Emergy and Energy in Agricultural Production Systems: Conceptual Basis
Main Article Content
Resumo
Thermodynamics is crucial for understanding and optimizing agricultural and livestock processes, especially in resource use like solar energy, water, and nutrients. The concepts of emergy and exergy are fundamental for assessing energy efficiency and sustainability. Emergy measures the energy of one type used to generate another energy flow, tracking the system's energy "memory." Exergy quantifies the maximum obtainable useful work, reflecting energy quality. Emergy is an ecological-thermodynamic methodology that environmentally values energy, mass, and money flows, quantifying renewable, non-renewable, and market-derived resources. It allows visualizing and calculating flows, determining indices, and facilitating an integrated balance of economy, society, and the environment. Given the increasing demand for livestock products, quantifying energy in quantity, quality, and origin is vital for improving sustainability. This article reviews the theory and application of emergy and exergy in the agricultural sector, analyzing case studies that demonstrate their potential to evaluate and improve energy efficiency and sustainability.
Article Details

Este trabalho encontra-se publicado com a Creative Commons Atribuição-NãoComercial 4.0.
Aquellos autores/as que tengan publicaciones con esta revista, aceptan los términos siguientes:
- Los autores/as conservarán sus derechos de autor y garantizarán a la revista el derecho de primera publicación de su obra, el cuál estará simultáneamente sujeto a la Licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0) que permite a terceros compartir la obra siempre que se indique su autor y su primera publicación esta revista. Bajo esta licencia el autor será libre de:
- Compartir — copiar y redistribuir el material en cualquier medio o formato
- Adaptar — remezclar, transformar y crear a partir del material
- El licenciador no puede revocar estas libertades mientras cumpla con los términos de la licencia
Bajo las siguientes condiciones:
- Reconocimiento — Debe reconocer adecuadamente la autoría, proporcionar un enlace a la licencia e indicar si se han realizado cambios. Puede hacerlo de cualquier manera razonable, pero no de una manera que sugiera que tiene el apoyo del licenciador o lo recibe por el uso que hace.
- NoComercial — No puede utilizar el material para una finalidad comercial.
- No hay restricciones adicionales — No puede aplicar términos legales o medidas tecnológicas que legalmente restrinjan realizar aquello que la licencia permite.
- Los autores/as podrán adoptar otros acuerdos de licencia no exclusiva de distribución de la versión de la obra publicada (p. ej.: depositarla en un archivo telemático institucional o publicarla en un volumen monográfico) siempre que se indique la publicación inicial en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as difundir su obra a través de Internet (p. ej.: en archivos telemáticos institucionales o en su página web) antes y durante el proceso de envío, lo cual puede producir intercambios interesantes y aumentar las citas de la obra publicada. (Véase El efecto del acceso abierto).
Referências
AGOSTINHO, F.: "Emergy assessment of maize production in Brazil". Journal of Cleaner Production, 18(16-17), 1645-1653, 2010.
ÁLVAREZ, S.; LOMAS, P.L.; MARTÍN, B.; RODRÍGUEZ, M.; MONTES, C.: “La Síntesis Emergética (“Emergy Synthesis”): Integrando energía, ecología y economía”, Publicaciones de la Fundación Interuniversitaria Fernando González Bernáldez para los espacios naturales, 2, 2006.
BALANTA, V. J.; NAZARIT, D.: “La emergía como método de valoración que contribuye a los procesos biocontables en el marco de la ecocontabilidad: una revisión literaria”. Revista Facultad de Ciencias Contables Económicas y Administrativas -FACCEA, 14(1), 44-62, 2024.
BEAUCHEMIN, K.A.; JANZEN, H.H.; LITTLE, S.M.; MCALLISTER, T.A.; MCGINN, S.M.: “Mitigation of greenhouse gas emissions from beef cattle feedlots in Canada”. Journal of Animal Science, 89(12), 4325-4342, 2011.
BROWN, M.T.; ULGIATI, S.: "Emergy analysis for environmental accounting". In Encyclopedia of Energy, Natural Resources, and Environmental Management 1-13. 2013.
BROWN, M.T., ULGIATI, S.: Emergia synthesis and environmental decision-making, CRC press, 2016.
CAMPBELL, D.E., TILLEY, D.R.: “Emergy analysis of dairy farm systems”, Ecological Modelling, 161(3), 225-242, 2003.
CENGEL, Y.A.; BOLES, M.A.: Thermodynamics: an engineering approach, McGraw-Hill Education, 2015.
DE JESÚS, T.; ARAYA, F.; CASTRO, G.; OBANDO, J. M.: “Uso de la energía solar en sistemas de producción agropecuaria: producción más limpia y eficiencia energética”, Tecnología en Marcha, 29(5), 46-56, 2016.
DE MELO, C. A: “Agricultural water management: Efficiency and sustainability”, Journal of Agricultural Sciences, 35(4), 245-259, 2017.
