SISTEMAS DE AQUAPONIA ACIONADOS POR ENERGIAS LIMPAS: UMA COMBINAÇÃO SUSTENTÁVEL

Priscila Kohiyama de Matos Silva Siqueira

Engenheira civil, Mestranda em Tecnologias Limpas – Centro Universitário de Maringá – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil.

priscilla.matos@unicesumar.edu.br

Márcia Aparecida Andreazzi

Prof^a Dr^a do Programa de Mestrado em Tecnologias Limpas e do Departamento de Agronomia/ Centro Universitário Cesumar – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil. Pesquisadora do Instituto Cesumar de Ciência, Tecnologia e Inovação (ICETI)

marcia.andreazzi@unicesumar.edu.br

Edison Schmdit Filho

Prof. Dr. do Programa de Mestrado em Tecnologias Limpas e do Departamento de Agronomia/ Centro Universitário Cesumar – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil. Pesquisador do Instituto Cesumar de Ciência, Tecnologia e Inovação (ICETI)

edison.schmidt@unicesumar.edu.br

Francielli Gasparotto

Prof^a Dr^a do Programa de Mestrado em Tecnologias Limpas e do Departamento de Agronomia/ Centro Universitário Cesumar – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil. Pesquisadora do Instituto Cesumar de Ciência, Tecnologia e Inovação (ICETI)

francielli.gasparotto@unicesumar.edu.br

Luciana Cristina Soto Herek Rezende

Prof^a Dr^a do Programa de Mestrado em Tecnologias Limpas e do Departamento de Engenharia Civil/ Centro Universitário Cesumar – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil. Pesquisadora do Instituto Cesumar de Ciência, Tecnologia e Inovação (ICETI)

luciana.rezende@unicesumar.edu.br

Alessandra de Castro Silva Pedrangelo

Arquiteta e urbanista, Mestre em Tecnologias Limpas – Centro Universitário de Maringá – Unicesumar, campus Maringá – PR, Brasil.

alepedrangelo@gmail.com

RESUMO

Este artigo de revisão objetivou discutir as contribuições de um sistema aquapônico acionado por fontes de energia limpa, de forma a promover a sensibilização dos produtores sobre sistemas de produção de alimentos mais sustentáveis.

Palavras-chaves: energias renováveis; hidroponia; produção de peixes; produção sustentável.

ABSTRACT

This review article aimed to discuss the contributions of an aquaponic system moved by clean energy sources, in order to promote farmers' awareness of sustainable food production systems.

Keywords: renewable energies; hydroponics; fish production; sustainable production.

1. Introdução

As condições de vida humana no planeta estão ameaçadas, comprometendo a qualidade das gerações futuras, por isso, o modo de produção e consumo trazem sérias ameaças à população (ZULAUF, 2000).

O mundo precisa de soluções que busquem o aumento da produção de alimentos, sem comprometer ainda mais o meio ambiente, garantindo à população maior segurança alimentar e condições de igualdade (NASCIMENTO et al., 2012).

De fato, no Brasil durante os últimos anos, foram desenvolvidos estudos e projetos com o objetivo de difundir e aplicar sistemas sustentáveis na produção de alimentos além de promover a conscientização dos produtores e consumidores com relação a necessidade destes sistemas. O aumento da demanda por alimentos e a escassez de água elevam a necessidade de desenvolvimento de sistemas sustentáveis (TUNDISI, 2008).

A problemática da escassez de água no planeta, em conjunto com o aumento populacional nas áreas urbanas e a necessidade em produzir alimentos para atender a demanda crescente da população, vem constituindo uma grande entrave mundial, sendo necessária a busca por sistemas sustentáveis de produção de alimentos que otimizem o espaço destinado ao cultivo (HUNDLEY et al., 2013).

Considerando as questões relacionadas à disponibilidade de solo e água, sabe-se que a produção de alimentos exige grandes volumes de água (DIVER, 2006). Neste contexto, emerge como alternativa de sistema sustentável de produção de alimentos, a técnica de aquaponia, que consiste no cultivo de vegetais, integrado à piscicultura, permitindo a redução de uso de água e o aproveitamento dos resíduos orgânicos (ROOSTA; AFSHARIPOOR, 2012). De acordo com Hundley et al. (2013), o sistema de recirculação de água da aquaponia reduz o impacto ao meio ambiente gerado pela produção de alimentos e proporciona uma economia de 90% no consumo de água destinado à produção de hortaliças em comparação ao cultivo tradicional.

Os principais pontos de destaque relacionados ao emprego desta técnica versam sobre o cultivo de peixes, fontes de proteína animal de elevada qualidade e a produção de vegetais, como frutas e hortaliças, fontes de variados nutrientes, associado ao baixo consumo de água, reduzida produção de resíduos e menor ocupação de espaço, resultando em uma sinergia perfeita entre piscicultura, processos biológicos e plantas (ROOSTA; AFSHARIPOOR, 2012). Desta forma, observa-se que a aquaponia segue ao encontro dos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS), visto que discussões sobre produção de alimentos, consumo responsável e manejo sustentável da água estão elencadas entre os ODS (UNESCO, 2015).

Contudo, como pontos restritivos ao sistema, Dediu, Cristea e Xiaoshuan (2012) afirmaram que ao envolver o funcionamento de dois sistemas de produção, a aquaponia gera um rendimento extra para o produtor, no entanto, a implantação destes dois sistemas resulta em maior investimento inicial e o cultivo dos vegetais e dos peixes deve estar em plena capacidade de produção a fim de garantir o retorno do investimento.

Associado a este fato, ressalta-se que o consumo de energia na aquaponia, decorrente dos sistemas de bombeamento e aeração também deve ser considerado. Camargo (2018) reporta que além da análise dos custos com a energia elétrica, a instalação de sistemas alternativos de energia, como o uso de energia solar, pode conferir maior segurança ao sistema aquapônico em situações de blackout, pois o comprometimento da aeração dos tanques pode resultar em alta mortalidade dos peixes. Neste âmbito, a busca por um sistema aquapônico produtivo, mais seguro e sustentável o ideal seria implantar sistemas de aquaponia acionados por energias limpas ou renováveis.

