Metodología para el análisis de ciclo de vida combinado con el análisis exergético en la Industria Azucarera Cubana

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(1)UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE QUÍMICA Y FARMACIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA. METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA COMBINADO CON EL ANÁLISIS EXERGÉTICO EN LA INDUSTRIA AZUCARERA CUBANA. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas.. ANA MARGARITA CONTRERAS MOYA. Santa Clara 2007.

(2) UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS FACULTAD DE QUÍMICA Y FARMACIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA. METODOLOGÍA PARA EL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA COMBINADO CON EL ANÁLISIS EXERGÉTICO EN LA INDUSTRIA AZUCARERA CUBANA. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas. Autor: MSc. ANA MARGARITA CONTRERAS MOYA Tutores: Dra. Elena Rosa Domínguez Dr. Jo Dewulf Asesores: Dr. Herman Van Langenhove Dr. Ronaldo Santos Herrero. Santa Clara 2007.

(3) AGRADECIMIENTOS.

(4) Agradecimientos Deseo expresar mi más sincero agradecimiento a todos aquellos que de una forma directa o indirectamente colaboraron en la realización de este trabajo. Sin mencionar nombres, pues resultaría una lista extremadamente extensa, deseo que en estas palabras sientan mi enorme gratitud cada uno de mis familiares y amigos que han estado conmigo, apoyándome, en los momentos difíciles; los compañeros de trabajo y estudiantes, que en uno u otro momento me brindaron su apoyo intelectual, institucional y emocional o espiritual, todos, personas especiales que llevo en mi mente y corazón. Especial reconocimiento dirijo a mis tutores, Elena y Jo, por la gran lucidez intelectual y el rigor científico en la dirección del trabajo, por su dedicación, aliento y entusiasmo que hicieron posible esta tesis, por su paciencia en corregir mis errores y sus consejos oportunos. Gracias, por sus enseñanzas y por su amistad. Eternas gracias a mis asesores, Herman y Ronaldo, por su total apoyo intelectual, personal e institucional; por sus palabras, a veces reveladoras, a veces interrogantes, siempre oportunas y alentadoras. Agradezco también al Sistema de Educación Cubano y al Programa VLIR por la oportunidad de participar en un proyecto como este y por la colaboración recibida, especialmente a los especialistas de la Universidad de Ghent, por el apoyo incondicional que me ofrecieron, por su cordial acogida y por darme la posibilidad de vivir experiencias inolvidables y de gran importancia para mi formación. Gracias a todos, cuya solidaridad ha sido determinante para finalizar con éxito este trabajo..

(5) DEDICATORIA.

(6) Dedicatoria A todos los que quiero y me quieren, A mi familia, por ser parte de este resultado, especialmente, A mis padres, por la educación que me brindaron y su infinito amor, A mi hija, como estímulo para su actividad futura.

(7) SÍNTESIS.

(8) SÍNTESIS La cuantificación de la sostenibilidad de tecnologías requiere del estudio del ciclo de vida completo del producto, para lo cual el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) constituye una herramienta muy útil. Este trabajo combina dicha herramienta con el análisis exergético, resultando un método científicamente fundamentado, para la evaluación ambiental del proceso de producción de azúcar. Los resultados del trabajo aportan una novedosa metodología que permite evaluar el desempeño ambiental de la agroindustria de la caña de azúcar y derivados para las condiciones de Cuba, considerando todas las etapas, lo cual extiende el análisis tradicional de la ingeniería de procesos, para incluir la evaluación cuantitativa de efectos ambientales. Además, aporta modelos típicos de ciclo de vida para esta industria, que hacen posible evaluar modelos de mecanismo ambiental para obtener eco-indicadores asociados a cada categoría de impacto y de daño establecidas por el Eco-indicador 99, que se complementan con un análisis de renovabilidad, en términos de exergía, de los procesos estudiados. La metodología propuesta se validó mediante su aplicación en una fábrica de azúcar crudo, genérica, en condiciones de producción convencional, comparada con tres alternativas que se diferencian por el uso de los subproductos del proceso. Se obtienen resultados satisfactorios, que permiten concluir que la metodología que integra del ACV con el Análisis de Ciclo de Vida Exergético (ACVE) representa una valiosa estrategia para evaluar el ciclo de vida de la producción de azúcar y se comprueba científicamente que la integración del proceso de producción de azúcar crudo, alcohol y biogás presenta significativas ventajas desde el punto de vista ambiental, con respecto al proceso convencional de producción de azúcar crudo..

(9) ÍNDICE.

