Engenharia verde

ENGENHARIA VERDE
Profª Liliane Marquardt
liliane@unisc.br
Engenharia Ambiental UNISC

ENGENHARIA VERDE
É o projeto, a descoberta e a implementação de soluções de
engenharia com consciência dos benefícios e problemas
potenciais do ambiente, da economia e da sociedade ao
longo do tempo.
O enfoque da engenharia verde é adaptável e se aplica a
projetos de produtos e de sistemas e depende das tradições
de inovação e criatividade que podem ser utilizadas para
encontrar novas soluções para os desafios da engenharia.
O objetivo é minimizar os impactos adversos , ao mesmo
tempo em que maximizam os benefícios para a economia,
sociedade e ambiente.

ENGENHARIA VERDE
Os impactos adversos dos projetos da
engenharia convencional, frequentemente
implementados sem perspectiva de
sustentabilidade, podem ser encontrados na
forma de ineficiência no uso da água, de
destruição de materiais finitos e de fontes de
energia, de congestão urbana e de
degradação de sistemas naturais como
resultado.

ENGENHARIA VERDE
Criação, manufatura e uso de produtos
e processos eficientes e efetivos, que
sejam mais ambientalmente benignos.
Organização para Cooperação Econômica e
Desenvolvimento–OECD (1998)
observa, mede, entende e prevê

ENGENHARIA VERDE
Desenvolvimento Sustentável
Supre as necessidades do presente sem
comprometer a habilidade das gerações
futuras de suprir suas próprias
necessidades.
Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento –
ONU (1987)
R
E
L
A
Ç
Ã
o

PRINCÍPIOS DA ENGENHARIA VERDE
1. Os projetistas precisam lutar para garantir que todas as
entradas e saídas de materiais e de energia sejam inerentemente
tão inofensivas quanto possível.
2. É melhor prevenir o resíduo do que trata-lo ou limpá-lo depois
de formado.
3. As operações de separação e de purificação devem ser um
componente da estrutura do projeto.
4. Os componentes do sistema devem ser projetados para
maximizar a eficiência do uso de massa, energia e tempo.
5. A entropia e a complexidade embutidas devem ser vistas como
investimento quando se fazem as escolhas do projeto sobre
reciclagem, reuso ou descarte sem dano.
6. A busca da durabilidade e não da imortalidade deve ser objetivo
do projeto.

PRINCÍPIOS DA ENGENHARIA VERDE
7. O projeto para capacidade ou potencialidade desnecessárias
deve ser considerado um erro. Isso inclui soluções de engenharia
do tipo “um tamanho serve para todos”.
8. Produtos com multicomponentes devem buscar a unificação de
materiais para promover a desmontagem e a retenção de valor.
(Minimizar a diversidade de materiais.)
9. O projeto de processos e sistemas deve incluir a integração da
interconectividade com a energia disponível e fluxos de materiais.
10. A métrica do desempenho inclui o projeto para a performance
na “vida após a morte” comercial.
11. O projeto deve ser baseado em entradas renováveis e
prontamente disponíveis ao longo do ciclo de vida.
(Anastas e Zimmerman, 2003)

Exemplo
Especificação de material como decisão de projeto
A partir da especificação de uma material todo o ciclo de
vida desse material desde a aquisição, passando pelo
processamento, até o final da vida, fica incluído como
parte dos impactos ambientais do produto designado.
Portanto,
É na fase de projeto que o engenheiro tem a maior
capacidade de afetar os impactos ambientais associados
ao resultado final.

É na fase de projeto que o engenheiro tem a
oportunidade de reduzir o desperdício de água, de
materiais e de energia ou aumentar a eficiência
energética de um produto ou processo.
O acréscimo de procedimentos novos e/ou
potencialidades frequentes melhora as características
ambientais, ao mesmo tempo em que oferece a
oportunidade para a melhora da competitividade e da
participação no mercado.
A engenharia verde objetiva que se refocalizem
esforços no projeto sustentável e eficiente, significando
evitar o resíduo logo de início, sempre que praticável, e
eliminar o conceito de desperdício, sempre que
possível.

Dispo
sição
Tratamento
Reciclagem
Redução na fonte
HIERARQUIA DA PREVENÇÃO DA POLUIÇÃO
Redução na fonte: os resíduos
(substâncias perigosas, poluentes ou
contaminadores) devem ser prevenidos
na fonte.
Reciclagem: resíduos gerados devem
ser reutilizados quer no processo que
os criou ou em outro processo.
Tratamento: o resíduo que não pode
ser reciclado deve ser tratado para se
reduzir seu risco.
Disposição: o resíduo que não é
tratado deve ser descartado de forma
ambientalmente segura.
Ecoeficiência?Disposição
Tratamento
Reciclagem
Redução
na
fonte

Ecoeficiência
A gestão ecoeficiente aproveita ao máximo
o potencial dos recursos e aposta no seu
reaproveitamento, por meio, principalmente,
do reuso e da reciclagem.
A gestão ecoeficiente aproveita ao máximo
o potencial dos recursos e aposta no seu
reaproveitamento, por meio,
principalmente, do reuso e da reciclagem.