O uso de fontes renováveis de energia promove a diversificação, o desenvolvimento de novas tecnologias, a descentralização da produção energética e minimiza os impactos ambientais, pois reduz as emissões de CO₂ e amenizar a dependência energética dos combustíveis fósseis (NASCIMENTO et al., 2012).

O Brasil, devido a sua extensão territorial, incidência solar, e grande área costeira é um país promissor na geração de energias renováveis, sobretudo eólica e solar (PINTO; MARTINS; PEREIRA, 2017). Estas tecnologias emergem como alternativa de geração complementar e de expansão da capacidade geradora e suas aplicações devem ser estimuladas nos mais diferentes segmentos, inclusive em sistemas de aquaponia.

O sistema de produção aquapônico é uma técnica utilizada com sucesso em muitos países, incluindo Estados Unidos, Austrália e também em países europeus, contudo, no Brasil o emprego comercial desta técnica ainda é discreto (GEISENHOFF et al., 2016). Apesar do baixo consumo de água, da redução de impactos ambientais, da produção de duas fontes de renda em um único sistema, mais estudos que forneçam informações para permitir a implementação deste sistema sob condições brasileiras são fundamentais (GEISENHOFF et al., 2016).

Desta forma, o objetivo geral desta pesquisa foi realizar uma revisão de literatura sobre a aquaponia e enfatizar a possibilidade de tornar o sistema mais sustentável, por meio do emprego de diferentes fontes de energia renovável para sua manutenção energética, e assim, apresentar informações que possam ser utilizadas pelos produtores que se sentirem estimulados pela busca de sistemas de produção de alimentos mais produtivos, seguros energeticamente e sustentáveis.

2. Referencial Teórico

1. Definição e Histórico da Aquaponia

A aquaponia é a ciência que integra a produção de peixes e plantas em um ambiente simbiótico em que os resíduos dos peixes são utilizados como fertilizantes pelas plantas (ROOSTA; AFSHARIPOOR, 2012).

Os nutrientes do metabolismo dos peixes se acumulam em concentrações semelhantes às soluções nutritivas do sistema hidropônico (RAKOCY; MASSER; LOSORDO, 2006) e, geralmente, a qualidade do produto vegetal obtido é maior em comparação com aquelas originadas de cultivo tradicional (DEDIU; CRISTEA; XIAOSHUAN, 2012).

A aquaponia constitui uma forma sustentável de produção de alimentos com otimização dos espaços e recursos naturais (HUNDLEY et al., 2013). É um sistema fechado com uma inter-relação entre o resíduo do peixe e o vegetal, composto por três dispositivos: sistema de produção de peixe em fluxo contínuo, hidroponia e sistema de biofiltro (EMBRAPA, 2015).

Os registros mais antigos da aquaponia são dos Aztecas, que habitavam a região do México entre os séculos XIV e XVI e construíram ilhas denominadas chinampas nas quais cultivavam plantas em lagos rasos contendo diferentes organismos aquáticos (YÁÑES, 2013). Outro exemplo de sistemas aquapônicos remotos é o cultivo dos campos de arroz inundados em combinação com peixes no sul da China, Tailândia e Indonésia.

A integração entre a criação de peixes em sistema intensivo e a produção vegetal é praticada com sucesso em países como Estados Unidos, Austrália, México, Israel e também, em países da Europa (EMBRAPA, 2015). As pesquisas sobre aquaponia foram desenvolvidas tanto em nível comercial, quanto em pequena escala, conhecidas internacionalmente como os backyard aquaponics ou aquaponia de quintal. Em países como Austrália, Estados Unidos e Canadá empresas já fornecem os equipamentos e consultorias para desenvolvimento de sistemas compactos de aquaponia voltados para residências e apartamentos (CARNEIRO et al., 2015).

Na Alemanha, uma fazenda urbana com uma estufa de 1,8 mil metros quadrados produz, anualmente, cerca de 35 toneladas de verduras e legumes e 25 toneladas de peixes. Esta fazenda, localizada no Instituto Leibniz de Ecologia de Água Doce e Pesca Interior (IGB) de Berlim, compõem o projeto “Innovative Aquaponics for Professional Application High-tech”(INAPRO HIGH-TECH), que reúne 18 parceiros de oito países (INAPRO, 2018).

No Brasil, estudos sobre hidroponia e aquicultura, isolados, existem há mais de 50 anos, contudo, as pesquisas sobre aquaponia tornaram-se mais consistentes somente na última década (CARNEIRO et al, 2015) e vem atraindo a atenção de pesquisadores e produtores (EMBRAPA, 2015).

2.2. Aquaponia e os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável

Os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS) foram definidos pelas Nações Unidas e compõem uma agenda global, adotada em setembro de 2015, totalizando 17 objetivos e 169 metas a serem atingidas até 2030. Estes objetivos envolvem ações para acabar com a pobreza, promover a prosperidade e o bem-estar para todos, proteger o meio ambiente e enfrentar as mudanças climáticas (UNESCO, 2015).

A aquaponia pode contribuir diretamente com os ODS, sobretudo com ODS 2 - que versa sobre a necessidade de divulgar ações que promovam a segurança alimentar; o ODS 6 – que busca garantir a disponibilidade e manejo sustentável da água e saneamento para todos e o ODS 12 – que trata do consumo e produção responsáveis e que objetiva assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.

