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Jesus Ramos Martin | CLETA - Pisa | 26 Aprile 2007

Energia Energia e e limitilimiti: : il metabolismo il metabolismo socialesociale

CLETA - Università di Pisa 26 Aprile 2007

Energia e limiti: il metabolismo sociale

Jesus Ramos-MartinInstitut de Ciència i Tecnologia Ambientals

Universitat Autònoma de Barcelona

Contenuto dalla presentazione

Metabolismo endosomatico ed exosomatico

Sistemi complessi ed analisi energetica

Crescita economica ed energia

Corba di Kuznets ambientale e Paradossa di Jevons

Riscchio

Conclusione: A prosperous way down

MSIASM: Un’approccio dalla Complessita’

Jesus Ramos Martin | CLETA - Pisa | 26 Aprile 2007Energia e limiti: il metabolismo sociale

METABOLISMO


Il flusso d’energia e di materiali a l’economia.

L’economia Neoclassica.


Il flusso d’energia e di materiali a l’economia.


Lotka e dopo Georgescu-Roegen introducono la distinzione fra metabolismo endosomatico e exosomatico

• Lotka e la sua tesi sobre l’evoluzione:a) Piu’ consumo di energiab) Piu’ eficienza nel uso de l’energia

• Odum: Maximum Power Principle, eMergy

• Costanza: Teoria energetica del valore


• Technological optimists (industrial ecology, Von Weisacker, etc..)

• Malenbaum and ‘intensity of use’

• Environmental Kuznets Curve (inverted-U, and N-shape curves)

Corba di Kuznets ambientale e Paradossa di Jevons


CRESCITA ECONOMICA E ENERGIA


Font: http://www.eia.doe.gov/

Consumo mondiale di energia


Font: BP Statistical Review 2005

Consumo mondiale di energia


Giampietro et al., 2006


Situazione negli USA


10

15

20

25

30

35

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

Ener

gy In

tens

ity M

j/$

20000

24000

28000

32000

36000

40000

44000

48000

Tota

l Ene

rgy

Con

sum

ptio

n Pj

EI Mj/$ TPES Pj

50010001500

2000250030003500

400045005000

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

GD

P B

illio

n $

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

TPE

S P

j

GDP Billion $ TPES Pj

Evolution of Energy Evolution of Energy Intensity and Total Intensity and Total Energy Consumption Energy Consumption in China, 1980 in China, 1980 –– 19991999

Evolution of GDP Evolution of GDP and TPES, and TPES, 1980 1980 –– 19991999

Situazione in Cina


7,00

7,25

7,50

7,75

8,00

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

IE M

J/Ū

(200

0)

600

800

1.000

1.200

Con

sum

Ene

rgia

Prim

�ria

PJ

EI MJ/$TET PJ

La situazione della Catalonia: Intensita’ energetica e consumo totale di energia primaria


600

800

1.000

1.200

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Con

sum

Ene

rgia

Prim

�ria

PJ

90.000

110.000

130.000

150.000

170.000

PIB

Mili

ons Ū

200

0

TET PJPIB Milions Ū

La situazione della Catalonia: Consumo totale di energia primaria e PIL


y = 0,0087x - 121,19R2 = 0,9856

600

800

1.000

1.200

90.000 110.000 130.000 150.000 170.000PIB Milions Ū 2000

La situazione della Catalonia: Correlazione tra consumo totale di energia primaria e PIL


6000

6500

7000

7500

8000

199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004

800.000

850.000

900.000

950.000

1.000.000

Domanda energia PJ

PIL milioni euro 1995

y = 0,008x - 245,82

R2 = 0,9406

6000

6500

7000

7500

8000

800.000

820.000

840.000

860.000

880.000

900.000

920.000

940.000

960.000

980.000

1.000.000

Italia, 1990-2004: Consumo energia primaria (PJ) e PIL (milione di euro di 1995) e correlazione

Fonte: Eurostat online, 17 Aprile 2007


3500

4000

4500

5000

5500

6000

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

400.000

450.000

500.000

550.000

600.000

650.000

Domanda energia PJ


y = 0,0094x - 49,568

R2 = 0,9952

3500

4000

4500

5000

5500

6000

400.000 450.000 500.000 550.000 600.000 650.000

Spagna, 1990-2004: Consumo energia primaria (PJ) e PIL (milione di euro di 1995) e correlazione



55.000

57.000

59.000

61.000

63.000

65.000

199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004

6.000.000

6.500.000

7.000.000

7.500.000

8.000.000

8.500.000

Domanda energia PJ


y = 0,0043x + 29282

R2 = 0,9605

55.000

57.000

59.000

61.000

63.000

65.000

6.000.000 6.500.000 7.000.000 7.500.000 8.000.000 8.500.000

UE-15, 1990-2004: Consumo energia primaria (PJ) e PIL (milione di euro di 1995) e correlazione



DEMATERIALIZAZIONE?