(10) Índice. ÍNDICE Pág. INTRODUCCIÓN. 1. 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. 8. 1.1 La industria azucarera y el medio ambiente 1.1.1 La agroindustria de la caña de azúcar y sus derivados. 9 9. 1.1.1.1 Contaminación en agua. 12. 1.1.1.2 Contaminación en aire. 13. 1.1.1.3 Contaminación en suelo. 13. 1.1.1.4 Alternativas de uso de los derivados de la caña de azúcar y el impacto ecológico 1.2 Sistemas de evaluación ambiental. 14 16. 1.2.1 Herramientas de la Producción más Limpia. 17. 1.2.2 Análisis de Ciclo de Vida. 19. 1.2.2.1 Definición y metodología del ACV. 19. 1.2.2.2 Eco-Indicadores del ACV. 22. 1.2.2.3 Herramientas informáticas para el ACV de un producto. 24. 1.2.2.4 Casos de aplicación del ACV. 25. 1.3 El Análisis de Ciclo de Vida y la Termodinámica 1.3.1 Los métodos termodinámicos para el Análisis del ciclo de Vida 1.3.1.1 Evaluación de exergía y del impacto 1.4 Conclusiones Parciales. 28 31 32 35. 2. METODOLOGÍA PARA EL ACV COMBINADO CON EL ANÁLISIS EXERGÉTICO EN LA AGROINDUSTRIA DE LA CAÑA DE AZÚCAR 2. 1 Definición del Objetivo y Alcance del ACV (NC ISO 14041, 2000) 2.1.1 Objetivos. 36 39 39.

(11) Índice. 2.1.2 Alcance del estudio. 40. 2.1.2.1 Función y descripción del sistema en estudio. 40. 2.1.2.2 Selección de la unidad funcional. 41. 2.1.2.3 Establecimiento de los límites del sistema. 42. 2.1.2.4 Establecimiento de las reglas de asignación de cargas ambientales. 44. 2.1.2.5 Tipos de impacto a evaluar, metodología e interpretación. 44. 2.1.2.6 Suposiciones y limitaciones. 45. 2.1.2.7 Requisitos de calidad de los datos. 45. 2.2 Análisis de Inventario de Ciclo de Vida (NC ISO 14041, 2000). 46. 2.2.1 Inventario Agrícola. 47. 2.2.2 Inventario en la Industria. 49. 2.2.3 Inventario en la Distribución y Consumo. 50. 2.3 Evaluación del impacto del ciclo de vida (NC ISO 14042, 2001). 51. 2.3.1 Clasificación. 51. 2.3.2 Caracterización. 54. 2.4 Interpretación del estudio (NC ISO 14043, 2001). 56. 2.4.1 Análisis de contribución.. 56. 2.4.2 Análisis de sensibilidad. 56. 2.4.3 Análisis de Incertidumbre. 57. 2.5 Análisis del Ciclo de Vida Exergético (ACVE) de la producción de azúcar. 57. 2.6 Conclusiones Parciales. 62. 3. APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA 3.1 Definición del Objetivo y Alcance del ACV. 63 64. 3.1.1 Objetivo. 64. 3.1.2 Alcance del estudio. 64. 3.1.2.1 Función y descripción del sistema en estudio. 64. 3.1.2.2 Unidad funcional. 67. 3.1.2.3 Establecimiento de los límites del sistema. 67.

(12) Índice. 3.1.2.4 Reglas de asignación de cargas ambientales. 67. 3.1.2.5 Tipos de impacto a evaluar, metodología e interpretación. 67. 3.1.2.6 Suposiciones y limitaciones. 67. 3.1.2.7 Requisitos de calidad de los datos. 69. 3.2 Análisis de Inventario de Ciclo de Vida. 69. 3.2.1 Colección de datos de primer plano. 72. 3.2.2 Colección de datos de fondo. Modelo de inventario final. 72. 3.3 Evaluación del impacto del ciclo de vida. 75. 3.4 Resultados del Análisis de Ciclo de Vida Exergético (ACVE). 88. 3.5 Conclusiones Parciales. 93. CONCLUSIONES. 95. RECOMENDACIONES. 98. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS.

(13) INTRODUCCIÓN.

(14) Introducción. INTRODUCCIÓN Actualmente la eficiencia es un tema obligado para los comprometidos con el desarrollo de una empresa, ciudad, país o cualquier tipo de institución. Un país será competitivo cuanta más alta sea su capacidad para sostener y expandir su participación en los mercados internacionales y elevar simultáneamente el nivel de vida de su población. Esto exige el incremento de la productividad y la incorporación de progreso tecnológico ¿Cómo ser más eficientes y competitivos? Las respuestas a esta interrogante serán múltiples, de acuerdo con las diversas ciencias y técnicas existentes. La nueva cultura ambiental impone la aceptación del límite a la explotación incontrolada de recursos, supone el final de un periodo en el que la empresa llevaba a cabo sus actividades, sin preocuparse del impacto ambiental. El reto para el diseñador está en su capacidad para desarrollar las exigencias ecológicas dirigidas a lograr un producto respetuoso con el medio ambiente y para la empresa en su capacidad para crear productos con un significado y utilidad relacionados con la sensibilidad hacia la ecología, para articular los valores culturales y las nuevas demandas de consumo. En este sentido las empresas y los diseñadores tienen en sus manos la posibilidad de ofrecer mejores soluciones que las precedentes y facilitar productos «responsables» para ayudar a dar forma a una sociedad sostenible (Rodríguez, 2004; Rieradevall, 1999). Las nuevas estrategias para reducir el impacto ambiental de la actividad industrial, se basan en un enfoque integral preventivo, que privilegia una mayor eficiencia de utilización de los recursos materiales y energéticos, incrementando la productividad y la competitividad. Ello involucra la introducción de medidas tecnológicas y de gestión para reducir los consumos de materiales y energía, prevenir la generación de residuos en su fuente, reducir los aspectos ambientales adversos a través de todo el ciclo de producción y en todas las fases del desarrollo del proyecto e implementación industrial, en las diferentes actividades que tienen lugar a 2.