Com relação ao ODS 2 - sem fome e ODS 12 – consumo e produção responsável, sabe-se que o crescimento populacional desordenado nos centros urbanos demanda a necessidade de alimentos em elevada quantidade em regiões pontuais. A aquaponia constitui uma alternativa, pois possibilita a produção de proteína animal de boa qualidade oriunda da aquicultura, baseada num sistema de reaproveitamento, com baixo consumo de água e produção de resíduos, combinada com a produção de hortaliças em sistema de hidroponia, resultando em uma sinergia perfeita entre a utilização de peixes, processos biológicos e plantas (EMBRAPA, 2015).

Em um sistema aquapônico cultivando alface e tilápia, Geisenhoff et al. (2016) notaram que a água residual do cultivo das tilápias pode fornecer nutrientes suficientes para a produção de alface, tornando desnecessária a adubação suplementar com produtos comerciais. Concordando, Cani et al. (2013) enfatizaram a viabilidade técnica da integração entre a produção intensiva de tilápias em sistema fechado de recirculação de água com a produção de alfaces em hidroponia.

Na busca pelo manejo sustentável da água (ODS 6), a aquaponia constitui um sistema de produção de alimento sustentável e, em comparação com a olericultura, sistema tradicional de cultivo de plantas no solo, pode reduzir o consumo de água em até 90% (EMBRAPA, 2015). O cultivo hidropônico reduz o consumo de água, em função do uso do efluente da aquicultura como fertirrigação para o cultivo dos vegetais, assim, esta associação diminui os impactos gerados ao meio ambiente, sobretudo aos corpos d´água, dos despejos dos efluentes da aquicultura (MARISCAL-LAGARDA et al., 2012)

Lennard (2004) abordou sobre as crescentes restrições e custos relacionados ao uso da água e sobre a necessidade dos produtores rurais em inúmeros países em procurarem alternativas mais econômicas da utilização da água para a produção de alimentos.

Além da racionalidade do consumo de água para a produção de hortaliças (GRABER; JUNGE, 2009) o sistema permite o reaproveitamento do efluente gerado pela aquicultura por meio da recirculação e manutenção do sistema hidropônico. As plantas removem os metabólitos presentes na água, prejudiciais aos peixes, permitindo seu desenvolvimento (HUNDLEY et al., 2013). O manejo do efluente da aquicultura evita o despejo em corpos de água e fornece um fertilizante natural para o cultivo hidropônico (MARISCAL-LAGARDA et al., 2012). A troca de água nos sistemas aquapônicos é de, aproximadamente, 2% e os nutrientes do metabolismo dos peixes acumulam-se em concentrações semelhantes às soluções nutritivas do sistema hidropônico (RAKOCY; MASSER; LOSORDO, 2006).

Mariscal-Lagarda et al. (2012) também verificaram a redução no consumo de água em pesquisa conduzida em um sistema de aquaponia cultivando camarão (Litopenaeus vannamei) e tomate (Lycopersicon esculentum Mill). O estudo quantificou o consumo de água de 2,1m³ por quilo de camarão e tomates produzidos. Comparado ao sistema tradicional de cultivo do camarão, o consumo médio de água varia entre 67 a 113m³ por quilo.

Em um estudo comparativo entre a aquicultura e a integração com a aquaponia Geisenhoff et al. (2016) observaram, na aquicultura, um consumo de 360 litros diários e, após a integração do sistema, o consumo foi reduzido para 200 litros diários, considerando o mesmo volume de peixes. Os autores também constataram que o desenvolvimento das plantas foi satisfatório, não foi necessária a adição de fertilizantes químicos e que o efluente dos peixes forneceu os nutrientes necessários, evidenciando a eficiência do sistema.

A aquicultura tradicional gera impactos ambientais pelo descarte de efluentes e pelo risco de introdução de espécies e patógenos no meio ambiente aquático local, por outro lado, a aquaponia se constitui em uma técnica ecologicamente correta, pois reaproveita os nutrientes e permite a nitrificação bacteriana, com a consequente fixação de nitrogênio pelos vegetais. (BARBOSA, 2013).

2.3. Critérios para a Instalação de um Sistema de Aquaponia

O sucesso em um sistema de aquaponia depende de vários fatores que devem ser considerados, sobretudo referentes aos aspectos construtivos, discutidos a seguir.

A definição da densidade de peixes e de plantas deve considerar que a produção hidropônica possui o seu ciclo variável conforme a espécie, de 25 a 90 dias, e o ciclo dos peixes tem a duração de aproximadamente 210 a 270 dias. De acordo com Rakocy, Masser e Losordo (2006) a proporção dos volumes dos tanques de criação de peixes e do cultivo hidropônico varia entre 1:1 à 1:4. Já Nelson (2007) dimensiona para cada 1 kg de peixe, 7 kg de vegetais. Segundo a FAO (FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS, 2014), a densidade máxima de estocagem de peixes deverá ser de 20 kg de peixe por mil litros de água, por outro lado, COÊLHO et al. (2014) definiram uma densidade populacional de 100 peixes por metro cúbico.

Sobre o povoamento dos peixes, Rakocy, Masser e Losordo (2006) recomendam povoar os tanques de aquicultura com diferentes grupos de tamanhos de peixes: alevinos, juvenis e adultos e, após cada despesca parcial, o tanque deve ser repovoado com o mesmo número de alevinos, com separações de grades ou outras soluções para diferenciação dos tamanhos de peixes.

Ainda com relação ao povoamento e taxa de renovação de água, Carneiro et al. (2015) afirmaram que para uma densidade de 10 Kg/m³, devem ser utilizadas caixas entre 100 e 1000 litros e, no quesito fluxo de água, a velocidade não pode exigir grande esforço natatório dos peixes, pois pode prejudicar o crescimento, porém, o fluxo deve garantir a retirada dos dejetos produzidos pelos peixes e assim evitar o acúmulo de resíduos nos tanques. A taxa de renovação de água está relacionada diretamente à densidade de estocagem dos peixes, devendo ser de, pelo menos, metade do volume do tanque a cada hora para densidades de até 10 kg/m³ e, para densidades maiores, deve ser total em uma hora. Neste caso, para um tanque com capacidade de 500L e com mais de 5 kg de peixes, deve ser utilizada uma bomba que garanta uma vazão de, pelo menos, 500 L/hora sendo necessário também o uso de filtro de sólidos, concluíram os autores.