6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

IE M

J/Ū

(200

0)

600

800

1.000

1.200

1.400

Con

sum

Ene

rgia

Prim

�ria

PJ

EI MJ/$TET PJ

Corba di Kuznets ambientale e Paradossa di JevonsLa situazione di Catalonia: Dematerializazione relativa prevista al Piano de l’Energia di Catalonia

Predizione


smaller metabolic systemshave a higher metabolic rate

larger metabolic systemshave a lower metabolic rate

Size: 0.02 kg Size: 0.02 kg smallsmall

3.0 W/kgmetabolismper unit of mass

largelarge

10 kg ofelephant

5 W ofmetabolicenergy

10 kg of mice

30 W ofmetabolicenergy Are elephants dematerialized

versions of mice?

0.5 W/kgmetabolismper unit of mass

smallsmall

Size: 6,000 kg Size: 6,000 kg largelarge


FATTORI DI RISCHIO


[Growth in the Demand for Primary Energy among Regions of World (2000-2030)]

Agencia Japonesa de Recursos Naturals i Energiahttp://www.enecho.meti.go.jp/english/energy/world/outlook.html(visitada el 10 de Juliol de 2006)


Fattori che inducono l’evoluzione dei prezziCrescita della domanda

AIE fa predizione di crescita de l’1,6% anuale fino 2030, il DoE degli USA un 2%

Per al olio si passerà di 84 mbd il 2004 a 120 mbd il 2030


Peak Oil


Riserve probate di petrolio

Fonte: BP Statistical review of world energy 2006


Riserve vs. estrazione di petrolio

Fuente: BP Statistical review of world energy 2006


http://www.oilnergy.com/1obrent.htm#since88 17 Aprile 2007


ENERGIA DAL PUNTO DI VISTA DALLA COMPLESSITA’


Comprendere le economie come Sistemi Complessi:

• Comportamento no continuo (dovuto alle retroalimentazioni -- feedbacks);

• Struttura gerarchica (il sistema e’ composto di altri sistemi che apartengono ad un sistema magiore);

• Causalita’ interna (causalita’ auto-organizata, caratterizata per gli obbietivi del sistema, retroalimentazioni positive e negative, autocatalisi, propieta’ emergenti, e sorpresa);


• Possono non avere punti di equilibrio;

• Multiplicità di punti atrattori sono possibili;

• Puo darsi comportamento catastrofico, con bifurcazioni e salti tra atrattori, anche comportamento caotico dove la nostra capacita’ di predizione èlimitata.

•Per tanto, con sistemi complessi, adattativi, auto-reflessivi e auto-coscenti.


Multiple Scale Integrated Analysis of Societal Metabolism (MSIASM)

• Modelizazione a diferenti livelli gerarchici

• Integrazione della conoscenza di diverse discipline

• Uso di variabili monetarie e biofisiche

• Generazione de l’efetto ‘mosaico’: generazione di sinergismi a traverso l’uso in parallelo d’informazione di diverse discipline e di ridondanza


RELAZIONI A MSIASM

• L’Economia viene divisa in HH e PW

•PW = PS + SG + AG

•EI = TET / GDP

•EMRAS = TET / THA

•EMRHH = ETHH / HAHH ; EMRPW = ETPW / HAPW

•ELPPW = GDP / HAPW


EMRSA12.3 MJ/hour

Level n

δ

EMRPW137.7 MJ/hour

Level n-1

producingβ

* work load/year* level of education* retirement age

population structure

* employment

Saturation Index of Saturation Index of the FUND resource:the FUND resource:Human ActivityHuman Activity

FLOWFLOWFUNDFUND

Metabolic RateMetabolic Rateat level at level nn

FLOWFLOWFUNDFUND

Metabolic RateMetabolic Rateat level at level

FLOW

FLOW

FUND

FUNDHuman Activity

Human Activity

Exosomatic Energy

Exosomatic Energy

Technical OverheadTechnical Overheadon the FLOW resource:on the FLOW resource:Energy InputEnergy Input