Ecoeficiência – quando o foco dá-se ao
aumento da eficiência de um processo para
reduzir a quantidade de poluição gerada.
O sistema (atual) é ajustado para tornar-se
melhor que o anterior, em termos de
poluição.

Sistema Tipo 1

Engenharia Ambiental
Ecologia Industrial
Mudança de processos industriais de sistemas (tipo 1)
lineares (ciclo aberto) nos quais os investimentos de
recursos e de capital atravessam o sistema e tornam-se
resíduos, para sistemas ecológicos de ciclo fechado
(sistema tipo 3).
UNISC
Recursos
ilimitados
Organismos Resíduos
ilimitados
Sistema Tipo 1

Economia “real”: Um sistema aberto
Extração Processamento Produção Consumo
Resíduos
Transformação
Reciclagem
AMBIENTE
Impactos ambientais
Externalidades

Energia e
recursos
ilimitados
Resíduos
ilimitados
Sistema Tipo 2
Energia
Sistema Tipo 3

Exemplo:
O tratamento convencional de esgoto é um ecossistema tipo 2 no sentido de
que alguns dos materiais residuários são reciclados (aplicação de biosólidos na
terra e o uso do metano gerado pela digestão anaeróbia para fornecer calor e
eletricidade.
Porém, esses sistemas ainda podem dispensar nutrientes de nitrogênio e de
fósforo.
Os nutrientes (nitrogênio e fósforo) não apenas danificam a qualidade da água,
mas apresentam dificuldade de controle, uma vez acumulados nos sedimentos.
Para uma estação convencional de esgotos passar para um ecossistema tipo
3, o engenheiro poderia considerar a modificação da estação para que
transforme nitrogênio amoniacal em nitrogênio gasoso via reações de
nitrificação e desnitrificação.
Também poderia haver o reuso de água tratada para consumo humano,
agricultura, necessidades paisagísticas...

Estratégias de projeto para eliminar as
cargas ambientais
Mudanças na seleção de materiais;
Mudanças em equipamentos; melhora nas
escolhas de compras;
Melhora nas práticas operacionais;
Melhora nas práticas de recuperação e
disposição;
Melhora na logística.

Mudança de Paradigma e
Práticas Correntes
Nova Visão
Novos Conceitos
Novas condutas
Novos objetivos
Decisão
Medição
Práticas
Objectivos
Redução do nível de ansiedade
Estágio de
Mudança de Paradigma
Estágio de
Práticas Correntes
Consciência
Frustração ?
Ansiedade ?
Metáforas
São importantes
Ferramentas
Métrica
É importante

A Ecologia Industrial no contexto da
evolução das estratégias ambientais
Evolução das estratégias ambientais
Modelo usual
Cumprimento da legislação
Prevenção da poluição
EIA, Auditorias energéticas
Orientada para o
processo
Orientada para o
produto
Extensão da responsabilidade
do produtor
Eco-eficiência
Eco-Design
Conceito de Ciclo de Vida

do produtor
Eco-eficiência
Eco-Design
Ciclos de Vida do Produto
Recursos Resíduos
Ambiente
Fabrico de
componentes
Montagem
de veículos Uso
Ex: Automóvel

Orientada para o
produto
do produtor
Eco-eficiência
Eco-Design
Ciclos de Vida do
Produto
Ecologia Industrial
Fabrico de
componentes
Montagem
de veículos
Ex: Automóvel
Uso

Ecologia Industrial
Sustentabilidade global
Ecossistemas industriais fechados
Promoção de trocas de resíduos
Visão sistémica
+, MFA,...
Orintada para o
produto
Eco-eficiência
Eco-Design
A Ecologia Industrial no contexto da
evolução das estratégias ambientais
Orientada para o
produto
do produtor
Modelo usual
Cumprimento da legislação
Prevenção da poluição
EIA, Auditorias energéticas
Orientada para o
processo
ACV
Evolução das estratégias ambientais

ACV
Ecologia Industrial: principais
conceitos
• A capacidade natural para o “fecho de ciclos”
deve ser replicada nos sistemas industriais.
• Fechar os ciclos dos materiais
• Promover a utilização da energia em cascata
• Aproximar os sistemas do “equilibrio termodinâmico”
• Equílibrar o desenvolvimento humano com
natureza.
• Balizar o crescimento (com respeito pela capacidade
natural de regeneração)