A instalação do filtro de sólidos é necessária para evitar o entupimento do sistema pelos resíduos sólidos gerados. Existem várias opções de filtros decantadores, porém, o mais eficiente é o modelo com fundo cônico, onde os resíduos se sedimentam e podem ser retirados por meio de uma válvula instalada na sua base. Como este material é rico em matéria orgânica devido as fezes de peixes, ele pode ser aplicado diretamente ao solo como adubo orgânico na agricultura ou destinado a um biodigestor anaeróbico, com a possibilidade de produção de biogás (EMBRAPA, 2015).

O sistema de aeração da aquaponia deve ser adequado para os peixes, plantas e bactérias nitrificantes do filtro biológico. Em clima tropical, a quantidade de oxigênio dissolvido na água deve ser superior a 3 mg/L e pode ser mantida pelo emprego de compressores ou sopradores de ar (aeradores) (RAKOCY; MASSER; LOSORDO, 2006). Carneiro et al. (2015) reportaram que a aeração deve estar presente no tanque de aquicultura e, conforme o design do sistema, difusores também devem ser instalados em outros compartimentos, como o ambiente de cultivo das plantas.

Concernente aos processos biológicos do sistema sabe-se que na aquaponia existe um fluxo contínuo de nutrientes entre diferentes organismos vivos e processos biológicos presentes, dentre eles, a nitrificação bacteriana. O nitrogênio orgânico existente nos resíduos de ração não ingeridos pelo sistema de aquicultura é decomposto em amônia, por meio de microrganismos heterotróficos presentes na água, podendo ocasionar toxidade às plantas e peixes, sendo necessária a remoção da amônia (CARNEIRO et al., 2015; CANASTRA, 2017).

O papel de conversão da amônia ( ) em nitrito ( -) e este em nitrato ( -) transformando substâncias tóxicas em nutrientes benéficos para a hidroponia é realizado pelas bactérias nitrificantes. Os limites máximos de nitrogênio na forma de amônia total em viveiros de aquicultura devem estar entre 0,4 e 2,0 mg/L (BOYD; TUCKER, 1998).

O nitrogênio constitui um nutriente essencial para o desenvolvimento das plantas e, na forma de nitrato, possui uma maior taxa de absorção, por isto o manejo das colônias de bactérias é fundamental para o sistema. Algumas plantas, como o agrião (Nasturtium officinale), o lírio do brejo (Hedychium coronarium), o papiro (Cyperus papyrus) e a taboa (Typha domingensis), têm capacidade de reduzir os níveis de amônia por meio da absorção em seu sistema radicular e são utilizadas como filtros biológicos (DEDIU; CRISTEA; XIAOSHUAN, 2012).

O pH no sistema aquapônico deve ser monitorado por possuir três organismos diferenciados: os peixes, as plantas e as bactérias nitrificantes. As bactérias nitrificantes são aeróbicas e sua faixa adequada de pH encontra-se entre 7,0 e 8,0. As plantas possuem um melhor desenvolvimento no intervalo de pH entre 5,5 à 6,5. Com relação ao cultivo de peixes, a faixa de pH ideal situa-se entre 7,5 e 9,0. Diante do exposto, a faixa mais indicada de pH no sistema aquapônico é próximo de 7,0 (RAKOCY; MASSER; LOSORDO, 2006).

Com referência aos sistemas de cultivos para aquaponia destaca-se o uso de bandejas flutuantes ou floating rafts, calhas hidropônicas ou NFT (Nutrient Film Technique) e Media-filled bed ou gravel bed. As bandejas flutuantes ou floating rafts são de poliestireno contendo orifícios espaçados entre si conforme a espécie vegetal e sua forma de crescimento. As raízes permanecem submersas necessitando de uma forma de aeração para manter a oxigenação da água, indispensável às bactérias nitrificantes que colonizam as paredes e fundos destas placas (RAKOCY; MASSER; LOSORDO, 2006; CANASTRA, 2017).

As calhas hidropônicas ou NFT (Nutrient Film Technique) são as calhas ou tubos de policloreto de vinil (PVC) com berçários, com espaçamento definido de acordo com a espécie a ser cultivada para disposição das mudas das plantas. Neste sistema, as raízes são alimentadas com uma fina camada de água com nutrientes que percorre a tubulação. As calhas hidropônicas são dispostas paralelamente e com desnível entre 8 a 12 % para possibilitar o transporte do efluente por gravidade (GUERRERO-MONROY; DEL VIVAR; FÉLIX-GASTELUM, 2012).

O media-filled bed ou gravel bed consiste no uso de substratos inertes como a argila expandida, pedra brita, seixos, rochas vulcânicas, areia grossa, perlita ou caliças de telhas cerâmicas, sendo a argila expandida e a pedra brita os substratos mais frequentemente utilizados. Estes dois substratos são favoráveis para o desenvolvimento das raízes dos vegetais e das colônias de bactérias do sistema de aquaponia (CARNEIRO et al., 2015).

Para implantação de um sistema de aquaponia deve-se atentar para a fonte de energia que será utilizada. O sistema de bombeamento dos efluentes provenientes da aquicultura após o sistema de filtragem com plantas rizosféricas e substratos drenantes necessitam de energia para bombeamento para as calhas hidropônicas. Além deste sistema, a aeração para o cultivo aquapônico também depende de energia para seu funcionamento. Portanto, a discussão sobre fontes energéticas para a aquaponia é apresentada na sequência.

4. Aquaponia e Energia Limpa

Pazheri, Othman e Malik (2014) reportaram que as formas de geração de energia elétrica atuais se constituem uma temática preocupante e urgente, já que os processos convencionais de geração estão os principais responsáveis pelas emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE).

