrado que disminuye cada año, que es un índice de inflación. Esta relación emergia/dinero es útil para evaluar los aportes de servicios proporcionados en las unidades monetarias cuando una tasa salarial promedio es apropiada.

Emergía por unidad de trabajo — la emergia que apoya una unidad de trabajo directo aplicada a un proceso. Los trabajadores aplican sus esfuerzos a un proceso y al hacerlo invierten indirectamente en él la emergia que hizo posible su trabajo (comida, entrenamiento, transporte, etc.). Esta intensidad emergia se expresa generalmente como emergia por tiempo (seJ/yr; seJ/hr), pero también se utiliza emergia por dinero ganado (seJ/$). El trabajo indirecto necesario para hacer y suministrar los insumos a un proceso se mide generalmente con el costo del dólar de los servicios, de modo que su intensidad emergia se calcula como seJ/$.

Empower — un flujo de emergia (es decir, emergia por unidad de tiempo).

Método de contabilidad

La contabilidad emergética convierte la base termodinámica de todas las formas de energía, recursos y servicios humanos en equivalentes de una única forma de energía, generalmente solar. Para evaluar un sistema, un diagrama del sistema organiza la evaluación y contabiliza las entradas y salidas de energía. A partir del diagrama se construye una tabla de los flujos de recursos, mano de obra y energía y se evalúan todos los flujos. El último paso consiste en interpretar los resultados.

Propósito

En algunos casos, se realiza una evaluación para determinar el ajuste de una propuesta de desarrollo a su entorno. También permite comparar alternativas. Otro propósito es buscar el mejor uso de los recursos para maximizar la vitalidad económica.

Diagrama de sistemas

Los diagramas del sistema muestran las entradas que se evalúan y suman para obtener la energía de un flujo. En la Figura 1 se muestra un diagrama de una ciudad y su área de apoyo regional.

Tabla de evaluación

A partir del diagrama se construye una tabla (ver ejemplo a continuación) de flujos de recursos, mano de obra y energía. Los datos brutos sobre los flujos entrantes que cruzan el límite se convierten en unidades de emergía y luego se suman para obtener la emergía total que sustenta el sistema. Los flujos de energía por unidad de tiempo (normalmente por año) se presentan en el cuadro como partidas separadas.

Cuadro 3

Nota	Tema(nombre)	Datos(flujo/hora)	Unidades	UEV (seJ/unit)	Solar Emergy (seJ/time)
1.	Primer punto	xxx.x	J/yr	xxx.x	Em1
2.	Segundo tema	xxx.x	g/yr	xxx.x	Em2
--
No.	nth item	xxx.x	J/yr	xxx.x	Emn
O.	Producto	xxx.x	J/yr o g/yr	xxx.x	. . n1Emi{displaystyle sum _{n}{1}Em_{i}

Leyenda

• La columna #1 es el número de partida de línea, que es también el número de la nota de pie de página que se encuentra debajo de la tabla donde se citan las fuentes de datos brutos y se muestran los cálculos.
• La columna # 2 es el nombre del elemento, que también se muestra en el diagrama agregado.
• La columna # 3 es los datos brutos en joules, gramos, dólares u otras unidades.
• La columna # 4 muestra las unidades para cada elemento de datos brutos.
• Columna # 5 es el valor emergitivo de la unidad, expresado en los joules emergy solares por unidad. A veces, los insumos se expresan en gramos, horas o dólares, por lo que se utiliza una UEV adecuada (sej/hr; sej/g; sej/$).
• Columna # 6 es la emergia solar de un flujo dado, calculada como los tiempos de entrada cruda de la UEV (Columno 3 veces Columna 5).

Todas las tablas van seguidas de notas a pie de página que muestran citas de datos y cálculos.

Cálculo de valores unitarios

La tabla permite calcular un valor unitario de emergía. La última fila de salida (fila “O” en la tabla de ejemplo anterior) se evalúa primero en unidades de energía o masa. Luego se suma la emergía de entrada y el valor unitario de emergía se calcula dividiendo la emergía por las unidades de salida.

Indicadores de ejecución

La Figura 2 muestra las contribuciones ambientales no renovables (N) como almacenamiento emergético de materiales, los insumos ambientales renovables (R) y los insumos de la economía como bienes y servicios comprados (F). Los insumos comprados son necesarios para que el proceso se lleve a cabo e incluyen servicios humanos y energía y materiales no renovables comprados traídos de otros lugares (combustibles, minerales, electricidad, maquinaria, fertilizantes, etc.). En la Figura 2 se dan varios ratios o índices que evalúan el desempeño global de un proceso.