ACV
Economias
Industrial e Natural
Economia Industrial Economia Natural
Impulsionada por
questões financeiras
Impulsionada por
energias renováveis
Produção centralizada,
em larga escala
Produção descentralizada,
com dispersão de riscos
Sistema linear, baseado no
mercado de matérias primas
Sistema circular,
capacidade de renovar
Ênfase na produção Ênfase na reprodução
Resíduos sem valorização (lixo):
deficiência na utilização de recursos Reciclagem de resíduos

ACV
Ecossistema Industrial
Um ecosistema industrial é constituido por
uma rede de empresas e outras organizações
estabelecidas numa determinada região, as
quais decidiram interagir trocando sub-
produtos de uma forma que promova um ou
mais dos seguintes benefícios relativamente
operações não interactuantes:
• Redução no total de consumo de materiais
• Redução das emissões poluentes e da produção de resíduos
• Aumento da eficiência energética
• Maior valor acrescentado

ACV
Simbioses Industriais
Tem como objetivo assegurar a eficiência dos
recursos materiais e economicos, através da
promoção de sinergias entre fluxos de materiais
ou fluxos energéticos em indústrias de diferentes
setores.
Redução de custos
Redução de impactos
Fortalecimento das economias locais
Vantagens competitivas sustentáveis

ACV
Produtos
Sub
produtos
Recursos
Resíduos/Emissões
Gestão
de resíduos
Materiais
Energia
Água

ACV
Produtos
Sub
produtos
Recursos
Resíduos/Emissões
Materiais
Energia
Água
Ultrapassar
barreiras/desafios

ACV
PRODUÇÃO MAIS LIMPA

ACV
“Os impactos ambientais se
estendem ao longo de todo o ciclo
de vida dos produtos e serviços.”

EVOLUÇÃO DAS QUESTÕES AMBIENTAIS
Décadas de 50/60 Décadas de 70/80 Décadas de 90/atual
Disposição
- Início do desenvolvimento
de padrões de qualidade
e de emissão;
- Diluição de resíduos e
emissões nas águas e no ar;
- Inexistência quase total de
responsabilidade empresarial
com seu impacto ambiental.
Tratamento
- Sistema de licenciamento
e impacto ambiental;
- Atitude reativa:
cumprimento das normas
ambientais;
- Controle no final de tubo;
- Responsabilidade
empresarial isolada.
Prevenção
-Instrumentos econômicos
voluntário de conduto;
- Atitude pró-ativa: além do
cumprimento das normas;
-Tecnologias
limpas/Análise do ciclo de
vida;
- Integração total da
responsabilidade na
estrutura empresarial.

ABORDAGEM CONVENCIONAL
Resíduo é gerado!!!
O que deve ser feito com ele???
Onde deve ser disposto?
ABORDAGEM DA PRODUÇÃO MAIS LIMPA
Resíduo é gerado!!!
De onde vem?
Como é gerado?
Quando é gerado?

TECNICA “FIM DE TUBO”
São ações que apenas ajudam a diminuir o
impacto ambiental de determinados resíduos, ao
dar-lhes tratamento.
Só é válida para tratar aqueles resíduos que
não puderam ser evitados no processo, sendo
considerado uma alternativa de remediação.

Exemplo
Instalação de filtros para retenção de poluentes em chaminés nas
fábricas: as várias etapas do processo industrial continuam
gerando poluentes e eles serão “tratados” apenas no final do
“tubo” (ou seja, final do processo). As abordagens atuais
preconizam o projeto de plantas industrias e processos de forma
que os poluentes nem venham a ser gerados ou que venham a
ser minimizados a cada etapa. Desta forma, a abordagem “fim de
tubo” tem sido paulatinamente substituída por tecnologias limpas
que proporcionam menores custos de produção e minimizam os
riscos ambientais.

PRODUÇÃO MAIS LIMPA X FIM-DE-TUBO
Produção Mais Limpa é uma ação preventiva que busca
evitar, por exemplo, a geração de resíduos por meio do
aproveitamento máximo das matérias-primas utilizadas
durante o processo produtivo.
Técnicas de Fim de Tubo são ações que apenas ajudam
a diminuir o impacto ambiental de determinados resíduos,
ao dar-lhes tratamento.
Portanto, o Fim de Tubo só é válido para tratar aqueles
resíduos que não puderam ser evitados no processo,
sendo considerado uma alternativa de remediação,
enquanto a Produção Mais Limpa é uma proposta de
solução.