O Brasil é um os países que mais emite CO₂ no mundo e, durante muitos anos, este fato foi atribuído ao desmatamento e queimadas na Floresta Amazônica (LOAIRE; ASNER; FIELD, 2009). No entanto, o Sistema de Estimativa de Emissão de Gases de Efeito Estufa (SEEG) evidenciou um aumento alarmante, indicando que o setor de energia apresentou a maior taxa média de crescimento anual de emissões no período 2013-2015 (PINTO; MARTINS; PEREIRA, 2017), superando as emissões da agropecuária e praticamente equiparando-se às emissões por mudança de uso da terra (AZEVEDO et al., 2017), por isso, o Brasil, no intuito de atender os compromissos internacionais assumidos, tem buscado de forma contínua, a manutenção de uma matriz energética limpa (BRASIL, 2016; SANTOS et al., 2017).

As fontes renováveis de energia, como os biocombustíveis, o biodiesel, o etanol, o hidrogênio, o biogás, a biomassa, a energia eólica, solar, fotovoltaica, hidrelétrica, maremotriz e geotérmica, promovem a diversificação das fontes, o desenvolvimento de novas tecnologias, a descentralização da produção energética e incentivam o desenvolvimento sustentável, já que minimizam os impactos ambientais pela redução das emissões de CO₂ e da dependência energética dos combustíveis fósseis (NASCIMENTO et al., 2012).

Camargo (2018) reporta sobre a necessidade em se analisar os custos com a energia elétrica consumida no sistema aquapônico e discorre sobre a instalação de sistemas alternativos de energia, como o uso de energia solar, tendo em vista a maior segurança energética do sistema em situações de blackout que podem causar prejuízo na aeração dos tanques e resultar em alta mortalidade dos peixes.

O Brasil, por suas características continentais, localização geográfica, relevo, hidrografia e clima tropical, é favorável para o aproveitamento de diversas fontes renováveis (PINTO; MARTINS; PEREIRA, 2017), sobretudo eólica e solar (SCHMIDT; CANCELLA; PEREIRA JÚNIOR, 2016), por isso, buscando um sistema de aquaponia mais produtivo, seguro e sustentável energeticamente, o ideal seria o emprego de energias limpas ou renováveis como as descritas a seguir.

1. Energia Eólica

Os registros da utilização da conversão da energia cinética dos ventos em energia mecânica datam de 3000 anos atrás e descrevem os moinhos de vento utilizados para moagem de grãos e bombeamento de água.

Na década de 1970, com a crise internacional do petróleo, ocorreu o interesse e investimentos para viabilizar o desenvolvimento da geração de energia eólica e a aplicação de equipamentos em escala comercial (LOPEZ, 2012). O grande desenvolvimento da utilização desta forma de energia para geração de eletricidade resultou, na Dinamarca e nos Estados Unidos, no final do século XIX, na fabricação das primeiras turbinas por pequenas companhias de equipamentos agrícolas (MARTINS; GUARNIERI; PEREIRA, 2008).

Após a concentração desta tecnologia na Europa e Estados Unidos, o mercado ampliou as instalações e fábricas na Ásia, e de forma mais singela na América Latina e África. No meio da década de 2000 a utilização de energia eólica estava distribuída pelo mundo, sendo considerada uma energia renovável de grande contribuição para a redução de emissões de gases de efeito estufa e competitiva (TOLMASQUIM, 2016).

No Brasil, a instalação do primeiro aerogerador foi em 1992 no arquipélago de Fernando de Noronha e, no ano de 2016, 336 usinas eólicas estavam operando no Brasil, totalizando uma potência instalada da ordem de 8195 MW (ANEEL, 2016), dados que colocam o Brasil na quinta posição do ranking mundial de expansão da capacidade instalada de geração eólica. Em 2016, a capacidade mundial de geração eólica foi de 486,749MW, sendo a China responsável por 34,7%, Estados Unidos por 16,9%, Alemanha por 10,3% e o Brasil com 2,2% na participação mundial da matriz eólica (GLOBAL WIND, 2016). O recurso eólico contribui com uma participação da ordem de 6% da matriz elétrica nacional (PINTO; MARTINS; PEREIRA, 2017).

A utilização da energia eólica para geração elétrica tem aumentado mundialmente nos últimos anos, sendo a maioria dos parques eólicos instalados em terra (onshore), e com maior predominância na Europa, implantados no mar (offshore) (TOLMASQUIM, 2016). Segundo a Global Wind (2016) a potência eólica instalada aumentou de 74 GW, em 2006, para 486,8 GW em 2016. No Brasil, o crescimento foi de 237 MW em 2006, para 10740 MW em 2016. O estado do Rio Grande do Sul possui a maior concentração de parques eólicos, 125, gerando 3420GW e o Paraná possui apenas um parque eólico com a geração de 3GW.

O Brasil devido a sua dimensão, 8.514.215 km², é o quinto país do mundo e o maior da América Latina em área territorial e com 7.367km de extensão litorânea é um país favorável para produção de energia eólica (PINTO; MARTINS; PEREIRA, 2017).

Em 2014 a contribuição brasileira das fontes renováveis de energia correspondia em 16% da capacidade instalada no sistema integrado nacional, mas, conforme o Plano Decenal Energético de 2024, a capacidade instalada no sistema expandirá 55% em dez anos e a parcela das fontes renováveis (biocombustível, eólica, solar e PCH, pequena central hidrelétrica) corresponderá a 47% (TOLMASQUIM, 2016).

O crescimento do aproveitamento eólico alavancou devido a políticas de promoção e inserção de energias renováveis e a implementação de mecanismos de apoio, como redução de impostos para a área de renováveis, mercado de crédito de carbono, taxas de carbono, sistemas de preços e de cotas e leilões de renováveis (TOLMASQUIM, 2016).