(15) Introducción. través del ciclo de vida de los productos, desde la extracción de los recursos básicos hasta la disposición de los residuos finales. El personal involucrado en la actividad productiva, debe contar con las herramientas para contribuir a minimizar su impacto ambiental, requiriendo de un esfuerzo colectivo de los profesionales. Las modificaciones tecnológicas e innovaciones a los procesos industriales aparecen como conclusión de un proceso de búsqueda de un mejor desempeño productivo. Todos estos elementos se integran en el concepto de Producciones más Limpias (P+L), que en la década de los 80 surgió como un paradigma de los países desarrollados y hoy constituye un principio fundamental para el desarrollo de la actividad industrial. El programa de acción destinado a minimizar el daño ambiental y garantizar la sustentabilidad de los procesos de desarrollo (Agenda 21) acordado en Río de Janeiro y las conclusiones del Tercer Foro de Desarrollo Productivo realizado en 1997, han fomentado las P+L como componente básico de una política de desarrollo económico-social. Según Dewulf and Van Langenhove (2002a), un proceso tecnológico no es sostenible si toma materias primas de la ecosfera a una razón más rápida que a la cual se genera, o si produce desechos que puedan dañar los mecanismos ecológicos y por tanto la producción de recursos. Es obvio que para la cuantificación de la sostenibilidad de la tecnología se requiere del análisis del ciclo de vida completo del producto, del típico principio, desde la cuna hasta la tumba, del Análisis del Ciclo de Vida (ACV). Actualmente, el ACV puede considerarse una de las mejores herramientas para la evaluación de la sostenibilidad de opciones tecnológicas, ya que tiene en cuenta todos los efectos en el ecosistema y la población que puedan poner en peligro las posibilidades de las presentes y futuras generaciones (Zaror, 2000; UNCED, 1992; Dewulf et.al., 2000; Dewulf and Van Langenhove, 2002a). El término ACV, a pesar de tener los primeros desarrollos metodológicos en los años 60, se ha tomado en cuenta con especial atención a partir de los años 90. Los primeros estudios se centraron en el reciclaje y actualmente se ha hecho más importante porque el reciclaje en la industria ha madurado, por lo que esta herramienta puede ser una gran ayuda para la toma de decisiones. La metodología de ACV integra todos los impactos ambientales ocurridos a lo 3.

(16) Introducción. largo del ciclo de vida del producto y los relaciona con problemas ambientales específicos, permitiendo detectar situaciones en las que un determinado sistema parece “más limpio” que otro simplemente porque transfiere las cargas ambientales a otros procesos o región geográfica, sin un mejoramiento real desde el punto de vista global, además permite establecer prioridades para definir las estrategias preventivas de mejoramiento del desempeño ambiental. Un ACV completo es costoso y requiere tiempo, pero este puede retornar significativas ganancias en disminución de impactos, conservación de recursos y reducción de costos. Además, las técnicas computarizadas muestran avances en la facilidad y eficacia del método. SimaPro 6.0 es una poderosa herramienta que permite modelar cualquier ciclo de vida y analizar sus resultados inmediatamente, es el software para ACV más usado (Iglesias, 2005; Fullana, 2002; Manahan, 1999; PRé Consultants, 2006b). Según Rieradevall (2000), el ACV es una de las herramientas de P+L más novedosas y útiles para aplicar los conceptos de prevención de la contaminación. Permite disponer de información para cuantificar la magnitud de los problemas ambientales y definir las estrategias de mejora con mayor seguridad, aunque sólo da información acerca de los impactos ambientales, en la toma de decisiones esta información debe ser complementada con otros análisis. Además, aunque el ACV constituye una herramienta para determinar la sostenibilidad de diversas opciones tecnológicas, las metodologías actuales presentan limitaciones en cuanto al carácter subjetivo que siempre está presente en la fase de evaluación de impactos (Dewulf and Van Langenhove, 2002a). Una aplicación más reciente, con el objetivo de evaluar la sostenibilidad de procesos tecnológicos es el ACV termodinámico o exergético (ACVE), el cual permite cuantificar el uso de recursos en términos de exergía y expresarlos como exergía de origen renovable y no renovable. La dificultad del ACVE, es el análisis del efecto negativo de los residuos, pues el contenido exergético de una emisión no necesariamente se relaciona con el daño al ecosistema y salud humana, aunque desde el punto de vista tecnológico, es posible calcular la exergía requerida para la reducción de los residuos antes de su emisión (Dewulf et. al., 2000, 2001, Cornelissen, 1997), de aquí la necesidad de combinar los métodos de ACV y ACVE para lograr un análisis más objetivo. 4.

