Issuu on Google+


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

INDICE Pág. Índice

3

1. Teoría del desarrollo sostenible

4

2. Fundamentos de la ecología industrial

10

2.1.

Espacio ambiental: capacidad de carga

14

2.2.

Metabolismo industrial

16

2.3.

El metabolismo industrial peruano

25

3. Desmaterialización

30

3.1.

Flujo de materiales

31

3.2.

Metabolismo industrial y flujo de materiales

32

4. Descarbonización

36

4.1.

37

Descarbonización global

4.2. Proceso de Descarbonización del sistema peruano

41

5. Perspectiva sostenible para la generación de energía

49

5.1

Criterios de selección para la conversión de energía

50

5.2

El hidrógeno como base para un sistema energético mundial

51

5.3

Sistemas energéticos en base a pilas de combustible

55

5.3.1 Estructura de una pila de combustible

56

5.3.2 Tipos de pilas de combustible

57

6. Introducción al análisis del ciclo de vida

61

6.1.

62

Fases del ciclo de vida

6.2. Límites de la metodología del análisis del ciclo de vida

67

6.3. Análisis del ciclo de vida y evaluación del flujo de materiales

68

6.4. Calentamiento global y evaluación del ciclo de vida

69

6.4.1 Índice de acidificación

70

6.4.2 Índice de eutrofización

71

6.4.3 Índice de alteración del habitad

71

Bibliografía

2


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

1. Teoría del desarrollo sostenible La relación entre ambiente, recursos y desarrollo económico, han sido objeto de debate internacional desde la mitad de los años setenta, por efecto de la preocupación mundial por los problemas del ambiente. A fines del setenta, se tuvieron algunas conclusiones sobre el tema, a través del informe “Los límites del desarrollo”, en donde se afirmaba que el objetivo fundamental de la acción humana es orientar la sociedad hacia metas en equilibrio, en vez de metas de crecimiento. En 1972, en Estocolmo, la primera Conferencia Mundial de las Naciones Unidas sobre el ambiente, culminaba con una solemne declaración: los objetivos y principios de deben guiar a todos los pueblos de la tierra, deben proteger y mejorar la calidad de vida sobre el planeta. La aparición de la problemática ambiental trajo como consecuencia la necesidad de reconsiderar la relación entre sociedad y ambiente; y esta progresiva preocupación por la cuestión ambiental, hace que la Asamblea General de las Naciones Unidas forme una comisión mundial para el ambiente y el desarrollo, designando como presidente al Primer Ministro de Noruega, Gro Harlem Brundtland, quien recibió el mandato de formular una agenda de largo plazo para las acciones a seguir para asegurar un desarrollo económico compatible con las necesidades de protección del ambiente y los recursos. El reporte, publicado en 1987, con el titulo “Our common future”, viene reconocido como la agenda global para el cambio. Según la definición del informe Brundtland (WCED, 1987), el desarrollo sostenible es aquél en el cual se logra satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer la posibilidad de hacer lo mismo para las generaciones futuras. El reporte introducía dos conceptos claves: el deber de la humanidad de prever las necesidades de toda la colectividad mundial; y la limitación impuesta por el desarrollo tecnológico y las organizaciones sociales, a la capacidad del ambiente de satisfacer las necesidades actuales y futuras.

3


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Han transcurrido más de 20 años desde la publicación del reporte, pero los principios enunciados representan en el campo ambiental, las líneas guías de las políticas públicas, del comportamiento social y de las dinámicas económicas de la sociedad actual. Si bien en estos años hemos asistido a una proliferación de significados y definiciones del desarrollo sostenible, muchos de los cuales lejos del significado original, el tema de la sostenibilidad se ha hecho parte del lenguaje común, lo que ha conllevado

a

una

pluralidad

de

entendimiento

frecuentemente

conflictivo

y

contradictorio. La definición de desarrollo sostenible, está abierta a varias interpretaciones, dependiendo del significado que se tenga de “sostenible”, y que pueda cambiar, según los valores socioculturales, la geografía económica, etc. La Comisión Brundtland se limitó a enunciar principios y estrategias, que deberían haber sido traducidas en objetivos asequibles en el plano operativo. La Conferencia Mundial sobre el Ambiente y el Desarrollo de Río de Janeiro en 1992, fue la primera etapa de este proceso que ha comprometido a instituciones, actores sociales, empresas industriales, el sector agrícola, etc. La siguiente etapa en orden de tiempo, ha sido el Summit of Johannesburg (sin olvidar que entre las conferencias de Río y Johannesburg se realizó el de Kyoto), pero el resultado de ambas conferencias, y así lo manifiestan las ONG’s, movimientos verdes, asociaciones ambientalistas, es la carencia de resultados tangibles derivados de la aplicación de los objetivos expresados en los documentos de las conferencias. Es así, que el Programa de Desarrollo de la Naciones Unidas (PDNU) introduce en los años noventa un nuevo paradigma de desarrollo: el desarrollo humano. Entendido como el esfuerzo para aumentar el abanico de selección individual y de opciones para elevar el nivel de bienestar colectivo. Este paradigma, recupera con una visión menos asistencial, el enfoque de las necesidades fundamentales, colocando al centro de los intereses de las personas sus capacidades (buena salud, interacción social, conocimiento, libertad de expresión y de pensamiento), para permitir y ampliar a todos la posibilidad de emplearlos en los diferentes sectores (económico, social,

4


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

político, y cultural). El desarrollo humano viene presentado a través del índice de desarrollo humano (IDH) que en realidad no es una medida absoluta del desarrollo humano sino un visión general de cómo se viene dando el progreso en sus diferentes indicadores. En el caso del Perú, el IDH pasó de 0,59% en 1980 a 0,687% en el 2007. En el año 2009 el IDH es de 0,806%, que ubica al país en el nivel 78 del ranking mundial (PNUD, 2009). El desarrollo humano es un concepto dinámico, válido al norte y sur; es un enfoque que no busca ser una respuesta a todo. Entonces, el concepto de desarrollo sostenible, tiene una consecuencia fundamental:

que se deje a las generaciones futuras un stock de recursos coherente a una calidad de vida no inferior a la que tiene la generación actual. Este objetivo político puede ser interpretado de tres maneras (Fanciullaci, 1997): o

el stock de recursos al cual se refieren, comprende los recursos artificiales y los naturales,

o

que la generación futura herede un stock de recursos naturales no inferior a la precedente,

o

y que el stock heredado comprenda los recursos artificiales, recursos naturales y el capital humano (herencia cultural y humana en general).

Por lo tanto el desarrollo sostenible, puede significar alternativamente: o

que la utilidad per-cápita o el bienestar per-cápita aumente en el tiempo con una intercambialidad entre capital natural y capital artificial,

o

que la utilidad o el bienestar per-cápita aumente en el tiempo solo con la condición que no disminuya el capital natural.

La focalización en la segunda formulación, según la escuela ambientalista, es la más razonable por razones de: o

unicidad: varios componentes del capital natural no son sustituibles (el ozono),

5


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

incertidumbre: no conocemos y no conoceremos nunca todas las funciones vitales, a través de la cual dependemos del capital natural,

o

irreversibilidad: las especies perdidas no pueden recrearse,

o

equidad: los países menos desarrollados dependen de los recursos naturales y sufren en mayor medida las consecuencias del ambiente deteriorado.

La segunda formulación pone mayor énfasis en el hecho de que la actividad económica y humana debe estar en estrecha relación con los aspectos ambientales. Este tipo de enfoque constituye un vínculo constante en la Agenda 21, y otros organismos, que reclaman constantemente la necesidad que el proceso de desarrollo venga enmarcado en un contexto de tres sistemas: o

el sistema social,

o

sistema natural, y

o

el sistema económico.

Cada país o sociedad establece los objetivos a lograr en el ámbito de acuerdos con los propios valores y la cultura, como por ejemplo, conservar la biodiversidad en el sistema natural y aumentar la producción y la oferta de bienes y servicios en el sistema económico. Cada acción destinada a alcanzar un objetivo al interno de uno de los tres sistemas (natural, económico o social) causa un impacto en los otros dos. Los tres sistemas son en sí subsistemas de un sistema general que es necesario analizar e interpretar con una metodología que abarque a todos. La interrogante que queda flotando es, ¿por qué hablar de estos problemas si ya se sabe que no se puede resolver? Estamos seguros que queremos resolver todo previendo grandes pasos, lo cual es incorrecto y contraproducente. La solución es a través de pequeños pasos, de proceder prefijando objetivos de nuestro entorno, a nuestro alcance. Es inútil pensar en limpiar todo el mundo, si primero no pensamos en limpiar nuestra casa, y nuestra casa es la ciudad. Si seríamos capaces de promover una política de saneamiento ambiental en el ámbito urbano, habremos conseguido un

6


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

resultado tangible. En estos momentos, el sacrificio no solo se le puede pedir a las grandes empresas industriales, es necesario comprometer a los simples ciudadanos. Sachs (1998) afirma que a la definición de desarrollo sostenible, se pueden asociar otros elementos conceptuales, como son: los aspectos económicos, sociales, institucionales, y la prospectiva equitativa global. De acuerdo a Bartelmus (2000), la definición de Brundtland que todos conocemos, no especifica las necesidades humanas ni el espacio temporal de análisis para las generaciones futuras, y tampoco menciona al ambiente como problema y elemento clave para la condición de sostenibilidad. Bajo estas perspectivas, por ejemplo, la EEA – European Environment Agency (1999) se comprometió a integrar en sus políticas, los aspectos ambientales y la sostenibilidad, porque sostienen que, el progreso hacia la sostenibilidad es hacia una

mejor calidad del ambiente, que será generado por políticas económicas, influenciadas por los objetivos ambientales. La política de la EEA, tiene su base en el principio de la precaución, y en la introducción de modelos sostenibles de producción y consumo. No existe un modelo universal deseado de desarrollo y de sostenibilidad. La calidad de la vida (o el nivel de satisfacción de las necesidades) implica diferentes niveles de consumo de recursos naturales, diferentes maneras de distribución de la riqueza, etc. Las necesidades son variadas y se dan en base a su prospectiva temporal, es decir, que hay necesidades cotidianas, necesidades cuya satisfacción sucede en la prospectiva de una generación, y necesidades transgeneracionales a los cuales pertenece la necesidad de entregar a las generaciones futuras un mundo donde el consorcio humano pueda reproducirse a un nivel aceptable o mejor que en el presente. Es de todo esto que se deriva la necesidad de especificar los escenarios futuros de satisfacción de las necesidades y de equilibrio del hombre en la biosfera en relación a los diferentes tipos de cultura, diferentes niveles de eficacia de las organizaciones sociales y productivas, y los variados ambientes naturales.

7


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano ACTIVIDAD Nº 1

A. De acuerdo a la información previa (puede revisar otras fuentes de información) responder las siguientes preguntas

1.

¿Cuáles cree Ud. que han sido los principales obstáculos para un desarrollo equitativo de los países? ¿Es el comercio el motor del desarrollo?

2. ¿Qué cosa significa hablar de desarrollo considerando factores de seguridad e intereses políticos? 3. ¿Qué rol juegan los valores de un pueblo en la política de desarrollo de su país? 4. ¿Cuál es la base física de la economía de un país? ¿Cuáles son en la región? 5. ¿Son los índices de desarrollo humano indicadores suficientes para determinar las estrategias de avance de un país? ¿Qué otros indicadores se deben tener en consideración? 6. ¿Qué se entiende por principio de precaución? 7. ¿Cómo se determina el índice de desarrollo humano? 8. Haga un análisis comparativo y detallado de los IDH de los países de Sudamérica. Comente sus conclusiones.

B. Comentar las afirmaciones siguientes:

1

La industria es lo más importante en la economía de las sociedades modernas y es a su vez el motor indispensable del desarrollo.

2

Los grandes organismos internacionales sostienen que los pilares del desarrollo industrial sostenible son: viabilidad económica, protección ambiental, y responsabilidad social. Lo que corresponde a la generación de trabajo es un factor que debe analizarse desde otra perspectiva y bajo otras condiciones.

3

Según el banco mundial es de suma importancia empoderar a la mujer en los países en vías de desarrollo para lograr el desarrollo.

8


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

2. Fundamentos de la Ecología Industrial Son innumerables las regiones del planeta que han sufrido múltiples procesos de degrado ambiental a causa del desarrollo de las actividades industriales. Estos procesos, en parte, se deben a la presencia de un gran número de pequeñas y medianas empresas, que tienen dificultades económicas para afrontar los costos derivados de la gestión ambiental de sus propias actividades. Un detalle importante a mencionar, es el hecho que estos problemas vienen desde tiempos remotos, tal como lo indica el reporte Recursos Mundiales (PNUD, 2002), y que la tabla 1 muestra solo algunas de ellas:

Tabla 1: Degrado ambiental en la antigüedad Periodo 7000 AC 1800 AC

2600 AC Presente

2500 AC 900 AC

800 AC 200 AC

Localidad

Acciones contra el ambiente

Mesopotamia

La pluviosidad insuficiente hizo necesario irrigar la tierra para cultivarla, y la demanda de alimentos fue incrementándose a medida que crecía la población. La tierra irrigada comenzó a salinizarse y a inundarse.

Líbano

Imperio Maya

Grecia

El templo del Rey Salomón fue construido con cedro proveniente de esa área, como también lo fueron muchos navíos fenicios. Los egipcios usaban la madera del cedro como material de construcción y su resina para la momificación. Hoy sólo quedan cuatro bosquecillos de cedro en el país. Sus técnicas agrícolas fueron creativas e intensivas: desmonte de laderas selváticas, construcción de terrazas para contener la erosión del suelo, desecado de pantanos mediante la apertura de zanjas y utilización de la tierra cavada para formar campos de tierra elevados. La erosión del suelo disminuyó el rendimiento de las cosechas y los altos niveles de sedimentos en los ríos dañaron los campos elevados. A lo largo del tiempo se fueron desmontando los bosques para abrir tierra para la agricultura, y los árboles se utilizaron como leña para cocinar alimentos, para calefacción, y también como material de construcción. Estos bosques mixtos fueron reemplazados por olivares, favorecidos por su valor económico y por ser una variedad que crece bien en tierras deforestadas.

Fuente: PNUD, 2002.