Incorporar a energia eólica à matriz energética brasileira traz segurança, devido à sua complementaridade com o regime hídrico e manutenção do caráter limpo e renovável (RAMPINELLI; ROSA JÚNIOR, 2012). Pinto, Martins e Pereira (2017) ressaltaram que o caráter renovável e o fato de não lançar poluentes para a atmosfera durante sua operação tornam a energia eólica uma das fontes mais promissoras para mitigação de problemas ambientais tanto em nível nacional quanto global.

2. Energia Solar Fotovoltaica

Os primeiros registros de produção de eletricidade a partir da energia solar datam de 1839, quando Edmond Becquerel, um físico francês, observou que duas placas de latão imersas em um eletrólito líquido produziram eletricidade quando expostas à luz solar, este fenômeno foi denominado de efeito fotovoltaico (MACHADO; MIRANDA, 2014). Anos mais tarde, em 1883, o inventor americano Charles Fritts, construiu uma bateria solar com folhas de selênio, porém com uma eficiência de conversão elétrica de apenas 1%. Neste processo evolutivo da energia fotovoltaica, a Bell Laboratories, em 1955, fabricaram os primeiros módulos fotovoltaicos com silício, com o intuito de investigar seu potencial para o setor de telecomunicações, inicialmente com eficiência de conversão elétrica de 6%. Ao longo dos vinte anos subsequentes, a utilização da energia fotovoltaica foi voltada, predominantemente, às aplicações espaciais (GREEN, 2005).

Contudo, como consequência da crise do petróleo na década de 1970, a energia fotovoltaica iniciou sua disseminação em áreas terrestres isoladas, utilizadas em conjunto de baterias (sistemas off-grid) e, ao final da década de 1990, alguns países promoveram programas de estímulos à geração fotovoltaica conectada à rede (sistemas on-grid) (TOLMASQUIM, 2016).

A energia proveniente do sol pode suprir as necessidades básicas naturais de iluminação natural, aquecimento e fotossíntese. Porém, para fins energéticos, a energia do sol pode ser empregada de duas maneiras: a fotovoltaica, que consiste na conversão direta da luz em eletricidade e a heliotérmica, proveniente de uma geração termelétrica, onde o fluido é aquecido a partir da energia solar para produzir vapor (TOLMASQUIM, 2016).

Em 2016 a geração total mundial de energia fotovoltaica foi de 333TWh, sendo que a China ocupou o primeiro lugar, com uma geração de 66,2 TWh, seguida dos Estados Unidos, com 56,8 TWh. Mas no Brasil, a exploração da energia solar é discreta perante o seu grande potencial. Em setembro de 2017 o Brasil possuía 438,3MW de potência instalada de geração solar, um valor muito baixo, principalmente quando se verifica que a irradiação média anual brasileira varia entre 1200 e 2400 kWh/m²/ano, acima da média da Europa (BRASIL, 2017).

O Brasil possui características favoráveis para a produção de energia fotovoltaica. O país está situado numa região com incidência mais vertical dos raios solares, condição que eleva os índices de irradiação em grande parte do território nacional, além disso, sua localização, em sua maioria, entre os Trópicos de Câncer e de Capricórnio favorece elevados índices de incidência da radiação solar, inclusive durante o inverno, proporcionando condições rentáveis para o aproveitamento energético do recurso solar (TOLMASQUIM, 2016).

Apesar da maior potência solar instalada no Brasil se concentrar na Bahia, Piauí, Mato Grosso do Sul, leste de Goiás e oeste de São Paulo, o maior potencial brasileiro localiza-se na região Nordeste, em função dos maiores valores de irradiação solar global, com maior média e menor variabilidade anual (PEREIRA et al., 2017).

A utilização da geração de energia elétrica pelo sistema fotovoltaica no Brasil é recente. Em 2011, foi inaugurada a primeira Usina Fotovoltaica em Tauá/ CE. Em 2013 empreendimentos de geração fotovoltaica foram habilitados para participarem de um leilão de energia nova e, em 2014 ocorreu a contratação de 890MW em Leilão de Energia de Reserva pelo MME e, após este leilão, ocorreram dois certames em 2015, contratando 1763 MW (PEREIRA et al., 2017).

No sistema de geração de energia fotovoltaica, a radiação solar incide sobre os materiais semicondutores, geralmente o silício, e são transformados diretamente em corrente contínua e, através de inversores, em corrente alternada. Os painéis fotovoltaicos são compostos por células fotovoltaicas e podem ser interconectados de forma a permitir a montagem de arranjos modulares que em conjunto aumentam a capacidade de geração de energia elétrica (RÜTHER, 2004).

Os coletores são associados em série e paralelos para formar os arranjos de geração com a tensão e a corrente desejada. Em sistemas isolados (off-grid), além dos equipamentos citados, usualmente são utilizadas baterias e controladores de carga para possibilitar o funcionamento do sistema (TOLMASQUIM, 2016).

A potência nominal dos módulos fotovoltaicos indica a potência do sistema testado em laboratório com condições padrões: irradiação de 1000 w/m², massa de ar de 1,5 e temperatura da célula de 25ºC (RÜTHER, 2004).

A inclinação dos coletores fotovoltaicos do sistema pode potencializar o aproveitamento do recurso, por isso considera-se o posicionamento em ângulo igual à latitude do local, entretanto, as condições climáticas de cada local devem ser avaliadas. Quando é necessário otimizar os coletores para maximizar a irradiação em determinada estação ou mês, os painéis podem ser alterados para um ângulo maior que latitude do local e, em locais próximos da linha do Equador, é indicado um ângulo mínimo de 10º nos projetos, evitando o acúmulo de sujeira nos módulos e facilitando a limpeza natural pelas chuvas. Em cidades com estações chuvosas, o ângulo que possibilita a maior otimização deve ser maior que a latitude (PINHO; GALDINO, 2014).