(17) Introducción. La agroindustria de la caña de azúcar y derivados genera problemas de contaminación ambiental durante su ciclo de vida, que en los últimos años ubican a este sector como foco contaminante y obligan a buscar soluciones alternativas para esta situación. El Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente ha trazado un nuevo enfoque en la gestión ambiental, que permite introducir y aplicar el concepto de P+L de forma sistémica en el sector, enfatizando en la prevención, minimización, aprovechamiento económico de residuales e implementación de sistemas de gestión empresarial como elementos prioritarios para reducir la contaminación ambiental. Se trazan pautas generales para la identificación y evaluación de los aspectos de mayor incidencia en el logro o no de P+L, atendiendo a que durante el proceso se obtienen subproductos de gran valor económico, que cuando no son aprovechados en todas sus potencialidades constituyen una considerable carga contaminante dispuesta al medio ambiente. (Contreras y col., 2003 a,b; CITMA, 1998, 2002). La industria azucarera cubana, actualmente inmersa en un proceso de profundas transformaciones, requiere que unido a los cambios que se realizan se preste atención a la solución de los problemas ambientales, ya que si los cambios no se hacen en concordancia con el medio ambiente, se corre el riesgo de estancarse ante las exigencias ambientales actuales (Herrera y Contreras, 2002a). Por otra parte, la literatura muestra que el aprovechamiento integral de la caña de azúcar mediante la industrialización de subproductos y derivados permite la diversificación de la economía nacional con gran aporte ecológico y que el estudio de las posibilidades que ofrece la caña de azúcar se ha abordado profundamente desde el punto de vista técnico- económico y teóricamente desde el punto de vista ambiental regional,. pero no existe en Cuba una. evaluación ambiental cuantitativa y global que permita comparar las alternativas de diversificación que pueden ser analizadas. Además, aunque el ACV ha alcanzado alto nivel de desarrollo, en la industria azucarera sólo se presentan algunos estudios con ciertas limitaciones. Pocos trabajos vinculan las etapas agrícola e industrial, por lo que es necesario desarrollar esta herramienta en el sector, sobre todo en la industria de la caña de azúcar y específicamente en Cuba, donde no se reportan 5.

(18) Introducción. contribuciones y son necesarios estos análisis como complemento de los estudios de diversificación e integración de procesos que de forma impetuosa se realizan, por lo que en este trabajo se plantea el siguiente problema científico, hipótesis y objetivos. Problema Científico: Las actividades de la agroindustria azucarera y derivados incluyen acciones a lo largo del ciclo de vida del producto, que generan significativos impactos sobre los diferentes elementos del medio ambiente y no existe en Cuba una estrategia para su evaluación ambiental global que permita comparar las múltiples alternativas de diversificación que de forma impetuosa se realizan, desde el punto de vista ambiental mediante el uso de eco-indicadores. Hipótesis: Es posible desarrollar una metodología para la evaluación y minimización de la contaminación en la agroindustria azucarera, a partir del ACV combinado con el análisis exergético, y que permita evaluar. cuantitativamente, desde el punto de vista ambiental, cualquier cambio. tecnológico que se introduzca en esta industria. Objetivo General: Establecer una metodología para la evaluación de la contaminación generada por la producción de azúcar y derivados a partir la combinación del ACV con el análisis exergético. Objetivos específicos: 1. Estudiar los ciclos de vida de los procesos asociados a la industria azucarera cubana. 2. Combinar el ACV con el análisis exergético de los flujos materiales involucrados en el ciclo de vida de la producción de azúcar y derivados. 3. Establecer una metodología para la evaluación integral del impacto ambiental generado por la agroindustria azucarera sobre la base del ACV y ACVE. 4. Aplicar la metodología elaborada a un caso de estudio.. 6.

(19) Introducción. Entre los resultados del trabajo se destacan los siguientes aspectos novedosos y aportes para la evaluación ambiental de los procesos involucrados en la agroindustria azucarera cubana: 1. El desarrollo de una metodología que permite cuantificar los impactos ambientales generados por la agroindustria de la caña de azúcar y derivados para las condiciones de Cuba, considerando la etapa agrícola e industrial y combinando el ACV con el ACVE, lo que hasta el momento no se ha reportado y constituye una extensión del análisis tradicional de la ingeniería de procesos, para incluir la evaluación de los efectos ambientales. 2. Se logra un análisis termodinámico científicamente fundamentado sobre el consumo y renovabilidad de los recursos en las diferentes alternativas analizadas mediante el uso del ACVE. 3. La elaboración de un cuestionario para el inventario de datos primarios, constituye un aporte para el desarrollo de trabajos similares en esta industria. 4. La combinación de la base de datos Ecoinvent y los procesos adaptados para las condiciones específicas de Cuba, posibilita la obtención del modelo de mecanismo ambiental de la producción de azúcar crudo convencional y diferentes opciones de diversificación. 5. La aplicación de la metodología propuesta permite obtener el “Perfil Ambiental” de cualquier opción de diversificación en la industria azucarera, acorde a las 11 categorías de impacto ambiental y las tres categorías de daño establecidas por el Eco-indicador 99.. 7.

(20) CAPÍTULO 1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.