9

Consecuencia Salinización y anegación de los agroecosistemas Uso y explotación excesiva de los bosques de cedro Erosión del suelo, pérdida de ecosistemas y colmatación de cuencas hidrológicas Conversión y pérdida de la biodiversidad en el Mediterráneo


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

La ecología industrial (EI) es una nueva disciplina en grado de conjugar las exigencias de respeto por el ambiente con la necesidad del desarrollo industrial equilibrado. Hoy en d��a, cada actividad, proyecto o empresa, deberá ser proyectada y realizada con el objetivo de reducir al mínimo su impacto sobre el ambiente. Tecnología y productos deberán responder no solo al principio de eficiencia económica, sino también al de ecoeficiencia. En ese sentido, un profesional y especialmente los ingenieros no puede desempeñarse en el campo industrial, civil, transporte, etc., sin tener presente los problemas de interconexión que existen entre las acciones del hombre y el ambiente. Las industrias en general no pueden dejar de lado las consecuencias ambientales de su producción, no solo por la complejidad de la normativa ambiental, sino también por interés al mejor uso de los recursos materiales y energéticos. Esto no es solo un problema de conciencia, de conocimiento o de sensibilidad. El saber utilizar bien los recursos minimizando el impacto en el ambiente, significa optimizar los costos futuros. La gestión del ambiente global, es un reto complejo que no está solamente relacionado al impacto local que se puede producir, sino que estamos en presencia de efectos impredecibles a nivel global (calentamiento global, debilitamiento de la capa de ozono, etc.). La ecología industrial asume el modelo del ambiente natural a fin de resolver los problemas ambientales, y de crear un nuevo paradigma para el desarrollo del sistema industrial. Somos testigos del desarrollo de un mundo plenamente industrializado, con una producción global industrial, y de mercados globales; y ante tales prospectivas, los modelos clásicos de producción industrial no podrán sostener ni asegurar un crecimiento ambiental a tal escala, sin mostrarse obsoletos. El reto nace del hecho que estamos construyendo un sistema global artificial en el ámbito de un sistema natural preexistente. Recordemos que el funcionamiento de todo sistema industrial depende de la integridad de un ecosistema natural y global. Cuando el sistema industrial era aún limitado, el ecosistema natural nos parecía ilimitado: porque habíamos considerado el funcionamiento del sistema natural como irrelevante para nuestras operaciones industriales. Pero la continua expansión del sistema

10


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

industrial mundial, ha puesto las pautas para reconsiderar este punto de vista (Lowe, 1997). La naturaleza es indiscutiblemente madre de los sistemas complejos, y los sistemas industriales deben aprender del funcionamiento del ecosistema natural. Son varios los puntos que se podrían imitar, por ejemplo, en natura no existen residuos, es decir cosas que no pueden ser reabsorbidas de manera constructiva

por el resto del

sistema. Una analogía entres ambos sistemas nos permitiría apreciar lo siguiente: o

Ambos tienen ciclos de energía, de nutrientes y materiales

o

Las estrategias de la naturaleza para hacer frente a la sostenibilidad son: -

Reciclaje/descomposición

-

Renovación

-

Conservación

-

Control de la población

-

Presencia de toxinas

-

Funciones múltiples de un organismo

La EI establece los medios para restaurar el ecosistema a través de las ventajas que ofrecen los flujos de materia y energía que se hallan en los ecosistemas naturales (Garner, 1995). Al contrario de los modelos tradicionales de las actividades industriales, la EI busca optimizar los flujos y reservas de materia-energía en un ecosistema industrial con énfasis en la minimización del impacto ambiental, en la eficiencia, y sobretodo en la recuperación (e intercambio) de los residuos. El objetivo de la ecología industrial es interpretar y adaptar la comprensión del sistema natural al sistema construido por los hombres para

lograr un módulo de

industrialización que no solo sea más eficiente, sino también que se base en la tolerancia y características de la naturaleza. La definición de naturaleza y de calidad ambiental, se deberán replantear dada las nuevas condiciones en las cuales están inmersas. Esto será un reto cultural, y un reto

11


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

al conocimiento del análisis de la ecología, vital para poder crear la mejor interacción entre industria y biosfera. Tibbs (1993) delinea seis elementos principales de la ecología industrial: o

Ecosistemas Industriales. Promover cooperación entre varias industrias donde los desechos de un proceso de producción sean el alimento para otra.

o

Balancear el “input” y “output” industrial. Identificar maneras en que la industria puede interactuar de forma segura con la naturaleza, en términos de localización, intensidad, y temporalidad, y desarrollar indicadores para monitorear en tiempo real.

o

Desmaterialización del output industrial. Tratar de disminuir la intensidad de materiales y energía en la producción industrial.

o

Mejorar la eficiencia de los procesos industriales. Rediseñar procesos y patrones de producción para la máxima conservación de recursos.

o

Desarrollo de suministros renovables de energía para la producción industrial. Crear un sistema de energía mundial que funcione como parte integral de los ecosistemas industriales.

o

Adopción de nuevas políticas de desarrollo nacional e internacional. Integrar la auditoria económica y medioambiental en las opciones políticas.

El concepto de ecología industrial puede parecer no muy práctico o extremadamente idealizado, pero es con seguridad el modelo más factible para la sinergia industriaambiente del futuro. La EI es aún poco aplicada en la realidad industrial, sin embargo, es un concepto clave en la cooperación entre empresas, para resolver de manera estructurada y colectiva los problemas de naturaleza ambiental. La forma más usual de cooperación entre industrias es a través de la forma típica de la simbiosis, en la cual los residuos de una industria se convierten en recursos o materia prima para otra. En este caso, se realiza una situación de interés económico-ambiental recíproco que permite superar los límites de la gestión individual.

12


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

La EI se convierte en un reto para el mundo industrial, y en particular para el sector de la pequeña y mediana empresa, por ser una alternativa de trabajo que puede permitir el aumento de la competitividad. Las industrias del siglo XXI requieren y necesitan volver a examinar la economía en la cual se desempeñan. 2.1. Espacio ambiental: capacidad de carga Es necesario distinguir entre los problemas de distribución de los recursos de los problemas de escala y las cantidades totales disponibles del recurso. Es como si ambos estuvieran sobre la misma embarcación, en la cual hay una línea de alerta que si se supera, la embarcación se hunde. Si la carga es mal distribuida (problema de distribución) se llega rápido a la línea de alerta; aún así, si se distribuyera de manera óptima y se supera la capacidad de carga de la embarcación (problema de escala) igual se hundirá. El problema de carga es como la explotación del hombre del capital natural (base física de la economía); y el problema de la distribución es el acceso desigual a los recursos. El concepto de desarrollo sostenible no puede ser interpretado como el crecimiento sostenible, sino como un nuevo sistema de relaciones, de valores, de organización. Vitousek (1997) ha mostrado que los procesos económicos consumen un cuarto del producto primario neto de la fotosíntesis a escala global (40% de los ecosistemas terrestres). Si es verdad que la economía de un país en vías de desarrollo tiende a reducir su propia base física, es también verdad que el desarrollo del que tantos tienen necesidad, está hecho en buena parte de objetos físicos, como la alimentación, acceso al agua, casas, vestidos, etc., conllevando y confirmando lo que se conoce como un crecimiento físico-económico. Los recursos no renovables pueden consumirse solo a un ritmo que no sea superior al de la creación del mismo recurso. En realidad, la escuela ambientalista sostiene una interpretación aún más limitativa del concepto de desarrollo sostenible, por el cual el capital natural debe ser mantenido, más allá del hecho que se encuentren sustitutos tecnológicos (Daly, 1993).

13


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Es un error común, comparar los existentes y supuestos “espacios sin usar”, con las clases de recursos y terrenos productivos que se necesitan para apoyar la vida humana en condiciones modernas. Por el contrario, el criterio para determinar si una región está superpoblada no está en la magnitud del terreno, sino en la capacidad de carga a la que está sometido. La capacidad de carga se refiere al número de personas que pueden situarse en una determinada área, con recursos limitados, y sin degradar el ambiente social-cultural-económico. La capacidad de carga es dinámica, y encuentra en la tecnología y las presiones propias del crecimiento de la población, su impacto negativo o positivo, según sea el caso. Ha sucedido y continúa a suceder, que la degradación ambiental va paralela a la reducción de la capacidad de carga, llegándose al extremo de no hacer más sostenible el área donde antes habría podido vivir un determinado número de personas. El concepto de capacidad de carga manifiesta entonces, el principio en el cual el ecosistema tiene límites físicos y que la actividad humana debe respetarlos. Este concepto se refiere a las posibilidades limitadas de los ecosistemas de soportar la carga ambiental sin sufrir daños significativos. Hille (1998) sostiene, que el

ecosistema terrestre puede soportar presiones ambientales hasta ciertos límites, sin que se verifiquen daños irreversibles en los sistemas o procesos vitales. Por lo tanto el espacio ambiental consiste en la cantidad máxima de recursos naturales que pueden usarse de manera sostenible y respetando la equidad global. Ninguna población puede vivir, por mucho tiempo, más allá de la capacidad de carga del ambiente. El camino hacia la sostenibilidad implica aceptar que los seres humanos somos elementos vitales en el funcionamiento del entorno, tal como lo son las demás especies vivientes con las que compartimos el planeta. Pero, con la diferencia que las actividades humanas se caracterizan por un sistema adicional que les permite

14


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

satisfacer sus necesidades de energía y de materiales, que generan productos degradados llamados residuos. 2.2.

El metabolismo industrial

Todos los procesos de transformación de materia prima requieren energía en menor o mayor grado. Y esto hace necesario que se gestione de manera sostenible la cantidad y calidad de materia y energía que entran - salen de los procesos productivos.

Ambiente

Residuos Material + energía (entrada) Sector Productivo

Producto final

Residuos Sector Doméstico

Reciclado material

Sistema Industrial Fig. 1: Metabolismo industrial

En la década del setenta, Ayres y Kneese (1970), presentaron un esquema ecológico-industrial (Fig. 2) caracterizado por el ingreso de dos elementos básicos: la energía del sol incorporada en los materiales naturales (a través de la fotosíntesis); y los minerales de la tierra. La incorporación de otros dos elementos como aire y agua, permitieron que se logre un complejo sistema de flujos de materiales y energía, al que llamaron, sistema ecológico-industrial.

15


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Sistema ecológico-industrial

Productos de la Fotosíntesis

Combustibles fósiles Carbón, gas natural Petróleo, carbón

Minerales

Productos Agrícolas Aire, agua

CO2 y CO

Conversión de Energía

Residuos de ceniza Cenizas volátiles

Petróleo refinado, gas

Productos directos e indirectos de la fotosíntesis.

Térmica, nuclear (electricidad) Transporte

SO2 NO2 Desechos radioactivos Pérdida de energía incluyendo ruido

Industrial

Procesamiento de materiales

Energía útil

Comercial, institucional y doméstico (mayormente calefacción y ventilación de espacios)

- Materiales para alimentos - Productos forestales - Productos químicos orgánicos y refinamiento de petróleo - Productos pesqueros Químicos inorgánicos y productos Metales primarios y productos

Energía útil Aire, agua

Residuos recuperados para reciclaje

Residuos recobrados mediante reciclado directo (químicos, residuos de aserraderos) Aumento de inventario Derivados químicos (solventes, limpiadores, blanqueadores, etc.) Pérdidas del procesamiento, orgánico e inorgánico (desechos de comidas, hidrocarburos) Ruido

- Ferrosos y no ferrosos Materiales estructurales (piedra, cemento, arcilla, grava, vidrio)

Desechos, basura, desechos de papeles, maquinaria desechada, materiales de demolición.

Productos alimenticios Respiración CO2

Aguas residuales

CONSUMO FINAL

Productos metálicos Estructuras, materiales estructurales Textiles, papel, productos de madera

Energía Estructuras, químicos, etc.

Aire, agua

Mezcla de desechos

Petroquímicos, plásticos, caucho, fibra Mezcla de desechos (basura, aparatos desechables)

Crecimiento del inventario

PROCESAMIENTO RESIDUALES (Incineración, basurero, tratamiento de desechos líquidos)

Residuos finales

Fig. 2: Esquema: sistema ecológico-industrial. Fuente: Ayres y Kneese (1970)

16


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

El metabolismo industrial se basa en las leyes físicas y termodinámicas y en el principio de la conservación de la materia y la energía (Ayres y Simonis, 1994). El concepto se funda en el modelo ambiente-sociedad, y donde la sociedad está conectada a través de los flujos de materiales y de energía. Todo sistema industrial, social, o económico se caracteriza por su metabolismo físico, es decir, por la extracción de materias primas, transformación de las mismas en bienes y servicios, y la restitución de los materiales al ambiente. Todos los procesos de transformación de la materia son alimentados por energía, y la clave es

como

gestionar de manera sostenible la cantidad y calidad de materiales y energía que ingresan-salen del proceso productivo. De lo expuesto anteriormente, la EI debe busca el equilibrio y la integración del desarrollo económico, cultural y ecológico, para lo cual se hace necesario un sistema industrial que considere todos estos elementos en su interacción con la sociedad, o el metabolismo industrial. La ecología industrial, a quienes algunos han definido como la ciencia de la sostenibilidad (Sikdar, Glavic, y Jain, 2004), tiene la visión de optimizar el ciclo total de los recursos, la energía y el capital. Uno de los modelos más famosos de Ecología Industrial es el concepto que se practicó en Dinamarca en el parque industrial de la ciudad costera de Kalundborg (Fig. 3). El parque industrial está formado por cuatro grandes empresas: Asnaes Power Station (central eléctrica); Statoil (refinería de petróleo); Novo Nordisk (empresa farmacéutica); y Gyproc (industria de cartones). La central eléctrica (Asnaes Power Station), distribuye el calor que produce la planta a la comunidad mediante un sistema de ductos, con lo cual se logró reducir en un 80% los desechos energéticos que produce la empresa, al proveer calefacción a la comunidad. La misma empresa distribuye vapor a la refinería Statoil (un 40% de sus necesidades) y a la farmacéutica Novo Nordisk (al 100% de sus requerimientos).

17


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Calor

Efecto

Ácido sulfúrico “Kemira”

Sulfuros

Agua Vapor

Refinería de Petróleo “Statoil”

Gas Agua Agua fría residual

Calor

Invernadero

Calor

Calefacción

Gas

Lago Tisso

Agua

Pegamento Gyproc

Estación energética “Asnaes” Yeso

Agua

Fertilizantes

Vapor

Calor

Criadero de peces

Farmacéuticos “Novo Nordisk” Lodos Cenizas Volátiles

Cementos, Caminos, etc.

Fig. 3: Esquema del parque industrial Kalundborg Fuente: Rockefeller University

A su vez Statoil reutiliza el agua de enfriamiento al enviarla a la central eléctrica para el uso en sus calderas, y en el caso de las aguas de desecho, se utilizan en actividades de limpieza. La central eléctrica envía sus desechos de dióxido sulfúrico a la empresa Gyproc, de donde obtienen sulfato de calcio (75% de sus necesidades). Por su parte Statoil envía gas a Gypoc para ser utilizado en sus hornos de secado. La farmacéutica beneficia también a las comunidades cercanas al contribuir con fertilizantes (lodos de desecho) para uso agrícola. Los residuos y desechos que genera la central eléctrica se vienen empleando en la construcción de carreteras, veredas, cerámicos, y hasta en la producción de cemento (Ehrenfeld, 1997). El ejemplo de Kalundborg ilustra los beneficios de la EI: o

a la industria, en la oportunidad de reducir los costos de producción, y la eliminación de actividades que pueden incurrir en penalidades,

18


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

al ambiente al darle tiempo al ecosistema de recuperarse, reducir la demanda de recursos naturales,

o

a la sociedad en la salud, economía, e infraestructura.