• Emergy Yield Ratio (EYR) — Emergia liberada (utilizada) por unidad invertida. La relación es una medida de cuánto permite una inversión un proceso para explotar los recursos locales.
• Relación de carga ambiental (ELR) - La relación entre el uso emergía no renovable e importado y el uso de emergía renovable. Es un indicador de la presión que un proceso de transformación ejerce sobre el medio ambiente y puede considerarse una medida de estrés ecosistémico debido a una producción (actividad de transformación).
• Índice de sostenibilidad emergia (ESI)) - La relación de EYR con ELR. Mide la contribución de un recurso o proceso a la economía por unidad de carga ambiental.
• Intensidad de potencia de Areal — La relación de uso emergía en la economía de una región a su área. La densidad emergia renovable y no renovable se calculan por separado dividiendo la emergia renovable total por área y la emergia total no renovable por área, respectivamente.

Otros ratios son útiles dependiendo del tipo y escala del sistema bajo evaluación.

• Percent Renewable Emergy (%Ren) — La relación de la emergía renovable con el uso total de la emergía. A largo plazo, sólo los procesos con alto %Ren son sostenibles.
• Emprended. El emprice de una mercancía es la emergia que recibe por el dinero gastado en sej/$.
• Emergy Exchange Ratio (EER) — La relación de la emergía intercambiada en un comercio o compra (lo que se recibe a lo que se da). La relación siempre se expresa en relación con un socio comercial y es una medida de la ventaja comercial relativa de un socio sobre el otro.
• Emergia per cápita La proporción de uso emergio de una región o nación a la población. La emergia per cápita se puede utilizar como medida de potencial, nivel medio de vida de la población.
• Retorno energético basado en la emergia sobre la inversión se introdujo como una forma de puentear y mejorar el concepto de Energía devuelta en la energía invertida para incluir también los impactos ambientales.

Usos

El reconocimiento de la relevancia de la energía para el crecimiento y la dinámica de sistemas complejos ha resultado en un mayor énfasis en los métodos de evaluación ambiental que pueden explicar e interpretar los efectos de los flujos de materia y energía en todas las escalas en los sistemas de la humanidad y la naturaleza. La siguiente tabla enumera algunas áreas generales en las que se ha empleado la metodología emergética.

Cuadro 4

Emergia y ecosistemas Autoorganización (Odum, 1986; Odum, 1988) Ecosistemas acuáticos y marinos (Odum et al., 1978a; Odum and Arding, 1991; Brandt-Williams, 1999) Redes de alimentos y jerarquías (Odum et al. 1999; Brown and Bardi, 2001) Salud de los ecosistemas (Brown y Ulgiati, 2004) Ecosistemas forestales (Doherty et al., 1995; Lu et al. 2006) Complejidad (Odum, 1987a; Odum, 1994; Brown and Cohen, 2008) Biodiversidad (Brown et al. 2006)

Emergia e información Diversidad e información (Keitt, 1991; Odum, 1996, Jorgensen et al., 2004) Cultura, Educación, Universidad (Odum y Odum, 1980; Odum et al., 1995; Odum et al., 1978b)

Emergy and Agriculture Producción de alimentos, agricultura (Odum, 1984; Ulgiati et al. 1993; Martin et al. 2006; Cuadra y Rydberg, 2006; de Barros et al. 2009; Cavalett y Ortega, 2009) Producción de ganado (Rótolo et al.2007) Agricultura y sociedad (Rydberg y Haden, 2006; Cuadra y Björklund, 2007; Lu, y Campbell, 2009) Erosión del suelo (Lefroy y Rydberg, 2003; Cohen et al. 2006)

Fuentes y transportistas de energía y energía Combustibles de fósiles (Odum et a.l 1976; Brown et al., 1993; Odum, 1996; Bargigli et al., 2004; Bastianoni et al. 2005; Bastianoni et al. 2009) Electricidad renovable y no renovable (Odum et al. 1983; Brown and Ulgiati, 2001; Ulgiati y Brown, 2001; Peng et al. 2008) Represas hidroeléctricas (Brown y McClanahan, 1992) Biocombustibles (Odum, 1980a; Odum y Odum, 1984; Carraretto et al., 2004; Dong et al. 2008; Felix y Tilley, 2009; Franzese et al., 2009) Hidrogen (Barbir, 1992)