(21) Capítulo 1. 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1.1 La industria azucarera y el medio ambiente El impacto de las actividades humanas sobre el medio ambiente no es un fenómeno de nuestro tiempo, aunque cuando el hombre primitivo comenzó a asentarse en comunidades agrícolas, este impacto fue prácticamente insignificante. Con la Revolución industrial la sociedad se desarrolló, logrando un aprovechamiento más amplio de la naturaleza, pero la llegada de la industrialización conllevó a la contaminación del medio ambiente (Monteagudo, 1999; Caicedo, 2005; Hunt and Johnson, 1996). Actualmente, la acción del hombre sobre la naturaleza abarca a todo el planeta, y crece el peligro de su influencia incontrolada sobre el medio natural, por la contaminación del aire, el suelo y el agua, como resultado de las actividades agrícolas e industriales. La conservación del medio ambiente debe considerarse como un sistema de medidas dirigidas a la utilización racional de los recursos naturales y la defensa del medio ambiente ante la contaminación. Hoy en día el concepto de medio ambiente va siendo cada vez más amplio, ligándose a la jerarquía de los valores humanos y de la sociedad en que se inserta, definiéndose como el sistema de elementos abióticos, bióticos y sociales con los que interactúa el hombre, a la vez que se adapta al mismo, lo transforma y lo utiliza para satisfacer sus necesidades. Debe concebirse, formando parte de él; lo construido, lo personal y lo colectivo; lo económico, lo social, lo cultural, lo tecnológico, lo ecológico y lo estético (Cuevas, 1982; Hunt and Johnson, 1996; Domínguez, 1987; Asamblea Nac. del Poder Popular, 1997; NC ISO 14 001, 2004). 1.1.1 La agroindustria de la caña de azúcar y sus derivados El azúcar constituye uno de los componentes más importantes y universalmente utilizados de la dieta humana, por su aporte energético y capacidad de endulzar. Para la nación cubana, la caña y el azúcar forman parte de la historia, la cultura y las tradiciones del pueblo, ya que por múltiples razones, la economía cubana erigió a la agroindustria azucarera como pilar principal. 9.

(22) Capítulo 1. Los problemas ecológicos que puede generar la producción de azúcar están dados por la descarga de grandes cantidades de aguas residuales, generación de cachaza, cenizas, bagazo, residuos agrícolas cañeros (RAC), emisiones a la atmósfera y otros problemas asociados con el consumo de recursos, la producción de los mismos y el uso del terreno (Grogg, 2004). La caña de azúcar se ha sembrado históricamente para producir azúcares, no obstante, este cultivo en buenas condiciones culturales, produce altos volúmenes de biomasa vegetal, por su elevada eficiencia fotosintética en comparación con otros cultivos, lo que le permite mayor utilización de la energía solar y por tanto, mayor coeficiente de absorción del CO2 atmosférico, por lo representa una vía para aliviar el calentamiento de la atmósfera (Suárez y Morín, 2005; Sáenz, 2006). Souto y Methol (2005), destacan que la agroenergía ha venido acentuándose por el aumento de la preocupación social por el ambiente, el alza de los precios del petróleo y los compromisos de los países signatarios de la Convención Marco de Naciones Unidas para el Cambio Climático, unido al potencial del sector agropecuario como proveedor de materias primas para la generación de energía. Otros plantean que la biomasa es una fuente significativa de energía renovable, si su producción es sostenible, ya que su uso es técnicamente factible pero depende de factores como terreno disponible y otros, de aquí que se requiere una valoración integral del cultivo. La agroindustria de la caña de azúcar resulta atractiva para este propósito (Askew y Colmes, 2002; Mesa y González, 2003). Mesa y González (2003); Villegas y col (2005); Turégano (1999); Cruz (2001); Quintana (1998) demuestran que el empleo de la caña de azúcar para obtener energía renovable es muy atractivo, ya que la biomasa permite la producción de un combustible que genera combustiones sin problemas sobre el índice del CO2, pues la generación del mismo se equilibra con el consumo durante el crecimiento de la planta de inmediato. Olivério (2004), enfatiza la necesidad de enfocar la agroindustria azucarera hacia la energía, desarrollando diferentes tecnologías basadas en la máxima utilización de la planta de caña de azúcar con este fin; plantea que la valoración energética de la caña de azúcar incluye impactos sociales, empleos a bajo costo, salud, y reducción de las emisiones de CO2, bajo el acuerdo de Kyoto, pero sólo hace una valoración teórica sin evaluar los efectos ambientales mencionados. 10.

(23) Capítulo 1. De forma similar, se plantea que la industria del azúcar y alcohol es privilegiada porque genera su propio combustible, solución alternativa al problema del incremento en la demanda de energía (Sosa- Arnao and Nebra, 2005; Ibarra and Medellín, 2004). La caña de azúcar ofrece posibilidades de aprovechamiento integral, por la industrialización de sus subproductos y la producción de derivados, que permiten la diversificación de la economía nacional. Los subproductos de la industria azucarera se pueden agrupar según la etapa en que se obtienen, en los que se originan durante la cosecha de la caña y los que resultan del proceso industrial (Figura 1. 1).. A partir de los sacáridos de la caña de azúcar mediante vía fermentativa o química, se obtienen productos que se pueden utilizar en distintas ramas de la economía. Existe la posibilidad de 11.

