Metode de investigare si analiza in econologia metalurgica

In capitolul de fata metodele (procedurile) de investigare si analiza vor fi abordate ca subiecte de paradigma si metodologie.

1. Unele aspecte generale

Analizele de natura econologica presupun proceduri de paradigma si metodologice din categoria celor conventionale, dar si specifice.

Paradigma este inteleasa drept constelatia de convingeri, valori, metode in interiorul carora membri unei comunitati formuleaza intrebari si elaboreaza raspunsuri [6].

Metodologia reprezinta un ansamblu de principii, de procedee si tehnici de cercetare, care au rolul de a contribui la extinderea cunoasterii stiintifice, la descoperirea de noi adevaruri si la rezolvarea cu eficienta tot mai mare a problemelor practicii. Rolul metodologiei creste si mai mult daca se ia in considerare faptul ca esenta proceselor economice si tehnologice nu apare la suprafata acestora, nu este direct sesizabila, necesitand studiere aprofundata, ridicarea de la perceptia senzoriala la gandirea abstracta si apoi intoarcerea la concretul logic.

Dintre procedeele care caracterizeaza metodologia in domeniul stiintelor tehnologice, mentionam: abstractizarea, analiza inductiva si deductiva, imbinarea metodei istorice cu cea logica, teoretica, analiza cantitativa si analiza calitativa; experimentul tehnic.

Abstractizarea presupune ca, in abordarea fenomenelor si proceselor sa se ia in considerare ceea ce este caracteristic dominant acestora, facandu-se abstractie de aspectele particular concrete ale realitatii analizate, neimportante in intelegerea esentei.

Analiza inductiva reprezinta procedeul de cercetare, care are la baza rationamentul inductiv, prin care, se realizeaza trecerea de la particular la general. Cu alte cuvinte, prin acest procedeu se procedeu se porneste de la analiza fenomenelor in parte, pentru a ajunge la elementele lor comune.

Analiza deductiva are la baza rationamentul deductiv, de la general la particular. Prin acest procedeu se are in vedere ca fiecare fenomen confirma sau dimpotriva, infirma o teza teoretica generala, cunoscuta.

Metoda istorica presupune luarea in considerare a evolutiei istorice a conceptiilor tehnicii si tehnologiei, chiar daca drumul parcurs de acestea nu a respectat intotdeauna logica actuala. De exemplu, analiza evolutiei in timp a conceptiei despre poluare, poate sa puna in lumina existenta unor perioade in care atitudinea fata de acest fenomen, in conditiile unui progres tehnic real, dintr-un motiv sau altul, nu a fost cea din zilele noastre. In acest caz, are loc curatarea de ceea ce este accidental in evolutia tehnica, retinandu-se ceea ce este important si valoros.

Analiza calitativa inseamna studierea fenomenelor sub raportul efectelor pe care acestea le au asupra compozitiei, structurii si proprietatilor materialelor / substantelor cercetate.

Analiza cantitativa, presupune determinari cantitative, prin masurare, cuantificare, evaluare.

Desi analiza este unul dintre cele mai importante acte in procesul de cunoastere si cercetare stiintifica, ea trebuier completata cu sinteza, care presupune compararea elemetelor obtinute prin analiza, si stabilirea legaturilor dintre ele. De foarte multe ori, analiza si sinteza se bazeaza pe informare, documentare si modelare (fizica sau matematica). Pentru finalizarea acesteia din urma este nevoie de simulare si validare.

In ceea ce priveste documentarea informarea, o atentie deosebita trebuie aratata pentru prelucrarea critica bibliografica indreptata in scopul fundamentarii necestitatii lansarii pe piata de cercetare a unei anumite teme.

De asemenea, adoptarea modelarii ca metodologie de cercetare trebuie facuta in contextul in care cercetatorul stabileste o optiune necesara: determinism, statistica sau ambele?

Plasarea in zona de determinism sau in cea statistica presupune urmatoarele:

modelele deterministe constituie calea principala pentru inginer cu ajutorul careia poate lansa predictii in cadrul programelor de cercetare; bazate pe matematica aplicata, chimie fizica, astfel de modele necesita pentru elaborarea lor foarte mult timp si o expertiza la un nivel foarte ridicat;

in domeniul statistic se lucreaza cu modelarea experimentala, care in practica industriala este folosita tot mai mult pentru identificarea procesului.

Cercetarile experimentale pot fi realizate la diverse nivele: laborator, pilot si industrial. Trebuie remarcat faptul ca in ultimul timp, datorita progreselor mari facute in domeniul modelarii, simularii si validarii, tot mai des se trece direct la abordarea scarii industriale.

Din motive de natura metodologica, cercetatorii trebuie sa caracterizeze preocuparile lor in functie de continut si destinatie, care prefigureaza ordinul cercetarii:

Ø      cercetarea fundamentala, fara vreo posibilitate imediata de aplicare practica, se desfasoara de regula in mediile academice si este subventionata de stat;

Ø      cercetarea de dezvoltare, vizeaza obtinerea unor rezultate practice intr-un timp relativ scurt (ani), desfasurata pe baze comerciale, de obicei de institutii specializate;

Ø      cercetarea aplicativa tinteste imbunatatirea unor produse / tehnologii existente; ea poate avea loc chiar in unitati industriale productive.

Adoptarea componentelor metodologice adecvate pentru fiecare secventa a planului de cercetare trebuie sa serveasca unui scop major: necesitatea abordarii cercetarilor din perspectiva sistemica si contingentiala.

Abordarea sistemica apreciaza organizatia ca un sistem in care exista interactiuni complexe intre elementele componente, astfel incat interventia asupra unui anumit element al organizatiei, afecteaza sistemul in ansamblul sau. Deci managerii trebuie sa priveasca organizatia ca un tot unitar si dinamic. Ei trebuie sa fie in masura sa anticipeze atat efectele dorite cat si cele nedorite care ar putea sa apara in urma adoptarii si aplicarii deciziilor.

Abordarea sistemica reprezinta un salt in evolutia managementului, deoarece tine cont de toate abordarile si teoriile anterioare. Problemele se rezolva nu numai in interesul firmei, ci si al salariatilor, iar cand este justificat, se utilizeaza metodele cantitative preconizate de stiinta managementului si cercetarile operationale.

Abordarea contingentiala este o extensie a abordarii sistemice. Problemele se vor rezolva tinand cont atat de interconexiunile ce apar intre componentele organizatiei, cat si de interconexiunile dintre acestea si mediul extern (similar cu abordarea sistemica). Diferenta consta in aceea ca, la abordarea deciziei trebuie sa se tina seama atat de sistem ca atare, cat si de mediul in care evolueaza acesta.

Aplicarea abordarii contingentiale apare ca logica. Atat timp cat organizatiile difera ca marime, obiective, tehnologii, structura de personal, etc. nu se pot utiliza reguli de decizie unice, care sa functioneze in toate situatiile.

Pe de alta parte, abordarea conventionala este des criticata datorita impresiei pe care o lasa, anume ca organizatia este captiva mediului. In realitate, evolutia / dezvoltarea organizatiilor este o rezultanta a combinatiei dintre fortele mediului si practicile managementului, care trebuie sa se afle permanent intr-un optim echilibru.

Definirea planurilor de derulare a evenimentelor

econologice in metalurgie

Operationalizarea principiilor econologice la conditiile reale ale metalurgiei impune cunoasterea surselor produselor si a contururilor de fabricatie, chestiune despre care va fi vorba in continuare.

Materialele si produsele procesate intr-un flux tehnologic pot fi:

material (produs) primar: produsul care face obiectul activitatii tehnologice de baza a sectorului luat in analiza (cocsul pentru cocserie, aglomeratul pentru aglomerare, fonta pentru furnale etc.); el poate fi (in cazul fuxului integrat clasic) material primar secvential (cum este cocsul sau aglomeratul pentru producerea fontei in furnal) sau material (produs) final (cum este laminatul)[*];

material (produs) secundar: produsul care rezulta ca insotitor al produsului primar; din categoria produselor auxiliare fac parte subprodusele, deseurile si reziduurile:

subprodusul: reprezinta materialul refolosibil obtinut ca produs secundar intr-un proces de fabricatie a unui produs primar, material care in urma unor prelucrari poate fi introdus in fluxul de fabricatie al produsului primar sau poate sa constituie materia prima pentru alte industrii; de regula, subprodusele reprezinta surse de materii prime (materiale) inlocuitoare;

deseul: reprezinta materialul sau subprodusul refolosibil sau nu, (caz in care nu mai poate fi valorificat direct in procesul tehnologic prin care a fost produs, necesitand astfel, depozitarea in conditii de asigurare a protectiei mediului);

deseul ultim (reziduu): reprezinta materialul, produsul sau substanta obtinute in urma unui proces de productie, ce nu mai pot fi valorificate, necesitand depozitarea in conditii de asigurare a protectiei mediului.

Este evident ca un material poate avea calitatea de produs, subprodus, deseu sau reziduu in functie de activitatea al carei obiectiv il indeplineste si de gradul de prelucrare pe care-l atinge de-a lungul fluxului tehnologic de fabricatie. Acesta din urma reprezinta un veritabil complex econologic a carui esenta este ciclul de viata al produsului. Un asemenea complex integrat metalurgic (minereu deseu) poate fi subdivizat in urmatoarele secvente:

structura-dezvoltare, care se refera la conturul resurselor si materiilor;

conceperea produsului, care vizeaza proiectul de model al produsului, proiectul tehnologic si proiectul de dezvoltare (descrierea algoritmului de realizare concreta a produsului, precum si a algoritmului de valorificare-utilizare);

utilizarea, care se refera la momentul satisfacerii nevoilor pentru care a fost creat produsul (realizarea dimensiunilor functionale ale produsului);

reintegrarea, care se refera la revalorificarea subproselor si deseurilor dupa parasirea conturilor de fabricatie;

post-utilizarea, care face referire la revalorificarea tuturor tipurilor de deseuri aparute pe secventele anterioare;

neutralizarea (inertizarea) presupune tratarea deseurilor toxice in vederea anihilarii posibilului impact negativ asupra mediului;

depozitarea inseamna dispunerea deseurilor nevalorificabile in spatii special amenajate pentru a nu afecta calitatea mediului.

Stabilirea unor complexe integrate se mentine nu prin transport unidirectional pe unul din trasee de materie sau energie, ci prin respectarea unei anumite balante a schimburilor, analizata prin metode ingineresti reprezentate de bilanturi de materiale si energetice cu ajutorul carora se caracterizeaza intrarile si iesirile din complex (sistem).

Reintegrarea, in metalurgie, se poate operationaliza prin:

- recirculare reintroducerea materialelor secundare in fluxurile secventiale anterioare sau de combinat metalurgic, de regula, ca inlocuitori de materii prime;

- reciclare revalorificarea subproduselor si deseurilor in contururi diferite de cele care le-au generat;

- regenerare readucerea in conditii primare de folosire a unui material uzat, prin procedee care redau materialului (total sau in parte) proprietatile lui initiale.

Avand in vedere cele scrise anterior se impune a defini contururile de fabricatie. In metalurgie se lucreaza cu urmatoarele contururi:

- conturul tehnologic, care defineste spatiul in care au loc procesul tehnologic propriu-zis de transformare a materialelor si materiilor prime in produse primare si produse auxiliare; in acest contur un rol important revine subconturului incarcaturii;

- conturul sectorial (de sector), un contur tehnologo-organizatoric in care au loc specificarea destinatiei produselor primare si auxiliare, procesarii ecologice in urma carora apar produse noi, utilizarea unor produse auxiliare etc.;

- conturul fluxului integrat sau conturul de combinat, un contur tehnologo-organizatoric in care au loc definitivarea gradelor de prelucrare a produselor, schimburilor de produse secundare intre sectoare etc.

Este recomandabil a se observa ca, in functie de nivelul conturului, calitatea produsului (materialului) poate varia in sensul ca subprodusul poate deveni deseu (respectiv, reziduu) si invers.

Pozitia pe care o ocupa materialul (produsul) pe o anumita treapta a fluxului de materiale se poate caracteriza si cu ajutorul procedurilor de bilanturi de materiale, pe baza carora se evidentiaza procesele de transformare suferite de catre materiale in conturul unui flux. Cu aceste bilanturi se determina tipurile si cantitatile de materiale consumate (intrari) precum si tipul si cantitatile de materiale rezultate in urma procesarilor (iesiri). Ca expresie ca principiului intai al termodinamicii, modelul matematic al bilantului are forma:

(1)

unde sunt componentele intrate in contur, este componenta materiala utila (care poate fi produsul final), iar reprezinta articolele pierdute in afara conturului. In aceasta ultima categorie se incadreaza materialele (produsele) secundare (auxiliare), in dubla lor functie: sursa materiala (de reintegrare) si sursa poluanta. O astfel de afirmatie inseamna punctul de plecare pentru abordarea integratoare ecnologica a problemei materialelor secundare: ele pot constitui simultan atat o posibila sursa de materiale, dar si o sursa de poluare.

Cele de mai sus pot fi exprimate grafic prin schema din figura 1.

Resursele naturale, considerate drept componente de capital natural, utilizate preponderent in metalurgie sunt:

resurse materiale naturale, din care cele mai importante sunt minereurile;

- resurse naturale energetice, in categoria carora intra combustibilii si energia electrica; uneori, la scara redusa, se apeleaza si la surse energetice neconventionale (energie solara, de exemplu).

Fig.1. Fluxuri de substanta si energie intr-o uzina integrata:

CFG conturul fluxului global; FT faza tehnologica; CFS conturul fluxului secvential; MS materiale secundare recirculate in faza anterioara; PM produsul metalurgic final; PMI produs metalurgic intermediar

Modul in care sunt intrebuintate resursele in procesul de obtinere a produsului metalurgic este prezentat schematic in figura 2:

Fig. Schema simplificata a procesului tehnologic

In grupa resurselor materiale primare intra preponderent minereurile, iar ca resurse primare energetice sunt combustibili fosili (primari) reprezentati de carbuni, gaze combustibile (dintre care cel mai important este gazul natural) si petrol (titei).

Resursele secundare (R.S) sunt reprezentate de materialele si energiile rezultate in urma procesului de fabricatie ca produse insotitoare ale produslui metalurgic.

In functie de destinatia de valorificare, resursele secundare se clasifica in:

¾    resurse secundare tehnologice (R.S.T.), reprezentate de materiale (substante) secundare MS (fig.1), care se utilizeaza drept inlocuitori pentru materialele primare in secvente de contur din amonte;

¾    resurse secundare energetice (R.S.E.) care se refera la energiile evacuate din conturul tehnologic catre mediul inconjurator, dar al caror potential entalpic poate fi reintrodus in contururile din amonte;

¾    resurse secundare energo-tehnologice (R.S.E.T.) definite ca o combinatie a celor de doua.

3. Indicatori econologici

In masura in care este necesara o adancire a analizei pe linia evaluarii evolutiei in directia dezvoltarii durabile, atunci este necesara si introducerea unor parametri care sa permita evaluarea tendintelor socioeconomice. Agregarea sau integrarea celor trei perspective (ecologica, economica si sociala) de analiza devine un proces deosebit de complex si care, in momentul de fata, nu are un raspuns adecvat, nedepasind nivelul unor incercari sau propuneri punctuale [35].

Elementele prezentate mai sus justifica necesitatea introducerii conceptelor de indicatori, indice, index, ca o posibilitate de a cuantifica, de a acorda o valoare unei caracteristici sau alteia. O astfel de exprimare numerica va permite:

- prelucrari statistice;

- modelari matematice;

- relationarea diferitilor parametri;

- exprimarea variabilitatii in timp si spatiu.

Ca notiune de dictionar, indicatorul reprezinta o categorie economica exprimata sub forma numerica ce caracterizeaza din punct de vedere cantitativ un fenomen sau proces economic, social, finanaciar, bancar, etc., sau ii defineste evolutia in functie de conditiile concrete, de loc si timp, precum si legatura reciproca cu alte fenomene. Indicatorii se pot exprima in marime absoluta, medie sau relativa, si pot fi: statistici, financiari, bancari, internationali etc., in functie de caracterul fenomenului sau procesului exprimat [33].

O solutie de rezolvare a impasului de mai sus ia poate constitui definirea si utilizarea indicatorului econologic ca foma agregat-integratoare pentru caracterizarea corelatiilor 3E.

3.1. Unele aspecte generale

Indicatorii econologici sunt instrumente importante de analiza statistica integrata de tip 3E, care caracterizeaza starea 3E a instalatiei (agentului) prin evidentierea informatiilor referitoare la performanta econologica a intreprinderii si a eforturilor acesteia de a diminua impactul negativ al mediului in conditii de eficienta economica si energetica.

In multe situatii indicatorii econologici contin in esenta lor, indicatori de mediu.