La EI considera tres modelos (Fig. 4) que se diferencian en base a sus sistemas de materiales y de energía (Allenby, 1999): o

Tipo I: que es un sistema lineal en el cual las materias primas entran en el sistema, son usados una sola vez y luego eliminados como residuos.

o

Tipo II: en este ciclo la materia prima desarrolla un ciclo interno más complejo, y tiene en cuanta la reutilización de los materiales.

o

Tipo III: en este tipo se logra el ciclo completo de los materiales, con solo el ingreso de energía.

Recursos

Sistema

Fuente ilimitada para residuos

ilimitados

Tipo I

Energía y recursos limitados

Ecosistema

Ecosistema

Residuos limitados

Ecosistema Tipo II

Ecosistema Energía

Ecosistema

Ecosistema

Tipo III

Fig. 4: Modelos de ecología industrial Fuente: Allenby, 1999

El Tipo III, es la visión deseada para los sistemas económicos e industriales, por ser un modelo avanzado en el reciclado de materiales y el reutilizo de la energía

19


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

residual entre todos los actores del sistema.

Y es hacia allí donde deben

orientarse las empresas industriales, hacia un sistema sin demandas insostenibles de materia, y de gran dependencia de combustibles fósiles. Según Korhonen (2004), el modelo industrial del Tipo III, es una visión ganadora para el ambiente, la economía, la sociedad y el ecosistema. Por una parte, se logran beneficios ambientales, a través de la reducción del uso de materia prima y demanda de energía, al sustituirlos con residuos; y se logran también beneficios económicos, al reducir los costos de transporte, costos por materias primas, se mejora la imagen de la empresa, etc. Esto en cuanto a los recursos que ingresan al sistema. Por otra parte, se contribuye a la reducción de emisiones y residuos (al ser reciclados e ingresarlos nuevamente al sistema), se reducen los gastos por control de emisiones y/o gestión de residuos, y se potencia el marketing y la presencia de la empresa en el mercado de productos sostenibles. De todo esto, la principal beneficiada es la sociedad, al generarse nuevas oportunidades de empleo, sean estas en el manejo de materiales, así como en la gestión, implementación de nuevos sistemas energéticos

renovables; y en el

aumento de la participación y cooperación de todos los actores comprometidos con el desarrollo sostenible (gobierno local, comunidades, universidades, financieras, etc.). Un ejemplo de los modelos y su evolución desde el Tipo I hasta el Tipo III se muestra en el caso de Uimaharju en Finlandia. Korhonen (2005), describe que el Uimaharju Industrial Ecosystem es un parque localizado en la provincia de North Karelia, e incluye 19 municipalidades. La Fig. 5., muestra la primera etapa en la que se encontraba Uimaharju desde sus inicios en 1955 hasta 1966. En un círculo se indica a los actores que operan en el parque, en este caso existe un solo actor: un aserradero. El aserradero interactúa a través de sus residuos con el entorno: emisiones de gases, disposición abierta de cenizas y otros sólidos en basurales; y a través de su demanda de energía y materia prima.

20


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Ecosistema forestal

Lago

Quema de corteza

Madera

CO2, otras emisiones

Corteza

Calor

Aire

Aserradero Tala de

árboles

Ceniza, otros desperdicios sólidos

Aserrín

Energía, combustible fósil

Basurero

Fig. 5: Parque industrial Uimaharju (1955-1966): modelo Tipo I Fuente: Korhonen, 2005

En la evolución de Uimaharju hacia el modelo del Tipo II (Fig. 6), existen dos actores más (junto al aserradero): la fábrica de papel, y una planta de energía.

Ecosistema forestal

Gases industriales

Químicos para pulpa

Lago

Mecánicamente purificado Quema de corteza

Madera

Aguas residuales

Tala de árboles

Fábrica de Licor negro, corteza Corteza papel Calor Planta Energía energética Pedazos Vapor Aserradero Calor

Aire CO2, otras emisiones

Ceniza, otros desperdicios sólidos Basurero Aserrín

Energía, combustible fósil

Fig. 6: Parque industrial Uimaharju (1967-1992): modelo Tipo II Fuente: Korhonen, 2005

21


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

En consecuencia, se produjo un aumento en el flujo de materia y energía con el entorno, así como el incremento de actividades en la que se reutilizan los residuos de materia y energía. En la Fig. 7., se muestra el parque industrial Uimaharju con tres nuevos actores, una central de tratamiento de cenizas, una planta de tratamiento de agua, y una de gas.

En total seis actores que interactúan con el entorno, incrementándose a

catorce las actividades de reutilizo de materia y energía, como consecuencia de la integración del desarrollo tecnológico y la responsabilidad social corporativa. Bajo el marco de la EI, la planificación de las actividades industriales debe incluir hasta el comportamiento del consumidor, por ser una manera de acercamiento y guía para minimizar el daño ambiental y optimizar la relación economía-tecnologíasociedad. El uso de la energía en el sector forestal de Finlandia nos da un ejemplo de cómo los principios de la ecología industrial pueden ser aplicados en la práctica. Alrededor del 70% del combustible usado en la industria forestal está basado en combustibles biomásicos provenientes del mismo sector. Y el 95% de estos combustibles son usados en la co-producción de calor y energía, en donde la energía residual producida durante la generación de electricidad es utilizada por las industrias como calor de proceso, y en la calefacción de la comunidad. Finlandia está dando una clara muestra de cómo un sistema industrial puede evolucionar hacia la formación de redes de empresas e industrias cooperantes, cuyos procesos aplicados creativamente, permiten optimizar el ciclo de los materiales y los flujos de energía. Llegando a un punto, en donde el sistema total, produce más energía de lo que consume, y comercializa el excedente a la red nacional. La ecología industrial fomenta el aprender de la naturaleza, y a utilizar los residuos como materia prima, a través de cadenas productivas y de consumo, a la vez que se explotan las fuentes energéticas renovables locales.

22


Introducción a la Ecología Industrial

Ecosistema forestal

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Ceniza, pellets para fertilizantes

Químicos de la pulpa

Lago

Recuperación de Planta de los químicos de tratamiento del la pulpa desecho de ceniza Ceniza

Madera

Agua purificada

Aguas residuales de los municipios

Planta de tratamiento del agua residual Aguas residuales

Lodos

Residuos de aserradero para la fábrica de papel

Planta de gas Fábrica de papel

Gases industriales

Licor negro corteza

CO2, otras emisiones

Pulpa Aserradero Producto terminado (madera en tablones)

Pedazos, Aserrín Corteza

Energía Vapor Calor

Planta de energía

Energía

Aceites y aguarrás para la industria química

Energía

Combustibles fósiles

Calor Cartón recuperado y desperdicios de la producción de empaquetado

Aire

Desperdicios sólidos

Cenizas

Basurero

Fig. 7: Parque industrial Uimaharju (1992-2003): modelo Tipo III Fuente: Korhonen, 2005

23

Corteza no usada de aserradero y/o la papelera


Introducción a la Ecología Industrial

2.3.

Arroyo Ulloa, Maximiliano

El metabolismo industrial peruano

Los sectores industriales que tienen un mayor impacto económico en el país se caracterizan por afrontar problemas ambientales, debido a lo obsoleto de sus equipos y procesos., que consumen excesiva energía y producen ingentes cantidades de residuos, que casi nunca terminan por ser aprovechados en su real magnitud por la industria misma. Esta problemática tiene un fuerte aliado en las faltas de políticas y normas legales puntuales y específicas, que alineen los intereses y derechos de las comunidades cercanas con los deberes de las industrias, y de quienes gobiernan el país. Uno de los tantos casos, lo podemos encontrar en el sector azucarero, que en su gran mayoría se caracteriza por contar con tecnología desfasada e ineficiente, que genera un impacto negativo en el entorno industrial y las comunidades localizadas dentro de esos límites. Los residuos que se generan en el sector azucarero los podemos dividir en: residuos que se pueden generar durante el cultivo de la caña de azúcar y residuos que se generan durante el proceso de producción. Los residuos en la fase de cultivo están relacionados con el tipo de semilla de caña, temperatura, tipo de suelo, utilizo de fertilizantes, etc. La generación de residuos en el sector azucarero desde el punto de vista tradicional, era constituida por un residuo sólido denominado “bagazo” y uno líquido denominado “cachaza”. Pero muchos conceptos han cambiado, debido en gran parte a factores ambientales, es decir que en esta nuevas tendencias hacia la calidad ambiental y el desarrollo sostenido, es necesario tomar en cuenta todo tipo de residuos que se generen en la actividad, desde el inicio del ciclo hasta el producto terminado, lo cual implica que se tomen en cuenta no solo los residuos antes mencionados, sino también las aguas residuales del proceso, la quema de los campos antes y después de la cosecha, la gestión de las cenizas de calderos, la compactación de los suelos, etc. La descripción en mención se asemeja al primer modelo de la EI, como se muestra en la figura 8:

24


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

ECOSISTEMA AGRÍCOLA

Campos de caña de azúcar

RIOS

Agua residual

Caldero

Quema de campos

CO2 y otras emisiones

AIRE

Bagazo

Cenizas (Vapor)

Caña

Petróleo Energía

Bagazo

Cenizas, residuos sólidos

Bagacillo Agua

Melaza

SUELO Fig. 8: Ingenio azucarero: modelo Tipo I Fuente: Arroyo, 2002

En esta situación, la contaminación agrícola por su naturaleza difusa se diferencia fuertemente de la contaminación industrial, por los sistemas de control y depuración que se instalan en el lugar de origen de las emisiones contaminantes. Los métodos más eficientes y económicos para controlar la contaminación agrícola se encuentran en la prevención, con una gestión racional de los agro-ecosistemas, desarrollando buenas prácticas agrícolas con tendencia a minimizar la quema de campos y el uso de fertilizantes y herbicidas. La investigación desarrollada por Arroyo (2002), demostró que las empresas azucareras generaron solo durante el 2001 alrededor de 2.120 Gg (Giga gramos) de CO2, y dispersaron sobre las comunidades adyacentes 34.532 toneladas de cenizas, por efectos de la quema de

25


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

campos de caña de azúcar a efectos de “agilizar” la cosecha. Otros datos sobre las emisiones se muestran en la figura 9:

Fig. 9: Emisiones de contaminantes por ingenios azucareros (Perú, 2001) Fuente: Arroyo, 2002

De la figura 8, podemos ver que los residuos del proceso de producción del azúcar de caña son sólidos y líquidos. En la etapa inicial del proceso, se utilizan grandes cantidades de agua para lavar la caña que llega de los campos y que generalmente una vez lavada, el agua utilizada en la operación es vertida en el sistema de drenaje de la fábrica, hacia los campos nuevamente. Esta etapa implica contaminar los campos con aguas que conllevan residuos de combustible, aceites, y casi siempre residuos fecales y otros componentes. La caña lavada ha pasado hacia los molinos o trapiches para la extracción del jugo, quedando como residuo un material fibroso llamado bagazo, que es destinado al sector de producción de papel y en gran porcentaje como combustible en los propios ingenios azucareros para la generación de vapor de proceso y energía eléctrica. La quema del bagazo en calderas de bajo rendimiento genera grandes emisiones de gases que contribuyen al calentamiento global. El utilizo de agua durante el proceso, es constante, y constante es la generación de agua residual

26


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

con contenido orgánico en las etapas de evaporación y secado, así como la cachaza y miel no-cristalizable. De lo antes mencionado, se ve que la industria del azúcar necesita de una gestión energética-ambiental integral que permita minimizar su impacto regional. Esta necesidad ha encontrado de manera alguna, un apoyo tremendo en el proceso de privatización de las azucareras, a través de la modernización y/o adquisición de tecnologías de mayor eficiencia, implementación de destilerías, reciclaje de agua, etc. (Fig. 10).

ECOSISTEMA AGRÍCOLA

Campos de caña de azúcar

Agua

RIOS

Otros

Alcohol y derivados

Agua residual

Agua residual

Quema de campos

Caldero ga

a Líquidos B

zo

Bagazo

Cenizas

Bagazo

CO2 y otras emisiones

Planta energética r po gía Va ner r E alo C

Vapor

Caña

r po gía Va ner E

Destilería

CO2 y otras emisiones

AIRE

Petróleo Energía

Cenizas, residuos sólidos

Bagacillo Agua

SUELO Fig. 10: Ingenio azucarero: modelo Tipo II Fuente: Arroyo, 2002

Para la producción de azúcar se requiere enormes cantidades de agua y energía, que proviene principalmente de la combustión (generalmente ineficiente) del bagazo y de combustibles fósiles de baja calidad (con altos contenidos de azufre). Tradicionalmente, el bagazo es quemado en calderas para producir vapor y

27


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

electricidad necesaria para el ingenio, pero la baja eficiencia de las calderas requieren el complemento de otros combustibles, en este caso combustible fósil, como el petróleo. Las calderas operan casi siempre en una mezcla de combustible fósil-bagazo. De este modo la eficiencia energética alcanzada por la combustión del bagazo, es moderada con respecto a lo que podría ser obtenido con soluciones mejor elaboradas, como: un sistema de gasificación a gas natural, o gasificaciónfuel cell alimentado siempre por residuos biomásicos; producción propia de fertilizantes orgánicos; alimento balanceado para animales; y materia prima para el sector construcción; etc. (Fig. 11).

ECOSISTEMA AGRÍCOLA

Agua purificada

RIOS Planta Cenizas Tratamiento cenizas

Fertilizante

Rastrojo

Campos de caña de azúcar

Rastrojo

Verde

Aguas residuales comunidades Otros Agua

Planta tratamiento de agua

Alcohol y derivados

Destilería Agua residual

Vapor Energía

Planta energética

o

az

g Ba

Líquidos

CO2 y otras emisiones

Vapor Energía Calor

Bagacillo

Melaza + Bagazo

Industria construcción

Energía

Residuos agrícolas

Forraje

Agua

SUELO

Alimento para ganado

Fig. 11: Ingenio azucarero: modelo Tipo III Fuente: Arroyo, 2002

28

AIRE


Introducción a la Ecología Industrial

3.

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Desmaterialización

En 1988, la desmaterialización fue definida como la reducción en el tiempo, de materiales usados en los productos industriales, o en la energía que emplea dicho producto (Ausubel y Sladovich, 1989). Dicho de otro modo, la desmaterialización se refiere a la reducción (absoluta o relativa) de la cantidad de materiales que requieren las funciones económicas.