(24) Capítulo 1. suministrar combustible en forma sólida, líquida o gaseosa o generar electricidad, además se obtiene celulosa y papel, furfural, tableros y otros productos que pueden convertir esta industria en una sólida fuente de productos de alto valor agregado (ICIDCA, 1986). El carácter agroindustrial de la industria de la caña de azúcar, permite dar solución a los residuales líquidos a través de su aprovechamiento económico y retorno a los campos, mediante las tecnologías de biogás y fertirrigación. También permite el uso óptimo de la tierra mediante la introducción de cultivos intercalados o en rotación (Suárez y Morin, 2005). La diversificación impulsa el desarrollo humano y material porque anima la investigación científica y la calificación de los trabajadores para enfrentar la innovación tecnológica, a la vez proporciona nuevas fuentes de empleo (Almazán del Olmo, 2006). Estas razones, unido a los cambios actuales en el mercado azucarero internacional, privilegian la diversificación de esta industria. Muchos autores han abordado el estudio de la diversificación del uso de la caña como una estrategia lógica y económicamente ventajosa de desarrollo, además del aporte ecológico (Mesa y González, 2003; Suárez y Morin, 2005; Sáenz, 2006; Asocaña, 2000; Brandi, 2003; Guevara, 2006; Tamayo, 2002; Longoria, 2006; Kochergin, 2002). Rubio (2000), plantea que la gestión adecuada de los RAC representa una contribución a la conservación del medio ambiente. Sin embargo, no existe un análisis integral y científico que evalúe cuantitativamente el impacto ambiental total generado por la industria del azúcar y sus derivados, que permita mostrar las ventajas y desventajas de las diferentes opciones de diversificación, lo cual es una acción clave para optimizar el uso de los recursos y reducir el impacto ambiental asociado. 1.1.1.1 Contaminación en agua Dada la importancia del agua y el continuo desarrollo de la humanidad, el hombre está en la obligación de proteger este recurso. Existen dos tipos de desechos que contaminan el agua: desechos orgánicos e inorgánicos (Duarte, 1997; Menéndez, 1996). La industria azucarera representa una fuente de contaminación ambiental por residuos tanto orgánicos como inorgánicos (Contreras y col., 2003 a,b; CITMA, 1998, 2002). En la fase de cultivo, la contaminación de las aguas está dada por la aplicación de agroquímicos sobre el suelo. 12.

(25) Capítulo 1. Los volúmenes, propiedades y composición de los residuales líquidos industriales dependerán de su origen, del grado de eficiencia logrado en el proceso de fabricación y de la metodología de las operaciones industriales. En general, presentan un valor de DQO entre 4 000 a 5 000 mg/L y un flujo de 450 a 2 200 m3 /1 000 t de caña procesada. En la mayoría de los centrales en Cuba los volúmenes de aguas residuales son altos, diferenciándose de la norma (0,5-0,6 m3/tonelada de caña), lo que indica una gestión inadecuada. (Morrell, 1987; ICIDCA, 1986). 1.1.1.2 Contaminación en aire La industria azucarera influye en la contaminación atmosférica. Como consecuencia de la combustión del bagazo y el uso de hidrocarburos se generan residuos gaseosos como gases (CO2) y material particulado fino (hollín) que producen riesgos a las personas y daños irreversibles a la fauna y flora local. La degradación anaeróbica de residuales ocasiona malos olores, aspecto desagradable y la muerte de la flora y la fauna (Labadie, 1994). El suministro de materia prima al ingenio, el despacho de producto terminado y el funcionamiento de maquinarias generan contaminación auditiva (Benavides, 2001). 1.1.1.3 Contaminación en suelo El mal manejo de los residuales azucareros y su inadecuada disposición final traen consigo un efecto negativo, sobre los tres recursos imprescindibles para la vida sobre la Tierra, el riego indiscriminado de residuales de la industria azucarera y sus derivados puede facilitar la descomposición de algunos de los componentes naturales del suelo, además de penetrar hasta las capas más inferiores de la corteza terrestre, contaminando el agua, y esta al evaporarse, contaminará el aire exponiendo a los seres humanos a nuevos riesgos. Además, los suelos pueden contaminarse por el empleo de pesticidas y fertilizantes y por el laboreo ineficiente e inadecuado en la agricultura cañera. Por otra parte, el manejo adecuado de los desechos sólidos generados en el procesamiento de la caña de azúcar produce un impacto ambiental favorable, ya que el bagazo, la cachaza y cenizas poseen gran valor desde el punto de vista económico para la industria azucarera y otros fines (García y Obaya, 1985). Especialistas cubanos destacan que la reorganización de la industria azucarera y de los derivados en Cuba, permitirá mejorar la gestión ambiental y reducir sus fuentes 13.