Motivele pentru care se calculeaza si se analizeaza indicatorii de mediu la nivelul unei intreprinderi sunt:

masurarea performantelor de mediu, determinandu-se modul in care activitatea intreprinderii este sau nu in acord cu legislatia specifica;

reflectarea performantei in timp;

analiza modului in care se pot atinge tintele propuse;

semnalarea ariilor in care se necesita atentie sporita;

masurarea eforturilor managemntului de a creste performata, oferindu un feed-back util managerilor, agentilor si partenerilor de afaceri.

Necesitati precum cele de mai sus sunt impuse si de pretentiile pe care, in ultimul timp, le au partenerii (beneficiarii). Din ce in ce mai des, actionarii doresc informatii despre performantele de mediu ale intreprinderii si a modului in care activitatea acesteia afecteaza mediul. Comunitatea locala sociala solicita astfel de informatii, iar petentialii investitori vor sa stie ca investesc intr-o afacere fara implicatii poluante.

Indicatorii econologici sunt, de fapt, forme de cuprindere, printre altele, a indicatorilor de mediu definiti si recomandati de ISO 14031, privind evaluarea performatelor de mediu, care ar trebui trascrise in performante econologice. In baza acestui standard se pot defini indicatorii econologici mentionati in cele de urmeaza.

Indicatorii de performata operationali pot fi cuantificati in:

emisii de substante poluante sau factori de emisie, globali sau specifici (tone substante poluante/an, tone substante poluante/t.produs metalurgic);

cosnsumuri energetice, globale sau specifice ( sau kg combustibili/an; kWh/an; sau kg compustibil/t.produs metalurgic; kWh/t.produs metalurgic);

consumuri de utilitati, globale sau specifice (t.apa/an; t.apa/t.produs metalurgic).

Indicatorii manageriali vizeaza deciziile manageriale referitoare la efectele activitatii intreprinderii asupra mediului: sumele de bani necesare pentru activitatile de protectie a mediului, instruirea de care au nevoie angajatii pentru a respecta performantele de mediu etc. Exemple de astfel de indicatori pot fi:

numarul de obiective si tinte de mediu atinse;

numarul de angajati instruiti;

numarul de furnizori si contractori chestionati in legatura cu practicile de management de mediu;

frecventa reviziilor asupra procedurilor operationale.

O categorie importanta a acestei clase de indicatori o constituie indicatorii financiari. Scopul indicatorilor financiari este de a masura efectele activitatii manageriale de mediu asupra performantelor finanaciare ale firmei. Profitul este regele indicatorilor care arata performanta unei afaceri si este important sa se gaseasca legatura dintre performanta de mediu si cea financiara. Eco-indicatorii finanaciari au doua roluri:

de control managerial, constand in monitorizarea costurilor asociate activitatilor si initiativelor de mediu;

de a oferi informatii relevante.

Trebuie avut grija in definirea si interpretarea eco-indicatorilor finanaciari. Multe cheltuieli imbunatatesc performantele de mediu, desi scopul efectuarii acestora nu este unul expres in acest sens. De exemplu, inlocuirea echipamentelor vechi cu altele noi, cu consumuri specifice mai mici, duce la un necesar de materii prime si o cantitate de deseuri generate de o unitate de produs diminuate, dar de cele mai multe ori o astfel de actiune nu este motivata de dorinta imbunatatirii performantelor de mediu.

Cheltuielile pentru imbunatatirea procesului de fabricatie se recupereaza prin faptul ca se reduc cheltuielile cu materiile prime si cele implicate de eliminarea deseurilor, de cele mai multe ori, in timp foarte scurt.

Un set minimal de eco-indicatori financiari cuprinde:

costurile eliminarii deseurilor;

investitiile de modernizare (filtre, dispozitive de tratare a apei etc.);

taxe si penalitati: eco-taxe, asigurari obligatorii de raspundere fata de mediu, penalitati pentru nerespectarea standardelor de mediu;

obligatiile-datorii care decurg din activitatea trecuta sau prezenta a intreprinderii;

costuri de curatire (de exemplu, curatirea pamantului contaminat prin activitatea intreprinderii);

costurile implicate de un management orientat catre respectarea standardelor de performanta referitoare la mediu (instruirea angajatilor, consultanta externa).

Indicatorii conditiilor de mediu pot fi utilizati pentru masurarea efectelor activitatii economice a intreprinderii asupra mediului (orice schimbare a mediului, adversa sau benefica, totala sau partiala, rezultata din activitatea intreprinderii, produse sau servicii). Astfel de indicatori pot fi:

concentratia de poluanti a emisiilor in aer, apei subterane, apei de suprafata, pamantului, tesutului vegetal, tesutul animal;

numarul de bacterii coliforme pe un litru de apa;

mirosul masurat la o anumita distanta de locul intreprinderii.

Legatura dintre indicatorii operationali si cei ai conditiilor de mediu este una de tip cauza-efect. Masurarea efectelor propriei activitati asupra factorilor de mediu este costisitoare si uneori imposibila. Este anevoios sa izolezi propriul efect asupra mediului atata timp cat asupra mediului nu poti trasa hotare. Acesta este si motivul pentru care, la nivel microeconomic, in analiza integrata economie-mediu se pleaca de la analiza aspectelor (cauza) care genereaza efectul.

In functie de nivelele de referinta (rapoartare) vizate de analiza statistica integrata, indicatorii pot fi absoluti, relativi, agregati si de sinteza.

Indicatorii absoluti masoara datele de baza, de genul indicatorilor de performanta operationali. Este evident ca indicatorii absoluti furnizeaza informatii utile, dar este nevoie de prudenta pentru a nu se emite concluzii deformate. De exemnplu, daca emisia de CO₂ dintr-un an a fost mai mica decat cea din anul anterior nu inseamna neaparat ca s-au inregistrat imbunatatiri in eficienta activitatii intreprinderii. In astfel de cazuri trebuie luate in analiza emisiile specifice, deoarece este posibil ca micsorarea cantitatii globale de poluant sa se datoreze scaderii productiei.

Indicatorii relativi utilizati in analiza statistica integrata econologica sunt ratele de eficienta si marimile relative de structura. Ratele de eficienta descriu modul de utilizare a resurselor sau cantitatilor de emisii in functie de inputuri sau outputuri (emisii sau consumuri specifice).

Indicatorii agregati sunt de fapt, indicatori globali (cantitatea totala de deseuri, consumul total de energie, numarul total de kilometri prcursi de toate vehiculele parcului unei intreprinderi etc.). Problemele care apar se refera la natura elementelor care se insumeaza. Daca natura lor este omogena (numarul de kilometri parcursi) atunci se face insumarea efectiva (se pot insuma kilometri parcursi de diferite tipuri de autovehicule care consuma combustibili difertriti motorina, benzina, electricitate), in caz contrar fiind nevoie de omogenizarea prealabila insumarii, fie in unitati conventionale (combustibili conventionali), fie in unitati valorice. Indicatorii agregati sunt utili in analize pentru ca includ in ei o cantitate mare de date experimentale intr-o singura valoare. Ei ofera o imagine de ansamblu, nepermitand analize detaliate, astfel incat ei trebuie sa fie complementari celor individuali si nu ca o alternativa.

Indicatorii sinteza (grei) se utilizeaza pentru a se surprinde intr-o singura valoare toate aspectele activitatii intreprinderii. Astfel de indicatori se construiesc prin acordarea unor coeficienti de importanta (factori de ponderare) fiecarui aspect si agregarea valorilor astfel obtinute intr-una singura, valoare care reprezinta performanta econologica.

3. Indicatori specifici

3.1. Indicatori de evaluare a consumurilor

Consumarea factorilor de productie inseamna imbunatatirea menijlocita a acestora la producerea de bunuri materiale si servicii, in cadrul carora resursele economice alocate se regasesc in continutul material si/sau in preturile rezultatelor obtinute.

Consumarea factorului munca presupune utilizarea potentia-lului de munca al lucratorilor ca agenti activi ai productiei, potrivit specializarii si nivelului lor de calificare, regasindu-se in rezultatele ce se obtin numai valoric, in expresie baneasca, prin salarii. Consumarea bunurilor de capital, ca factor de productie derivat, se caracterizeaza prin faptul ca:

- in cazul capitalului fix (echipamente tehnice - masini, utilaje, instalatii etc.), acesta se consuma nu dintr-o data, ci in mai multe acte de productie, in decursul unei anumite perioade de timp, regasindu-se numai valoric in bunurile care se obtin, prin amortizare;

- in cazul capitalului circulant, acesta se consuma integral in fiecare act de productie si se regaseste in bunurile care se obtin atat valoric (prin pretul lor), cat si material (cand este vorba de materii prime si materiale).

Consumarea resurselor naturale, ca factor de productie primar, originar, presupune intrebuintarea acestora la producerea de bunuri materiale si servicii si reflectarea lor in rezultatele obtinute, valoric, prin pretul pamantului (in agricultura) si al celorlalte resurse naturale atrase in circuitul economic, precum si material (minereuri, petrol, gaze naturale etc.).

In metalurgie, consumul resurselor naturale este reprezentat de consu-murile de combustibili, energie, materii prime si materiale auxiliare.

Consumul factorilor de productie poate fi privit atat pe intreaga productie, de un fel sau altul, denumit si consum global, cat si pe unitatea de produs sau rezultat obtinut (un autoturism, o tona de fonta, o garnitura de mobila, un calculator electronic, un apartament etc.).

In ceea ce priveste latura cantitativa a factorilor de productie, intreprinzatorii ii antreneaza in mod diferit. Astfel, pe termen scurt, in vederea maririi productiei, apeleaza la angajarea mai multor lucratori si la materii prime si materialele suplimentare, in conditiile in care factorul capital fix ramane constant. Pe termen lung insa, toti factorii de productie sunt variabili, deoarece marirea productiei implica modificari la toti factorii de productie, inclusiv capitalul fix (de exemplu, pentru a-si spori productia, agentul economic poate sa recurga si la o noua uzina de dimensiuni mai mari, ce se poate realiza numai pe termen lung). Desigur, cresterile cantitative de factori de productie trebuie sa fie insotite de cresterea mai accentuata a randamentelor ce se obtin in utilizarea lor.

Consumul de factori de productie are caracter dinamic, fiind diferit in timp, in functie de volumul productiei, de progresul tehnico-stiintific, care antreneaza dupa sine perfectionari in inzestrarea cu factori si diminuarea consumurilor specifice.

Consumul este un indicator economic cu o mare forta de oglindire a calitatii activitatii. Prin raportarea rezultatelor la consumuri se poate cunoaste eficienta folosirii resurselor alocate. Consumul serveste drept criteriu de fundamentare a optiunilor si deciziilor fiecarui producator; in cazul in care efectele sau rezultatele variantelor de proiect sunt identice, criteriul de alegere a variantei optime il reprezinta nivelul mai scazut al consumului.

Marimea consumului poate fi privita: a) pe unitatea de produs (o tona de aluminiu, o tona de grau sau de fructe, un metru cub de gaz metan, o masina unealta, un automobil etc.); b) pe intreaga productie pe care o realizeaza o firma sau alta si c) pe o anumita perioada de timp.

In functie de cele de mai sus in econologia metalurgica se poate operea cu:

a) Consumul unitar sau specific (C_s), care reprezinta consumul pe unitatea de produs sau pe unitatea de efect util (in metalurgie, acestea sunt, de regula, tona de material metalic fabricat); rezulta ca C_s se masoara in (kg combustibil; material) tona de produs sau (J; kWh)/tona de produs;

b) Consumul global (Cg), care constituie consumul corespunzator unui volum de productie dat (de regula, capacitatea de productie Q, masurat in tone de produs).

Consumurile de mai sus pot fi:

- consum integrat, care face referire la situatia existenta pe un intreg flux tehnologic;

- consum partial sau secvential, care descrie consumul integrat pe un segment (secventa) dintr-un flux.

c) Consumul temporal (Ct), care reprezinta consumul inregistrat in unitatea de timp; se poate masura in t, J, kWh/ora, zi, luna, an;

d) Consumul marginal (Cm) este dat de suplimentul (spor) de consum pentru obtinerea unei unitati suplimentare de produs la un moment dat. Fiind de natura specifica, se determina raportand cresterea consumului global (DCg) la marirea productiei (DQ

(2)

Marimea consumului pentru intreaga productie (C¢g) este dependenta de cantitatea de produse obtinute (Q) si de consumul unitar (Cs)

(3)

e) Consumurile specifice reprezinta cantitatile de resuese folosite pentru obtinerea unitatii de produse. In metalurgie, cele mai intalnite sunt consumurile specifice de materiale (tona material/tona produs metallurgic), consumurile de combustibil (kg combustibil/tona produs metallurgic) si consumurile specifice energetice (J; KWh/t produs metallurgic).

Marimea consumului pe unitatea de produs este diferita, dupa cum urmeaza:

- de la un produs la altul, in functie de specificul fiecaruia, de consumul de factori pe care il solicita;

- la unul si acelasi produs, de la un producator la altul, ca urmare a inzestrarii cu factori - diferita;

- la unul si acelasi producator, de la o perioada la alta, in dependenta de modificarile in dotarea tehnica, in nivelul de calificare a lucratorilor, in organizare si conducere etc.

3. Despre extensitatea[] energetica si intensitatea energetica

3.1. Extensitatea si intensitatea energetica

a produsului intern brut

Intensitatea energetica (energointensitatea), I_e, este adesea utilizata ca un indicator pentru evaluarea economisirii de energie (si starea de crestere a unei economii). Intensitatea energetica a unui sector este definita ca energia totala (directa) folosita de sector impartita la totalul output-ului acestuia exprimat in termeni monetari. La nivel national, energointensitatea poate fi definita prin impartirea energiei totale folosite in sectoarele productive la venitul national (PIB).

Rezulta relatia de calcul:

I_e.p.i.b = CE / PIB [J/1 unitate PIB] (4)

In relatia de mai sus CE reprezinta consumul national de energie, exprimat in diverse unitati de energie ( de regula J, sau kg. comb. conv.).

Intensitatea energetica are o valoare deosebit de mare in Romania, 33 kg comb. conv./$ in anul 1995, determinata de un consum foarte mare de energie si un PIB modest.

Se constata valori mari ale intensitatii energetice si in fostele tari comuniste Polonia, Rusia si Cehia.

Acest indicator arata o risipa energetica in Romania, I_e.p.i.b fiind de (518) ori mai mare ca cea din tarile dezvoltate industrial.

In conformitate cu acest indicator, pentru ca Romania sa se apropie de tarile dezvoltate industrial trebuie sa se actioneze concomitent asupra celor doua elemente ce determina I_e.p.i.b: sa reduca consumul energetic si sa creasca PIB. Reducerea consumului se poate obtine, in primul rand, prin utilizarea unor tehnologii eficiente, avand consumuri energetice specifice reduse, iar cresterea PIB, prin realizarea de produse performante, avand un grad inalt de prelucrare a materiilor prime si parametri functionali ridicati.

Consumurile energetice cele mai mari sunt cele industriale.

In Romania industriile mari consumatoare de energie sunt: metalurgica (30,1% din consumul industrial), chimica si cele prelucratoare de materii prime si materiale.

In cadrul industriilor prelucratoare, ponderea principala in consumurile energetice este detinuta de industriile devenite traditionale: constructii de masini, electrotehnica si prelucrarea lemnului.

Consumurile energetice se regasesc direct in costurile de fabricatie ale unui produs si, ca urmare, in competitivitatea lui pe piata.

In Romania, pretul energiei este foarte mic, mult mai mic ca cel de pe piata mondiala. Acesta fiind puternic subventionat de stat, ponderea cheltuielilor cu energia in costurile de fabricatie este redusa. Se ascunde astfel un element esential in determinarea viabilitatii unei industrii sau ramuri industriale si nu exista o motivatie serioasa pentru reducerea consumurilor energetice in cadrul fiecarui sector de productie.

In analize mai poate fi intrebuintata intensitatea energiei incorporate (EEI). Ea este folosita pentru a calcula continutul total de energie al livrarilor unui sector catre altul, deoarece intensitatea energiei incorporate a unui sector este egala cu cantitatea totala de energie (directa si indirecta) necesara producerii unei unitati fizice in acel sector.

Fata de cele de mai sus, autorii cartii de fata considera necesar a se prezenta unele aprecieri proprii care nu sunt de acord cu interpretarile care se dau astazi indicatorului I_ep.i.b.

Se porneste de la semnificatia termenilor extensiv si intensiv. Conform dictionarelor, extensiv este o notiune ce se refera la extindere, la ceva bazat pe cantitate, pe spatiu. Se exemplifica faptul ca agricultura extensiva presupune sporirea productiei prin marirea suprafetelor. Din contra, intensiv este ceva care se refera la mare intensitate. Se da drept exemplu ca agricultura intensiva inseamna sistem de cultivare a pamantului prin marirea productiei obtinute pe aceeasi suprafata de pamant.