Além da inclinação, a irradiação solar pode ser maximizada com sistemas de seguimento de um eixo e o ganho de energia com este sistema pode variar de 20% a 50% (TOLMASQUIM, 2016).

2. Considerações Finais

A aquaponia contribui positivamente na busca por sistemas produtivos de alimentos mais sustentáveis, principalmente em função do baixo consumo de água, da redução de impactos ambientais e da produção de duas fontes de alimento e renda em um único sistema.

O presente estudo, que versou desde a definição, histórico, relação da aquaponia com os ODS e seus critérios de instalação, evidenciou todos estes benefícios. Porém, foram apresentadas alternativas para tornar o sistema mais seguro e sustentável, baseado no emprego de fontes de energias limpas, destacando-se a energia eólica e solar fotovoltaica, que no Brasil, se constituem em fontes promissoras.

Considera-se imperativo que estudos sobre a busca por sistemas de produção mais sustentáveis sejam constantemente avaliados, atualizados e divulgados, garantindo a produção de alimentos e a proteção ao meio ambiente.

Referências

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL – 2016. Banco de Informações de Geração. Disponível em < http://minilink.es/3q7p>, acessado em 07 de março de 2018.

AZEVEDO, J. P. M.; NASCIMENTO, R. S.; SCHRAM, I. B. Energia eólica e os impactos ambientais: um estudo de revisão. Revista UNINGÁ, v. 51, p. 101-106, 2017.

BARBOSA, W. W. P. Aproveitamento do efluente da produção de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) para produção de manjerona (Origanum majorana) e manjericão (Ocimum basilicum) em sistemas de aquaponia. Revista Brasileira de Agropecuária Sustentável, v.3, n.1, p.51-55, 2013.

BOYD, C. E.; TUCKER, C. S. Pond aquaculture water quality management. Boston: Kluwer, p.131-135. 1998.

BRASIL - MME – Ministério de Minas e Energia - Plano Decenal de Expansão de Energia 2024. Brasília: MME. 2015. Disponível em <http://minilink.es/3q7l>, acessado em 08 de março de 2018.

BRASIL - MME – Ministério de Minas e Energia - Brasil maior gerador de energia eólica da América Latina. Brasília: MME 2017. Disponível em: <http://minilink.es/3q7q> acessado em 22 janeiro 2018.

BRASIL - MME – Ministério de Minas e Energia – Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético- Energia solar no Brasil e Mundo. Brasília: MME 2017. Disponível em: < http://www.mme.gov.br/documents/10584/3580498/17> acessado em 31 março de 2018.

CAMARGO, J. Aquaponia economiza 90% da água usada na produção. Informe técnico. fevereiro/ 2017. Disponível em < http://minilink.es/3q7m>, acessado em 16 de março de 2018.

CANI, A. C. P.; AZEVEDO, R. V.; PEREIRA, R. N.; OLIVEIRA, M. A.; CHAVES, M. A.O.; BRAGA, L. G. T. Phytodepuration of the effluents in a closed system of fish production. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, v.14, n.2, 371-381, 2013. 

CARNEIRO, P. C. F.; MARIA, A. N.; NUNES, M. U. C.; FUJIMOTO, R.Y. Aquaponia: produção sustentável de peixes e vegetais. In: TAVARES-DIAS M.; MARIANO, W. S. (Org) Aquicultura no Brasil: novas perspectivas. São Carlos, Editora Pedro & João, 2015. 429 p.

COÊLHO, A. A.C.; BEZERRA, J. H. C.; SILVA, J. W. A, MOREIRA, R. T., ALBUQUERQUE, L. F. G., FARIAS, W. R. L. Desempenho zootécnico de alevinos de tilápia do Nilo cultivados em um sistema de recirculação de água com a microalga Spirulina platensis Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, Salvador, v.15, n.1, p.149-159, 2014.

DEDIU, L.; CRISTEA, V.; XIAOSHUAN, Z. Waste production and valorization in an integrated aquaponic system with bester and lettuce. African Journal of Biotechnology, v.11, n.9, p.2349-2358, 2012.

DIVER, S. Aquaponics - Integration of hydroponics with aquaculture. National Sustainable Agriculture Information Service, ATTRA, 2006. 28p. Disponível em https://attra.ncat.org/attra-pub/download.php?id=56, acessado em 02 de abril de 2018.

EMBRAPA Tabuleiros Costeiros. Produção integrada de peixes e vegetais em aquaponia. Aracaju: Embrapa Tabuleiros, 2015. 30p.

CANASTRA, I.I.O. Aquaponia: Construção de um sistema de aquaponia a uma escala modelo e elaboração de um manual didático. Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. 2017. 143 p.

FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS – FAO. Small-scale aquaponic food production. Integrated fish and plant farming. Fisheries and Aquaculture Technical Paper. n. 589. Roma, 2014. Disponível em <http://minilink.es/3q7n>, acessado em 08 de março de 2018.

GEISENHOFF, L. O.; JORDAN, R. A.; SANTOS, R. C.; OLIVEIRA, F. C.; GOMES, E. P. Effect of different substrates in aquaponic lettuce production associated with intensive tilapia farming with water recirculation systems. Engenharia Agrícola, v.36, n. 2, p.291-299, 2016.

GLOBAL WIND. Global Wind Report 2016. Disponível em: <http://www.gwec.net/>. Acesso em 26 março de 2018.

GRABER, A.; JUNGE, R. Aquaponic Systems: Nutrient recycling from fish wastewater by vegetable production. Desalination. v. 246, n.1-3, p.147-156, 2009.

GREEN, M. A. Silicon photovoltaic modules: a brief history of the first 50 years. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, v. 13, n. 5, p. 447–455, 2005.

GUERRERO-MONROY, I.; DEL VIVAR, A. R.; FÉLIX-GASTELUM, R. Integrated culture of white shrimp (Litopenaeus vannamei) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill) with low salinity groundwater: management and production. Aquaculture, v. 366-367, p. 76-84, 2012.