* set of end uses* profile of distribution

over end uses* efficiency on end uses* mix of energy sources

PRODUCTION – Level n / Level n-1

THA344 Gh

TET4,200 PJ

SPAINSPAIN19991999

SIHA7%

HAPW

23 Gh

α

TOET 76%ETPW

3,200 PJ

γ

β

EMRHH

3.3 MJ/hour

consumingLevel n-1

EMRSA12.3 MJ/hour

Level n

δ* work load/year* level of education* retirement age

population structure

* employment

Societal OverheadSocietal Overheadon the FUND resource:on the FUND resource:Human ActivityHuman Activity

FLOWFLOWFUNDFUND

Metabolic RateMetabolic Rateat level at level nn

FLOWFLOWFUNDFUND

Metabolic RateMetabolic Rateat level at level

FLOW

FLOW

FUND

FUNDHuman Activity

Human Activity

Exosomatic Energy

Exosomatic Energy

Saturation IndexSaturation Indexon the FLOW resource:on the FLOW resource:Energy InputEnergy Input

* set of end uses* profile of distribution

over end uses* efficiency on end uses* mix of energy sources

HAHH

321 Gh

SOHA = 93%

α

CONSUMPTION – Level n / Level n-1

SIET = 24%ETHH

1,000 PJ γ

THA344 Gh

TET4,200 PJ

SPAINSPAIN19991999

Level n-1METABOLIC RATE = 3.3 MJ/h

FUND variable = 321 Gh

Exosomatic Throughput = 1,000 PJ

CONSUMPTION PRODUCTION

METABOLIC RATE = 137.7 MJ/h

FUND variable = 23 Gh

Exosomatic Throughput = 3,200 PJ

Level nMETABOLIC RATE = 12.3 MJ/hFUND variable = 344 Gh Total Exosomatic Throughput = 4,200 PJ

SG PS AG330 MJ/h 50 MJ/h56 MJ/h

5

15

GhLevel n-2

Level n-3

characteristics ofthe energy sector

FLOWFUND

Metabolic RateEMREMRSASA = 12.3 MJ/h= 12.3 MJ/h

EMREMRPWPW = 138 MJ/h= 138 MJ/h

EMREMRPSPS = 330 MJ/h= 330 MJ/h

EMREMRESES = ?= ?

ETPW

HAPW

ETPWHAPS

ETPS

23 Gh

3,200 PJ

2,300 PJ

7 Gh

EMRPW

137.7 MJ/hour

EMRPS

330 MJ/hour

Cosa fa MSIASM?

Rapresentazione del comportamento d’un sistema in termini di un congiunto d’atributi a treverso dell’utilizzo di “domini descritivi paralleli non equivalenti”.

La razionalità de l’approccio si basa in:

a) ‘efetto mosaico a traverso di livelli gerarchici’


Cosa fa MSIASM?

Rapresentazione del comportamento d’un sistema in termini di un congiunto d’atributi a treverso dell’utilizzo di “domini descritivi paralleli non equivalenti”.

La razionalità de l’approccio si basa in:

a) ‘efetto mosaico a traverso di livelli gerarchici’

b) ‘analisi di cicli impredicativi’


sleepingleisure

energy&water

36.3 Gh

othersectors

161.2 Gh

requirementof food (cereals)

Non-workingpopulation

302.2 Gh

300 Mh

population57.7 million

8760 hours/yearhuman activity

per capita

20%

60%

<1%

80%

exoexo--energyenergyconsumptionconsumption

121 GJ/121 GJ/yearyearper capitaper capita

14 MJ/14 MJ/hourhour

7 ExaJoules

201.5 GhActivepopulation

40% Total Human Activity503.7 Gh

actualwork

supply

>99%

36.0 Gh 23 GJ/hr

α

κ σ

minimumthroughputper hour ofwork in theenergy sector

WHOLESOCIETY

COMPARTMENTSOF SOCIETY

householdsector

economicsectors

Industry 33 %Serv&Gov. 61 %Agriculture 5 %

ITALY1999

δ


Essempio di ILA


THA

HAPW

ET PW

TET

405576 PJ

6223 Gh

51871 Gh

291746 PJ

SI HA= 12

.0%

ExMRPW = 46.88 MJ/h

SI ET= 71.93%

EMRSA = 7.82 MJ/h

World 1999

THA

HAPW

GDP

GDP

39,841 Billion $

6223 Gh

51871 Gh

SI HA= 12

.0%

ELPPW = 6.4 $/h

GDPPC = 0.76 $/h

World 1999

39,841 Billion $

Biophysical Biophysical and and Economic Economic ILA of ILA of the the World 1999World 1999