PRODUÇÃO MAIS LIMPA X FIM-DE-TUBO
TÉCNICAS DE FIM-DE-TUBO PRODUÇÃO MAIS LIMPA
Pretende reação. Pretende ação.
Os resíduos, os efluentes e as emissões são
controlados através de equipamentos de
tratamento.
Prevenção da geração de resíduos, efluentes e
emissões na fonte. Procurar evitar matérias-
primas potencialmente tóxicas.
Proteção ambiental é um assunto para
especialistas competentes.
Proteção ambiental é tarefa para todos.
A proteção ambiental atua depois do
desenvolvimento dos processos e produtos.
A proteção ambiental atua como uma parte
integrante do design do produto e da
engenharia de processo.
Os problemas ambientais são resolvidos a
partir de um ponto de vista tecnológico.
Os problemas ambientais são resolvidos em
todos os níveis e em todos os campos.
Não tem a preocupação com o uso eficiente
de matérias-primas, água e energia.
Uso eficiente de matérias-primas, água e
energia.
Leva a custos adicionais. Ajuda a reduzir custos.

BENEFÍCIOS AMBIENTAIS DA PRODUÇÃO MAIS
LIMPA
Produção sem poluição
Processos produtivos ideais, de acordo com o conceito de
Produção mais Limpa, ocorrem em um circuito fechado,
sem contaminar o meio ambiente e utilizando os recursos
naturais com a máxima eficiência possível.

LIMPA
Eficiência energética
A Produção mais Limpa requer os mais altos níveis de
eficiência energética na produção de bens e serviços.
A eficiência energética é determinada pela maior razão
possível entre energia consumida e produto final gerado.

LIMPA
Saúde e segurança no trabalho
A Produção mais Limpa procura sempre minimizar os riscos
para os trabalhadores através de um ambiente de trabalho
mais limpo, mais seguro e mais saudável.

LIMPA
Produtos ambientalmente adequados
O produto final, bem como todos os subprodutos
comercialmente viáveis, devem ser tão ambientalmente
adequados quanto possível.
Fatores relacionados à saúde e meio ambiente devem ser
priorizados nos estágios iniciais de planejamento do produto
e devem ser considerados ao longo de todo o ciclo de vida
do mesmo, da produção à disposição, passando pelo uso.

LIMPA
Embalagens ambientalmente adequadas
A embalagem do produto deve ser eliminada ou minimizada
sempre que possível.
Quando a embalagem é necessária para proteger, vender,
ou para facilitar o consumo do produto, esta deve ter o
menor impacto ambiental possível.

Exercícios
1. Discuta se o sapato A (couro) ou o sapato B (sintético) é melhor para o
Ambiente, com base nos dados da Tabela abaixo.
É possível ponderar um aspecto (ar, água, poluição da terra ou resíduos
sólidos) como sendo mais importante do que outro?
Exemplo hipotético de impactos ambientais de ciclo de vida de sapatos por 100 pares
produzidos
Produto Uso de
energia
(Btu)
Consumo
de matérias-
primas
Uso de água
(gal.)
Poluição do
ar (ppm)
Poluição da
água
(mg/L)
Resíduos
sólidos
perigosos
Sapato A 1 Suprimento
limitado,
alguns
renováveis
2 4 2 mg/L de
químicos
orgânicos
2 Kg de lodo
perigoso
Sapato B 2 Suprimento
grande, não
renovável
4 1 8 mg/L de
químicos
inorgânicos
inertes
1 Kg de lodo
perigoso
3 kg de
resíduos
sólidos
perigosos

Exercícios
2. Escolha três princípios da engenharia verde.
Para cada um explique o princípio com um exemplo
(comercialmente disponível ou em desenvolvimento) e
explique como ele demonstra o princípio.
Descreva os benefícios associados, ambientais,
econômicos e sociais, e identifique quais são tangíveis e
quais são intangíveis.

Exercícios
3. Para comparar sacos de plástico a sacos de papel em termos de
aquisição de matéria-prima, manufatura e processamento, uso e
descarte, observe os dados da tabela abaixo e responda:
a) Qual sacola você escolheria se sua maior preocupação fosse com
a poluição do ar?
b) Se supormos que duas sacolas plásticas são iguais a uma de
papel, a escolha muda?
Estágios do
Ciclo de Vida
Emissões atmosféricas
(poluentes) ozônio/saco
Energia requerida
Btu/saco
Papel Plástico Papel Plástico
Manufatura de
materiais,
manufatura do
produto, uso do
produtos
0,0516 00146 905 464
Aquisição de
matérias-primas,
descarte do
produto
0,0510 0,0045 724 185

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