In baza celor de mai sus apreciem ca ramurile mari consumatoare de energie (metalurgie, chimie s.a) sunt denumite gresit energointensive. Dupa parerea autorilor, in literatura de specialitate ele ar trebui caracterizate drept ramuri energoextensive.

Mergand pe aceeasi linie, in lucrarea de fata se considera ca definitia data mai sus intensitatii energetice este gresita. In relatia (4) este vorba de fapt despre extensitatea energiei (energo-extensitate), E_e._p.i.b. Pentru ca indicatorul intensitate energetica sa fie un indicator dinamic din zona celor operativ-active si nu contemplativ-constatative, devine necesara schimbarea definitiei sale in:

I_e.p.i.b. = PIB/ CE [unitati PIB / 1 unitate energie] (5)

adica, intensitatea energetica reprezinta unitatile PIB obtinute la consumarea a 1 unitate energie. Daca se adopta metodologia de mai sus, se face ordine logica si in clasamentele date publicitatii astazi (tabelul 1). Conform metodologiei actuale (I_e.a), primul loc in clasament este ocupat de Bulgaria, desi are cea mai scazuta intensitate energetica. Dupa metodologia propusa (I_e.p), locul intai este ocupat de Italia, tara cea mai eficienta in ceea ce priveste energointensitatea.

Tabelul 1

Clasamente privind energointensitatea (anul 2002)

3. Despre extensitatea si intensitatea energetica a

productivitatii (productiei orare)

Un indicator care caracterizeaza eficienta procesului productiv este si productivitatea, care aplicata la performantele agregatelor metalurgice poate fi productia orara p, exprimata in [tone produs metalurgic/h].

In contextul unor necesitati de ordin econologic, mai exact al corelatiilor economico-energetice pornind de la productia orara, se pot defini si utiliza doi noi indicatori.

Extensitatea energetica a productivitatii (productiei orare), E_e.p.h definita prin

E_e.p.h = P/p [hMW/t] (6)

Ecuatia masoara cantitatea de energie (stabilita pe baza puterii electroenergetice P masurate in MW) necesara pentru derularea unui proces tehnologic in vederea obtinerii unitatii de productivitate, p.

Intensitatea energetica a productivitatii (productiei orare), I_e.p.h, definita prin ecuatia

I_e.p.h. = p / P [t/hMW]    (7)

masoara productivitatea (productia orara, p) posibil de atins la consumarea unitatii de energie, stabilite pe baza unitatii de putere electro-energetica P [MW] necesare la agregatul metalurgic.

Rezultatele unor cercetari experimentale privind intensitatea si extensitatea energetica a productivitatii la elaborarea otelului intr-un cuptor cu arc electric sunt prezentate in tabelul

Tabelul 2

Rezultate referitoare la E_e.p.h. si I_e.p.h

Se constata ca maximizarea lui I_e.p.h trebuie corelata cu marirea puterii agregatelor, adica o data cu trecerea la cuptoare cu arc electric de capacitati tot mai mari.

3.3. Indicatori ecolonologici pentru analiza

consumurilor de materiale

Pentru inginerul metalurg devine necesara cunoasterea dinamicii unor consumuri de materiale in corelatie cu productivitatea, sau, mai exact, cu productia orara a agregatului p masurata in [t.produs metalurgie/h]. In lucrarea de fata se fac referiri la consumurile specifice de materiale folosite la constructia cuptoarelor cu arc electric (CAE) pentru elaborarea otelului, cum ar fi electrozii carbonici sau materialele ceramice refractare.

Pentru astfel de situatii se propune ca dinamica consumarii materialelor de constructie sa se analizeze cu indicatorul numit intensitatea economico-tehnologica a consumarii materialului, I_e.t.m.

In prezent, procesul de consumare a materialelor de constructie este evaluat cu ajutorul indicatorului C_m exprimat, de exemplu, in [kg materiale refractare/t.otel] sau [kg.electrozi/t.otel].

Apreciem ca, definiti astfel, acesti indicatori pot fi influentati preponderent doar prin masuri de natura tehnico-tehnologica. Adevarata eficienta a unor astfel de masuri nu poate fi insa evaluata daca ele nu sunt corelate cu indicatori economici, cum ar fi productivitatea (productia orara). Din aceasta cauza trebuie sa se apeleze la idicatorul I_e.t.m.

Se propune ca acest indicator sa fie definit prin ecuatiile:

- pentru consumul de materiale refractare

(8)

- pentru consumul de electrozi

(9)

Importanta I_e.t.m in cunoasterea dinamicii proceselor de consumare a materialelor de constructie, rezulta si din faptul ca, in extremis, el reprezinta o viteza de consumare exprimata in [kg mat.ref./h] sau [kg electrozi/h].

Unele cercetari experimentale efectuate pentru elaborarea otelului in CAE au dus la rezultatele din tabelul 3.

Tabelul 3

Masuratori privind dinamica consumului de electrozi

Se constata si in acest caz ca imbunatatirea lui I_e.t.e in sensul marimii

productivitatii concomitent cu micsorarea consumului epecific de electrozi inseamna marirea capacitatii agregatului.

3.4. Factorul de emisie al poluantului. Emisivitatea

Factorul de emiei al poluantului f_e, sau emisivitatea masoara o emisie specifica, adica masa (volumul) poluantului emis raportata la unitatea de material sau produs.

Ecuatiile de definitie sunt:

la emisia datorata proceselor tehnologice:

(10)

sau

(11)

in situatia producerii si utilizarii energiei electrice:

in cazul arderii combustibililor:

(13)

Trebuie remarcat ca indiferent de situatie, este recomandabil ca in metalurgie, dupa transformarile de rigoare, factorul de emisie sa fie exprimat in [kg.pol/produs siderurgic]. Cu atat mai mult, cu cat, de exemplu, in unele lucrari daca este analizat sub forma [kg.pol./GJ], poate purta denumirea de factor de emisie (de conversie) ecologico-energetic. Sau daca este exprimat in [kg.pol/kWh], poate fi considerat drept factorul de ecoconversie a electricitatii, f_ece.Astfel, in cazul poluarii cu CO₂ rezultat in centralele electrice, factorul de ecoconversie a electricitatii (sau f_ece), exprimat in kgCO₂/Mwh, este functie de sursa de producere a energiei electrice (carbune, gaze naturale, hidraulica, nucleara etc.). Pentru energia electrica produsa pe baza de carbune, ISII (International Iron and Steel Institut) foloseste un factor de ecoconversie de 900 kg CO₂/Mwh. Valoarea zero sau apropiata se intalneste in cazul centalelor nucleare sau al hidrocentralelor.

In unele lucrari fatorul de ecoconversie se deduce din ceea ce se numeste intensitatea in carbon a energiei electrice.

In Romania, pornind de la structura resurselor folosite in prezent la obtinerea energie electrice (anul 2003), care implica termocentrale clasice 67,2% (preponderent de carbune, cca.62%), hidrocentrale nucleare-electrice 8,7%, rezulta ca valoarea factorului de conversie ar trebui sa fie in jur de 650 kg CO₂/Mwh. Acest nivel, ar trebui stabilit anual, de organismul central al statului responsabil cu problemele de protectia mediului, functie de structura surselor utilizate in producerea energiei electrice.

In ceea ce priveste , si , pe baza bilanturilor energetice teoretice, ei pot fi relativ usor stabiliti. Desi poate fi stabilit pe baza de date, tinand de bilantul de material, este dificil de calculat, literatura de specialitate neoferind inca informatii concrete despre acesta. Ar putea fi dedus in baza unui model de forma:

unde este emisia raportata la tona de produs metalurgic [kg; m³_N poluant/tprodus], iar este consumul specific de material natural (minereu, carbune, etc) masurat in [kg m.n./tprodus].

4. Analize bazate pe caracterizarea rationalizarii

Optimizarea corelatiilor in zona economic (proces economic a carui componenta fundamentala este procesul productiv) mediu resurse depinde in buna masura de eficienta luarii deciziilor, activitate aflata sub semnul evident al rationalizarii. Referitor la aceasta ultima categorie facem unele aprecieri proprii, pornind de la faptul ca de multe ori nu se sesizeaza diferentieri intre rationalitate si rationalizare.

Conform dictionarelor, rational inseamna izvorat sau dedus din ratiune, considerat ca independent de experienta si anterior acesteia. Un comportament este in mod substantial rational cand este potrivit realizarii unor obiective stabilite in limitele impuse de conditiile date si restrictii. Rationalitatea este insusirea a ceea ce este rational. A rationaliza (si implicit, rationalizare) poate avea o dubla semnificatie:

a organiza o activitate dupa norme si principii rationale;

a supune anumite produse (de prima necesitate) unui consum dirijat, conform unor norme stabilite dinainte; a introduce metode de folosire mai judicioasa a utilajului, spatiului de lucru, materialelor; o astfel de definitie caracterizeaza activitati importante ingineresti, cum ar fi, de exemplu, rationalizarea consumurilor.

In cele ce urmeaza se va folosi preponderent termenul de rationalizare (semnificand actiunea si nu calitatea) cu trimitere la caracterul rational al deciziilor. In cazul in care vine vorba despre rationalizare in sensul utilizarii judicioase a obiectivelor, se va face o mentiune speciala.

Daca se raporteaza la obiective, la continutul deciziei, rationalizarea este de tip substantial, iar daca ne raportam la procedeul de stabilire a deciziei, rationalizarea este de tip procedural. Primul tip risca sa degenereze in scopul scuza mijloacele, ceea ce poate insemna si un dezastru ecologic, in timp ce al doilea ofera sanse si obiectivelor neoptimale [28].

O clasificare ca cea de mai sus permite sa distingem rationalizarea unei decizii considerate independent de maniera in care ea a fost elaborata (in cazul rationalizarii substantiale, aprecierea rationalitatii se face exclusiv pe baza rezultatelor optiunii adoptate), de rationalizarea unei decizii, tinand cont de metodologia elaborarii ei (in cazul rationalizarii procedurale, aprecierea rationalitatii vizeaza chiar procesul in sine de stabilire a optiunilor). Cele doua notiuni rationalizare substantiala si rationalizare procedurala - stau in egala masura la baza diferitelor conceptii despre dezvoltarea durabila, astfel incat rezultatele modelarii DD, la modul general, sau a corelatiilor in conturul proces productiv (ca parte fundamentala a procesului economic) mediu resurse pot fi plasate intr-un sistem de coordonate ca cel din figura 3:

Fig.3. Raportul rationalizare-sustenabilitate [28].

Facand apel la criteriile de durabilitate, axa verticala marcheaza cei doi poli extremi ai durabilitatii: durabilitatea economica si durabilitatea ecologica.

Caracterul econologic al durabilitatii poate sa se manifeste foarte slab (fiind vorba, de fapt, de durabilitate exclusiv economica), slab (cazul durabilitatii economice modificate), puternic (ceea ce echivaleaza cu a durabilitatii ecologico-economica) si foarte puternic (cazul durabilitatii exclusiv ecologice). Zona mediana a axei verticale semnifica un raport echitabil, in care pot esua cele doua pozitii extreme.

Cele afirmate conduc la ideea ca axa durabilitatii reprezinta campul de aplicare a retionalizarii, in timp ce axa rationalizarii exprima natura substantiala sau procedurala.

Optimizarea problemelor de mediu in conturul proces economic mediu resurse poate apela la urmatoarele principii:

trecerea de la o rationalizare (reglementari, imbunatatiri, perfectionari) substantiala la una procedurala; factorul care reclama o astfel de trecere este incertitudinea care planeaza asupra deciziilor manageriale privind marjele de manevra pentru viitor (cu cat o decizie este mai incerta, cu atat risca sa fie ireversibila prin efecte):

interdependenta circulara mediu activitate economica, prin care se impune supunerea spre analiza si a principalelor procese ce au loc in mediu, facand apel la legile biofizice esentiale;

ansamblul valorilor nu este reductibil doar la criterii de evaluare economica, bazate pe evidentierea preferintelor individuale, caci societatea, privita in ansamblu, are o speranta de viata infinit mai mare decat cele individuale, reclamand conceperea de noi instrumente pentru evaluare;

renuntarea la suprematia pietei si reinnoirea institutiilor tinand cont de multitudinea criteriilor de sustenabilitate: economice, ecologice, sociale, tehnologice, etc.

5. Impactul asupra mediului ca instrument de apreciere

econologica a corelatiilor resurse naturale rezultate industriale

Dupa cum se stie geneza si circulatia subproduselor (materalului secundar) constituie atat surse economico-tehnologice pozitive, cat si posibile surse de poluare.

Impactul asupra mediului este o actiune ecologica, motiv pentru care in continuare pentru sustinerea ideilor se va apela la elemente de management de mediu.

Se apreciaza ca in cele de mai jos, materialul secundar se poate afla si in postura de posibil poluant.

Ca o definitie generala, impactul de mediu constituie o schimbare exprimabila printr-o valoare bilantiera a bunastarii umane si a ecositemelor, ca urmare a unei activitati, stiut fiind ca orice activitate determina efecte negative, dar si pozitive, asupra mediului inconjurator. Bilantul efectelor indica sensul si marimea impactului.

Efectele actiunii poluantilor asupra mediului sunt atat directe, cat si indirecte.

Efectele directe se manifesta prin cresterea valorilor unor marimi preexistente in mediu sau prin introducerea unor marimi noi. In categoria aceasta intra, de exemplu, cresterea concentratiei de bioxid de carbon din atmosfera prin arderea consumabililor fosili, respectiv compusi chimici de sinteza, produse de fisiune.

Efectele indirecte se manifesta prin deseuri secundare aparute prin modificari declansate de deseuri primare sau de efecte directe. Se pot aminti: aparitia ozonului troposferic, cresterea intensitatii spectrului UV al radiatiei solare ca urmare a micsorarii stratului de ozon stratosferic, cresterea bioxidului de carbon, ploile acide.

Tinand cont de ultimele recomandari ISO 14040-43, impartirea activitatilor de analiza a impactului se poate face in doua categorii:

evaluarea impactului de mediu (E.I.M), tratata ca instrument de management separat, prin care se intelege o analiza conventionala de impact; in general aceasta metoda este utilizata la cunoasterea impactelor deja existente;

analiza neconventionala de imapct (A.N.I); de regula cu ajutorul acestei metodologii se apreciaza impactele posibile (viitoare).

La analiza materialelor secundare se opereaza preponderent cu prima posibilitate.

Impactul de mediu trebuie analizat tinand seama de urmatorii factori:

costul utilizarii resurselor naturale cu efect asupra valorii economice asupra bunurilor rezultate din proces;

modificarea capacitatii de autoreglare (autosustenabilitate) a mediului;

modificarea bunastarii umane.

Evolutia perceperii impactului a parcurs urmatoarele etape:

etapa de protest (fata de proiectele cu implicatii majore asupra mediului);

etapa integrarii politicii de mediu in politicile economice;

etapa transformarii problemelor de mediu in capital politic.

Impactul de mediu poate fi determinat de:

forma de materializare a proiectului;

exploatarea resurselor naturale;

utilizarea ecologica a efectelor (tezultatelor) industriale;

existenta emisiilor poluante (geneza materialelor secundare).

Impactul de mediu poate fi clasificat in functie de anumite criterii, astfel:

dupa modul de manifestare:

impact direct;

impact indirect;

impact cumulativ;

impact sinergic (ploi acide, eutrofizare);

dupa durata:

impact permanent;

impact temporar (pe termen scurt, mediu, lung);

dupa natura efectului:

impact pozitiv;

impact negativ;

dupa sfera de cuprindere si importanta.

Impactul ecologic este o chestiune de interactiune intre activitatile economico-sociale prin care se valorifica diferite utilitati ale cadrului natural si starea mediului. Interactiunea poate fi analizata matematic, in scopul cuatificarii bilantiere, cu ajutorul calculului matricial.

Se considera matricele:

A - ansamblul activitatilor economico-sociale, pentru care de defineste matricea:

(15)

R totalitatea resurselor de mediu, pentru care se propune matricea:

(16)

Q ansamblul rezultatelor activitatilor, pentru care exista matricea:

(17)

P ansamblul impactelor (efectelor) asupra mediului, pentru care se avanseaza matricea:

(18)

In conformitate cu legea conservarii materiei si energiei, calculul matriceal permite sa se transcrie relatia dintre activitatea economica-sociala si mediu astfel:

(19)

Componentele matricei A se pot exprima in marimi reale (procente), in timp ce pentru celelalte matrice se va recurge la unitati de masura insumabile: monetare, energetice etc.

In cadrul interactiei, activitatile economico-industriale intervin prin intermediul resurselor naturale, tehnologiilor si rezultatelor industriale.

Resursele naturale intrebuintate in industria materialelor metalice afecteaza interactia prin:

valoarea de intrebuintare, determinata in primul rand de calitatea lor;

operatiile la care sunt supuse, precum transportul, manipularea etc.; intrucat aceste operatii sunt preponderent nemetalurgice ele vor fi luate in considerare numai in masura in care este afectata calitatea.