Colombo (1988) por su parte sostiene que, la

desmaterialización es el resultado lógico de una economía avanzada, en la cual la demanda de materiales está sustancialmente satisfecha. Tibbis (1992) elabora un concepto de desmaterialización para designar los cambios tecnológicos progresivos y las prácticas empresariales que hacen posible que se puedan producir bienes manufacturados empleando menor cantidad de materias primas y de energía. En un sentido amplio, la desmaterialización hace referencia a la absoluta o relativa reducción en la cantidad de materiales requeridos para proveer funciones económicas (Boada, 2002). La desmaterialización encuentra su punto de apoyo o de quiebre, en el número de consumidores, comportamiento, y estilos de vida. Todo esto de manera global, porque es la única manera de poder tener una evaluación válida del impacto ambiental de un producto, y no sirve la evaluación aislada de un producto en un sistema global. La desmaterialización es una forma de hacer “mas con menos” como estrategia de sostenibilidad global, que empieza por la sostenibilidad empresarial y su aumento en productividad conocida como eco-eficiencia. Reducir la intensidad en el uso de materiales necesariamente reduce el volumen de desechos generados y aun más, se mejora la eficiencia misma de los procesos. A su vez se reduce la exposición a materiales y desechos tóxicos y peligrosos, se conservan paisajes y se ahorran inventarios de recursos naturales no renovables como los combustibles fósiles y minerales; y reduce la demanda sobre los recursos renovables. La desmaterialización es una estrategia importante para alcanzar la sostenibilidad, y desde el punto de vista ambiental, es el cambio en la cantidad de residuos generados por cada producto

29


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

industrial. Bajar la intensidad de los materiales en la economía, permitirá reducir la generación de basura, y los riesgos de exposición a materiales peligros, con grandes beneficios para las personas y el ambiente. Pero la desmaterialización de cada producto industrial está influenciada por una serie de factores (Ayres, 1994), como calidad, costos de producción, complejidad del producto, proceso de manufactura, cantidad de residuos, etc. 3.1.

Flujo de materiales

El flujo de materiales (Fig. 12) estudia el sistema en el que se mueven los materiales desde su extracción, el proceso de transformación, la obtención del producto final, y el flujo del producto después de su vida útil. Si se utilizan los conceptos de metabolismo industrial y ecología industrial, es posible el logro de un manejo eficiente de las actividades económicas y sobre todo de los recursos que la naturaleza le provee. Recordemos que la naturaleza sirve de factor productivo para las actividades económicas de las personas, sea en términos de materiales, y energía, que en términos de capacidad de absorber los residuos que generan las actividades económicas mismas (Sachs, 1999). Cada material usado, es material que ingresa al sistema productivo-económico, y se convierte tarde o temprano en material que sale. En otras palabras, hay una relación causal entre el flujo de materiales asociados a la actividad humana, con ciertos problemas ambientales. Los flujos de materiales se pueden clasificar en dos tipos: o

demanda

de

los

recursos:

que

está

asociado

al

problema

del

empobrecimiento de los recursos y del ambiente por causa de la misma actividad; o

transformación de los recursos en bienes por parte de la industria y uso de los bienes por parte de las familias. Ambos están asociados a la restitución de los residuos al ambiente.

30


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Por lo tanto, es importante el conocimiento puntual de las propiedades de ciertos materiales y sustancias, con el fin de poder obtener una evaluación del impacto específico por unidad de flujo de material, porque es imposible poder hacerlo para todos los flujos de materiales potencialmente nocivos, por causa de la complejidad del ecosistema global y de la potencial interferencia del hombre. 3.2.

Metabolismo industrial y flujo de materiales

El metabolismo industrial, pone particular atención en los materiales que ingresan en el sistema, obviamente porque la reducción de materiales de entrada implica una reducción de materiales de salida. Una política de este tipo, centra su progreso en el ahorro de los recursos, estimulando la innovación y la competitividad. El hecho de centrarse (como se hace actualmente) en los flujos de salida, incentivando medidas y normas, no promueve la modernización ecológica de los productos y procesos, por el contrario hay que centrarse en los materiales de entrada y así afrontar las causas de los problemas ambientales

y no los síntomas (es más

sensato evitar la contaminación desde el inicio, a recuperar el ambiente al final del proceso). La reducción de materiales de entrada significa un ahorro de recursos, es decir una menor dependencia de las importaciones de materia prima, y de los mercados fluctuantes (como el petróleo). El análisis del flujo de materiales tiende a mejorar el diseño de productos, la eficiencia del uso de recursos, y mejores prácticas en la gestión de residuos que permitan minimizar el impacto negativo en el ambiente.

31


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Minerales y productos terminados Concentrados

Importaciones

Productos semi-terminados

Post consumo

Exportación Exportación

Cambio en inventario

Ambiente

Incineración (cuarto reciclaje)

Compost Fuente de recursos Animales Vegetales Minerales Gases

Producción

Primaria Co-producción Sub productos

Proceso

Fabricación

Consumo

Disposición Relleno sanitario

Primer reciclaje

Importación

Emisiones atmosféricas

Descarga de residuos sólidos

Fig. 12: Flujo general del ciclo de producción de bienes Fuente: Kostic, 1996

32

Segundo reciclaje

Tercer reciclaje


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano ACTIVIDAD Nº 2

A. De acuerdo a la información previa (puede revisar otras fuentes), analizar las siguientes afirmaciones: 1.

La producción de un artículo pequeño y ligero, que resulta con bajos costos de producción, bajo precio de venta por ser de menor calidad, tan así que puede ser reemplazado en vez de ser reparado, está llevando a la empresa camino a la desmaterialización.

2. Los hornos de microondas, tan pequeños y versátiles, son una innovación tecnológica que

conlleva a la desmaterialización. 3. La sustitución de alambres de cobre por cables de fibra de vidrio, es un gran avance

tecnológico, pero que en la práctica, no haría más que aumentar la materialización. 4. ¿La desmaterialización favorece la sostenibilidad? Elabore un mapa conceptual que

refleje su respuesta.

B. Establecer el proceso productivo y determinar el flujo de materiales. Luego aplicar los tres modelos de sistema (tipo I, tipo II, y tipo III):

La planta produce prendas de vestir para hombres y mujeres tanto para el mercado nacional como el internacional (75% y el 25% respectivamente). Los materiales usados en la producción son lana, algodón, poliéster de algodón, lana/ acrílico y rayón. La fábrica opera a un turno mientras el centro de teñido opera a dos turnos de 8 horas por día, 300 días al año. Hay un total de 1.100 empleados en este local. El proceso de fabricación consiste en la preparación de tela; impresión y teñido; tratamiento y secado; servicios de lana. Otras actividades en la preparación de tela son: el niquelado, el blanqueado y la mercerización. En el paso del niquelado, el material tejido nuevo se cose, de acuerdo a longitudes predeterminadas. La tela es encogida, lavada, secada, y luego blanqueada, lavada, y secada. Seguidamente, la tela se sumerge en una soda cáustica por un periodo corto de tiempo (mercerización) y luego se lava. Este proceso agrega lustre y acentúa el color de la tela (este proceso se hace únicamente con la tela de algodón). La tela puede imprimirse, teñirse, o ambas cosas. Los procesos de impresión son: impresión lana, donde la tela se mueve sobre un cinturón la distancia del modelo deseado y se detiene mientras el color se transfiere desde la pantalla a la tela; y impresión con pantalla rotativa, donde

33


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

la tela está sobre un cinturón continuo y pasa por debajo de pantallas redondas para la aplicación del estampado. En esta planta, el color se introduce en la tela mediante los procesos de teñido: teñido a chorro; teñido jigger y teñido por lotes exprimidores. El próximo paso es el de tratamiento y secado. La tela se seca por aire, que a veces se calienta, se chamusca para retirar fibras excesivas, se lava, se seca, y se trata con un suavizante; nuevamente se seca, y se sanforiza para disminuir el encogido (la tela de algodón solamente). Luego la tela se revisa para ver si tiene defectos antes de ser utilizado en la producción de prendas de vestir.

C. Investigar: 1.

La escasez es la falta adecuada de abastecimiento para satisfacer una demanda. Como el consumo y el uso continuo-creciente de recursos no renovables es cada vez mayor, crece la duda en cuanto a la existencia de recursos que permitan satisfacer las futuras necesidades. A nivel país, ¿cuál ha sido el mineral que más ha sido explotado?, ¿y cuánto queda aún?, ¿es la escasez inevitable?, ¿es la potencial escasez de recursos un problema?

2. ¿Está la productividad ligada al concepto de desmaterialización?, ¿una es consecuencia de la otra? Sustente su respuesta. 3. El proceso productivo de la harina de pescado y determinar el flujo de materiales. Luego aplicar los tres modelos de sistema (tipo I, tipo II, y tipo III).

34


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

4. Descarbonización Se podría pensar que el problema de la energía, tiene su punto más preocupante en la escasez: que no hay suficiente energía para todos los habitantes del planeta, y que por lo tanto, muchos países no logran encaminarse por la vía del desarrollo. Pero, ¿qué si el problema fuese la calidad de la energía, el ahorro o la eficiencia? Ser eficiente es progresar, pero no basta si todos no consumen menos, debido a que muchos consideran positivo el modelo de desarrollo consumista porque mueve la economía, generando daños ambientales irreversibles. Pero, ¿son posibles hoy en día las energías alternativas a los combustibles fósiles y factibilidad para su puesta en práctica? Existen dos realidades: la energía del sol y del viento. El sol y el viento son dos formas de energía democrática, disponible en todos lados, y constituyen una gran ventaja, especialmente para los países en vías de desarrollo, donde no existe una red de distribución eléctrica, y donde los costos de gestión pueden ser menores. Todo esto siempre que, se quiera olvidar que el bajo costo del kWh

de combustible fósil no considera el daño ambiental, que

posteriormente la sociedad será obligada a pagar en términos sociales. Estas energías no están en grado de sustituir completamente a los combustibles fósiles, pero pueden ser una estrategia de integración, vista en una retrospectiva de hace 200 años, cuando todo se hacía con agua, sol, viento y leña. Los problemas que generan los combustibles fósiles han hecho que toda la comunidad científica estime escenarios futuros en los cuales el incremento de un solo grado en la temperatura media provocará grandes catástrofes. Pero el riesgo es que, frente a la pregunta ¿qué cosa se puede hacer para reducir el efecto invernadero antrópico?, podríamos dar muchas soluciones que permitirían reducir nuestras emisiones y mejorar nuestra salud, siendo necesario considerar que las alteraciones climáticas no son un juego intelectual. El mundo del petróleo está por terminarse sin que sea necesario que termine, es decir que aún tenemos un promedio de novecientos mil millones de barriles que están esperando salir al mercado, pero su

35


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

adquisición en unos diez años más tendrá dimensiones inimaginables, y sería conveniente prepararse a una futura transición con el problema a cuestas, o decidir ahora y tomar las medidas de prevención adecuadas. Se conoce y se sabe que las fuentes energéticas renovables presentan la ventaja ambiental-social más viable, pero parece que a los gobiernos de turno su última preocupación es el valor de la sostenibilidad, y ni que decir de las compañías petrolíferas. Existen varias maneras para darse cuenta del consumo energético mundial, y de la lenta transición hacia la descarbonización de la energía. La clave de la descarbonización son las fuentes renovables, que aún no tienen un gran peso en los balances energéticos nacionales, como le sucedió al petróleo hace más de un siglo. 4.1. Descarbonización global Pero, ¿qué se entiende por descarbonización? De la leña al carbón, del petróleo al gas, la cuota de hidrógeno con respecto al carbono que contiene cada fuente de energía, se ha elevado. La relación atómica hidrógeno-carbono (H: C) para el carbón es de 0,5:1; para el petróleo es 2:1; para el metano de 4:1; y para el hidrógeno es infinito. Hasta mediados de los años ochenta, la mayor parte del mundo utilizaba la energía producida por la leña, y es en Inglaterra donde la leña cede el paso al carbón (por aumento de la demanda energética), y por el resto del siglo se convirtió en el combustible líder. Tan es así que recién a inicios del siglo veinte se comenzó una transición hacia un sistema energético basado en fluidos (por facilidad en su transporte) y representó la oportunidad del petróleo, por ser un combustible que poseía una mayor densidad energética y sobretodo por la capacidad de desplazarse por tubería y almacenarse en barriles. Hoy en día se encuentra frente a un nuevo reto: el gas. El gas natural es actualmente el combustible fósil cuyo uso va en aumento, y es la segunda fuente energética mundial, y es preferido producción de energía eléctrica.

36

para la


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Los más sorprendente de los estudios que se realizan sobre energía de los últimos doscientos años, han mostrado un progreso global a favor de los átomos de hidrógeno en relación a los de carbono, y esto va demostrando la tendencia y evolución de los sistemas energéticos hacia elementos más ligeros (Ausubel, 2007). Esta evolución requiere de un esfuerzo extraordinario de investigación e innovación, para hacer económicamente viable el uso de nuevas tecnologías energéticas limpias y seguras. En el corto-mediano plazo, la respuesta a las demandas de energía debe tener participación de las fuentes energéticas renovables, de la tecnología del hidrógeno y de las pilas a combustible. actual consumo de sólidos actual consumo de actual consumo de gasesde actual consumo

sólidos gases actual consumo de líquidos actual consumo de líquidos

Transición del sistema energético global

Transición del sistema energético global

Hidrógeno Hidrógeno LEÑA LEÑA

SÓLIDOS GASES

Crecimiento Carbón && Carbón Nuclear Nuclear

Crecimiento económico noEconómico Sostenible No Sostenible

Incremento Incremento

Gas Gas natural natural GASES

Petróleo & Petróleo & Hidroeléctrica Hidroeléctrica

sostenible sostenible

Petróleo & & Petróleo Gas natural líquido Gas natural líquido

Petróleo Petróleo

Gas carbón Gasde de carboneras AceiteAceite de de ballena ballena

del delcrecimiento crecimiento

SÓLIDOS Gas Gasnatural natural

LÍQUIDOS

GASES

Fig. 13: Transición del sistema energético global Fuente: GHK Company, 2002

El Aumento de la eficiencia, y cambios hacia sistemas de conversión de sistemas energéticos limpios, no solo mejorará las condiciones ambientales locales o regionales, sino también mitigará el cambio climático global. Es necesario aclarar que la descarbonización por si sola, no es capaz de asegurar la compatibilidad

37


Introducción a la Ecología Industrial

ambiental,

se

requieren

políticas

Arroyo Ulloa, Maximiliano

coherentes

con

los

esfuerzos

de

las

organizaciones e instituciones.