HUNDLEY, G. M. C.; NAVARRO, R. D.; FIGUEIREDO, C. M. G.; NAVARRO, F. K. S. P.; PEREIRA, M. M.; RIBEIRO FILHO, O. P.; SEIXAS FILHO, J. T. Aproveitamento do efluente da produção de tilápia do Nilo para o crescimento de manjericão (Origanum basilicum) e manjerona (Origanum majorana) em sistemas de aquaponia. Revista Brasileira de Agropecuária Sustentável, v.3, p.51-55, 2013.

INNOVATIVE AQUAPONICS FOR PROFESSIONAL APLLICATIONS - INAPRO. Disponível em <http://www.inapro-project.eu/page/consortium_p122>, acessado em 16 de março de 2018.

LENNARD, W.A. Aquaponics research at RMIT University Melbourne Australia. Aquaponics Journal, v.35, p.18-24, 2004.

LOAIRE, S. R.; ASNER, G. P.; FIELD, C. B. Boosted carbon emissions from Amazon deforestation. Geophysical Research Letters, v. 36, L14810, 2009.

LOPEZ, R. A. Energia eólica. São Paulo: Artliber, 2 ed. 2012. 366 p.

MACHADO, C. T.; MIRANDA, F. S. Energia Solar Fotovoltaica: uma breve revisão. Revista Virtual de Química, v. 7, n. 1, p. 126-143, 2014.

MARISCAL-LAGARDA, M. M.; PÁEZ-OSUNA, F.; ESQUER-MÉNDEZ, J. GUERRERO-MONROY, I.; VIVAR, A.R.; FÉLIX-GASTELUM, R. Integrated culture of white shrimp (Litopenaeus vannamei) and tomato (Lycopersicon esculentum Mill) with low salinity groundwater: management and production. Aquaculture, v. 366-367, p. 76-84, 2012.

MARTINS, F. R.; GUARNIERI, R. A.; PEREIRA, E. B. O aproveitamento da energia eólica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.30. n.1, 2008.

NASCIMENTO, T. C.; MENDONÇA, A. T. B.; CUNHA, S. K. Inovação e sustentabilidade na produção de energia o caso do sistema setorial de energia eólica no Brasil. Cadernos EBAPE.BR v. 10, n. 3, 2012.

NELSON, R. L. Ten aquaponic systems around the world. Aquaponics Journal, v.46, p.8-12, 2007.

ORGANIZAÇÃO DAS NAÇÕES UNIDAS PARA A EDUCAÇÃO A CIÊNCIA E A CULTURA - UNESCO – Agenda de Desenvolvimento pós-2015 - UNESCO e os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Disponível em <http://www.unesco.org/new/pt/brasilia/post-2015-development-agenda/>, acessado em 08 de março de 2018.

PAZHERI, F. R.; OTHMAN, M. F.; MALIK, N. H. A review on global renewable electricity scenario. Renewable and Sustainable Energy Reviews, n. 31, p. 835-845, 2014.

PEREIRA, E. B.; MARTINS, F.R.; GONÇALVES, A.R.; COSTA, R.S.; LIMA, F.J.L.; RUTHER, R.; ABREU, S.L.; TIEPOLO, G.M.; PEREIRA, S.V.; SOUZA, J.V. Atlas brasileiro de energia solar. São José dos Campos: INPE: 2017. Disponível em < http://ftp.cptec.inpe.br/labren/publ/livros/Atlas_Brasileiro_Energia_Solar_2a_Edicao.pdf> acessado em 31 de março de 2018.

PINHO, J. T.; GALDINO, M. A. Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos. 2014. Disponível em <http://minilink.es/3q7o>, acessado em 04 de abril de 2018.

PINTO, L. I. C.; MARTINS, F. R.; PEREIRA, E. B. P.. O mercado brasileiro da energia eólica, impactos sociais e ambientais. Revista Ambiente e Água, v. 12, n. 6, p. 1082-1100, 2017.

RAKOCY, J. E.; MASSER M. P.; LOSORDO, T. M. Recirculating aquaculture tank production systems: Aquaponics – Integrating fish and plant culture. SRAC Publication, v.454, p. 1-16, 2006.

RAMPINELLI, G. A.; ROSA JÚNIOR, C. G. Análise da geração eólica na matriz brasileira de energia elétrica. Revista Ciências Exatas e Naturais, v. 14, n. 2, p. 273-302, 2012.

ROOSTA, H. R.; AFSHARIPOOR, S. Effects of different cultivation media on vegetative growth, ecophysiolocal traits and nutrients concentration in strawberry under hydroponic and aquaponic cultivation systems. Advances in Environmental Biology, v.6, n.2, p.543-555, 2012.

RÜTHER, R. Edifícios Solares Fotovoltaicos. 1a Edição ed. Florianópolis, SC: Editora UFSC/LABSOLAR, 2004. 118 p.

SANTOS, M. J.; FERREIRA, P.; ARAÚJO, M.; PORTUGAL-PEREIRA, J.; LUCENA, A. F. P.; SCHAEFFER, R. Scenarios for the future Brazilian power sector based on a multi-criteria assessment. Journal of Cleaner Production, v. 167, p. 938-950, 2017.

SCHMIDT, J.; CANCELLA, R.; PEREIRA JÚNIOR, A. O. An optimal mix of Schmidt PV, wind and hydro power for a low-carbon electricity supply in Brazil. Renewable Energy, v. 85, p. 137-147, 2016.

TOLMASQUIM, M. T. Energia renovável: hidráulica, biomassa, eólica, solar, oceânica. Rio de Janeiro: EPE, 2016. 452 p.

TUNDISI, J. G. Recursos hídricos no futuro: problemas e soluções. Estudos Avançados. v.22, n.63, p.7-16, 2008.

ZULAUF, W. E. O meio ambiente e o futuro. Estudos avançados. v. 14, n. 39, p. 85-100, 2000.