Rezultatele industriale constituie efectele materiale obtinute in urma prelucrarii resurselor.

Pentru diversele continuturi si secvente ale bilantului de materiale, rezultatele industriale (iesirile din subsisteme) pot fi grupate in patru categorii:

produse materiale ca obiectiv final al proceselor metalurgice;

informatii pentru conturul/(secventa urmatoare);

modele pentru conturul (secventa) urmatoare;

substante poluante (in randul carora se pot afla si materiale secundare).

Dintre cele patru tipuri, numai primele trei vizeaza direct procesul de transformare a produsului pe fluxul tehnologic. A patra este rezultatul unor motivatii de ordin termodinamic sau conjunctural, astfel incat se poate vorbi despre:

poluant (substanta secundara) termodinamic, a carui aparitie se datoreaza randamentelor subunitare ale proceselor industriale impuse de principiile termotedinamicii; in aceeasi categorie trebuie incluse si transformarile calitative fizico-chimice ale materialelor, in urma carora rezulta iesiri sub forma produselor secundare care parasesc fluxul (traseul) tehnologic principal; in acest context se poate trage concluzia ca formarea poluantului pe oricare secventa a fluxului este un proces obiectiv, urmare a transformarilor calitative si cantitative pe care le suporta produsul;

poluant (material secundar) conjunctural, datorat in special deficientelor in optimizarea procesului de structurare a produsului (de exemplu, parametrii specificati de impactul produsului cu mediul antropizat nu se iau in considerare decat post-factum si numai cu caracter reparatoriu).

Tehnologia, alaturi de instalatiile tehnologice, constituie suportul industrial in baza caruia are loc prelucrarea resurselor naturale in rezultate (efecte) industriale. Asa dupa cum se deduce din cele de mai sus, prelucrarea resurselor naturale, in mod obiectiv, nu poate avea loc fara emisii poluante, motiv pentru care potentialul poluant al tehnologiilor metalurgice urmeaza a fi apreciat prin doua niveluri ecologice: tehnologii hipopoluante si tehnologii hiperpoluante.

Pentru eficientizarea analizelor, managementul de mediu in industria materialelor metalice isi propune sa clarifice interactia activitati economico-sociale-mediu prin impactul pe care il exercita resursele naturale si rezultatele (efectele) industiale (RN-RI) asupra factorilor de mediu.

Factorii de mediu naturali sau antropizati afectati in functie de sursele de emisie, sunt:

aerul, ce constituie un vector de dispersia unor particule de poluanti in toti ceilalti factori de mediu;

apa, ca factor de mediu in sine si ca vector de propagare in sol, flora si fauna;

solul, element integrator cu cea mai redusa variabilitate temporala, vector de afectare directa a apelor subterane si a florei si prin intermediul acesteia, a faunei si omului;

flora, afectata prin intermediul aerului, precipitatiilor, solului si apei;

fauna, afectata prin aer, apa, sol si flora;

constructiile civile si industriale supuse fenomenului de coroziune si degradare accentuat de poluare;

omul, elementul care suporta impactul deseurilor prin intermediul tuturor celorlalti factori de mediu, el fiind in dubla postura - de sursa originara si de receptor final.

Impactul asupra omului se manifesta prin efecte in toate cele patru planuri: fiziologic (actiunea poluantilor de diferite naturi, manifestata de la efecte senzoriale pana la modificari patologice); psihic (actiunea directa asupra sistemului nervos, care poate duce la modificari de comportament, sau indirecta, prin crearea conditiilor de stress); moral (alterarea unor concepte si valori ca urmare a ruperii contactului cu natura) si social (schimbari in calitatea si cantitatea hranei, in economie si in conditiile dezvoltarii sociale, in numarul si structura grupurilor generale de stari conflictuale).

Din punct de vedere economico-social relatia pozitiva RN-RI - factori de mediu este sustinuta de aptitudinea utilitara a RN si RI. In acest context este necesar a lua in considerare in primul rand caracteristicile econologice ale produsului care fac referire la proprietatile de intrebuintare (ca posibilitati de evaluare a valorilor de intrebuintare, la utilitate), la proprietatile de degradare si la proprietatile de depozitare critica a poluantilor. Trebuie avut in vedere ca alaturi de intrebuintare apar si degradari (proprietati de degradare), astfel incat proprietatile de intrebuintare si cele de degradare trebuie luate impreuna la stabilirea valorii globale a unui produs. In functie de proprietatile de degradare apare utilitatea ecologica si utilitatea tehnologica, proprietati ce nu pot fi reglate exclusiv de piata, motiv pentru care in acest caz devin necesare interventii de sprijinire (subventionare). Analiza depozitarii critice a incarcaturii (critical-lood-Ansatz) face referire directa la nivelul noxelor (SO₂, NO_X, O₃ si NH₃).

Ca parametru primordial al reglarii pozitive a impactului de mediu, aptitudinea utilitara actioneaza la randul ei prin alti parametri de management de mediu schematizati in figura 4 si caracterizati in continuare.

Fig.4. Schematizarea modului de actiune a elementelor si

parametrilor impactului de mediu.

Desi exista mai multe variabile posibile de interpretare a relatiei poluant-mediu, totusi, este luata in considerare tot mai des compatibilitatea mediului ca functie-scop prin care se stabileste cat de predispus este mediul la atacuri (influente) din partea emisiilor poluante.

Optimizarea functiei compatibilitatea mediului se bazeaza in primul rand pe analiza caracteristicilor ecologico-economice ale produsului metalurgic, pe sistemul de calitate a mediului si pe modelul de senzitivitate.

Modelul de senzitivitate (impresionabilitate) stabileste valori sau operatii care duc la optimizarea conditiilor de mediu si la depistarea variantelor corecte in privinta compatibilitatii.

Compatibilitatea mediului, ca sistem fizico-chimic, se incadreaza in sfera interactiilor. In natura, specializarea consumurilor impiedica desfacerea sistemului, creand o stare intermediara a acestuia. De aici rezulta ca intregul comportament al unui sistem ecologic complex este supus legii actiunii maselor, lege a cineticii chimice, conform careia efectul unei substante chimice este proportional cu concentratia sa. Reactia dintre doua substante atinge echilibrul in functie de valoarea constantei de echilibru, . Pentru a extrapola la ecosistem se poate propune introducerea a doua ranguri de compatibilitate: gradul de dominanta pentru poluant si gradul de dominat pentru factorul de mediu. Ajungand in acest punct se poate afirma ca o prima actiune inginereasca este stabilirea factorului de mediu asupra caruia agentul poluant are impactul cel mai mare. Din momentul identificarii acestuia urmeaza a se trece la caracterizarea gradului de dominanta cu ajutorul testului de compatibilitate, ca operatie inginereasca desfasurata dupa norme sau standarde specifice fiecarui caz tehnologic in parte. Astfel, cu titlu de exemplu, sunt operatiile ce alcatuiesc testul de compatibilitate pentru unul dintre subprodusele ce rezulta la elaborarea otelului in cuptorul cu arc electric. In baza datelor statistice existente se deduce ca poluantii cu gradul de dominanta cel mai mare sunt namolul rezultat la epurarea umeda a gazului de cuptor electric si zgura, iar factorul de mediu cu cel mai mare grad de dominat este apa. Intr-o astfel de situatie testul de compatibilitate poate fi folosit la simularea interactiei dintre poluanti si, de exemplu, apa de ploaie ce tinde sa penetreze solul.

Suportabilitatea sau capacitatea de suport denota potentialul dinamic al mediului de a disponibiliza, in conditii de echilibru, resursele necesare consumului pentru un numar bine definit de beneficiari ai unei piete, precum si de absolvire a impactelor pozitive si eliminare a celor

negative generate de aceasta.

Suportabilitatea este o componenta a sustenabilitatii, ultima fiind o forma sub care se poate manifesta partial D.D.

Faptul ca intre necesitatile diferitilor beneficiari exista nu numai raporturi de complementaritate, ci si de concurenta, sugereaza necesitatea stabilirii capacitatii de suport (C) ca marime ponderata:

(20)

unde:

beneficiari;

capacitatea de suport pentru beneficiarul i;

coeficientul de importanta a beneficiarului

(21)

Se deduce ca stabilirea capacitatii de suport trebuie sa se realizeze printr-un procedeu iterativ in care variabilele sa fie reprezentate de politica de conservare a mediului si de necesitati, avand ca obiectiv optimizarea cuplarii mediului la activitatea economico-sociala.

Din schema prezentata in figura 5 se poate observa corelatia dintre rangul utilitatii mediului si cel al impactului pozitiv si/sau negativ, reflectata in evolutia capacitatii de suport pentru diferite proiecte prin care se urmareste stabilirea necesitatilor unor populatii. Studierea acestei corelatii conduce la formularea urmatoarelor trei conditii pentru utilizarea optima a resurselor de mediu si rezultatelor industriale:

maximizarea nivelului de punere in valoare a utilitatilor mediului;

minimizarea impactului negativ;

maximizarea impactului pozitiv.

Procedeul iterativ, bazandu-se pe un model interactiv cu date preferentiale introduse progresiv elimina neajunsurile modelelor care ofera o solutie punctuala, de data aceasta obtinandu-se o plaja de valori corespunzatoare mai mulator solutii.

Fig.5. Dependenta capacitatii de suport de nivelul utilitatii mediului.

Oportunitatea utilizarii unei resurse naturale sau a programarii unui rezultat (efect) industrial se apreciaza prin costul de oportunitate care evidentiaza faptul ca alocarea unei resurse pentru o anumita activitate elimina alte oportunitati.

6. Analize bazate pe cunoasterea continutului in energie primara

6.1. Aspecte introductive

In ultimul timp, in econologie se foloseste tot mai mult modelarea fenomenelor care recomanda utilizarea energiei ca numerar in studiul activitatilor economice si al impactului asupra mediului. Modelele ce pot fi lansate in acest sens permit de asemenea intrebuintarea lor la analizarea interdependentelor (corelatiilor) intre activitatile economice si resursele minerale si energetice. Despre asemenea modele se pot afirma aspectele prezentate mai jos.

Modelele pot fi caracterizate ca abordari dinamice ale dependentei energie-bilant, iar economia este descrisa printr-un model fizic, acela care face conversia materialelor neprelucrate, prin mijloace energetice, in bunuri si servicii , tinand cont de legile fizice fundamentale [2, 3].

In aceste modele, resursele sunt in general cuantificate prin necesarul de energie pentru a produce bunuri si servicii in economie. Inputurile si output-urile asociate cu toate activitatile sunt exprimate in termeni energetici, bazati pe conceptele analizei energetice. Economia este descrisa in termenii stocurilor si fluxurilor de energie. Adica modelele sunt simulari dinamice care cunatifica feedback-urile intre diferitele sectoare in termeni fizici.

Conform definitiilor acestor modele, toate activitatile economice sunt exprimate in termeni energetici, prin utilizarea conceptului de embodied energy, adica energie continuta in output-ul sectoarelor. Toate bunurile si serviciile sunt exprimate in termeni ai necesarului de energie pentru producerea lor.

Teoria econologica recomanda posibilitatea utilizarii a trei tipuri de analize [2, 3].

a) Analiza energiei comerciale implica in general combustibilul comercializat, ca, de exemplu, carbune, petrol, gaz, biomasa sau electricitate, care poate fi utilizat direct sau indirect in economie; analiza energiei comerciale se concentreaza in special asupra dezvoltarii economiei si tehnologiei.

b) Analiza emergetica se refera in special la conceptul de emergie al lui Odum. Munca este definita ca energia valabila, care se degradeaza, calitativ vorbind, in procesul de transformare a energiei.

Analiza emergetica a fost propusa pentru prima data de cercetarorii din domeniul stiintelor naturale. Astfel, nevoia de a evalua consumurile energetice reale, intr-o forma de energie atotcuprinzatoare, suprema, chiar absoluta, i-a facut pe ecologistii biologi, prin Odum (1988), sa adopte notiunea de emergie (derivata din combinatia englezeasca: EMbodied enERGY). Prin aceasta categorie, Odum intelege energia calitativ superioara, pentru care se utilizeaza ca moneda de apreciere energia solara ce intra in sistem. Mai mult, adoptandu-se o exprimare de economist, se admite ca energia ar reflecta procesul de acumulare de capital exprimat in energie solara pe parcursul derularii fluxului de energie. Apreciem ca, adaptand acest mod de a privi lucrurile la metalurgie, se poate avansa ideea conform careia consumurile energetice ar putea fi cuantificate prin aceasta categorie de energie absoluta, denumita emergie. In acest fel, s-ar echivala in mod unitar eficienta utilizarii capitalului numit energie pentru toate domeniile, indiferent de natura lor (biologic, industrial, economic etc.), adica s-ar putea face referiri la eficienta utilizarii energiei receptionate pe pamant sub forma radiatiei solare.

Puterea termica incidenta pe Terra la limita superioara a atmosferei, numita si constanta solara este de 1,35 kW/m Atmosfera absoarbe o buna parte din aceasta energie prin gazele, vaporii de apa si particulele solide pe care le contine, astfel ca la suprafata solului la latitudini mijlocii, cu clima temperat continentala, ca in cazul tarii noastre, energia ce ajunge la suprafata solului este in medie e doar 0,17 kW/m Intr-un astfel de cadru inginerii trebuie sa stie ca pe plan mondial productia industriala de energie este de cca. 24310¹⁸J/an, in timp ce energia sintetizata de biosfera prin fotosinteza este de cca. 2870 10¹⁸J/an. Astfel de informatii demostreaza ca energia produsa industrial de ingineri reprezinta doar 8,5% din energia stocata de plante.

Prin ponderea diferitelor forme ale energiei consumate (sau rezultate) intr-un proces de productie cu coeficientii corespunzatori ai echivalarii solare, se obtine echivalentul emergetic.

Determinarea cantitatii de emergie permite sa se evaluieze si sa exprime pe aceasi scara fiecare etapa de transformare a unui sistem energetic.

In aceste conditii, performanta unui sistem real sau simulat este masurata in emergie (energie de acelasi fel) si nu in energie efectiva, pentru aceasta stabilindu-se gradul de concentrare a energiei ca raport intre cantitatea de energie reprezentata de fluxul de origine solara la intrarea in sistem si echivalentul emergetic al energiei ce paraseste sistemul (sub forma de produse, deseuri).

Aplicatiile concrete ale analizei emergetice au avut loc in cazul proceselor productive industriale si agricole, precum si in evaluarea impactului ambiental, a tehnologiilor si a muncii umane.

Analiza emergetica constituie un instrument valoros de studiere a proceselor reale, considerand energia ca un numitor comun adecvat pentru evaluarea necesarului si disponibilului de resurse, a costurilor economice, a efectelor asupra mediului, etc.; evolutia impactului diferitelor procese asupra calitatii vietii, a mediului, nu inceteaza sa fie o aproximare incompleta atunci cand se efectueaza numai pe baza costurilor de productie si beneficiilor.

Analiza emergetica se poate aplica tuturor celor trei categorii de inputuri energetice ale unui sistem productiv:

energii directe, folosite in procesele termoenergetice de fabricatie, de transport;

energii indirecte, vizand producerea de bunuri, servicii, mica informatie;

energii de mediu, referitoare atat la contributia energetica a mediului, cat si la serviciile oferite gratuit omului de catre mediu.

c) Analiza energiei primare se refera la energia continuta in produse, bunuri si servicii echivalata in unitati de energie primara existenta in zacamintele naturale de combustibili fosili (carbune, petrol, gaze naturale).

Energia continuta in produse, bunuri si servicii egaleaza continutul de energie primara din acel produs. Energia primara necesara producerii de bunuri si servicii nu include numai energia care este utilizata direct in dobandirea acestora (de exemplu, electricitate, petrol, gaze naturale), ci si energia care este folosita ca input pentru producerea bunurilor si serviciilor.

Cand output-ul sectorului este exprimat in termeni energetici si procesele de productie corespunzatoare devin mai eficiente energetic, trebuie facuta distinctia dintre valoarea utilitatii productiei si costurile reale ale energiei pentru aceste produse. Separarea utilitatii output-ului de energia reala a output-ului poate fi realizata tinand seama de doua valori ale productiei: prima consta in continutul de energie reala al output-ului sau costurile curente ale energiei productiei (aceasta valoare este necesarul energetic al input-urilor), a doua consta in nivelul uitlitatii output-ului (de exemplu, numarul de masini produse) [2].