Lectura: LA FIEBRE DEL ACEITE DE PIEDRA El 28 de agosto de 1859 en la campiña de Tutisville en Pensilvana, un hombre gritaba: dólares, dólares es lo que sale del subsuelo. Era William Smith, un antigua ferroviario quién había construido el instrumento con el cual era posible hacer brotar del subsuelo el “aceite de piedra” (petróleo) que cambiaría nuestras vidas. En realidad el petróleo se conoce desde hace miles de años. Hace 3 mil años AC, asirios, sumerios y babilónicos utilizaban el betún (petróleo filtrado naturalmente hasta la superficie de la tierra y secado al sol) como mortero en la construcción y para engaste de joyas. Hacia el año 300 AC, los chinos utilizaban el petróleo (descubierto casualmente al excavar yacimientos de sal) con fines medicinales. Los cronistas españoles del siglo XVI describen el uso que los aborígenes de México hacían del chapopote (betún que sale del mar) como incienso para perfumar templos, como pegamento y medicina. En 1272 Marco Polo describe un culto que se venía dando por 200 años en la península de Baku en el Mar Caspio, era un culto al fuego que se daba en torno a “hogueras eternas” (manantiales petrolíferos que ardían noche y día). Pero ha sido en el siglo XIX cuando se apreció el verdadero potencial que representaba este recurso líquido de la madre naturaleza. En 1850 James Young químico industrial escocés, patentó un procedimiento para la obtención del aceite de piedra a partir del carbón y de las pizarras bituminosas. Luego refinó el producto con parafina, a tal punto de comenzar a sustituir el aceite de ballena. Es así que en Gran Bretaña y otros países se instalaron plantas transformadoras junto a las minas de carbón. Y aquel fue el momento en que

Edwin Drake emprendió sus

perforaciones para la obtención de aceite de piedra natural. Explorando Pensilvana, en 1854, el geólogo anglocanadiense Abraham Gesner notó que a partir del aceite de piedra que afloraba espontáneamente de fracturas de las rocas, era posible fabricar un combustible de olor muy fuerte pero capaz de sustituir con éxito el aceite de ballena de las lámparas domésticas. La economía de los pioneros americanos prosperó durante 200 años gracias al aceite de ballena, pero diezmó las grandes colonias

38


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

de cetáceos. Así, el aceite de piedra representaba la alternativa ecológica a implementar para lograr el equilibrio con la naturaleza. En 1857 un ingeniero de apellido Ferris, patentó un nuevo tipo de lámpara de aceite que consumía muy poco combustible, y convencido del futuro promisorio de su invento, Ferris inició una serie de excavaciones para extraer el aceite de piedra del subsuelo, adquiriendo para tal motivo grandes cantidades de tierra en Pensilvana. Luego de un arduo año de excavaciones y de realizar agujeros, solo se encontró agua, sal, minerales, pero ni rastro del aceite de piedra. Cerca de los terrenos donde se realiza infructuosamente la búsqueda del aceite de piedra, existía una compañía minera extractora de sales cuyo propietario Samuel Kier, no dudó en venderla cuando se percató que junto a la sal salía a la superficie un elemento contaminante de característica líquida oscura y viscosa, que le causaba muchos problemas a su negocio. La compañía de Samuel Kier fue adquirida por Edwin Laurentine Drake, un ex controlador de boletos en los barcos a vapor de la época. Drake al adquirir la mina de sales, contrató de inmediato a Willam Smith para que realizase un sistema de perforaciones para extraer el verdadero tesoro de las tierras. La estructura del pozo para la extracción del aceite de piedra, que fue ideada por Drake, y bautizada con el nombre de “derrick”, tuvo como inspiración un patíbulo que fabricó un verdugo londinense del siglo XVI llamado Derrick. Meses después de la construcción del primer pozo de extracción, la fiebre del aceite de piedra recorrería América. La primera producción de aceite de piedra, fue destinada por completo a la iluminación y vendida a 20 dólares el barril, pero pocos años después tras el descubrimiento de nuevos yacimientos y aumento de la oferta, el preció cayó abruptamente a 10 centavos el barril. En 1865 se construyó el primer oleoducto de 8 kilómetros. Posteriormente, los ritmos de extracción del aceite crudo crecerían vertiginosamente, desde los 2 mil barriles al año (en 1880) hasta los 90 millones de barriles que se extraen hoy en día, sólo en los Estados Unidos. En la actualidad se producen alrededor de 83 a 87 millones de barriles de petróleo por día, y se espera que al 2015 se llegue al punto máximo de producción de 95 millones por día, con la consecuencia de cada vez será mayor el costo de extracción, un costo que hoy en día estamos pagando por adelantado por los efectos del cambio climático.

39


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

4.2. Proceso de descarbonización del sistema peruano El sistema energético nacional peruano, hasta inicios del año 2000 se caracterizaba por un fuerte predominio de combustibles fósiles líquidos (diesel, gasolina, etc.) y sólidos (bagazo, carbón, leña, etc.), pero en los últimos años se ha producido un crecimiento en la demanda de combustibles gaseosos (ver tabla 2), especialmente de gas natural, y que se espera llegue a ser el combustible del sector industrial y transporte (MINEM, 2008). La presencia de energías renovables es mínima, y se considera como energía solar, pequeñas aplicaciones fotovoltaicas, algunas turbinas de viento, uso de bagazo, y leña. Tabla 2: Consumo final total de energía por fuente (TJ) Fuente

2004

2005

2006

2007

Carbón mineral

19.698

19.973

15.336

24.630

Leña

66.950

73.000

74.496

80.530

Bosta & yareta

10.719

10.682

10.243

11.047

Bagazo

14.275

11.084

8.955

9.623

Energía solar

2.317

2.351

2.337

295

Coque

1.138

990

1.325

1.331

Carbón vegetal

2.323

2.285

2.255

2.370

Gas licuado

25.456

26.597

34.241

38.369

Gasolina de motor

41.405

41.333

39.522

39.265

Kerosene – jet

38.756

33.237

23.816

9.773

Diesel oil

105.290

125.280

127.903

131.588

Petróleo industrial

49.783

59.142

45.243

43.865

No energéticos

6.891

8.844

9.025

4.790

Gas distribuido

845

1.984

13.974

22.410

Gas industrial

1.113

1.237

1.678

2.273

72.706

77.518

87.774

96.824

459.664

495.537

498.121

518.982

Electricidad Total

Fuente: Balance Energético Nacional Peruano 2008 (MINEM)

40


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

La economía nacional tiene su mayor demanda de combustibles en los sectores residencial, transporte, industrial y minero (tabla 3). Tabla 3: Consumo final total de energía por sectores económicos (TJ) Sector

2004

2005

2006

2006

158.364

157.226

158.883

169.349

137.930

158.863

163.450

157.616

23.952

27.671

21.295

18.385

Industria y minería

125.919

137.869

140.106

162.967

No energético

13.500

13.906

14.388

10.665

459.664

495.537

498.121

518.982

Residencial, comercial y público Transporte Agropecuario, agroindustrial, y pesca

Total

Fuente: Balance Energético Nacional Peruano 2008 (MINEM)

El uso de los combustibles sólidos mantiene aún una fuerte presencia en el sistema energético nacional, a la par del crecimiento en el mercado de combustibles gaseosos, de manera particular en el sector residencial, comercial y público. Esto conlleva a fuertes problemas de deforestación e impacto ambiental. La información disponible en el Ministerio de Energía y Minas permite ver que el sector industrial tiene una demanda importante de leña, y bagazo, que en su mayor parte viene utilizada en sistemas energéticos ineficientes (Fig. 14). Considerando que la leña sigue siendo el combustible natural para muchos hogares peruanos (ante el elevado costo del kerosene) no se vislumbra una solución inmediata, y es tal la situación, que organizaciones privadas están avocadas en la optimización del uso de cocinas a leña, y reducir así los problemas de salud ocasionados por la quema del recurso dentro de las casas (la organización Greenpeace ha demostrado que mueren anualmente un promedio de dos millones de personas por efectos del humo al cocinar con leña).

41


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

En el caso del gas natural (GN), cada vez crece su importancia, debido a su disponibilidad y se presenta como una solución inmediata al aumento demográfico y por consiguiente a la demanda futura de energía eléctrica. ¿Es entonces el gas natural la alternativa energética para nuestro país?, con optimismo se puede decir que sí, debido a la disponibilidad del recurso (Aguaytía, Camisea), bajos costos de operación, apoyo del gobierno, y el crecimiento del parque automotor a gas. La opción del GN representa en el corto-mediano plazo una estrategia de ir dejando de lado la dependencia energética de combustibles más contaminantes, y abrir paso a nuevas fuentes energéticas como los recursos renovables. Entre los recursos energéticos fósiles, el gas natural viene calificado como una fuente de transición hacia un sistema energético de menor intensidad de carbono. El GN gracias a su alto índice H/C, presenta el más bajo factor de emisión de CO2, y por sus características físico- químicas es posible utilizarlo con nuevas tecnologías más eficientes. Ya no basta pensar a ciclos combinados, es necesario tener en cuenta nuevas tecnologías emergentes para el uso final del gas, que permitan aumentar las reducciones de CO2 más allá del 45%, como: o

celdas de combustible, para generación distribuida de energía eléctrica;

o

ciclos

híbridos:

celdas

de

combustible-micro

turbinas,

o

solar

termodinámico-turbinas, para generación distribuida de energía eléctrica de alto rendimiento. Pero, para reducir el déficit de energía eléctrica, no basta solo construir nuevas centrales, o utilizar nuevas fuentes fósiles, sino re-construir y mejorar la eficiencia de aquellos existentes, e integrar fuentes energéticas renovables locales en la política energética de cada gobierno. A fines del 2007 la Oficina General de Planeamiento del Ministerio de Energía y Minas del Perú, hizo conocer la nueva matriz energética del país así como los principales objetivos a lograr: o

desarrollar las fuentes primarias disponibles en el país,

42


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

consumir lo que se tiene en abundancia (gas natural) y dejar de consumir lo que el país no produce e importa (diesel),

o

promover el desarrollo de las fuentes e renovables de energía: solar, eólico, biocombustibles, hidroenergía, y energía geotérmica.

Lograr los objetivos en mención va a permitir cambiar la actual matriz energética basada principalmente en combustibles fósiles por una matriz constituida en 33% por energías renovables, 34% por gas natural, y 33% por petróleo. A su vez, el cambio representa nuevas oportunidades sociales ambientales y económicas, es decir nuevos puestos de trabajos, diversificación de las inversiones, y mejora de las condiciones ambientales. El primer paso se ha dado, y el gobierno debe complementar dicha decisión con nuevas leyes, normativas, y beneficios tributarios que impulsen aún más la inversión privada en tecnologías renovables. Hoy en día existe una fuerte promoción para inversiones en biocombustibles, pero las condiciones geográficas y climáticas ofrecen también importantes nichos de mercado para sistemas solares térmicos y termodinámicos, especialmente en las regiones del norte. En el primer caso en aplicaciones residenciales e industriales, y en el segundo, para la generación de electricidad en centrales solares que pueden ser ubicadas en zonas desérticas del norte del país, y zonas potenciales del sur. Si bien la variabilidad climatológica (nubosidad) resta de manera alguna la eficiencia de estos sistemas, la integración en un sistema híbrido permitirá mantener la eficiencia necesaria que haga viable los proyectos. La biometanización y la producción de biocombustibles a partir de residuos sólidos urbanos o de cultivos energéticos de corta rotación y poca demanda de agua son alternativas tecnológicas que serán de vital importancia para el país en el logro del tan necesario 33 por ciento. El Perú ha tenido en los últimos años un crecimiento significativo en el uso de gas natural, debido en gran parte a los yacimientos de Camisea, pero en un futuro no

43


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

muy lejano, el gas vendrá del mar, con el nuevo recurso llamado hidrato de metano. Los hidratos de metano se encuentran distribuidos en las tierras de Alaska, Canadá y Liberia, y en el subsuelo marino de varios países como Perú, Chile, México, India, Japón, etc. Las investigaciones preliminares han demostrado que en condiciones ideales, un metro cúbico de hidrato de metano equivale a 64 m3 de gas metano (Kennett, 2002). Aún es pronto para pensar en la extracción de los hidratos, porque técnicamente es un gran desafío, pero es seguro que llegado el momento los mercados mundiales tendrán un cambio total. La abundancia de las fuentes energéticas, en los inicios del desarrollo industrial, ha impuesto en nuestra civilización ideas basadas en “que los recursos energéticos son ilimitados” y que “no existen limitaciones en su utilizo que puedan afectar el desarrollo del bienestar humano”. Pues por el contrario, los combustibles fósiles (caracterizados por ser no reciclables), son recursos naturales agotables, que un día no serán disponibles, pero que sobretodo reducen paulatinamente la calidad de vida de la humanidad. Los objetivos de todos los organismos públicos y privados de los sectores energéticos, sea para la producción, transporte y almacenaje, están orientados hacia el desarrollo de tecnologías y procesos innovadores, caracterizados por “eficiencia elevada” y “bajo impacto ambiental”. Lograr estos dos objetivos, significa integrar opciones que deben ser aplicadas paralelamente: o

aumentar el rendimiento en el utilizo de las fuentes energéticas primarias,

o

utilizar combustibles con alto índice hidrógeno / carbono (H/C), y por lo tanto con bajo factor de emisión de CO2,

o

utilizar tecnología de “emisión cero”,

o

integrar fuentes energéticas renovables o nuevos vectores de energía.

44


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

EN LA “COMUNIDAD DEL ANILLO” ENERGÉTICO, LO MÁS IMPORTANTE ES CUIDAR LA “COMARCA” PERUANA La relación coherente entre energía y desarrollo económico es vital para el despegue de países como el nuestro, demostrándose esto a través de la historia. Si bien las tecnologías energéticas han evolucionado en los últimos años, no es este cambio tecnológico que genera los cambios en las políticas de desarrollo, por el contrario es la política de desarrollo la que se debe basar necesariamente en la disponibilidad de la tecnología actual existente. Pero cada día adquiere importancia relevante, la consideración de los factores ambientales de la producción, transformación y uso de la energía, ya sea a nivel local, regional y global siempre con referencia a la sostenibilidad y la estabilidad del clima. Las políticas energéticas que en pasado eran destinadas a la oferta existente, hoy se orientan a la demanda, y la demanda real es aquella de “servicios energéticos” y no de energía (en el sentido de la palabra). Si podemos obtener mejores beneficios sociales-ambientales-económicos, ofreciendo servicios energéticos con “menos energía contaminante” como el gas natural, solar-termodinámico, la pregunta que queda flotando es: ¿por qué no hacerlo? Chile, por ejemplo, está afrontando una inestabilidad energética a causa de las restricciones de gas natural y escasez de agua en los embalses, y ante este fenómeno hizo conocer la posibilidad de introducir gas desde el Perú, sosteniendo que un país como Chile requiere aumentar cada 8 años su producción energética al doble. La iniciativa chilena se produce en momentos que Argentina decidió darle más atención a su demanda interna, lo que también ha afectado indirectamente a Brasil y Uruguay. Nuestro país vecino, utiliza centrales termoeléctricas (que satisfacen el 46,4% de las necesidades de electricidad), sistemas de ciclo combinado cuya aportación fue del 17,8%, e hidroeléctricas con un 35,8% de participación en la generación de electricidad. En el caso de las centrales hidroeléctricas, la materia prima fundamental es el agua, y la escasez del mismo puso en serio aprietos a las empresas chilenas generadoras de electricidad, motivo por el cual se han establecido planes de racionalización para el uso de la energía eléctrica. Como país estoy convencido que somos capaces de grandes cosas. Nuestro país necesita y debe revisar con detenimiento hacia donde quiere llegar desde una perspectiva energética. Lo que la “comunidad del anillo” energético necesita es energía eléctrica, no necesariamente materia prima (gas natural). Y si eso es lo que necesitan, pues démosles lo que necesitan: electricidad. Vender electricidad a Chile, significa cuidar nuestra “comarca”, significa no solo aprovechar mejor nuestros recursos, sino crear mayores oportunidades laborales para nuestros compatriotas, y mejorar los ingresos para nuestro país. La tendencia mundial está orientada en gran parte (y en donde es posible), hacia una economía energética basada en combustibles gaseosos, entonces no desperdiciemos esta oportunidad que tenemos entre manos y hagamos sentir la verdadera presencia de nuestro gas natural en la magnitud que debe tener. Y no sería la primera experiencia peruana en materia de exportar “servicios eléctricos”. Hace unos años, la provincia de Machala (Ecuador) se quedó sin energía eléctrica, motivo por el cual solicitó al Perú a través del sistema de interconexión el suministro de 60 a 80 MW por un espacio de cinco días. Esto demuestra que podemos ser un referente potencial de servicios eléctricos con todos nuestros países fronterizos, y siendo el caso, utilizando a Chile como un corredor eléctrico hacia la Argentina, Uruguay, Paraguay, integrándonos junto a otros países de grandes reservas de gas. (Maximiliano Arroyo)

45


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Fig. 14: Balance energético 2007 (MINEM-Perú)

46


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano ACTIVIDAD Nº 3

Investigación-análisis:

1.

