Resource Assessment methods in Industrial Ecology and Process Engineering: a critical review towards improved consideration in LCA
Esta revisão crítica avalia a Raridade Termodinâmica, a Análise de Custo de Exergia e a Análise de Entropia Estatística para aprimorar a Avaliação de Ciclo de Vida ao identificar a exergia química como a métrica mais robusta para capturar a escassez geológica e as associações químicas, ao mesmo tempo em que destaca os princípios da Análise de Custo de Exergia como essenciais para definir limites de sistema e alocar cargas de coprodutos em avaliações orientadas a recursos.
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Cada produto que usamos, de um smartphone a uma viga de aço, começa sua vida como um recurso extraído da Terra. No campo da ecologia industrial, cientistas tentam medir o custo real do uso desses recursos, não apenas em dólares, mas na perda de seu potencial para o futuro. Esse conceito é conhecido como a "Área de Proteção" dos recursos naturais. Ele faz uma pergunta simples, porém profunda: quanto do valor original de uma matéria-prima é destruído ou disperso quando a transformamos em outra coisa? Quando um metal é minerado, refinado, usado e depois descartado como resíduo, sua capacidade de ser usado novamente é diminuída. Essa perda de potencial é chamada de dissipação. Para tomar melhores decisões sobre sustentabilidade, os pesquisadores precisam de uma maneira de medir essa perda com precisão, rastreando quanto valor desaparece à medida que os materiais se movem através de nossa economia.
Uma equipe de pesquisadores liderada por Louis Freboeuf e colegas partiu em busca da melhor maneira de medir essa perda. Eles revisaram métodos existentes usados na engenharia industrial e no design de processos para ver quais poderiam ser adaptados para uma ferramenta chamada Avaliação de Ciclo de Vida. Esta ferramenta é amplamente utilizada para calcular o impacto ambiental de produtos, mas os pesquisadores descobriram que as versões atuais frequentemente têm dificuldade em contabilizar o verdadeiro valor dos recursos uma vez que estes são misturados, diluídos ou transformados em resíduos. A equipe examinou três abordagens principais: uma baseada em energia química, uma baseada na dificuldade de concentrar materiais e uma baseada na desordem estatística de misturas. O objetivo deles era determinar qual método oferece a maneira mais confiável e fundamentada na física para rastrear o valor dos recursos conforme eles são usados e perdidos.
Os pesquisadores descobriram que o método mais robusto baseia-se em um conceito chamado exergia química. Pense nisso como a quantidade máxima de trabalho útil que um recurso poderia teoricamente realizar se fosse trazido de volta ao seu estado natural. Essa medida captura duas coisas críticas: o quão raro um material é na crosta terrestre e o quão fortemente seus átomos estão ligados entre si em minerais complexos. O estudo descobriu que essa abordagem é superior porque considera a "ligação" química entre diferentes elementos. Por exemplo, reconhece que separar o ouro de um mineral específico exige mais esforço do que separá-lo de uma mistura simples, simplesmente devido aos ligações químicas envolvidas. Este método fornece um valor consistente e baseado na física para os recursos, que não depende de preços de mercado flutuantes ou estimativas de tempo arbitrárias.
No entanto, a equipe também identificou obstáculos significativos no uso deste método poderoso. Calcular a exergia química requer dados detalhados sobre a composição química exata de cada material em um produto, incluindo os minerais específicos e a energia necessária para quebrar suas ligações. Atualmente, a maioria das bases de dados usadas para avaliações ambientais não contém esse nível de detalhe. Elas frequentemente listam um material como "aço" ou "minério de cobre" sem especificar a composição química precisa ou as propriedades termodinâmicas necessárias para o cálculo. Os pesquisadores mostraram que, sem esses dados, os resultados podem variar drasticamente dependendo de quais suposições sejam feitas sobre o ambiente natural ou os minerais de referência utilizados. Em alguns casos, alterar o ponto de referência para um cálculo poderia alterar o valor estimado de um recurso em centenas de quilojoules por mol, tornando os resultados difíceis de comparar ou confiar.
O estudo também analisou um método mais simples chamado entropia estatística, que mede o quão misturado um material está. Essa abordagem é mais fácil de usar porque requer apenas o conhecimento da massa de diferentes elementos em uma mistura, não seus complexos vínculos químicos. É útil quando faltam dados detalhados, mas os pesquisadores a consideraram menos confiável. Ela trata todos os elementos como se fossem igualmente valiosos, o que significa que não consegue distinguir entre um metal raro e crítico e um comum, se ambos estiverem presentes nas mesmas quantidades. Também ignora a dificuldade química de separá-los. Embora este método ofere o caminho para lidar com dados incompletos, ele sacrifica a precisão física necessária para compreender verdadeiramente a perda do valor dos recursos.
Para fazer com que essas medições funcionem em avaliações do mundo real, os pesquisadores propuseram uma nova maneira de estabelecer os limites do estudo. Eles sugeriram que qualquer material que entre em um sistema sem uma cadeia de suprimentos prévia deve ser contado como um recurso com um valor intrínseco, e que o valor dos subprodutos deve ser compartilhado com base em seu potencial físico, em vez de seu preço de mercado. Isso garantiria que o ônus ambiental fosse distribuído de forma justa entre todos os resultados de um processo. No entanto, implementar isso exige uma mudança importante na forma como os dados são coletados. As bases de dados atuais precisariam ser atualizadas para incluir as composições químicas específicas e as propriedades termodinâmicas de cada fluxo, desde o minério bruto até o produto final e seu resíduo.
Os autores concluem que, embora as ferramentas para medir a dissipação de recursos existam, elas ainda não estão prontas para o uso generalizado em relatórios ambientais padrão. O método mais preciso, baseado em exergia química, é cientificamente sólido, mas atualmente é intensivo demais em termos de dados para aplicação rotineira. Os métodos estatísticos mais simples são mais acessíveis, mas carecem da profundidade necessária para capturar a verdadeira complexidade do valor dos recursos. Para que o campo avance, a comunidade científica deve trabalhar para padronizar a coleta de dados químicos detalhados. Somente assim poderemos medir com precisão quanto de nossa herança natural está sendo perdida para a dissipação e tomar decisões verdadeiramente informadas sobre a circularidade de nossos sistemas industriais.
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