Modelele de analiza se deosebesc intre ele in masura in care anumite variabile de mediu, cum sunt stocul de resurse naturale si/sau poluarea, se regasesc in functia obiectiv (functia de utilitate colectiva) sau in functia de productie. In realitate, includerea acestor variabile este legata de rolul resursei: in primul caz, resursa face obiectul unui consum final si furnizeaza direct fluxuri de utilitate pentru agentii economici, in al doilea caz, resursa reprezinta un input ce contribuie la obtinerea unui output (un consum intermediar). De aceea, caracterul durabil rezida in mentinerea constanta a venitului in raport cu consumul sau, alternativ, in raport cu stocul global de capital (care cuprinde: capital uman, capitalul tehnic si capitalul); numai ca, satisfacerea acestui criteriu al venitului constant presupune anumite restrictii legate de aportul progresului tehnic de tip backstop techology la mentinerea randamentului si productivitatii de baza a resurselor (de munca, de mediu, de capital), precum si de posibilitatea unei substitutibilitati nelimitate intre elemntele componente ale stocului global de capital. Substituibilitatea intre variabilele functiei de utilitate (bunuri de consum si bunuri de mediu) sugereaza echivalenta dintre acestea, inclusiv ideea ca degradarea mediului ar putea fi compensata printr-un consum suplimentar de bunuri fabricate de om.

La randul ei, substitutibilatatea intre variabilele functiei de productie (capital tehnic si capital natural) este asigurata de indata ce elasticitatea substitutiei intre capital si resurse este constanta.

Calculul energiei incorporate (inmagazinate) este cunoscut si sub denumirea de cost energetic in cadrul estimarii de capital natural.

Plecand de la faptul ca nu utilizeaza un numerar monetar, ci unul fizic, modelele de analiza energetica obtin direct consumul de energie, fara sa-l mai deduca din elasticitatile preturilor la energie pentru diferite sectoare. Acest lucru inseamna ca modelele nu mai calculeaza reducerea consumului energetic si a celui material rezultata in urma aplicarii sistemului de taxe si impozite asupra resurselor, ci au capacitatea sa demonstreze impactul pe termen lung asupra dezvoltarii economice si consumului de resurse pe care il are o reducere a ofertei in termeni fizici.

6. Metodologie inginereasca de caracterizare si calculare a energiei primare necesare pentru obtinerea produselor metalurgice

Pentru inginerul metalurg, energia primara este energia continuta (inmagazinata) in zacamintele naturale de combustibili primari fosili (preponderent: gaze naturale, petrol, carbuni). Energia primara continuta este practic egala cu consumul specific de energie primara inregistrat pe fluxul tehnologic zacamant de combustibil faza de expeditie pe piata operationalizat la obtinerea unui anumit produs metalurgic.

Anterior s-a aratat ca si in metalurgie energia primara continuta este un instrument dinamic de analiza in corelatiile econologice. Se poate merge mai departe: cunoasterea consumurilor specifice de energie primara poate ajuta la evaluarea dezvoltarii durabile a sistemului.

6.1. Unele notiuni explicative

Unitatile de masura a energiei ridica inca dificultati in evaluarea activitatilor industriale si aceasta datorita faptului ca nu se utilizeaza permanent unitatea S.I., care este J (joul-ul).

Se utilizeaza in continuare caloria (cu multiplii Kcal, Mcal,). Ea trebuie abandonata pornind de la echivalenta 1 cal = 4,18 J. La fel trebuie procedat cu 1 kilogram combustibil conventional (kgcc) prin care se intelege cantitatea de energie (caldura) obtinuta la arderea completa a 1 kg de combustibil caracterizat conventional cu o putere calorica de 7000 Kcal/kg. Aceasta inseamna:

O unitate de masura, acceptata Sl, si mult utilizata astazi este 1 wh (cu multiplii kwh, Mwh,). Apreciem ca si aceasta trebuie sa intre in regim de disparitie, folosind echivalarea:

Aceasta inseamna ca si la consumatorii electrici (inclusiv cei casnici) trebuie sa se treaca la calcularea sau citirea consumurilor energetice in MJ si nu in kwh.

Sursele energetice primare inseamna acele componente de capital natural consumabile si neregenerabile generatoare de energie.

Combustibilii primari (fosili) reprezinta principala sursa energetica primara folosita in metalurgie.

Energia primara, E_p, este energia continuta in zacamant, de sursa energetica primara. Pentru diferentierea de alte surse se masoara in [J]_p sau [wh]_p. Valoarea ei este:

(22)

in [J]_p sau [wh]_p/zacamant.

In relatia de mai sus, M_z este valoarea cantitativa a zacamantului in m³_N sau kg/zacamant, iar P_c este puterea calorica a combustibilului fosil in [J; wh/m_N³; kg].

Energia electrica folosita in metalurgie este pusa in corelatie cu energia primara in functie de modul sau de obtinere:

o       fabricarea ei in centrale electrice pe combustibili (gaze naturale, pacura, carbuni) vizeaza starea surselor energetice primare;

o       fabricarea ei prin metode neconventionale (hidro, centrale atomice, energie eoliana ) nu ridica problema raportarii la sursele primare.

Resursele energetice secundare (RES) specifice sunt agenti energetici obtinuti in interiorul conturului combinatului prin reciclare si revalorificare. In aceasta categorie sunt arondati: gazul de furnal, gazul de cocserie, gazul de convertizor, gazul de feroaliaje, gazul de cubilou. Intrebuintarea acestor RES-uri nu presupune afectarea surselor energetice primare.

Energia electrica proprie, in masura in care este fabricata pe baza de RES-uri proprii nu afecteaza energia primara.

Cele de mai sus pot fi sintetizate ca in tabelul 4.

Tabelul 4

Specificatii pentru sursele energetice

6. Consumuri energetice specifice secventiale si integrale

Consumul energetic reprezinta cantitatile de energie (echivalate in aceeasi unitate de masura) folosite la fabricarea unui anumit produs. Daca este vorba despre un produs intermediar realizat pe un anumit segment al intregului ciclu de fabricatie (de exemplu fonta pe segmentul furnal) se opereaza cu un consum energetic secventional (C_es). Daca se analizeaza intregul ciclu al combinatului care livreaza in exterior produsul sau final (de exemplu, produse plate) inseamna ca se face referire la consumul energetic integral (C_ei).

Acest din urma consum are dimensiunea unui consum total sau global (consumurile secventiale totalizate pe distanta intregului flux tehnologic al combinatului).

Ambele categorii de consum sunt redate drept consumuri energetice specifice (raporate la unitatea masica sau volumica de produs).

Cele doua categorii de consumuri cuprind (prin insumare) cele trei forme de surse energetice caracterizate in tabelul anterior: combustibili, energie electrica si RES-uri.

Pot aparea doua situatii:

faza de proiectare cand consumurile sunt stabilite prin calcul (predictie);

faza de functionare, cand consumurile sunt inregistrate (i) prin masuratori si calcule.

Cea de a doua faza este cea mai intalnita. In plus, ea este aceea care confirma, omologheaza. Energia consumata intr-o astfel de situatie se masoara in [J]_i (pentru a face diferenta fata de [J]_p folosit in cazul energiei primare[]).

Ca relatie generala de calcul se recomanda ecuatia:

[J_i/t.otel] (23)

unde:

C_esi [J_i/t.otel] este consumul energetic secvential inregistrat prin masuratoare directa la anumite secvente;

M_s [kg; m³_N/t.otel] este consumul specific de sursa energetica inregistrat la o anume secventa;

[J/kg; m³_N] este puterea calorica a sursei energetice respective.

La un combinat modern de produse plate (integrare pe fluxul furnal-convertizor-laminor) consumul specific integral este GJ/t (valoare devenita deja celebra).

6.3. Determinarea consumurilor de energie primara

Asa dupa cum s-a aratat, pentru inginerul metalurg, energia primara este energia continuta in zacamintele de combustibili primari (preponderent: gaze naturale, petrol, carbuni).

Echivalarea diverselor forme de energie in energie primara E_p in [MJ]/t in functie de energia inregistrata E_i la un anumit consumator se face folosind relatia:

(24)

unde E_i este consumul inregistrat in [kWh]_i/t la cuptoarele electrice si in [MJ]_i/t la agregatele cu combustie. El este de fapt consumul de productie (de fabricatie).

In relatiile de mai sus, e reprezinta coeficientii de echivalare in energie primara a diverselor tipuri de energii folosite la agregat. Valorile recomandate in prezent pentru acesti coeficienti sunt: pentru carbune si gaz natural, pentru pacura, pentru cocs si pentru cazul folosirii energiei electrice.

Pentru a intelege esenta transformarii consumurilor energetice inregistrate la instalatia termotehnologica metalurgica (E_i) in energie primara (E_p) se recomamda parcurgerea schemei din figura 6.a in care se reda cazul cuptorului cu arc electric (CAE) pentru elaborarea otelului pe baza consumarii de energie electrica (EE) produsa in centrale electrice (CE) alimentate cu gaze naturale extrase din zacamantul (Z). Transportul gazelor naturale si al energiei electrice se realizeaza pe caile T₁ si T Se prezinta de asemeni la (fig.6.b), cazul unui cuptor cu combustie alimentat cu gaze naturale direct din zacamant. (In acest caz eventualele pierderi pe traseul de transport nu sunt suportate de consumatorul metalurgic).

Fig.6. Scheme pentru interpretarea coeficientilor de echivalare e.

In analiza ce se efectueaza la CAE trebuie tinut cont ca:

extragerea si transportul T₁ al gazelor naturale presupune consumuri energetice si pierderi exprimate procentual prin randamnetul p₁;

transformarea g.n in energie electrica in CE (centrale electrice) se face cu randamentul p₂ (in Romania randamentul CE este de regula de 3040%);

transportul T₂ inseamna consumurile si pierderile cuantificate prin randamentul p₃;

consumul inregistrat E_i la CAE exprimat in Kwh trebuie amplificat cu 3,6 pentru a fi obtinut in MJ.

In baza observatiilor de mai sus se obtine:

(25)

Se poate deduce ca:

(26)

Daca se considera ca si se ia in considerare numai p₂ cu valoarea 0,35, rezulta:

In analizele pe care le impune termotehnica metalurgica privind estimarile in energie primara nu trebuie confundati coeficientii e definiti mai sus cu rapoartele de echivalare din Fizica (860 kcal/kWh, sau 427 kgf.m/kcal).

O alta observatie care se impune se refera la faptul ca daca energia primara este evaluata in [kWh]_p, valoarea coeficientului e_ee devine 3,5 [kWh]_p/[kWh]_i.

In analizele pentru echivalare in consumuri de energie primara se iau in considerare urmatoarele surse energetice consumate in combinat: S_c.p, S_k, S_p, S_h.l, S_g, S_g.n, S_g.s, S_g.g, S_e.comb.ex si S_e.comb.i. Nu fac obiect de conversie in energie primara articolele: S_g.f, S_g.c, S_g.cv, S_g.fa, S_g.cb, S_e.n si S_e.RES.

6.4. Exemple de calcul

Cazul fluxului integrat furnal-otelarie-laminoare

Intr-un combinat de produse plate s-au inregistrat urmatoarele consumuri:

cocs = 410 kg/t;

carbune suflat: 120 kg/t;

gaze naturale: 52 m³_N/t;

gaz de cocserie: 85 m³_N/t;

gaz de furnal: 18 m³_N/t;

gaz de convertizor: 12 m³_N/t;

pacura: 18 kg/t;

energie electrica: 190 kwh/t.

a) Sa se determine consumul energetic specific integral (total, global).

b) Sa se calculeze consumul specific de energie primara. La informatiile de mai sus se adauga urmatoarele:

82% din energia electrica se aprovizioneaza din exterior, pe structura: 86% este produsa in centrale pe combustibil, 8% - in centrale atomice si 6% - in hidrocentrale;

18% din energia electrica necesara este realizata in centrala proprie, in regimul: 23% - gaze naturale si 77% - RES-uri proprii.

Calculele de mai sus arata ca zacamantul (de gaze naturale, petrol sau carbune) trebuie sa asigure combinatului o cantitate de energie chiar mai mare decat consumul intregistrat.

Cazul fluxului mini-uzina

Sa se repete aplicatiile de mai sus pentru elaborarea otelului pe fluxul miniuzina [(CAE-TC)+Laminor].

S-au inregistrat consumurile mentionate in continuare:

Ø      pe segmentul CAE-TC:

energie electrica (inclusiv metalurgie in oala, desprafuire, TC, altele): 540 kwh/t.blum sau tagla;

carbune suflat: 6 kg/t;

gaze naturale: 8 m³_N/t;

Ø      pe segmentul de laminare

energie electrica: 74 kwh/t;

gaze naturale: 23 m³_N/t;

gaz de cocserie: 22 m³_N/t;

gaz de furnal: 48 m³_N/t;

gaz de convertizor: 16 m³_N/t.

Consumuri energetice specifice secventiale (1: CAE-TC; 2: Laminare).

Consumul energetic specific integral

GJ/t

Exemplele de mai sus inlesnesc o eventuala comparatie intre cele doua fluxuri doar din punctul de vedere al consumurilor energetice inregistrate.

Consumul specific de energie primara, presupunand ca toata energia electrica se aprovizioneaza din afara fiind produsa in centrale electrice pe combustibili, este calculat in cele ce urmeaza.

Consumul specific de energie primara totala

6.5. De ce consumul specific de energie primara poate fi

indicator de dezvoltare durabila in metalurgie ?

Una dintre principalele cai prin care inginerul metalurg poate operationaliza in contur industrial conceptul de dezvoltare durabila este contributia la prezervarea capitalului natural cu referire directa la optimizarea consumurilor de combustibili primari, principalul suport al energiei primare. Intr-un astfel de context dobandesc o mare importanta analizele bazate pe indicatorul C_ep, fapt despre care se va face referire in cele ce urmeaza.

a) Un asemenea indicator devine instrument de analiza la nivelul organismelor nationale in legatura cu politicile de utilizare optimala a resurselor naturale (combustibili primari). La astfel de nivele trebuie stiut, de exemplu, ca pentru producerea a 1 tona de tabla intr-un combinat integrat pe flux furnale-convertizor-laminare trebuie prevazute drept consumuri de aprovizionare:

din zacamantul Agnita-Botorca:

sau, din Valea Prahovei:

sau, din Valea Jiului:

La fel, pentru producerea a 1 t.tagla sau blum pe fluxul miniuzina (CAE-TC) trebuie sa se asigure:

din zacamantul Agnita-Botorca:

sau, din Valea Prahovei:

sau, din Valea Jiului:

b) Coeficientul de solicitare a rezervelor de capital natural (in speta de fata combustibili fosili), K_s.c.f , se defineste ca raportul dintre consumul specific de energie primara si consumul specific de energie integral:

(28)

Pentru diversele situatii, se obtin valorile:

pentru fluxul integrat clasic:

pentru fluxul miniuzina, segmentul CAE-TC:

pentru segmentul de laminare de la mini-uzina:

pentru fluxul CAE-TC-Laminare:

Iata o concluzie foarte interesanta si importanta: din punctul de vedere al politicilor de prezervare a capitalului natural, segmentul CAE-TC este inferior fluxului integrat clasic, datorita motivatiilor:

pentru metalutgie, energia electrica este un mare consumator de energie primara;

utilizarea pe scara larga a RES-urilor in cazul fluxului clasic.

Bine-nteles ca ultima concluzie nu trebuie interpretata in sensul ca se vor da in functie combinate metalurgice pentru a fabrica RES-uri.

In baza celor de mai sus se afirma ca se poate utiliza coeficientul K_s.c.f pentru ierarhizarea intensitatilor cu care diversele procedee, tehnologii sau fluxuri atenteaza la rezervele de capital natural.

c) Coeficientul de prezervare a surselor de capital natural, ca masura a eforturilor metalurgiei de a inlocui combustibilii naturali cu resurse neconventionale (de regula RES-uri) rezultate in conturul combinatului, se defineste prin raportul:

(29)

In fond el este o alta varianta pentru K_s.c.f.

In situatiile analizate mai sus se obtin valorile:

pentru fluxul integrat clasic:

pentru fluxul miniuzina, segmentul CAE-TC:

pentru segmentul de laminare de la mini-uzina:

pentru fluxul CAE-TC-Laminoare:

Se evidentiaza urmatoarele:

cu cat valoarea acestui coeficient este mai redusa, cu atat tehnologia este mai avantajoasa in privinta prezervarii capitalului natural;

daca valoarea lui este negativa, inseamna ca avem de-a face cu situatiile cele mai fericite: tehnologia se deruleaza prin compensarea excedentara proprie a necesarului de energie primara.

d) Devine necesara modificarea (atat in ce priveste continutul, cat si exprimarea) raportarilor catre forurile superioare. Pana in prezent raportul era de genul: prin masurile luate, s-a economisit la CAE o cantitate de energie de 5 Kwh/t. Trebuie apelat la o noua formulare: prin masurile luate la CAE s-a prezervat in zacamantul Agnita-Botorca, pentru generatiile viitoare, o cantitate de gaze naturale/t.produs.

6.3. Exemplu de evaluare a energiei continute

in lucrari de teorie economica

Principial nu exista deosebiri importante intre metodologiile de evaluare a energiei continute in inginerie sau economie. Exista cateva nunate care vor fi evidentiate in continuare.