En el caso Peruano, ¿son el etanol o el biodiesel los escenarios intermedios hacia una economía energética descarbonizada? ¿cuál es la relación atómica H: C de ambos combustibles?

2. Desde la perspectiva de la nueva matriz energética del país, ¿qué impacto negativos se pueden esperar, si es que existen? 3. Elabore una propuesta para el desarrollo energético de la región. La propuesta debe considerar la ubicación, detalles los recursos energéticos a usar, potencial, impacto ambiental-social, y la posible inversión. 4. ¿Es mejor desfosilizar un sistema energético antes que descarbonizarlo? ¿o viceversa? 5. En el supuesto de lograr un sistema energético sostenible ¿es mejor esperar obtener emisiones negativas o emisiones cero? 6. Si las energías renovables y el hidrógeno son recursos que no producen gases de efecto invernadero, y contaminan muy poco, ¿por qué los gobiernos no adoptan el compromiso hacia una economía energética sostenible? 7. ¿Cree usted que el petróleo puede agotarse? ¿Cuánto son las reservas mundiales estimadas y donde se encuentran localizadas? Sustente sus respuestas. 8. Haga un análisis del modelo energético brasileño, y compárelo con cualquier otro modelo energético americano o europeo. 9.

Investigue sobre los nuevos yacimientos potenciales de gas y petróleo. ¿Tendrá un impacto relevante en la economía (inflación) del país?

10. La nueva matriz energética del sistema peruano prevé una participación de energías renovables del 33%. En base a dicha predicción elabore una propuesta para lograr dicho porcentaje, especificando la tecnología, producción, ubicación, pérdidas, eficiencias, etc.

47


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

5. Perspectivas sostenibles para la generación de energía En estos últimos diez años se ha dado un significativo avance en cuanto al concepto de sostenibilidad y sus aplicaciones. Pero aún existe un gran reto de afrontar, un reto que debe comprometer a todos los países del mundo, para afrontar en este siglo el crecimiento de la población, que ya va más allá de los 8 millardos (y que seguirá aumentando) y del consumo de recursos, sin alterar la capacidad regenerativa de los sistemas naturales. En el siglo que ha pasado, se ha consumido un equivalente de energía diez veces a aquella consumida en todos los años precedentes, siendo este incremento constituido en un 90% de combustibles fósiles, esperándose que en los próximos veinte años se incremente el utilizo de petróleo y carbón en el orden de los 30 a 40%. Pero, ¿cuál es la base del desarrollo del sistema de todo país?, la energía. La energía es la base de todo sistema económico y productivo, y es por la manera como vienen usadas las fuentes energéticas que se crea la preocupación por nuestro ambiente cada vez más degradado. Y de como nuestros sistemas energéticos son insostenibles lo demuestran las actividades científicas, que se llevan a cabo a nivel mundial, con el único objetivo de encontrar nuevas propuestas y salidas al incremento de la demanda de energía. Hoy en día, los sistemas energéticos no llegan a dos millardos de personas (ni electricidad ni combustibles) y sirven de manera irregular a una cantidad similar. Seguir utilizando combustibles fósiles como el petróleo y el carbón ya sea para el transporte o la generación de energía eléctrica, no harán más que aumentar las emisiones de carbono de 6,1 a 9,8 mil millones de toneladas hasta el 2020, acelerando los cambiamientos climáticos y las consecuencias que ello implica. Para que se pueda dar el concepto de sostenibilidad, es importante tener en cuenta los aspectos ambientales, económicos y sociales, que hoy

en día son fundamentales:

mínimo impacto sobre el ambiente, mínimo consumo de recursos, y energía asequible para la sociedad. Y tendremos como resultados, un mayor uso de fuentes energéticas

48


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

renovables, aumento en la eficiencia de conversión de combustibles, y la reducción del impacto ambiental. 5.1. Criterios de selección para la conversión de energía Existe una tendencia mundial hacia una economía globalizada de liberación y concentración de mercados. Y en este punto vale la pena preguntarse, si los países en vías de desarrollo estamos listos para ello, lo que en todo caso sería hacer la pregunta: ¿cómo incluir las demandas ecológicas y sociales en un mercado de libre economía? Quizá la respuesta esté en la descentralización de la producción de electricidad, adaptando los sistemas existentes a la realidad de cada país y de cada región, es decir glocalizando la producción de manera que cada una conocedora de sus características permita la implementación de sistemas energéticos en acorde al respeto de las personas y del ambiente. La tendencia hacia la centralización y descentralización en la producción de energía eléctrica, debe tener como herramienta de criterio fundamental, el factor socio-ambiental de cada región. El hecho de tener en cuenta que el objetivo básico de todo nuevo sistema de generación de energía debe basarse en la menor emisión y/o reducción de

dióxido

de

carbono,

hace

que

sistemas

de

generación

de

energía

descentralizadas, opten por fuentes energéticas renovables y nuevos sistemas de conversión. Las tendencias hacia sistemas de producción de energía centralizada, están basadas en el utilizo de combustibles fósiles como carbón y gas natural a través de tecnologías que han reducido sus emisiones en relación a años anteriores. La tendencia de los sistemas de producción de energía descentralizada optan por la combinación de calor y energía, a través del utilizo de pilas de combustible, mini centrales hidráulicas y el utilizo de fuentes renovables como energía eólica, solar y biomasa (Fig. 15). En cuanto al uso de biomasa, podemos decir que este recurso esta restringido a potencias entre los 50 a 100 MW. La producción de electricidad de biomasa es justificable en sistemas de co-combustión, esto permitiría que sea

49


Introducción a la Ecología Industrial

baja la inversión y

Arroyo Ulloa, Maximiliano

alta la eficiencia. En los sistemas descentralizados, el

aprovechamiento del combustible es mayor, debido no solo a la energía que se

Bajo voltaje Transmisiòn

Alto voltaje Transmisiòn

puede obtener, sino también al calor producido que puede ser utilizado.

Pequeñas centrales de energìafòsil 16 GW/año Otras renovables 2 GW/año

PEMFC

Pequeñas hidro 4 GW/año

Micro turbinas

Energìa nuclear 5 GW/año

SPP GT / CC Centrales energìa-fòsil 70 GW/año

Centrales hidroelèctricas 12 Gw/año

Diesel 9 GW/año MCFC SOFC

Descentralizados

Centralizados < 100 MW

>100 MW

Fig. 15: Tendencias de los sistemas de producción de energía Fuente: GHK, 2002

5.2. El hidrógeno como base para un sistema energético renovable Es cierto que contamos con suficiente combustible fósil para muchas centurias más, pero la pregunta es, ¿hasta que punto somos capaces de soportar el incremento de los combustibles, sobretodo en los PVD? No se pude negar el hecho que será difícil cambiar rápidamente a energías renovables en los PVD, pero si se quiere contribuir a reducir el calentamiento global, es el momento de empezar, valorizando los potenciales reales de energías renovables. Con toda la problemática ambiental existente, es necesario que todo nuevo vector energético, o proceso de producción sea lo menos contaminante posible, como se vio en la figura 13, un sistema energético sostenible estará basado en el hidrógeno, entonces será preocupación fundamental la generación de un “hidrógeno renovable” (Fig. 16), es decir, un hidrógeno de recursos energéticos renovables.

50


Introducci贸n a la Ecolog铆a Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Fig. 16: Alternativas de producci贸n de hidr贸geno renovable Fuente: Arroyo, 2002

51


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

El Hidrógeno es sin duda el combustible del futuro, sin embargo, su producción deberá hacerse a partir de fuentes renovables de energía (solar y sus manifestaciones secundarias como el viento, la lluvia, las biomasas, etc.) para lograr ser parte de sistemas energéticamente sustentables. Entre los muchos procedimientos propuestos en la figura 16, para producir hidrógeno, destacan los basados en la electrólisis del agua con electricidad producida en celdas fotovoltaicas que convierten directamente la luz solar en electricidad (siendo uno de los procesos más difundidos). Pero, el alto costo de las células fotovoltaicas o foto celdas hace a esta opción (por el momento) poco competitiva económicamente cuando se compara con otras propuestas, como el empleo de aerogeneradores, o el utilizo de biomasa residual. Muchas de las actividades industriales de los PVD son en mayor o menor cantidad generadores de residuos que pueden presentar una alternativa económicamente interesante en la substitución de combustibles fósiles y por lo tanto ahorro para las empresas. Si a esto se suma una política energética sostenible de los gobiernos y el apoyo necesario a las iniciativas, los resultados serían favorables en el corto y mediano plazo, consiguiendo de esta manera una real representatividad dinámica en el Protocolo de Kyoto. El problema del hidrógeno a pesar de ser el elemento más abundante y simple del universo, es que se le encuentra mayoritariamente asociado a otros elementos y no existe a granel como molécula en la naturaleza, es decir como hidrógeno gaseoso (H2). Por lo que se necesita extraerlo no solo de los recursos renovables, sino también de fuentes fósiles: o

de combustibles fósiles, mediante el proceso denominado reformación de metano con vapor (methane steam reforming);

o

de electricidad, mediante electrólisis. Hay que considerar si la electricidad se ha obtenido utilizando energías renovables (viento, sol, etc.) o combustibles fósiles, para determinar si es o no renovable ;

52


Introducción a la Ecología Industrial

o

de

Arroyo Ulloa, Maximiliano

biomasa, mediante los procesos de gasificación y fermentación

anaeróbica ; o

del sol, mediante el proceso denominado fotoproducción de hidrógeno, dentro del cual se encuentran los procesos: fotoquímicos y fotobiológicos.

o

del calor, producido en las centrales termoeléctricas y nucleares, mediante procesos termoquímicos, cuyas investigaciones están muy avanzadas.

Desde hace muchos años el hidrógeno ha sido objeto de gran interés por parte de la comunidad científica y en los últimos tiempos en el círculo político, al ser considerado el más atractivo de los potenciales combustibles a usar en futuro, pues al combustionar libera gran cantidad de energía por unidad de masa: 33,3 kWh/Kg. (más del doble que el gas natural y el triple de la gasolina que son: 13,9 y 12,7 kWh/Kg. respectivamente) sin emisión de gases contaminantes y aportando indirectamente a una disminución del calentamiento global del planeta causado por gases invernaderos antropogénicos; es considerado además una fuente de energía renovable al igual que el viento, el sol, las caídas de agua y la biomasa, sin embargo a diferencia de éstas, el hidrógeno tiene la posibilidad de ser almacenado, transportado y utilizado cuando sea requerido, principal desventaja que presentan las energías renovables tradicionales, confinadas a ser utilizadas en forma estacional, llegando a ser esta característica la principal limitante en su desarrollo. Para convertir al hidrógeno en el combustible inagotable y renovable del futuro, los científicos van tras dos pistas distintas. Una, muy avanzada y en fase madura de desarrollo, las llamadas pilas de combustible. La otra, mucho más remota, se refiere a la fusión de núcleos de hidrógeno. Posponer una década más la aplicación masiva de la tecnología del hidrógeno, no hará más que retrasar consigo otras aplicaciones de fuentes renovables, y aumentar el riesgo de saturación por emisiones de CO2. Definitivamente, un sistema energético hidrógeno-pila de combustible representa la oportunidad más real hacia la recuperación del medioambiente.

53


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

5.3. Sistemas energéticos en base a pilas de combustible Las pilas de combustible son sistemas que se basan en un proceso electroquímico el cual convierte directamente la energía química de los combustibles (hidrógeno, petróleo, gas natural, etc.) en electricidad.

CO2, CO, NOx, SOx Calor

GENERADOR TRADICIONAL COMBUSTIBLE

GENERADOR

MOTOR

Energía química

Energía mecánica

Energía eléctrica

SISTEMA CON PILAS de COMBUSTIBLE H2O Calor

CO2

Aire

COMBUSTIBLE SISTEMA DE TRATAMIENTO COMBUSTIBLE

CELDA DE COMBUSTIBLE

Energía química

Energía eléctrica

Fig. 17: Sistema de generación de electricidad con pilas de combustible Fuente: ENEA, 2001

La figura 17 muestra un generador tradicional, que convierte la energía química de los combustibles en energía mecánica a través de un motor de combustión, para posteriormente obtener energía eléctrica. Por el contrario, un sistema de pilas de combustible, convierte la energía química de los combustibles en energía eléctrica a través de pilas de combustible. El sistema de pilas de combustible se alimenta con hidrógeno obtenido del combustible inicial, y emite al final del proceso: calor y vapor de agua. Las emisiones que se emiten en el tratamiento de combustible se complementan con sistemas de filtros y purificación.

54


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

5.3.1. Estructura de una pila de combustible Las pilas de combustible (o celdas de combustible) tienen dos electrodos: ánodo y cátodo, y entre ellos, un medio denominado electrolito cuya función es la de conducir las partículas con carga desde un electrodo al otro, mientras un agente catalizador controla la velocidad de la reacción. En la pila de combustible el hidrógeno entra a través del ánodo en donde una reacción química separa los electrones formando iones hidrógeno con carga positiva que se difunden por el electrolito, y los electrones fluyen por un circuito externo como corriente eléctrica. Mientras los iones hidrógeno que van al cátodo se combinan con los electrones y el oxígeno del aire produciendo agua (EERE, 2002).