China

#1

#2

India

#2

India

#3

formerUSSR

#3

formerUSSR

#4

AUSCAN

#4

AUSCAN

#5

rest OECD

#6

Rest of the World

type#1 type#2 type#3 type#4 type#5 type#6

profile of distributionof population over thesix metabolic types

1 billion

2 billion

whole world characteristics of metabolismat the level of the world

Representation of exosomatic metabolism of the Representation of exosomatic metabolism of the World as composed by different country typesWorld as composed by different country types


#2 India

#3 formerUSSR

#4 AUSCAN

#1 China

#6rest OECD#5 Rest of the World

SI ET= 70.22%

SI ET= 67.24%

SI ET= 75.20%

SI ET= 73.40%

SI ET= 75.80%

SI ET= 53.58% EMR

PW = 15.81 Mj/h

EMRPW = 150.15 Mj/h

EMRPW = 25.41 Mj/h

EMRPW = 130 Mj/h

EMRPW = 281.25 Mj/h

EMRPW = 11.38 Mj/h

SI HA= 18.40%

SI HA= 11.1%

SI HA= 7.86%

SI HA= 10.45%

SI HA= 8.49%

SI HA= 10.82%

EMRSA = 4.14 Mj/h

EMRSA = 4.19 Mj/h

EMRSA = 15.68 Mj/h

EMRSA = 38.77 Mj/h

EMRSA = 15.04 Mj/h

EMRSA = 2.30 Mj/h

EMRHH = 1.51 Mj/h

EMRHH = 1.55 Mj/h EMRHH = 4.22 Mj/h

EMRHH = 10.48 Mj/h EMRHH = 4.37 Mj/h

EMRHH = 1.20 Mj/h ILAs for the categories ILAs for the categories of of countriescountries


THA

HAPW

ET PW

TET

218591 PJ

890 Gh

9779 Gh

165044 PJ

SI HA= 9.

1%

ExMRPW = 185.4 MJ/h SI ET

= 75.5%

OECD 1999OECD 1999

EMRSA = 22.35 MJ/h

804 Gh

188612 PJ

143008 PJ

9143 Gh

ExMRPW = 177.7 MJ/h

OECD 1990OECD 1990

SI HA= 8.

8% EMRSA = 20.63 MJ/h

SI ET= 75.8%

αα

ββ

γγ

δδ

OECD 1990 and 1999

EMRHH = 6 MJ/h

EMRHH = 5.46 MJ/h

ILA for OECD in ILA for OECD in 1990 and 19991990 and 1999

The comparison between China and OECDThe comparison between China and OECD


THA

HAPW

ET PW

TET

45493 PJ

2020 Gh

10981 Gh

31946 PJ

SI HA= 18

.4%

ExMRPW = 15.81 MJ/h

SI ET= 70.2%

China 1999China 1999

EMRSA = 4.14 MJ/h

1809 Gh

36474 PJ

31684 PJ

9944 Gh

ExMRPW = 17.51 MJ/h


SI HA= 18

.2% EMRSA = 3.67 MJ/h

SI ET= 86.7%

αα

ββ

γγ

δδ

China 1990 and 1999

EMRHH = 1.51 MJ/h

EMRHH = 0.59 MJ/h

ILA for China 1990 and 1999ILA for China 1990 and 1999


HAPW

ET PW

TET218591890

9779 Gh

165044

EMRPW = 185.4 MJ/hSIET = 75.5%

OECD 1999OECD 1999

OECD and China OECD and China 19991999

2020 45493

31944SIET = 70.2%


10981THAEMRSA = 22.35 MJ/h

SIHA = 9.1%

SIHA = 18.4% EMRSA = 4.14 MJ/h

EMRPW = 15.81 MJ/hGh

Gh

PJ

PJ Jesus Ramos Martin | CLETA - Pisa | 26 Aprile 2007Energia e limiti: il metabolismo sociale

A Prosperous Way DownPrinciples and Policiesby Howard T. Odum, Elisabeth C. OdumUniversity Press of Colorado (June 2001)ISBN: 0870816101

Conclusione


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un descompresor TIFF (sin comprimir).

El Roto, El País 7 Febbraio 2007

Stiamo cercando che le macchine mangiano pane, e gli unomini petrolio


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