Calculele se raporteaza la una unitate de energie furnizata consumatorului tehnologic (1 EFCT) care poate fi metalurg, chimist, constructor de masini, etc. Acesta este plasat la capatul-aval al fluxului de transformari pe care le sufera purtatorii de energie primara reprezentati prin combustibilii fosili (fig.7).

Fluxul este parcurs pe sensul amonte-aval, astfel incat transformarile sunt caracterizate prin asa numitul factor ERE (Energy Requirement for Energy) care reprezinta raportul dintre energia utilizata la furnizarea unei cantitati de energie si cantitatea de energie furnizata. Prin comparatie cu evaluarile din inginerie, ERE reprezinta in fond un randament [2]. Numai ca spre deosebire de inginerie, unde fluxul este parcurs pe directia aval-amonte, el are valori supraunitare.

In schema prezentata in figura 7, marimile ce trebuie calculate au semnificatiile prezentate in continuare.

Fig.7. Reprezentarea grafica a schemei de calcul pentru energia continuta.

A reprezinta conturul zacamintelor purtatorilor de energie primara din care trebuie extrasa GER_fosil (Gross Energy Requirement) sau energia primara ce urmeaza a fi inmagazinata in produs, ENA (embodied energy accounting).

Combustibilul fosil A este supus unor operatii: extractie, preparare, transport, etc., care inseamna de fapt consumuri energetice reprezentate prin aria B.

C este dreptunghiul aferent combustibilului comercial, caracterizat de GER_combustibil. Se poate scrie:

(30)

Pentru a putea fi furnizat consumatorului tehnologic, combustibilul comercial suporta si el diverse operatii (uscare, macinare, incalzire, transport, pulverizare, etc.), ceea ce inseamna alte consumuri energetice auxiliare masurate prin aria D. Se obtine astfel combustibilul furnizat consumatorului tehnologic F. Acesta contine cantitatea de energie GER_furn reprezentat de aria E ≡ F. Se poate scrie:

(31)

In literatura economica, CV_comb este numit valoarea combustiei. In inginerie, trebuie inteleasa puterea calorica a combustibilului apt de utilizare, H_i [J/m³_N; kg. comb].

Se poate admite un factor global al transformarilor pe intregul flux, ERE_fosil. Acest lucru inseamna ca:

GER_fosil = ERE_fosil CV_comb (32)

6.4. Cunoasterea incarcarii energetice a ecosistemelor

In vederea punerii la punct a posibilitatilor practice de prevenire a influentelor degradante de natura energetica, inginerul metalurg trebuie sa posede cunostinte de energetica ecosistemelor.

Ecosistemele sunt centre energetice care efectueaza un travaliu definit in biosfera, pe baza schimburilor permanente de energie cu mediul. Fiecare organism viu atinge performante in activitatile sale vitale, cunatificate prin lucru mecanic, si produce caldura, deci cheltuieste energie, fiind un sistem termodinamic.

Migratia substantei prin lanturile trofice (simplificat, lantul schimburilor de hrana) se asociaza cu evenimente energetice. Deoarece fiecare atom poarta energie atat in nucleu, cat si in norii de electroni, fluxul de substanta este conectat cu fluxul energiei.

Numai ca, asa cum se stie deja, modul de migratie a substantei difera de migratia energiei, astfel ca energetica ecosistemului nu se confunda cu bioproductivitatea sa. Energetica ecosistemelor este un capitol aparte al econologiei.

Fluxul de energie care strabate reteaua trofica face ca aceasta sa functioneze ca un sistem termodinamic care produce lucru mecanic si caldura schimbandu-si starea in functie de timp.

Fazele fluxului energetic din ecosistem sunt [23]:

Importul de energie radianta (solara) si din combinatii minerale (energie geochimica), in biomasa vegetala.

Convertirea energiei radiante in energie chimica (potentiala si interna) in cloroplastele celulelor vegetale. Energia astfel obtinuta este depozitata in constructiile moleculare ale hidratilor de carbon si altor compusi organici, iar o parte din ea pierde sub forma de caldura.

Distributia energiei in ecosistem. Energia chimica este vehiculata prin lanturile trofice la diferite vietuitoare, din diferite niveluri trofice. Deci, lanturile trofice sunt si cararile energetice ale ecosistemului.

Depozitarea energiei. Bilantul energetic al ecosistemului este pozitiv atunci cand energia chimic-legata si cea interna raman constante in timp si nu sunt utilizate in metabolism.

Exportul de energie. Are loc prin risipirea caldurii in mediu, prin migratiile vietuitoarelor in alte ecosisteme si prin conexiunile trofice interbiocenotice.

Conform principiului I al termodinamicii, energia unui sistem poate creste numai prin import de energie din mediu, sub forma de lucru mecanic sau prin productia proprie de energie. Nici un ecosistem nu poate fi autarhic sub aspect energetic, deoarece nici o planta sau animal nu produce energie, ci doar o transforma pe cea primita din mediu.

Cantitatea de energie convertita depinde numai de starea initiala si de cea finala si nu de forma traseului energetic. Deci, oricat de lung ar fi lantul trofic, schimbul de energie si bilantul acestuia va fi acelasi, la acceasi cantitate de energie acceptata.

Daca lantul trofic ar functiona izolat, cantitatea de energie produsa de acesta (entalpia) ar depinde numai de cantitatea de hrana introdusa in prima sa veriga. Dar lanturile trofice nu sunt izolate, unele specii fiind incluse in mai multe lanturi trofice si acestea contin mult mai multa energie decat veriga intermediara dintre ele si veriga initiala .

Conform principiului II al termodinamicii, caldura produsa in cursul proceselor energetice este doar partial convertita in lucru mecanic, restul este energie irecuperabil pierduta pentru sistem, ea fiind cedata mediului sub forma de caldura.

Consecinta acestui fenomen asupra sistemului este dezordinea sau dezagregarea mai mare in starea finala a acestuia (cresetrea entropiei).

Aceasta tendinta naturala spre dezordine este proprie ecosistemelor.

Componentii abiogeni ai acestora actioneaza entropic asupra componentelor vii (vanturi puternice, inundatii, incendii de padure, oscilatii mari de temperatura, incalzirea solului, a apei, respiratia vietuitoarelor, pierderile energetice industriale).

Gradul de dezordine produs de cresterea caldurii din sistem este masurat ca o functie de stare numita entropie.

Entropia energetica se deosebeste prin continut de entropia informationala. Cea energetica nu se refera la repartitia probabilitatilor, ci la variatiile in organizarea sistemului, produse de caldura, fiind si ea masura dezordinii in sistem, ca urmare a unor procese chimice si fizice.

In timp, entropia ecosistemului va fi mai mare de la o faza la alta, deoarece plantele si animalele prin activitatile lor metabolice produc necontenit caldura.

La nivelul unui lant trofic izolat ar putea fi valabil si principiul III al reciprocitatii, conform caruia fortele si curentii de energie sunt cuplate intre ele, fiecare curent fiind dependent de toate fortele (dependenta liniara). De aceea, dupa incetarea fortei care a indus un curent energetic, procesele cuplate vor continua sa produca entropie in sistem.

Extrapoland simplificat aceasta idee la sistemele de ardere a combustibililor industriali reprezentate prin schema:

rezulta ca, in masura in care scade I_B, fluxul cuplat I_A se micsoreaza, iar fluxul I_C creste, astfel incat cuplurile energetice inductoare de entropie in macrosistem pot fi influentate prin interventie inginereasca.

Eliberarea entropiei in sistem datorita activitatii vietuitoarelor si a celei industriale este apreciata ca un proces de incarcare energetica.

Cea mai mare problema stabilita ca fenomen de incarcare energetica a mediului are drept ultima cauza dimeniunea ridicata a potentialului energetic latent pus in libertate. La aparitia si decantarea sa, (pregatirea, transformarea intr-o forma cu utilizare tehnica, si, in final, folosirea), nu se produce numai caldura, ci si emisii de substante toxice si netoxice care nu se gasesc in natura sau pot fi in cantitati foarte mici.

In timpul folosirii energiei mai apar si alte efecte de incarcare, ca de exemplu zgomotul, care poate avea efecte in transformarea mediului viu. Un alt exemplu il constituie modificare altor forme biologice cu ajutorul oamenilor, ca urmare a necesitatii de biomase, un rezultat al fortarii masive a tehnicii. De asemenea, trebuie subliniata in special ridicarea temperaturii suprafetei solului.

Un al doilea efect, de ridicare a temperaturii, apare datorita unui produs important rezultat din arderea produselor fosile purtatoare de energie: CO Cantitatea ce nu mai poate fi absorbita de plante se ridica in straturile superioare ale atmosferei si imbogateste astfel cantitatea de CO₂ existenta. Numai datorita marii capacitati de asimilare a oceanelor se pare ca se atinge limita de saturare. Ca urmare a variatiilor de temperatura, miscarii si schimbarii apei in adancime si a actiunii de tampon a straturilor superioare, ar putea fi suportata supraproductia de CO₂ din ultimii 100 ani.

Actiunile rezultate sunt dublate datorita componentelor gazoase din spectrul antropogen de emisie.

Banuiala unui eveniment catastrofal pentru mediul natural a alarmat in ultimul timp constiintele. Reactia ramane totusi limitata la reduceri sectoriale sau la limitari de emisii. Lipseste o imbunatatire a situatiei mediului.

Lucrarile de cunatificare a influentei transformarilor energetice industriale asupra starii termodinamice a macrosistemului sunt preocupari de inceput, printre acestea putand fi enumarate incercarile de definire a unui echivalent energetic al materialului degradat (deseuri), care poate aprecia ridicarea temperaturii ecosistemului, si a unui coeficient de degradare energetica, cu ajutorul caruia se poate dimensiona influenta energiei tehnice reale ca aspect al activitatii ecologice negative, numit in unele lucrari moneda de schimb ecologico-energetica sau moneda de schimb econologica.

7. Despre continutul in substanta primara

In metalurgie, pentru obtinerea unui produs se consuma doua categorii fundamentale de resurse: energetice (combustibili primari si energie electrica) si materiale (materialele si materiile prime, intre care cele mai importante sunt minereurile). Schematic, se poate admite ca exista un transfer de energie, dar si de substanta din zona mediului cu resurse naturale catre produs (fig.8)

In cele anterioare s-a abordat chestiunea energiei primare continute in produs, tinand cont doar de transferul de energie. S-a calculat chiar necesarul de aprovizionare pentru carbune, de exemplu, care sa asigure o anumita energie primara cunoscuta (precalculata) in produsul metalurgic.

Dar exista si transfer de substanta, al carui mod de evaluare nu este abordat. Acest lucru devine cu atat mai necesar, cu cat in momentul de fata analiza cost-beneficiu atribuie costuri extractiei si transformarii materialelor prime, dar nu si pentru valoarea intrinseca a combustibililor, minereurilor s.a. Astfel, in cazul minereurilor, materialul (substanta) util pus la dispozitie de resursa naturala nu este corelat cu grija pentru generatiile viitoare.

Fig.8. Schema transferului de substanta si energie in produsul metalurgic.

Este suficient, ca in acest context, sa fie mentionate doar doua exemple, care sunt acceptate de multi ani:

- in lucrarea sa Lohnarbeit und Kapital, Karl Max arata ca tot ceea ce ofera natura omului este un cadou spontan;

- de-a lungul timpului, cetateanul roman si-a proiectat filosofia vietii pornind de la conceptii materializate in versuri precum:

De rupi codrului o ramurea,

Nu-i pasa codrului de ea.

In lucrarea de fata se fac propunerile care urmeaza.

Substanta transferata din materia primara catre produs urmeaza a se numi continut in substanta primara, S_p, al produsului metalurgic.

Transferul de substanta din materia prima in produs are ca rezultat marirea gradului de ordonare (micsorarea gradului de haos) a materiei procesate, adica are loc micsorarea entropiei S sau marirea negaentropiei nS.

In baza celor de mai sus se poate avansa propunerea conform careia cantitatea de substanta primara continuta in produs este data de consumul negaentropiilor materiilor prime:

(33)

O metoda mai simpla porneste de la faptul ca marimea substantei primare trebuie sa asigure substanta utila S_u existenta in produsul analizat.

Astfel, pentru fluxul global prezentat in figura 9, substanta primara pe care trebuie sa o asigure materia prima S_p.m.p este:

(34)

Fig.9. Flux de transformari in metalurgie.

Mai sus I_si reprezinta indicii de scoatere pentru fiecare faza.

In functie de compozitii chimice si surse, calculele se fac pentru fiecare substanta utila (fier, carbon s.a.);

In continuare se trece la determinarea necesarului de aprovizionare pentru (de exemplu) minereul de fier, C_m.f [kg.m.f./t.tabla].

(35)

Mai sus, c_Fe.m.f este continutul in fier al minereului de fier.

8. Analize folosind cunostinte de teoria informatiilor

Fabricatia produsului pe un flux tehnologic se incadreaza in structura unui sistem de proces. Un model general de cel mai simplu sistem de proces poate fi reprezentat ca in figura 10.

Fig.10. Schema unui sistem de proces [27].

Pentru un flux de productie, structura cea mai simpla (primara) este cea data in figura 11.

Fig.11. Schema unui flux de productie [24].

Se observa ca este vorba de o structura lineara (sisteme deschise), fapt care contravine astazi stiintelor naturii si stiintelor tehnice care sustin expres principiul existentei umane (inclusiv a fluxurilor tehnologice) in circuit inchis. Pentru a iesi din aceasta dilema in cazul concret al fluxurilor industriale se considera necesar a se actiona pe baza urmatoarelor propuneri ipoteze:

w        Poluarea sa fie caracterizata ca perturbatie (zgomot) in functionarea sistemului de proces. Conform teoriei sistemelor o anumita cantitate de zgomot trebuie sa existe pentru pastrarea ordinii, deoarece aceasta furnizeaza informatii despre starea sistemului, informatii ce nu sunt detinute de componentele sistemului.

w        Se deduce de mai sus ca: pentru mentinerea in viata a sistemului este necesara o anumita cantitate minima de perturbatie. Se sustinea in acest fel ca poluarea zero nu numai ca nu trebuie atinsa, dar o anumita cantitate de poluare trebuie pastrata la o cota minima necesara.

w        Trecerea de la sisteme deschise (fluxuri lineare) la sisteme in circuit inchis sau cu subcircuite inchise specifice se face prin introducerea traseelor feed-back. Se propune ca la fluxurile industriale traseele feed-back sa fie suport pentru recircularea materialelor secundare conform schemei din figura 1

Fig.1 Buclele feetback ca suport de recirculare.

w        Daca materialele secundare (deseurile) recirculate devin subiect de feed-back ele pot indeplini doua functii:

transport de materiale (resurse materiale secundare RMS) si de energie (resurse energetice secundare RES);

transport informational, constand preponderent in abaterile tehnologice care au determinat aparitia deseurilor; reintroduse in secventele primare ale fluxului, astfel de informatii devin parghii de (auto) reglare a sistemului;

w        Volumul deseurilor recirculate pe suport feed-back depinde de valoarea intrarilor, a caror micsorare este posibila prin minimizarea consumurilor specifice de materii prime, combustibil si energie. In acest fel se contribuie la realizarea unui vechi vis al producatorilor industriali: dematerializarea si decarbonitarea fluxurilor de fabricatie.

Dematerializarea este o politica de destinatie generala: optimizarea prin minimizare a consumurilor specifice de materiale.

Decarbonitatea este un obiectiv specific pentru siderurgie. Dupa cum este cunoscut, filosofia tehnologica a siderurgiei se bazeaza pe doua reactii:

FeO + C → Fe + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Cele de mai sus sunt doua procese simple, dar de nedorit, deoarece produc CO Este motivul pentru care in prezent cercetatorii siderurgi sunt preocupati de limitarea intrebuintarii celor doua reactii, adica acorda o mare atentie decarbonitarii productiei siderurgice.

9. Analize bazate pe principiul intai al termodinamicii

Un punct de vedere suplimentar asupra activitatii economice care leaga sistemul economic de cel natural este dat de cunoasterea si aplicarea legilor termodinamicii.

Principiul I al termodinamicii poate fi folosite pentru a fundamenta si cunatifica corelatiile dintre dimensiunile componente ale conceptului DD.

Conform principiului I nici un proces nu se poate desfasura fara pierderi (materiale si energetice) din propriul contur catre mediul ambiant. In acest context, in lucrarea de fata se propune ca poluarea (transfer material si energetic catre mediu) sa fie analizata ca o pierder de proces catre mediul ambiant.

In consecinta, prevenirea si controlul poluarii sunt masuri al caror scop consta in minimizarea pierderilor catre mediu. Stiind ca nu exista proces fara pierderi inseamna ca proiecte gen uzina cu zero deseuri nu se justifica nici din punct de vedere termodinamic si ca astfel de programe trebuie interpretate ca o tinta catre care trebuie sa se tinda.