Fig. 18: Estructura básica de una pila de combustible (EERE)

55


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

5.3.2. Tipos de pilas de combustibles El desarrollo de la tecnología de pilas de combustible o fuel cell (por su nombre en inglés) ha crecido de manera vertiginosa haciendo que la misma ya esté presente en diferentes aplicaciones a nivel comercial e industrial. A continuación se muestra de manera general el funcionamiento de los principales tipos de pilas: o

PAFC (pilas de combustible de ácido fosfórico). El electrolito utilizado es un líquido corrosivo y funciona altas temperaturas de operación Requiere un diseño complejo y tiene un alto costo de los materiales como el platino. Existen en el comercio unidades de alrededor de 50 a 200 kW. Pueden utilizar metanol, gas natural o gas LP como combustible.

Fig. 19: Pila de combustible tipo PAFC (EERE)

o

AFC (pilas de combustible alcalinas). Son usados desde mediados de los años 60 por la NASA en el APOLO y programas espaciales. Estos son considerados apropiadamente para uso aeroespacial en pequeña escala. Sin embargo, su uso comercial es limitado porque para su funcionamiento

56


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

requiere de hidrógeno puro y oxígeno puro. La vida promedio de operación es de 15 horas, Generalmente entre 300 W a 5 kW.

Fig. 20: Pila de combustible tipo AFC (EERE)

o

MCFC (pilas de combustible de carbonato fundido). Trabaja a elevadas temperaturas (650 °C) y que es necesaria para alcanzar la conductividad iónica del electrolito. Permite usar directamente combustible sin necesidad de un procesador de combustible y utilizan electrodos de níkel los cuales tienen un costo menor a comparación de los otros. El diseño es más complicado que las celdas de combustible de ácido fosfórico, pero opera con mayor eficiencia. Produce una potencia desde 20 kW a 2 MW. A nivel industrial es uno de los sistemas de mayor aplicación, y puede utilizar hasta anhídrido carbónico como combustible.

57


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

El sistema MCFC así como otros tipos vienen integrados en sistemas mayores con el objetivo de lograr una mayor eficiencia en la generación de energía eléctrica. En la construcción de una célula de combustible el ánodo está constituido de níquel sinterizado y el cátodo, óxido de níquel; ambos porosos. El electrolito (carbonato) está colocado entre ambos electrodos y contenido en una matriz de cerámica porosa.

Fig. 21: Pila de combustible tipo MCFC (EERE)

o

SOFC (pila de combustible de óxido sólido). Opera a temperaturas extremadamente altas (800 - 1000 °C). Responde a los cambios de demanda de electricidad y la eficiencia puede alcanzar el 60%. Usan óxido de zirconio, electrolito extremadamente resistente. Las unidades van desde 25 hasta 100 kW de potencia.

58


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Fig. 22: Pila de combustible tipo SOFC (EERE)

o

PEM (pila de combustible de membrana). Trabajan a bajas temperaturas (menor a 120 °C). Responde a los cambio de demanda de potencia. Produce energía desde 50 W a 250 kW. Este tipo de celda es la base del futuro del sector transporte.

Fig. 23: Pila de combustible tipo PEM (EERE)

59


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

6. Introducción al análisis del ciclo de vida Los orígenes del análisis del ciclo de vida, se pueden remontar a finales de los años 90 cuando algunos investigadores, comenzaron a estudiar con criterios rigurosamente científicos, el problema del consumo de los recursos en los procesos industriales, con particular interés en los recursos energéticos (Fugaro, 2006). El análisis del ciclo de vida o ecobalance, es un protocolo de medición del impacto ambiental, económico y social de los sistemas industriales, áreas geográficas, sectores empresariales, corporaciones o instituciones y sistemas de productos definidos como sistemas industriales Desde un punto de vista metodológico, la definición del análisis del ciclo de vida busca identificar un proceso objetivo de evaluación, de las cargas energéticas y ambientales de un proceso o actividad, realizado a través

de la

identificación de la energía y de los materiales usados y de los residuos emitidos al ambiente. La evaluación incluye todo el ciclo del proceso o actividad, desde la extracción y el tratamiento de la materia prima, fabricación, transporte, distribución, uso, reutilizo, reciclado y tratamiento final. Vivimos en una sociedad de consumo que cada vez demanda mayores bienes para satisfacer sus necesidades, que las industrias deben responder con productos y procesos ambientalmente compatibles (característica clave en el futuro de una empresa competitiva). Es importante que la producción de bienes considere el punto de vista ecológico que el producto mismo puede encontrar a lo largo de todo su ciclo de vida. El análisis del ciclo de vida, como ya se señaló, permite comparar y evaluar las diferentes alternativas de un producto, sea desde el punto de vista ecológico o económico. Para realizar estas comparaciones entre las diferentes alternativas posibles, es importante definir una unidad funcional, que sustituye la unidad física de medida, por ejemplo, en una línea de producción en la cual se producen botellas de plástico de 1,5 litros, la unidad funcional con la cual se comprarán las diferentes alternativas es la botella misma y no el kilogramo de plástico.

60


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

La evaluación ambiental de los productos se realiza a través del análisis del ciclo de vida, que forma parte de las nuevas herramientas que permiten hacer sostenible la actividad industrial, desarrollando acciones de naturaleza preventiva (Weule, 1993) El ciclo de vida de un producto se analiza por dos motivos. El primero, para aportar mejoras en cada fase del proceso que permitan balancear y reducir los efectos negativos que se hubiesen acumulado en las fases siguientes; y segundo, para mejorar en términos de eficiencia todas las parte componentes del ciclo (Badini, 1996) 6.1.

Fases del ciclo de vida

De acuerdo a Bonanno (1997) el análisis del ciclo de vida se subdivide en cuatro fases: o

Definición de los objetivos y límites. Hay que especificar que acciones se implementaran, el tipo de información, y el nivel de detalle que se quiere obtener. En cuanto al alcance, es definir los límites del sistema que se analiza y el nivel de datos requeridos, es crucial identificar con detalles que el objetivo prefijado sea alcanzable.

o

Inventario. Se describen los flujos de materiales y energía que atraviesan los confines del sistema que se analiza. El conjunto de flujos de materia y energía, junto a los residuos que salen del sistema, constituyen el ciclo de vida de un producto. Durante esta fase, estos flujos deben contabilizarse para facilitar la operación de recojo de datos, y un manera de hacerlo es a través de un diagrama de flujo que resuma las fases principales del ciclo de vida, y las entradas-salidas de cada fase. En esencia, se debe cuantificar: las necesidades de materia prima (balance de masas); necesidades de energía (balance energético); y los reflujos totales del proceso. Los datos obtenidos deberán estar referidos a la

unidad funcional con la cual comparar.

61


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Evaluación del impacto. Es la fase principal de la metodología. Se estima los potenciales impactos ambientales asociados a los flujos determinados en la fase anterior.

o

Interpretación de resultados. Se evalúan y seleccionan las opciones para reducir los impactos y cargas ambientales del sistema en estudio. De manera particular se analizan las posibilidades en lo que corresponde a: el ahorro de energía (ingreso del sistema); la recuperación de energía (salida del sistema); reciclaje de materiales; y la disminución de la contaminación en el suelo, aire, y agua.

Interpretación de resultados

Evaluación del impacto Clasificación y características Evaluación

1

Clasificación y características Evaluación

3

4 Definición de objetivos y límites

Análisis de inventario Diagrama de flujo de energía y material Límites del sistema y unidad funcional Recojo de datos Elaboración de datos

2 Fig. 24: Fases del ciclo de vida Fuente: EEA-UNEP, 1996

El análisis del ciclo de vida no propone soluciones absolutas, sino un conjunto de alternativas entre las cuales escoger la mejor, de acuerdo a la situación que se analiza (Bonanno, 1996).

62


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Caso: ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE UNA MÁQUINA FOTOGRÁFICA KODAK

Un estudio importante sobre el análisis del ciclo de vida, se realizó a inicios de los años noventa, con las máquinas fotográficas KODAK del tipo “descartable”. Frecuentemente los productos usa-desecha son considerados poco ecológicos, derrochadores de recursos y grandes productores de residuos, pero no es éste el caso, porque la KODAK ha diseñado una cámara para ser reciclada al máximo posible. La famosa sociedad, tiene un convenio con los laboratorios de revelado, para recuperar las máquinas usadas. Las máquinas fotográficas usadas, vienen desmontadas y examinadas, si la estructura principal es aún utilizable, entonces se le hace una marca (una máquina al máximo es usada seis veces) y es nuevamente introducida en el ciclo productivo. Algunos componentes de la cámara que no han pasado la inspección son desmontados y se convierten en materia prima para otros productos, por ejemplo, los lentes son utilizados en la producción de juguetes, el policarbonato de la versión impermeable, es reutilizado como materia primaria, las partes de cartón son enviadas a un incinerador y proveen energía a la planta de producción de KODAK. La aplicación del análisis del ciclo de vida de las máquinas fotográficas usa-desecha ha sido un éxito ambiental, y económico.

Materia prima

Producción

Metales, plásticos, materiales para lentes, cartón reciclado para caja

Producción de partes

Ensamblaje de cámara

Estructura principal

Cámara descartable

≥ 50%

Flash electrónico

Rectificación

Producción de partes

Uso secundario

Uso primario

Desmontaje de cámara

Retorno de la cámara

Basura o

≥ 50%

incinerador

Ensamblaje de lentes

Producción de juguetes

Estuche de policarbonato de cámaras impermeables

Reciclado a segundo producto

Fuente: www.kodac.com

63

incinerador

Reciclado a segundo producto

Estuche de cartón

Producto

Basura o

Fotografías y negativos

Carrete en propileno, fondo en metal

Procesos

Eliminación

Incinerador


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Caso: ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE UNA EMBALAJE DE TELEVISOR Los fabricantes europeos de envases y embalajes de poliestireno expandido (EUMEPS Packaging) encargaron a la empresa consultora independiente Pricewaterhouse Coopers/Ecobilan, la realización de un análisis del ciclo de vida (ACV) de un embalaje de TV. Los dos objetivos eran identificar las fuentes de impacto ambiental asociadas al uso de embalajes de EPS, y cuantificar las mejoras conseguidas mediante el reciclado. A lo largo del año 2001, 15 fabricantes industriales de EPS de 10 países europeos, conjuntamente con importantes fabricantes europeos de TV, participaron en el estudio, centrado en el embalaje de un televisor de 25 pulgadas. Se consideró el típico embalaje compuesto de: embalaje de EPS (0,7 Kg.), caja de cartón (2,8 Kg.) y espuma de Polietileno (PE) (0,1 Kg.) sumando un peso total de 3,6 Kg. para un peso medio de televisor de 27,6 Kg. Se ha considerado el ciclo completo del embalaje de EPS para una televisión de 25 pulgadas. El estudio se realizó según las normas internacionales (ISO 14040-14043) y una revisión crítica externa fue llevada a cabo por el Dr. Postlethwaite, un experto independiente en ACV, quien comento: “En conjunto, un ACV ejecutado correcta y profesionalmente que cumple todos los objetivos del trabajo y presentado de una forma lúcida y ejemplar”. El sistema completo, desde la producción de materia prima virgen (poliestireno expandible) hasta la manipulación del embalaje usado, ha sido dividido en 8 subsistemas que se han estudiado individualmente en profundidad. Se han analizado 30 importantes indicadores ambientales en 11 escenarios (análisis de sensibilidad). Los resultados del ACV se expresan sobre el escenario de referencia y sobre una serie de análisis de sensibilidad que simulan variaciones en parámetros clave como el peso del embalaje de EPS, el destino de los desechos domésticos (dividido en vertido e incineración) y el porcentaje de reciclado de ciclo cerrado. Escenario de referencia (sin reciclado) • Para el embalaje de EPS en si mismo, las etapas principales, en cuanto a impacto ambiental se refiere, se limitan a las etapas de producción de poliestireno expandible virgen y la etapa de transformación. Respecto al consumo de recursos, la energía primaria se gasta mayormente en la producción de EPS virgen, mientras que el agua se usa primordialmente en la etapa de transformación. • La mayoría de las emisiones gaseosas se deben a la producción de EPS a partir de materia virgen, mientras que la formación de oxidantes fotoquímicos se debe específicamente a la etapa de transformación. • Los resultados del ACV demuestran claramente que el EPS no reviste importancia en el de deterioro de la capa de ozono. • Los impactos provenientes del transporte del embalaje de EPS son mínimos (las distancias de transporte necesariamente son pequeñas debido a la baja densidad de este material que implica cercanía del suministrador). Debe reseñarse también que el estudio solo recoge los impactos del embalaje y que la consideración de los impactos del transporte de la televisión originarían un 20% de aumento en el consumo de energía primaria, un 74% de aumento de acidificación del agua y un 38% de aumento en el impacto del efecto invernadero. (continua …)

64


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

• En lo que respecta al embalaje total de la televisión (incluyendo el cartón y la espuma de PE), el cartón presenta una significativa contribución a los impactos ambientales. Este material, a pesar de su contenido en fibra reciclada, es responsable de un 94% del total de la eutroficación1 del agua (medida de la contaminación del agua según su contenido en nutrientes para bacterias anaerobias, principalmente nitrógeno y fósforo), 74% de la producción global de residuos, 51% del consumo de agua y 47% del consumo de energía primaria (figura superior). Cuando se considera una tasa de reciclado de EPS del 35%, el impacto relativo del cartón aumenta (figura inferior). Análisis de sensibilidad (considerando solamente escenarios alternativos para el embalaje de EPS) Cuando el estudio tiene en cuenta el escenario de referencia, además de mejoras de proceso típicas (reducción del consumo de energía primaria y agua), muestra formas de reducir el impacto ambiental disminuyendo en origen, reciclando y reutilizando. • Una reducción del 20% de peso de EPS en origen mediante mejora del diseño del embalaje, reduce los impactos ambientales entre un 10 y un 20% • Una tasa de reciclado de EPS del 35% reduce los impactos ambientales del embalaje total del televisor entre un 10 y un 20% para la mayoría de los indicadores y un 30% para la formación de oxidantes fotoquímicos. • Si se apuesta por la recuperación energética en lugar del vertido (incluso sin reciclado), se reducen la mayoría de los impactos entre un 15 y un 30%

Práctica de Ecología Industrial Apellidos y Nombre: …………………………………………………………………. Considerando los conceptos de desmaterialización y descarbonización, ubicar en el diagrama inferior los procesos y productos, según corresponda, de la empresa industrial que Ud. ha seleccionado como trabajo fina. EL análisis debe hacerlo en base al tipo III.

Fuente: www.epsrecycling.org

65


Introducción a la Ecología Industrial

6.2.