(26) Capítulo 1. contaminantes, ya que mediante el uso de los subproductos y residuos se logran mejoras significativas (Grogg, 2004). Zamora (2002) realiza un análisis del impacto ambiental de los residuales azucareros en un central de la región oriental, propone un sistema de medidas internas, y un método para el tratamiento de los residuales con su análisis económico, pero no evalúa de forma global el impacto ambiental de las soluciones propuestas. 1.1.1.4 Alternativas de uso de los derivados de la caña de azúcar y el impacto ecológico El interés por los derivados de la caña de azúcar está cada vez más extendido entre sus productores, por la necesidad de mejorar las economías de las empresas azucareras. La capacidad inagotable de la caña de azúcar para multiplicarse en producciones parece agigantarse con el nuevo milenio y ya se obtienen no sólo productos de tercera generación, sino que llegan los avances de una cuarta generación de derivados. En la producción de azúcar compiten el enfoque de los derivados y el de la energía. Entre los derivados que más desarrollo han alcanzado se encuentran: la pulpa y papel, alcohol y levadura de recuperación, furfural y derivados, productos para alimentación animal y otros. Estudios realizados sobre la utilización de los RAC muestran que sus principales usos están dados por: generación de vapor, cocción de alimentos, alimento animal y cobertura del suelo (Valdés, 1997), pero las mejores perspectivas la presentan la alimentación animal y la generación de electricidad. La escasez de piensos en muchos países hace que las mieles, el bagacillo, la paja y el cogollo sean cada día más importantes para la alimentación del ganado, por lo que aunque la incorporación de los RAC como fuente de energía es atractiva, debe evaluarse la alternativa de su empleo para alimento animal, que tiene la ventaja de no competir con la alimentación humana y puede compararse con cultivos como maíz, trigo, sorgo, soya, fríjol y otros. Los usos de las mieles son: alimentación animal, producción de alcohol etílico y producción de levadura. Su uso como alimentación animal debe ser hasta el punto donde los precios no induzcan a usar otras alternativas. La producción de alcohol permite disponer de un combustible líquido de forma renovable, cuando existe la tendencia mundial a producir alcohol para combustible automotor (ICIDCA, 1986; Mejías, 2006; Mesa y González 2003). 14.

(27) Capítulo 1. El bagazo se ha usado tradicionalmente como combustible en la industria azucarera, con un espacio destacado en la obtención de energía eléctrica. Moriarty (2003), plantea que es posible mirar la caña como un cultivo energético con potencial para producir otras formas de energía útil, como electricidad y etanol, mientras todos los impactos asociados con el cultivo, cosecha, transportación y molienda de la caña se mantienen, excepto los asociados con la construcción de la nueva planta de cogeneración y se resuelve el problema de disposición de este residuo. También se destaca el uso en plantas de pulpa y papel, tableros y carbón activado. La producción de papel es imprescindible para el desarrollo de la humanidad, y por otra parte, está asociada a la tala de bosques con el consecuente impacto ecológico, su obtención a partir de bagazo resuelve este conflicto, aunque estas plantas necesitan un suministro adecuado de bagazo, agua suficiente, así como lograr la solución del problema de la contaminación ambiental (ICIDCA, 1986), por lo que se requiere un cuidadoso análisis. Trabajos como el de González (2004), abordan el análisis de procesos en esta industria en Cuba, aportando soluciones ecológicas, pero no se han abordado estudios integrales como establece el ACV, lo que es factible realizar, según trabajos realizados (Zvolinschi, 2005; Goudreault et. al., 2006). Por otra parte, los residuales y subproductos de esta industria, son contaminantes, y contienen una gran cantidad de nutrientes orgánicos e inorgánicos que permiten su reciclaje como abono, alimento animal, etc. (Mesa y González, 2003). La cachaza puede usarse como fertilizante orgánico y sustituir el uso de urea, superfosfato y cloruro de potasio, lo cual fue verificado por Gárciga (2000) para el caso de la caña orgánica. Además, puede utilizarse en la producción de cera, medicamentos, alimento animal y biogás (Arzola, 1991; Valdés, 1997). La combustión del bagazo origina cenizas que pueden ser utilizadas como elementos de fertilización, además, se pueden utilizar como fuente de silicio para sintetizar Zeolita tipo 4A, de amplia utilización en la perfumería, para la sustitución de productos como los polifosfatos, y en el secado de gases industriales; presentan en su composición entre el 4 y 10% de álcalis, que se pueden utilizar en la limpieza química de superficies incrustadas. Además, se pueden usar para estabilización de suelos, fabricación de ladrillos y de cemento (Bueno, 1997; Valdés, 1997; Comisión Nacional de Energía, 1991; Carrazana, 1993). La digestión anaeróbica de los efluentes produce (biogás) y material fertilizante. 15.

(28) Capítulo 1. Caicedo (2005) plantea que los biocombustibles a partir de la caña de azúcar permiten abordar el tema de contaminación, el problema de crecimiento sostenible y la tendencia internacional, de sustituir la gasolina por etanol tras la entrada en vigencia del Protocolo de Kyoto. López (2005) y Casdelo (2005) amplían la gama de trabajos que muestran los avances en el campo de la diversificación de la industria azucarera y de forma general analizan las ventajas ambientales de la misma, pero no existe una metodología para la evaluación ambiental de las diferentes alternativas, científicamente fundamentada, que involucre las categorías de impacto que conducen a problemas ambientales durante el ciclo de vida del producto. Mesa y González (2003) analizan seis escenarios que ilustran las posibilidades alternativas de este cultivo para establecer una estrategia de Desarrollo Sostenible en el sector, pero aunque se analizan de forma teórica las implicaciones ambientales de cada escenario, no se realiza una evaluación cuantitativa del impacto ambiental asociado a cada uno de ellos. Esto corrobora que el estudio integral de las posibilidades que ofrece la caña de azúcar en Cuba se ha realizado desde el punto de vista técnico- económico, y teóricamente desde el punto de vista ambiental, pero el uso de los residuos y subproductos requiere estudios técnico económicos unidos a la evaluación del impacto ambiental. En este contexto juega un papel fundamental el ACV como complemento ambiental del análisis de alternativas tecnológicas. 1.2 Sistemas de evaluación ambiental El único modo para determinar si cierta sustancia es "mejor" o "peor", en cuanto a la incidencia en el medio ambiente, es probar con toda la evidencia científica de que disponemos, el impacto de las materias primas y el consumo de energía, la contaminación del aire y del agua, el mantenimiento, reciclaje, y gestión de residuos para cualquier material utilizado (Los Clorofilos, 1998). Hay diferentes vías para reducir el impacto de los productos, desde estrategias aisladas como el tratamiento de las emisiones, hasta estrategias globales que integran en el sistema los aspectos ambientales, sociales y económicos. El reciclaje es una opción muy útil, pero el tratamiento resulta necesario para los residuos que se obtienen después de reducir y reciclar todo lo posible (Rieradevall, 1999; Rodríguez, 2002a).. 16.