Tehnologia metalurgica cu pierderi minime (TMPM) reprezinta, in esenta, totalitatea metodologiilor si mijloacelor folosite in scopul exploatarii cat mai rationale a resurselor de materii prime si energetice, asigurand simultan necesitatile societatii umane si protectia mediului inconjurator. Diferenta evidenta intre TMPM si o tehnologie conventiuonala consta in reducerea, pana la limita inferioara posibila tehnologic, a cantitatii de materiale auxiliare. Elaborarea de TMPM, cu referinta la fiecare dintre contururile cunoscute constituie calea cea mai eficienta de prevenire a formarii materialelor secundare.

Un concept de baza folosit in analizele energetice este potentialul termodinamic. In lucrarile de teorie economica se lucreaza cu potentialul termodinamic izocor sau energia libera Helmholtz, F [28]. In metalurgie, unde cvasitotalitatea proceselor se desfasoara la presiune constanta, urmeaza a se folosi potentialul termodinamic izobar, sau entalpia libera Gibbs, G. In analizele planificate se recomanda a se avea in vedere aspectele:

In functie de entalpia H, temperatura T si entalpia S, variatia potentialului G intre doua nivele ale procesului sau doua stadii calitative ale acestuia este:

(36)

In natura, un proces se poate desfasura de la sine (spontan), fara consum energetic, doar in masura in care potentialul termodinamic scade, atingand valoarea zero la starea de echilibru. Transformari inverse, in care G creste sunt absolut imposibile in orice conditii [11]. Caracterizarea acestor procese este data de inecuatia:

(37)

Procesele metalurgice nu se pot desfasura spontan, de la sine. Pentru derularea lor este nevoie de o conditie speciala, caracterizata prin consum de entalpie si scadere a entalpiei, astfel incat . ( corespunde stadiului de livrare a produsului spre consum, stadiu care ar putea fi considerat stare de echilibru in regim energetic fortat).

Variatia crescatoare prin consum entalpic, , poate fi masurata prin valoarea nou adaugata V_a in procesul de transformare a resursei in produs de consum.In acest context se poate recomanda ca, de exemplu, la transferarea tablei standard in tabla emailata, variatia potentialului G intre cele doua stari sa fie evaluata prin valoarea nou adaugata:

(G_{tabla emailata} G_{tabla standard}) V_a

Functionarea produsului in faza de consum probeaza capacitatea acestuia de a efectua un lucru util pe seama disponibilului de potential termodinamic.

In faza de consum, nemaiexistand subsidiu energetic, potentialul termodinamic disipeaza prin uzare fizica si morala, pana la valoarea corespunzatoare materialului secundar (deseului).

Durata transformarii in deseu depinde de calitatea potentialului termodinamic consumat, precum si de calitatea resurselor, masurata prin .

trebuie sa cuprinda si cuantumul energetic presupus de procesele de autofagie (autoconsum) necesar pentru valorificarea resurselor de calitate inferioara.

10. Analize bazate pe principiul al II-lea al termodinamicii

Metodologia mai poarta numele si de analiza entropica. Pe baza principiului al II-lea al termodinamicii se retin aspectele prezentate in contininuare.

Sistemul economico-productiv realizeaza schimburi substantiale, energetice cu mediul si reuneste, in acelasi timp, conditiile necesare pentru a lupta impotriva acumularilor entropice de dezordine (haos) crescanda, dobandind negaentropie (antientropie) nS. Pe de alta parte acest sistem isi mareste complexitatea pe masura parcurgerii stadiilor superioare de organizare, utilizand materia, energia si informatia din mediul exterior. In timp ce sistemele fizice izolate nu se pot sustrage nici-o clipa degradarii entropice si haosului, maxim in stadiul final al echilibrului natural, sistemele organizate, deschise, cum este si cel economic, reunesc caracteristici determinate pentru a lupta impotriva dezordinii crescande si a urma stadiile stabile. Printre aceste caracteristici, cea mai importanta este deschiderea sistemului spre mediul exterior pentru a dobandi negaentropie si a putea impiedica degradarea entropica a sistemului.

Consumul inevitabil de resurse naturale este insotit de cresterea volumului poluantilor returnati in mediu si de provocarea dezechilibrelor ecologice. Deterioararea calitativa si cantitativa a capitalului natural (si implicit, a mediului) poate fi interpretata un proces de consumare a negaentropiei in coordonatele existentei unei externalitati global planetare. Intr-un astfel de cadru analizele entropice trebuie dirijate in sensul evaluarii surselor de capital natural utilizabile industrial ca un stoc de negaentropie aspirat smuls prin tehnologii bazate pe progres tehnico-stiintific rezervorului initial entropic. Pusa astfel chestiunea, tehnologia insasi apare ca un stoc specific de negaentropie . Problema care se ridica este daca se poate gandi la o compensare efectiva si nelimitata a negaentropiei intre doua procese care evolueaza, din punct de vedere entropic, contrar progresului tehnologic si determina epuizarea resurselor naturale. Pe de alta parte, progresul tehnologic joaca un rol substantial in evolutia descrescatoare a costurilor (asupra carora actioneaza insa si alti factori) pe unitatea de resursa extrasa, numai ca structura costului indica o crestere a consumului energetic aditional unitar, putandu-se inregistra o diminuare a stocului de negaentropie in termeni globali.

Activitatea omului are doua directii:

o       una pozitiva, antientropica (prin consum de substanta, energie si informatie) de marire a ordinii, ca de exemplu: extractia, prin concentare, a mineralelor din minereuri, recuperarea caldurii etc;

o       una negativa, entropica, de miscsorare a ordinii (marirea haosului), ca de exemplu: consumarea resurselor plasate ordonat in mediu, si, mai cu seama, poluara:

Poluarea, evaluata ca pierdere catre mediu, este un fenomen entropic, care mareste gradul de dezordine in natura;

Materialele si energia evacuate in mediu ca poluanti isi maresc gradul de degradare (dezordine) pe masura ce se indeparteaza de sursa;

Pierderile au un caracter ireversibil; pot fi marite cel mult randamentele lor de valorificare (recirculare); si din acest punct de vedere proiectul uzina cu zero deseuri nu se justifica, la limita, termodinamic.

Potentialul termodinamic si (nega)entropia sunt doua forme de energie care pot fi contabilizate ca energii continute (inmagazinate).

Pe baza celor de mai sus, se ajunge la concluzia ca pentru inginerul metalurg, mediul durabil are o structura complexa, asemanatoare celei prezentate in figura 13.

Variatia negaentropiei in mediul complex este redata de diagrama din figura 14. In aceasta diagrama nS_c.n este negaentropia capitalului natural, nS_p.t este negaentropie indusa prin procesul tehnologic, nS_t este negaentropia totala dobandita de produsul metalurgic, iar S_d.d este entropia deseului depozitat.

Conditia de autosustenabilitate a mediului este:

|nS_t| > |S_d.d|

|S_d.d| - |nS_c.n| < |nS_p.t | (39)

Conditiile de mai sus sunt sustinute si de faptul ca in timp, pe masura ce are loc procesul de dezvoltare, epuizarea resurselor naturale se accelereaza si poluarea incepe sa se asimilizeze cu o rata crescatoare, odata ce capacitatile asimilative ale mediului devin suprasolicitate de poluanti, in special de materialele secundare (deseurile) ce trebuie depozitate.

Rezulta unele cai principale de actionare pentru specialistul metalurg:

a)      Scaderea aportului nS_c.n, ceea ce practic se traduce prin minimizarea consumurilor specifice de resurse naturale. Relationand, aceasta inseamna ca:

nS_c.n

|nS_p.t | > |S_d.d| (40)

Ultima ecuatie evidentiaza necesitatea introducerii in practica a progresului tehnic si tehnologic, prin care adaosul de negaentropie datorat procesului metalurgic sa fie semnificativ.

Mai concret, pot fi avansate urmatoarele masuri:

marirea gradului de procesare avansata a materialelor metalice (marirea nivelului de ordine);

cresterea valorii nou adaugate, V_a (imbunatatirea indicatorilor tehnologico-economici).

Fig.13. Structura complexa a mediului durabil.

Fig.14. Variatia negaentropiei in mediu.

Intr-un cadru ca cel de mai sus se poate admite ca valoarea nou adaugata poate fi masura prin diferenta dintre negaentalpiile a doua stari:

(41)

sau pentru exemplul dat anterior:

(42)

Avand in fata figura 14, se mai pot face urmatoarele observatii:

evaluarile din primele trei sectoare (variatia de la nS_cn la nS_t) sunt functie de proprietatile de intrebuintare;

panta dreptei din sectorul de utilizare (viteza de degradare) depinde de proprietatile de degradare;

determinarea entropiei deseurilor depozitate presupune cunoasterea proprietatilor de depozitare;

b) Scaderea entropiei deseurilor depozitate, S_dd, prin:

marirea ciclului de viata;

reintegrare;

neutralizare;

c) Se retin si unele aspecte (masuri) specifice:

- cu cit creste numarul de recirculari, gradul de ordine al materialelor si energiilor scade; este deci recomandabila reducerea numarului de recirculari in lungul unui flux;

- recircularea in interiorul agregatului (recircularea interna) este superioara recircularilor externe;

- deoarece gradul de dezordine creste cu distanta de la agregatul metalurgic, este recomandabil ca recircularea sa se execute cat mai aproape de sursa de generare a deseurilor.

Analize in sistemul resurse energetice-impact ecologic

In scopul minimizarii consumurilor specifice de resurse energetice in conditii de prevenire si control al poluarii, inginerul metalurg este preocupat de optimizarea regimurilor de functionare a cuptoarelor metalurgice (generatoare de poluanti, in urma arderii combustibililor) in functie de indicatorii econologici.

Procesul de ardere a combustibililor intr-o instalatie termotehnologica siderurgica poate fi caracterizat cu ajutorul indicatorilor econologice, prin componentele lor care sunt indicatorii de mediu si indicatorii energetici.

Pentru caracterizarea din punctul de vedere al impactului asupra mediului a unei surse generatoare de emisii poluante trebuie cunoscuti urmatorii indicatori de mediu:

valoarea medie c_m a concentratiei emisiilor gazoase produse: CO, CO₂, NO_x, SO_x;

valoarea maxima c_v a concentratiei acestor emisii;

cantitatea totala de emisii E, evacuata la cosul instalatiei intr-un anumit interval de timp (ore, zi, an), repartizata pe tipuri de emisii.

Concentratia emisiilor se poate exprima fie volumetric (% sau ppm), fie masic (mg emisie/Nm³ gaze arse), iar cantitatea totala de noxe se exprima in t/h sau t/an.

Cantitatea totala de emisie E se poate determina prin urmatoarele metode:

a)      in functie de productivitatea orara p (t produs/h) a instalatiei generatoare de noxe si factorul de emisie mediu f_e (kg emisie/t produs):

[kg/zi] (43)

b)      in functie de debitul volumetric orar de gaze arse evacuate la cos, D_ga (Nm³ g.a/h), si concentratia medie masica, c_m (mg/Nm³ g.a), a tipului de emisie analizat:

[kg/zi] (44)

Pe langa cele doua metode (a si b) utilizate curent in cazul oricaror instalatii generatoare de emisii poluante, in cazul instalatiilor de ardere, cantitatea de emisie E mai poate fi determinata cu ajutorul unei metode specifice noi, ce va fi tratata in continuare in aceasta lucrare si care tine seama de corelatia dintre indicatorii ecologici si parametrii functionali si tehnologici ai instalatiei de ardere (va fi definit un factor de emisie specific energo-ecologic k_ee).

Pentru a caracteriza din punct de vedere energetic o instalatie generatoare de emisii poluante in care au loc procese de ardere se poate apela la urmatorii indicatori energetici:

consum specific de combustibil [Nm³comb/t produs];

randament termic (%).

Alegerea regimului optim de functionare a unei instalatii generatoare de emisii gazoase prin arderea unor combustibili intr-un focar inseamna alegerea acelor puncte de functionare in care indicatorii de mediu si energetici definiti anterior au valori care reprezinta generarea de cantitati minime de noxe, in conditiile unei eficiente energetice maxime.

Realizarea compromisului optim intre aceste componente corelative se poate face numai pe baza unei analize care sa stabileasca relatiile de dependenta dintre cele doua tipuri de indicatori (de mediu si energetici) si parametrii arderii (functiile de transfer ale procesului) si care sa se gaseasca intr-un model matematic de optimizare. Pe baza acestui model se stabilesc programe de conducere a procesului prin intermediul carora se poate alege domeniul optim al punctelor de functionare a instalatiei de ardere, ca si curbele pe care se pot deplasa (legile reglarii procesului).

Pe baza consideratiilor teoretice generale din literatura de specialitate au fost identificati si sistematizati parametrii arderii si ai caracteristicilor fizico-chimice ale combustibilului, care determina nivelul de generare al emisiilor de NO_x si SO_x intr-o instalatie in care au loc procese de ardere.

Astfel, concentratia si cantitatea totala a emisiilor de NO_x (indicatori de mediu ai procesului) este determinata de:

a)      parametrii arderii: temperatura de combustie, concentratia oxigenului in zona de ardere, temperatura si debitului combustibilului;

b)      caracteristicile combustibilului: puterea calorica, continutul de azot.

Nivelul emisiilor de SO_x este determinat de:

a)      parametrii arderii: concentratia oxigenului in zona de ardere, temperatura si debitul combustibilului;

b)      caracteristicile combustibilului: continutul de sulf.

Nivelul emisiilor de CO si CO₂ este determinat in cazul unei instalatii de ardere de catre:

a)      parametrii de ardere: raportul debitelor de aer si combustibil (excesul de aer α);

b)      caracteristicile combustibilului: puterea calorica si viscozitatea (in cazul combustibililor lichizi).

Indicatorii energetici care cuantifica eficienta energetica a unui proces de ardere (consum specific si randament termic) sunt influentati la randul lor de o multime M_e de parametri de ardere si caracteristici ale combustibilului utilizat:

excesul de aer;

debitul de combustibil;

viscozitatea combustibilului;

puterea calorica a combustibilului;

presiunea combustibilului.

Daca se noteaza cu M_m multimea parametrilor de ardere si caracteristicile fizico-chimice ale combustibilului care influenteaza nivelul indicatorilor de mediu, atunci exista o multime M_em, astfel incat M_em=M_e∩M_m.

In figura 15 elementele multimii M_em (parametri de ardere si caracteristicile combustibilului care influenteaza atat indicatorii de mediu cat si pe cei energetici) constituie date de intrare pentru modelul matematic de optimizare a procesului de ardere.

Anterior s-a aratat ca o metoda specifica pentru determinarea cantitatii de emisie E evacuata la cos, in cazul proceselor de ardere, este utilizarea unor relatii de legatura intre indicatorii de mediu ai procesului, pe de o parte, si parametrii arderii si caracteristicile combustibilului, pe de alta parte.

In continuare se vor defini relatii de legatura intre indicatorii energetici si de mediu (iesiri din proces) si parametrii arderii si caracteristicile combustibilului (intari de proces). Aceste relatii de legatura, care reprezinta functiile de transfer ale procesului sunt:

a) Functia de transfer energo-ecologica K_ee(t) a sistemului pe baza careia se poate face reglarea procesului de ardere.

Fig.15. Model matematic pentru optimizarea sistemului resurse

energetice-impact ecologic.

Factorul de emisie energo-ecologic K_ee (mg noxa/MJ_c) se defineste ca raportul intre cantitatea de poluant evacuata in atmosfera si puterea termica a instalatiei. El poate caracteriza mult mai sugestiv comportarea unei surse de tip energetic (instalatie in care au loc procese de ardere a unor combustibili) decat factorul de emisie clasic (kg noxa/t produs):

(45)

in care, E_h reprezinta cantitatea de poluant evacuata la cos (kg/h), iar P_t este puterea termica a instalatiei de ardere, kW

Dar,

(46)

in care, D_c este debitul de combustibil (kg/h pentru combustibilii solizi si lichizi sau Nm³/h pentru combustibilii gazosi); H_i puterea calorica inferioara (kJ/kg sau kJ/Nm³ comb.).

Tinand seama de relatiile (43) si (46), ecuatia (45) se mai poate scrie:

, [mg/M (47)

Din relatiile (47) se observa ca, daca se tine seama de variatia in timp a parametrilor E_h si D_c, factorul K_ee devine o functie de transfer a sistemului, K_ee(t):

(48)

E_h(t) si D_c(t), fiind functii variabile in timp, constituie intrari, respectiv iesiri pentru sistem (fig.16 a)

b) Functia de transfer F_Br(t) asociata factorului de conversie.

O alta functie de transfer a procesului de ardere poate fi introdusa cu ajutorul unui factor de conversie F_Br.