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Límites de la metodología del análisis del ciclo de vida

Existen algunas dificultades en la aplicación de la metodología del análisis del ciclo de vida (Díaz, 2006): o

Asignación compleja. Resulta complejo asignar a cada producto los impactos ambientales del sistema de producción.

o

Dispersión geográfica. Durante todo el ciclo de vida, el producto es causa de impacto ambiental en diferentes regiones geográficas. Estos impactos distribuidos son difícilmente evaluables a causa de la heterogeneidad que las diferentes operaciones pueden tener en las diversas regiones. Por el contrario, estudiando el sistema productivo, no deben haber estos problemas, porque el impacto ambiental está localizado en una sola región.

o

Otros factores al ambiente. Los sistemas productivos pueden ser fácilmente considerados en el análisis de los factores económicos (en relación con las actividades y gestión de la empresa) y sociales (son directamente relacionados con las varias fases del ciclo de vida del sistema productivo).

Focalizar la atención sobre los procesos y no sobre los productos puede ser una acción positiva, lo que no se puede hacer es aplicar la metodología de análisis del

ciclo de vida a los procesos, por los siguientes motivos: o

En un análisis de ciclo de vida del producto, para homogenizar las comparaciones entre diferentes alternativas, se individualiza una unidad funcional para cada categoría de producto.

o

En un análisis de ciclo de vida del producto, no hay dificultades en el análisis de soluciones que pongan en discusión la necesidad misma de compararlas entre las alternativas. En el caso en que se quiera evaluar los ciclos de vida de sistemas diferentes de producción, no se pueden considerar aquellas soluciones que ponen en discusión la necesidad de

66


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

realizar uno o más productos específicos, porque el sistema de producción está proyectado una vez definida la planificación del producto. o

El análisis del ciclo de vida a un producto es fácilmente aplicable porque es posible dividirlo, sin problemas, en sus diferentes componentes, que pueden ser monitoreados y evaluados desde su producción primaria. La fase del inventario en un análisis de ciclo de vida de proceso no sería simple debido a la dificultad che habría en individualizar con profundidad los elementos de base.

6.3.

Análisis del ciclo de vida y evaluación de flujo de materiales

El análisis de flujo de materiales es una metodología cerrada relacionada con la evaluación del ciclo de vida. Es también una medida relacionada con el entorno ambiental y la extracción de la materia prima. En oposición con la evaluación del ciclo de vida, el análisis de flujo de materiales no esta enfocado a productos individuales, pero sí a los sectores industriales, países o regiones y áreas de necesidad de construcción y vivienda. Es una excelente herramienta para evaluar las ventajas y desventajas de varios productos o acciones sobre el medio ambiente. Para hacer un análisis de flujo de materiales se aplican los conceptos de Ecología Industrial. Se analiza como circula dentro o fuera de un sistema los materiales y la energía. El objeto de estudio del análisis puede ser una sustancia seleccionada (un elemento químicamente definido o compuesto, como dióxido de carbono), una tela (material natural o técnicamente transformado que es usado para los propósitos comerciales o no comerciales como platino), un producto (como una celda de combustible), o una economía (como la peruana) Cooper (2000) sostiene que algunos modelos de análisis de flujo de materiales permiten a las personas ser los responsables de adoptar decisiones, comprendan las interacciones potencialmente escondidas relacionadas con hacer una decisión alrededor de un mejor proceso.

67


Introducción a la Ecología Industrial

6.4.

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Calentamiento global y evaluación del ciclo de vida

El calentamiento global está asociado al llamado efecto invernadero, fenómeno natural que empezó a colapsar por el incremento y la aceleración de las emisiones de origen antrópico. Esta alteración se manifiesta en el aumento atmosférico y oceánico de las temperaturas que potencialmente pueden alterar los patrones de circulación del clima. El GWP (por sus siglas en inglés) o índice de calentamiento global ha sido desarrollado para caracterizar el incremento en el efecto invernadero debido a las emisiones de lasa actividades humanas (Lippiatt, 2002). Las evaluaciones del ciclo de vida usan estos indicadores que representan un periodo de tiempo, horizonte estimado en 100 años.

índice de calentamie nto global  imi * GWPi mi = masa (en gramos) del flujo de inventario, GWPi = gramos de CO2 Tabla 4: Potencial GWP de gases Flujo (i) GWPi (CO2 equivalente) CO2

1

CF4

5700

CFC12

10600

CHCl3, HC-20

30

CF3Br

6900

CHF2CL

1700

CH4

21

CH3Br

5

CH3Cl

16

N2O

296

Fuente: U.S. Environmental Protection Agency (2002)

La emisión de gases de efecto invernadero son producidos por los subproductos de varias actividades industriales no energéticas. Estas emisiones son producidas por

68


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

el proceso industrial en sí y no directamente como resultado del consumo de energía durante el proceso. Por ejemplo, las materias primas pueden ser transformadas químicamente de un estado a otro. Esta transformación puede resultar en la emisión de gases de efecto invernadero tales como dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, etc. El índice de calentamiento global de un gas está referido a la contribución global resultante de las emisiones de una unidad de gas, o de un gas de referencia (dióxido de carbono, CO2), al que se le asigna el valor de 1. Por ejemplo, si el metano tiene un GWP de 21 significa que 1 kilogramo de metano (CH4) tiene el mismo impacto en el cambio climático como 21 kilogramos de dióxido de carbono (CO2). En otras palabras, 1 kilogramo de metano es igual a 21 kilogramos equivalente de dióxido de carbono. Veremos como se calculan otros índices de los tantos existentes: 6.4.1. Índice de acidificación. Los compuestos de acidificación en su estado gaseoso podrían disolverse en el agua o fijarse en partículas sólidas. Estos compuestos alcanzan los ecosistemas a través de la disolución en lluvias o sistemas húmedos. Los dos componentes principales son los sulfuros y los compuestos nitrogenados, provenientes principalmente de los combustibles fósiles y la combustión de biomasa. . Otras fuentes son el cloruro de hidrógeno y el amoniaco.

índice de acidificac ión  i mi * APi mi = masa (en gramos) del flujo de inventario, APi = milimoles de iones de hidrógeno

Flujo (i)

Tabla 5: Potencial de acidificación APi (Iones de hidrógeno equivalente)

NH3

95,49

HCL

44,70

H2S

95,90

SOX , SO2

40,04

H2SO4

33,30 Fuente: U.S. Environmental Protection Agency (2002)

69


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

6.4.2. Índice de eutrofización. Es el exceso de minerales y nutrientes en un ecosistema acuático que pueden llegar al punto de afectar negativamente la biodiversidad, es el caso de un humedal eutroficado con demasiado nitrógeno, en la que las hojas de las plantas marinas crecen a tal punto de afectar la luz y por lo tanto al resto de las especies del sistema.

índice de eutrofizac ión  i mi * EPi mi = masa (en gramos) del flujo de inventario, EPi = gramos de nitrógeno Tabla 6: Potencial de eutrofización Flujo (i) EPi (nitrógeno equivalente) NH3

0,12

NOX , NO2

0,04

N2O

0,09

NO3-

0,24 Fuente: U.S. Environmental Protection Agency (2002)

6.4.3. Índice de alteración del habitad. Busca medir la alteración y los cambios que se podrían ocasionar en un habitad por disposición final de residuos. El índice no considera la situación original, el tiempo en que las actividades han cambiado el habitad, ni el tiempo que se requiere para restaurarlo a su condición inicial.

índice alteración habitad  i ai * TED ai = superficie de área transformada (en m2) por uso de la tierra, TED = especies amenazadas y en peligro por m2 (hace referencia a datos de EEUU) Tabla 7: Potencial de alteración del hábitad Flujo (i) TED (especies amenazas y en peligro/m2) Uso de tierra (instalación)

0,12

Uso de tierra (sustitución)

0,04

Uso de tierra (final del periodo)

0,09

Fuente: U.S. Environmental Protection Agency (2002)

70


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

La calidad ecológica puede ser integrada en los procesos de toma de decisiones gracias a las metodologías e instrumentos relativos a la evaluación ambiental del ciclo de vida. Un estudio de evaluación del ciclo de vida tiene en consideración el utilizo de los recursos (minerales, agua, fuentes de energía, etc.), la salud de las personas 8toxicidad, smog foto-químico, etc.), y las consecuencias ecológicas (calentamiento global, acidificación y otros). En ese sentido, la ingeniería debe considerar la integración de un producto/proceso con la gestión del ciclo de vida del producto o proceso. Dicha integración no solo debe ser estudiada desde un aspecto técnico sino también desde una prospectiva de gestión, analizando el impacto de las decisiones en relación al producto y su sistema de producción, al sistema de abastecimiento y el reciclaje. Una prospectiva global que va desde el concepto del producto hasta la gestión del fin de vida del producto es la base y el fundamento del camino hacia el logro de la sostenibilidad.

71


Introducción a la Ecología Industrial

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Bibliografía o

Allenby, B. 1999. Industrial ecology. Policy framework and implementation. Prentice Hall. USA

o

Arroyo, M. 2002. Producción de hidrógeno a partir de residuos de caña de azúcar. Tesis doctoral. Universidad La Sapienza. Roma, Italia.

o

Ausubel, J. 2007. Renewable and nuclear heresies. Int. J. Nuclear Governance, Economy and Ecology, Vol. 1, No. 3. New York. USA.

o

Ausubel, J., Sladovich, H. 1989. Technology and environment. Washington, DC. National Academy Press.

o

Ayres, R. 1994. Industrial metabolism: theory and policy. The greening of industrial ecosystem. Washington, DC. National Academy Press.

o

Ayres, R. Simonis, U. 1994. Industrial metabolism: Tokio e New York. United Nations University Press.

o

Bartelmus, P. et. al. 2000. Application of European-based policies on resources flows and energy to Japanese sustainable development policies. Interim report for the economic planning agency of Japan and Mitsubishi research institute. Wupperal Institute. Germany.

o

Boada, A. 2002. Productividad y Desmaterialización. Gestión y política ambiental empresarial. Colombia.

o

Bonanno, C. 1997. La progettazione dei prodotti a minor impatto ambientale, Ambiente, Risorse, Salute. Vol. 6, pp. 14-18. Italia

o

Bonanno, C. 1996. La valutazione del ciclo di vita dei prodotti, Ambiente, Risorse, Salute. Vol. 51, pp. 7-11. Italia.

o

Calvo.

2005.

Sostenibilidad

Ambiental

y

Huella

ecológica

en

áreas

metropolitanas. Las enseñanzas de a HE. España, Sevilla. o

Colombo, U. 1988. The technology revolution and the restructuring of the global economy. National Academy Press. Washington, USA.

72


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Cooper, J. 2000. Categorization of Decision-Making Tools: from needs to analysis.

Invited

presentation,

SETAC

21st

Annual

Meeting,

Nashville,

Tennessee, United States. o

Díaz, R., Hartley, M. 2006. Evaluación del ciclo de vida aplicado en agrocadenas productivas: un instrumento de gestión ambiental para el diseño de políticas. Revista Iberoamericana de Economía Ecológica. Vol. 3:1-15. Costa Rica.

o

Ehrenfeld, J., Gertler, N. 1997. Industrial ecology in practice: the evolution of interdependence at Kalundborg," Journal of Industrial Ecology, Volume 1, Number 1, 67-79.

o

EEA (European Environment Agency). 1999. Making sustainability accountable: ecoefficiency, resource productivity and innovation. EEA topic report Nº 11/1999. Copenaghen, Denmark.

o

EERE (Energy Efficiency and Renewable Energy). 2002. United State Energy Department.

o

EPA. Environmental Protection Agency of the United States.

o

Fugaro, L. 2006. Progetto ISAG: applicazione analisis ciclo di vita.

o

Garner, A., Keoleian, G. 1995. Industrial ecology: an introduction, national pollution prevention center for higher education. University of Michigan. Ann Arbor, Michigan. USA

o

Gensch, C, Fritsche, U., Fenseit, W. 2005. Life cycle assessment and material flow analysis. Institute for applied ecology. Denmark.

o

Hille, J. 1998. The concept of environmental space: implications for policies. Environmental reporting

and assessments.

EEA’s

Expert Corner

series.

Copenaghen, Denmark. o

IHOBE – Sociedad Pública de gestión ambiental, 2005. Huella ecológica. De la comunidad autónoma del País Vasco. Gobierno Vasco. Departamento de Ordenación del territorio y del Medio Ambiente. Bilbao.

73


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

International Organization for Standardization. 1997. ISO 14040: Life Cycle Assessment - Principles And Framework. 1997

o

Jesse, H. et.al. 1989. Dematerialization. Technology and Environment. National Academy Press. Pp 50-69. Washington, United States.

o

Kennett, J. 2002. Methane issues and opportunities. Report of the Methane Hydrate Advisory Committee. Pp 03-07. United States.

o

Korhonen, J. 2005. Theory of industrial ecology: the case of the concept of diversity. Progress in Industrial Ecology – An International Journal, Vol. 2, No. 1. Finland.

o

Korhonen, J. 2004. Industrial ecology in the strategic sustainable development model: strategic applications of industrial ecology. Journal of Cleaner Production: Applications of Industrial Ecology’, Vol. 12, Iss. Nos. 8–10, pp.809– 823.

o

Lippiatt, B. 2002. Building for Environmental and Economic Sustainability Tehcnical Manual and User Guide. United States.

o

Lowe, E., Warren, J., Moran, S. 1997. Discovering Industrial Ecology, Battelle Press. USA

o

MINEM. 2008. Balance energético nacional. Ministerio de Energía y Minas. Lima, Perú.

o

Nieto, L.M, 1999. La Huella Ecológica. Un concepto que relaciona hábitos de consumo y recursos naturales. Pulso, Diario de San Luis. San Luis Potosí, México

o

Palmero, F. 2004. Desarrollo Sostenible y Huella Ecológica. Medir

la

sostenibilidad de una comunidad autónoma. o

PNUD. 2009. Human development report 2009. United Nations Development Programme. www.undp.org

o

PNUD. 2006. Informe sobre desarrollo humano Perú 2006. Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Oficina Perú. Lima.

o

Sachs, W. et. al. 1998. Greening the north. Zed books. New York, USA.

74


Introducción a la Ecología Industrial

o

Arroyo Ulloa, Maximiliano

Sikdar, S., Glavic, P., Jain, R. 2004. Technological choices for sustainability. Ed. Springer. New York, USA.

o

Tibbs, H. 1993. Industrial ecology: and environmental agenda for industry. Global Business Network. California, USA.

o

Tibbis

H.

1992.

Ecología

humana.

Desmaterialización.

Internet

site:

http://www.uned.es/122049/p207-glosario-a-l.htm#dematerializacion o

Wackernagel, M. 2002. Tierramérica. ¿Cuánto mide? Nuestra Huella ecológica. Veracruz, México.

o

WCED (World Commission on Environment and Development). 1987. Our common future: the Brundtland report on environment and development. Oxford University Press. Oxford, England.

o

Weule, H. 1993. Life Cycle-Analysis: A Strategic Element for Future Products and Manufacturing Technologies. Annals of the CIRP. Vol. 42, pp 181-184.

75


Introducción a la Ingeniería Industrial