Emergia y Economía Análisis nacional e internacionalOdum, 1987b; Brown, 2003; Cialani et al. 2003; Ferreyra y Brown. 2007; Lomas et al., 2008; Jiang et al., 2008) National Environmental Base de datos de contabilidad https://www.emergy-nead.com/ and https://nead.um01.cn/home (Liu et al., 2017) Comercio (Odum, 1984a; Brown, 2003) Contabilidad ambiental (Odum, 1996) Políticas de desarrollo (Odum, 1980b) Sostenibilidad (Odum, 1973; Odum, 1976a; Brown and Ulgiati, 1999; Odum y Odum, 2002; Brown et al. 2009) TurismoLei y Wang, 2008a; Lei et al., 2011; Vassallo et al., 2009) Industria de juegoLei y otros, 2011)

Emergía y ciudades Organización espacial y desarrollo urbano (Odum et al., 1995b; Huang, 1998; Huang y Chen, 2005; Lei et al., 2008; Ascione, et al. 2009) metabolismo urbano (Huang et al., 2006; Zhang et al., 2009) Modos de transporte (Federici, et al. 2003; Federici et al., 2008; Federici et al., 2009; Almeida et al., 2010)

Emergia y paisajes Potencia espacial, indicadores de desarrollo de la tierra (Brown y Vivas, 2004; Reiss y Brown, 2007) Emergia en forma de tierra (Kangas, 2002) Cuencas de agua (Agostinho et al., 2010)

Ingeniería emergia y ecológica Modelos de restauración (Prado-Jartar y Brown, 1996) Proyectos de revocación (Brown, 2005; Lei y Wang, 2008b; Lu et al., 2009) Ecosistemas artificiales: humedales, estanque (Odum, 1985) Tratamiento de desechos (Kent et al. 2000; Grönlund, et al. 2004; Giberna et al. 2004; Lei y Wang, 2008c)

Emergia, flujos de materiales y reciclaje Procesamiento de minerales y minerales (Odum, 1996; Pulselli et al.2008) Producción industrial, ecodesign (Zhang et al. 2009; Almeida et al., 2009) Patrón de reciclaje en ecosistemas dominados por el ser humano (Brown y Buranakarn, 2003) Emergy-based energy return on investment method for evaluate energy exploitation(Chen et al, 2003)

Emergia y termodinámica Eficiencia y poder (Oficienciadum and Pinkerton, 1955; Odum, 1995) Principio de potencia máxima (Odum, 1975; Odum, 1983; Cai e al., 2004) paradigma de pulso (Odum, 1982; Odum, W.P. et al., 1995) Principios termodinámicos (Giannantoni, 2002, 2003)

Emergy and systems modeling Sistemas de energía lenguaje y modelado (Odum, 1971; Odum, 1972) Sostenibilidad nacional (Brown et al. 2009; Lei y Zhou, 2012) Análisis de sensibilidad, incertidumbre (Laganis y Debeljak, 2006; Ingwersen, 2010)

Emergia y política Herramientas para los encargados de adoptar decisiones (Giannetti et al., 2006; Almeida, et al. 2007; Giannetti et al., 2010) Conservación y valor económico (Lu et al.2007)

Las referencias para cada una de las citas en esta tabla se dan en una lista separada al final de este artículo

Controversias

El concepto de emergía ha sido controvertido dentro del mundo académico, incluidos la ecología, la termodinámica y la economía. La teoría emergética ha sido criticada por supuestamente ofrecer una teoría energética del valor para reemplazar otras teorías del valor. El objetivo declarado de las evaluaciones emergéticas es proporcionar una evaluación "ecocéntrica" valoración de sistemas, procesos. Por tanto, no pretende sustituir valores económicos sino proporcionar información adicional, desde un punto de vista diferente.

La idea de que una caloría de luz solar no es equivalente a una caloría de combustible fósil o electricidad parece absurda para muchos, basándose en la definición de la primera ley de unidades de energía como medidas de calor (es decir, el equivalente mecánico del calor de Joule). ). Otros han rechazado el concepto por considerarlo poco práctico ya que desde su perspectiva es imposible cuantificar objetivamente la cantidad de luz solar necesaria para producir una cantidad de petróleo. Al combinar sistemas de humanidad y naturaleza y evaluar los aportes ambientales a las economías, los economistas tradicionales critican la metodología emergética por ignorar los valores del mercado.