Factorul de conversie F_Br [Nm³ ga/GJ], denumit si factor de volum, este definit ca raport intre volumul de gaze arse V_ga si cantitatea de caldura Q_comb introdusa in spatiul de ardere:

(49)

(50)

Daca se tine seama de relatiile (47-50) se obtine:

(51)

Functia de transfer corespunzatoare F_Br(t) va fi:

(52)

In relatia de mai sus V_ga(t) si Q_comb(t), fiind functii variabile in timp, constituie intrari, respectiv iesiri pentru subsistemul luat in considerare (figura 16 b).

Fig.16. Modelul matematic cu functii de transfer.

Fiecarei instalatii de incalzire in care au loc procese de ardere ii corespunde o curba energetica T(t), impusa de procesul tehnologic de incalzire a materialului. Curbele de incalzire T(t), fiind solutiile unei ecuatii difernetiale de ordinul 1 cu timp mort, sau de ordinul 2 cu supraamortizare, fac ca functiile D_c(t) si E_h(t), aflate in corelatie cu T(t)), sa aiba o variatie neliniara. Din acest motiv functiile de transfer K_ee(t) si F_Br(t) au si ele o variatie neliniara, dificil de determinat, fiind dependente de mai multi parametri variabili energetici si de mediu (elementele multimii M_em). Din acest motiv, metoda inca folosita pe scara larga pe plan mondial pentru determinarea acestor functii de transfer este metoda experimentala, conform careia pentru fiecare tip de instalatie de ardere se ridica experimental curbe de tipul (concentratia emisiei in functie de temperatura din instalatie) pentru diverse valori ale parametrilor ce constituie elementele multimii M_em:

exces de aer, α;

temperatura aerului de combustie, T_a;

compozitia combustibilului;

viscozitatea (in cazul combustibililor lichizi);

Dar (din ecuatiile arderii), deci

(53)

Tinand seama de relatia (43), rezulta ca, prin cunoasterea dependentei (53) la diferite momente de timp t, se poate afla functia de transfer K_ee(t).

1 Metodologie de integrare a dimensiunilor componente

ale modelului DD

Luand in considerare cele de mai sus, se poate admite ca econologia propune (metodologic, cel putin) abordarea corelatiilor economic-ecologic printr-o metoda interdisciplinara de tip integralist. Caracterul interdisciplinar, integrator si unitar al cunostintelor econologice se impune cu atat mai mult, cu cat inginerul metalurg trebuie sa plaseze in interiorul corelatiilor amintite un complex economico-productiv numit procesul metalurgic. Posibilitatea investigarii unui astfel de complex in contextul corelatiilor econologice pe cale integratoare este sustinuta de unele consideratii de sistem prezentate in cele ce urmeaza.

Caracteristica de sistem a complexelor economico-ecologice din natura se argumenteaza in primul rand pornind de la definitia cea mai larga si inteligibila a sistemului prin care se intelege un complex de elemente/parti, componente vii sau nevii, care se afla intr-o permanenta interactiune, interactiunea fiind un factor al unificarii lumii, o forma speciala a interdependentei intre obiectele, procesele si ansamblurile realitatii obiective [12].

Datele de mai sus pot fi sustinute cu o serie de informatii suplimentar necesare descrise in cele ce urmeaza.

Ø      Factorii principali ai sistemelor luate in studiu poseda fiecare calitati (proprietati) proprii de sisteme, ele nefiind doar parti ale unui sistem mai mare.

Caliatatea proprie de sistem rezulta din integrarea celorlalte proprietati (calitati), subsisteme proprii, intr-un tot unitar.

Esenta acestor formatiuni consta din canale si conexiuni (corelatii) ale informatiei intre componentele sistemului. Dupa relatiile cu exteriorul, sistemele se clasifica astfel:

sisteme izolate care nu au schimburi de substanta si energie cu exteriorul; astfel de sisteme nu exista decat teoretic;

sisteme inchise care produc numai schimburi energetice cu exteriorul (vas ermetic);

sisteme deschise care intretin permanente schimburi de substanta si energie cu exteriorul; acestea din urma pot fi anorganice si biologice.

Dupa modul de functionare, sistemele deschise, pot fi:

cu autoreglare;

fara autoreglare;

Prin definitie, ecosistemele sunt siteme deschise.

Ø      La fel ca si la sistemele cibernetice, sistemele biologice sunt legate de sistemele alaturate sau conexate prin intrari (input) si iesiri (output), unei intrari corespunzandu-i mai multe iesiri, adica mai multe raspunsuri posibile ale sistemului fata de informatia de input (figura 17).

Ø      Conexiunile de sisteme in care se afla si ecosistemele se caracterizeaza prin stari de echilibru dinamic, numite de unii ecologi si stari de echilibru fluent, ceea ce inseamna ca sistemul isi pastreaza structurile in timpul transformarilor sale si al schimburilor permanente de substanta si energie cu alte sisteme, sau, astfel spus, evolutia sistemului se bazeaza pe succesiuni ale mai multor stari de echilibru.

Ø      Sistemele ecologice, in calitate de sisteme deschise, fac schimburi de materie, energie si informatie cu alte sisteme, devenind astfel evidente legaturi informationale ce exista intre factorii de mediu, materiale si energie.

Fig.17. Circuitele feed-back in ecosisteme [34].

Ø      Cuprinderea, intelegerea, sistematizarea si ierarhizarea sistemelor naturale (mediul inconjurator) si a sistemelor artificiale (productia de materiale, productia de energie) presupun tratarea acestora pe baza integralitatii elementelor in ansamblu.

Ø      Existenta interconditionarilor intre elementele ansamblului este sustinuta de prima lege a ecologiei (Barry Commoner, 1980) conform careia in natura totul se leaga, iar subsistemele universului se supun regulii conexiunii universale sau integralitatii, in conditiile in care interactiunea este mecanismul unificator al marii diversitati a lumii si al acesteia cu mijloacele de productie.

Ø      Integrarea in (si a) ecosistemelor este posibila deoarece ecosistemele (entitati de natura biologica) sunt capabile de schimb de informatii cu alte sisteme. Informatia este o succesiune directa sau continua de evenimente masurabile in timp, sau measjul pe care-l primeste un sistem despre evenimente care se produc in afara lui; fiecare sistem biologic isi creeaza canale proprii de transmitere a informatiei primite din afara, pe traseu circular sau liniar, asa cum se arata in figurile 18, 19 si 20.

Fig.18. Cai de transformare a informatiilor la un ecosistem [23].

Fig.19. Transferul liniar al informatiei intr-un sistem mixt

Ø     Sistemele de natura biologica sunt apte sa prelucreze informatii primite de la celelalte sisteme (figura 20).

Fig.20. Canal de modelare a informatiei [27].

Ø      Pentru mentinerea starii de echilibru dinamic, ecosistemele sunt autoreglabile. Autoreglarea este acea posibilitate a sistemului biologic de a compara raspunsul efectului cu comanda data.

Pentru a putea face aceasta operatie, de la efector porneste informatia pe cale inversa inspre receptor (conexiune inversa sau feed-back). Conexiunea inversa face posibila opozitia activa a sistemului fata de perturbarile intamplatoare ale mediului si adaptarea sa. Cu cat sistemul este mai complex, cu atat mai multi parametri vor fi supusi autoreglarii.

Ø      Datorita metabolismului propriu, in sistemele biologice se creeaza un raport specific intre energie si entropie.

Sistemele biologice au o comportare antientopica. Ori, se stie ca entropia fizica a unui sistem actioneaza in sensul distrugerii echilibrului energetic al sistemului, provocand dezordinea acestuia.

Sistemele biologice preiau entropia sistemelor inconjuratoare si prin metabolismul lor o transforma in alte forme de energie (potentiala). Astfel, plantele pierd energie sub forma de caldura, dar prin procesul de fotosinteza preiau energia solara precum si din cea anorganica din mediu, producaind energie din hrana pe care o folosesc si cedeaza caldura prin respiratie.

Din cauza acestei activitati antientropice, sistemele biologice nu au disparut, ci au evoluat.

Ø      Necesitatea recircularii este evidenta si pentru sistemele biologice, unde orice specie exista si se stabilizeaza daca produsii sai de excretie, eliminati in biotop sunt recirculati, fiind folositi ritmic de catre alte vietuitoare in metabolismul lor, deci daca nu produc deseuri.

Ø      Pornind de la principiul lui Brillouin, care afirma ca entropia excretiilor animalice este mai mare dectt cea a alimentelor, se paote afirma ca entropia deseurilor este mai mare decat cea a produselor finite folositoare furnizate de sistemele de proces, fapt care sugereaza necesitatea optimizarii proceselor prin minimizarea deseurilor si a produselor inutilizabile. In acelasi context poate fi amintit si principiul lui Schrodinger, care, adaptat, poate fi enuntat astfel: componentele ecosistemelor consuma entropie negativa, care dupa cum se stie este masura ordinii in sistem.

Ø      Stabilitatea si echilibrul sistemelor biologice depind si de caracterul antagonic al componentelor lor: bioceneza, ca foma superioara de organizare a materiei, este antientropica, in timp ce biotopul, avtnd si forte anorganice, lucreaza ca sistem fizico-chimic, determinand cresterea entropiei. Se deduce ca in interiorul ecosistemului, ca si in celelalte tipuri de sisteme, informatia poate circula (poate fi vehiculata) prin conexiuni de tip feed-back.

Ø      Ecosistemul fiind un sistem deschis (neizolat), transmiterea informatiilor in interiorul sau este perturbata de zgomotele generate de celelalte sisteme. Dar o anumita cantitate de zgomote trebuie sa existe pentru pastrarea ordinii, deoarece aceasta furnizeaza informatii despre starea ecosistemului, informatii ce nu sunt detinute de componentele sistemului.

In literatura de specialitate, pentru operationalizarea conceptului DD ca un model dialectic, coerent si omogen, se propune o metoda de integrare a dimensiunilor DD printr-un proces de decizie subordonat principiului rationalizarii procedurale [28, 50].

Metoda are un caracter partial, ca urmare a imposibilitatii cuantificarii omogene a obiectivelor intermediare de ordin social. In aceste conditii, se are in vedere doar un anumit numar de obiective intermediare economice si ecologice si care sunt, la randul lor, descompuse in sub-obiective intermediare, exprimate sub forma de norme si indicatori; pentru masurarea obiectivelor intermediare se utilizeaza metode traditionale de evaluare economica, iar pentru sub-obiective se recurge la evaluarea emergetica, dupa ce se analizeaza diverse metode de evaluare energetica.

Metoda de integrare distinge mai multe situatii:

a) Evaluarea integrarii folosind metoda surplusului emergetic (aplicabila sub-obiectivului intermediar al reproductiei resurselor naturale), consta in exprimarea ansamblului resurselor naturale (regenerabile ori nu, comerciale sau nu) cu ajutorul coeficientului de conversie a energiei solare (transformitate solara).

Metoda permite masurarea aportului resurselor de mediu de-a lungul intregii interferente economie/mediu. Surplusul emergetic, AES (aportul emergetic suplimentar), este egal cu diferenta dintre cantitatea de energie disponibila (emergenta) si cantitatea de energie consumata de sistem, reprezentand continutul total al interferentei economie/mediu. AES masoara deci marja disponibila pentru o dezvoltare potentiala a extractiei de resurse. Sustenabilitatea ecologica a dezvoltarii impune ca AES 0, ceea ce inseamna ca rata de procesare a tuturor resurselor naturale sa nu fie superioara ratei de reinnoire a resurselor neregenerabile. (Pe baza coeficientului de conversie a energiei solare se poate determina timpul necesar reproductiei fiecarei surse).

Daca AES < 0, inseamna ca sistemul trebuie sa importe resurse pentru a-si asigura continuarea dezvoltarii; la scara mondiala, este, in mod necesar, pozitiv sau nul.

b) Interpretarea integrarii folosind, principiul entropiei minime corespunde sub-obictivului intermediar de minimizare a poluarii.

Este vorba de o metoda de masurare a potentialului de poluare aferent diferitelor inputuri ale procesului productiv si compararea acestuia cu capacitatea de absorbtie. Obiectivul se limiteaza la minimizarea potentialului poluant (entropie eterogena) prin utilizarea celor mai bune tehnologii existente. Diferenta dintre entropia efectiva S_ef, care afecteaza mediul si entropia minima posibil de inregistrat S_min trebuie sa fie cat mai mica (adica, poluarea trebuie sa fie cat mai mica).

c) Evaluarea integrarii folosind metoda surplusului exergetic corespunde sub-obiectivului intermediar privind randamentul energetic al sistemului economic. Tehnica de evaluare exergetica masoara energia utilizata in functie de aptitudinea de a furniza un lucru mecanic, respectiv urmareste identificarea celei mai potrivite calitati a energiei din punct de vedere economic. Asigurarea reproductiei largite a sistemului economic implica degajarea permananta a unui surplus exergetic, RS. Existenta unui surplus exergetic RS > 0 apriori pare sa surprinda, deoarece masurarea exergetica a energiei se bazeaza, in mod just, pe luarea in calcul a pierderilor de-a lungul intregului lant al conversiei energetice, iar randamentele energetice in materie de lucru mecanic sunt subunitare. Prin urmare, un surplus energetic in interiorul economiei (o valoare exergetica a productiei superioara celei consumate) nu poate sa provina decat din exteriorul economiei, sub forma aportului energetic gratuit, susceptibil sa furnizeze lucru mecanic si care nu poate fi decat energie rezultata din mediu si necontabilizata (vantul, apa, etc.). Inexistenta surplusului exergetic inseamna o insuficienta de energie mecanica in sistem, care sa-i permita reproductia largita. Daca RS=0, este vorba de o faza stationara, in care doar reproductia simpla (fara acumulare) pare posibila.

d) Evaluarea sub-obiectivelor intermediare ale sustenabilitatii ecologice, intr-o economie deschisa.

Prin aceasta se urmareste definirea sustenabilitatii inclusiv pe baza balantelor exterioare, calculate atat prin termeni exergetici, cat si emergetici.

Rezumand, se considera ca un sistem poate sa cunoasca o dezvoltare durabila din punct de vedere ecologic, daca:

degaja un surplus emergetic : AES ≥ 0 ;

cantitatea de entropie eterogena care afecteaza mediul tinde catre cea minim posibila : S_ef S_min ,

degaja un surplus exergetic : RS ≥ 0 ;

balanta sa exterioara este echilibrata sau pozitiva atat in termeni emergetici, cat si exergetici.

Aceste conditii sunt necesare, dar nu si suficiente pentru o sustenabilitate ecologica, deoarece sustenabilitatea ecologica are si alte dimensiuni decat interschimbul mediu-economie, cum ar fi cele referitoare la spatiu si biodiversitate.

Subobiectivele intermediare ecologice trebuie completate cu cele ale sustenabilitatii ecologice, legate de elasticitatea substituirii, progresul tehnic, preturi.

Articularea dintre cele doua categorii de subobiecte poate fi gandita in urmatorul context.

Progresul tehnic poate nu numai sa contracareze penuria de resurse naturale, ci, contribuind la sporirea randamentelor, poate determina si o reducere a consumurilor, a poluarii si in final a entropiei.

In prezent exista doar presupunerea unei asemenea evolutii a progresului tehnic, pe baza careia ar fi posibila definirea unui nivel minim al progresului tehnic (PT min 1) necesar contracararii epuizarii resurselor naturale, un altul (PT min 2) pentru reducerea entropiei si un al treilea (PT min 3) pentru a lupta impotriva epuizarii resurselor naturale ca urmare a utilizarii economice neadecvate (a randamentului energetic al sistemului economic). In continuare, aceste nivele ar putea fi comparate cu nivelul lor efectiv .

In analiza macroscopica bazata pe functii de productie incluzand ca variabile si resursele naturale in calitate de factorii de productie, elasticitatea substituirii dintre acestea si alti factori de productie poate oferi informatii despre caracterul sustenabil al dezvoltarii. Conditia este ca functia de productie sa fie astfel aleasa incat sa nu permita deformarea calculelor. De altfel, informatiile exprima doar elasticitatea substitutibilitatii din punct de vedere tehnico-economic, or, asa cum s-a precizat, resursele naturale au multiple functionalitati (in acelasi timp ecologice si economice) si multe dintre ele nu pot fi inlocuite de capitalul tehnic. Cu toate acestea, chiar daca nu se ofera o baza pentru nuantarea rezultatelor provenind din calculul surplusului emergetic disponibil AES, aceasta exista pentru rezultatele oferite de determinarea surplusului exergetic RS. Surplusul exergetic nu priveste decat ,functiile economice ale resurselor naturale. In consecinta, daca RS < 0 si daca elesticitatea de substitutie intre resursele noi si capital este supraunitara exista posibilitatea unei sustenabilitati economice. Pentru a avea, simultan, si o sustenabilitate ecologica, trebuie indeplinite si alte conditii, mai ales aceea ca AES