ERIKSSON, O.; NIELSEN, P.H.: “Exergy analysis of wastewater treatment systems: A review”. Water Research, 123, 788-800, 2017.
FOLEY, J.A.; RAMANKUTTY, N.; BRAUMAN, K.; CASSIDY, E.S.; GERBER, J.S.; JOHNSTON, M.; MUELLER, N.D.; O’CONNELL, C.; RAY, D.K.; WEST, P.C.: “Solutions for a cultivated planet”, Nature, 478(7369): 337-342, 2011, ISSN: 0028-0836.
GAUGHAN, J.; BONNER, S.; LOXTON, I.; MADER, T.; LISLE, A.; LAWRENCE, R.: “Effect of shade on body temperature and performance of feedlot steers”, Journal of animal science, 88(12): 4056-4067, 2010, ISSN: 0021-8812.
GODFRAY, H.; BEDDINGTON, J.R.; CRUTE, I.; HADDAD, L.; LAWRENCE, D.; MUIR, J.F.; PRETTY, J.; ROBINSON, S.; THOMAS, S.; TOULMIN, C.: “Food security: the challenge of feeding 9 billion people”, science, 327(5967): 812-818, 2010, ISSN: 0036-8075.
GUADIANA, Z.A.; DURÁN, H.M.; ROSSEL, E.D.; ALGARA, M.; CISNEROS, R.: “Eficiencia energética en sistemas agrícolas familiares bajo condiciones de clima controlado”, Interciencia, 46(1): 32-36, 2021, ISSN: 0378-1844.
KEBREAB, E.; STRATHE, A.B.; DIJKSTRA, J.: “Invited review: Greenhouse gas emissions from dairy cows: Sources, drivers, and potential mitigation strategies”, Journal of Dairy Science, 99(4), 2499-2513, 2016.
MARTINEZ, B.V.J.; CALDERÓN, D.N.: “La emergía como método de valoración que contribuye a los procesos biocontables en el marco de la ecocontabilidad: Una revisión literaria”, Revista Facultad de Ciencias Contables Económicas y Administrativas-FACCEA, 14(1): 44-62, 2024, ISSN: 2539-4703.
MORAN, M.J.; SHAPIRO, H.N.; BOETTNER, D.D.; DEWITT, J.W.: Fundamentals of engineering thermodynamics. John Wiley & Sons, 2014.
NEIRA, D.P.; MONTIEL, M.S., FERNÁNDEZ, X.S.: “Energy analysis of organic farming in Andalusia (Spain)”, Agroecology and Sustainable Food Systems, 37(2), 231-256, 2013.
ODUM, H. T.: Environment, power, and society for the twenty-first century: The hierarchy of energy. Columbia University Press, 2007.
ODUM, H.T.: Environmental accounting: emergy and environmental decision making, 1996, ISBN: 0-471-11442-1.
ROTZ, C.A.; MONTES, F.; CHIANESE, D. S.: “Environmental footprint of beef cattle production in the United States: II. Regional variation”. Agricultural Systems, 173, 1-10, 2019.
THORNTON, P.K.: “Livestock production: Recent trends, future prospects”, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365(1554), 2853-2867, 2010.
THORNTON, P.K.; HERRERO, M.: “Climate change and livestock research for development”, Agricultural Systems, 103(9), 630-641, 2010.
UPME-CORPOEMA: Caracterización del consumo final de energía en los sectores agropecuario y agroindustrial, identificando los principales usos, equipos o tecnologías y energéticos; como insumo para la formulación de las estrategias y medidas de eficiencia energética, 2024. https://www1.upme.gov.co/DemandayEficiencia/Paginas/Biblioteca.aspx
VALDÉS, N.; PÉREZ, D.; MÁRQUEZ, M.: ANGARICA, L.; VARGAS, D.: “Funcionamiento y balance energético en agroecosistemas diversos”, Cultivos Tropicales, 30(2), 36-42, 2009.
WALL, G.: “Exergy: A useful concept within resource accounting” Exergy, An International Journal, 1(3), 145-153, 2011.
YEPES, G.; MARTÍNEZ, E.: “Los balances energéticos en la producción agropecuaria”, Energética, 33, 73-90, 2005.
ZHAN, J.; ZHANG, F.; CHU, X.; LIU, W.; ZHANG, Y.: “Ecosystem services assessment based on emergy accounting in Chongming Island, Eastern China”, Ecological Indicators, 105: 464-473, Publisher: Elsevier, 2018, ISSN: 1470-160X, DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.04.015
ZHANG, J.; FU, Y.-C.; SHI, W.-L.; GUO, W.-X.: “A method for estimating watershed restoration feasibility under different treatment levels”, Water Science and Technology: Water Supply, 17(5): 1232-1240, 2017, ISSN: 1606-9749, DOI: https://doi.org/10.2166/ws.2017.017
ZHOU, J.; YAN, S.: “A comprehensive review of corn ethanol fuel production: from agricultural cultivation to energy application”, Journal of Energy Bioscience, 15, 2024, ISSN: 1925-1963.