(29) Capítulo 1. 1.2.1 Herramientas de la Producción más Limpia Sólo mediante instrumentos capaces de proporcionar una información fiable y una retroalimentación rápida sobre las acciones tomadas será posible que las decisiones medioambientales se integren en la rutina de gestión de las organizaciones. Hoy en día, se dispone de un gran número de herramientas que facilitan el análisis y la gestión ambiental de productos, procesos y/o actividades, lo que obliga a seguir algún criterio para su clasificación. Dependiendo de su función (herramientas de planeación, implementación y control); de la unidad de análisis (la empresa, su entorno, los procesos o los productos); del enfoque del análisis (técnico, ambiental, económico o social) y del tipo de información que genera (cualitativa o cuantitativa). Entre las herramientas cuantitativas se encuentran el ACV y los eco-indicadores. Para una rápida orientación del sentido ambiental del producto pueden utilizarse herramientas cualitativas y cuantitativas simplificadas. No obstante, para un conocimiento real del impacto ambiental del producto debe hacerse un análisis más profundo, que sólo brindan las herramientas cuantitativas, o la combinación de éstas con las cualitativas (Velasco, 2000; Fernández, 2003; Chambouleyron, 2003). Otro criterio de clasificación incluye conceptos como Prevención de la Contaminación, herramientas analíticas (ACV, Análisis Costo-Beneficio), herramientas procedímentales (Auditorias Ambientales, Sistemas de Gestión Ambiental (SGA)) y elementos técnicos (Modelos de dispersión de contaminantes, Análisis de Sensibilidad, etc) (AGA, 2001). La introducción de criterios ecológicos en la gestión de los sistemas tomó auge a partir de la Conferencia de Estocolmo de 1972. Para cumplir con programas de desarrollo sostenible, objetivo final de la gestión ambiental, las empresas deben disponer de información ambiental consistente para definir estrategias como la implementación de P+L (UNEP, 2000; Zaror, 2000). El PNUMA define las P+L como la aplicación de una estrategia ambiental preventiva e integrada aplicada a los procesos, productos y servicios. Incluye un uso más eficiente de recursos naturales, minimiza desechos, así como el riesgo a la salud humana y a la seguridad, a la vez que aumenta la productividad de los procesos. En el análisis estratégico de la prevención de la contaminación, la cual ha evolucionado hasta convertirse en la tendencia dominante para el próximo siglo, la integración de diferentes 17.

(30) Capítulo 1. herramientas permite un análisis amplio e incluye múltiples acciones, Figura 1.2, ANEXO 1. Existen dos mecanismos para lograr una reducción de las emisiones de residuos: medidas de prevención (prácticas adecuadas) y modificaciones al proceso (Rieradevall, 1999; Rodríguez, 2002a; Zaror, 2000). Dentro de las técnicas de minimización de residuos, las buenas prácticas de operación/gestión están relacionadas con el mantenimiento y adecuada ingeniería y las nuevas tecnologías con la introducción de nuevos procesos que producen menos residuos (Instituto Nac. de Ecología, 2002; CCPI, 2000; Bueno, 1997). Una vez que se implementan estrategias de P+L, los ahorros empiezan a reflejarse en los costos de producción, hasta que los nuevos costos son inferiores a los existentes antes. En este momento la empresa se encuentra en una ventaja competitiva frente a las que siguen utilizando sistemas tradicionales de producción. Por lo que la producción más limpia es muy llamativa desde el punto de vista económico (UNEP, 2000; Rigola, 1998; CCPI, 2000). En este contexto Herrera y col. (2002b), desarrollan un diagrama heurístico con las vías para enfrentar la contaminación por residuales líquidos en la industria azucarera, el cual puede conducir a una estrategia sólida para la prevención de la contaminación en esta industria. No obstante, la estrategia de implantación de P+L requiere la identificación de los problemas ambientales, así como la evaluación ambiental de las modificaciones propuestas mediante la aplicación de otras herramientas como el ACV, que es una de las herramientas mas útiles para aplicar los conceptos de prevención de la contaminación. Además, el criterio de diferentes investigadores que plantean que la evaluación de la sostenibilidad de tecnologías requiere considerar el ciclo de vida completo del producto, enfatiza que actualmente el ACV puede considerarse una de las mejores herramientas para evaluar la sostenibilidad de opciones tecnológicas, por considerar todos los efectos del proceso en el ecosistema y la población que puedan poner en peligro las presentes y futuras generaciones (Dewulf et.al., 2000; Dewulf and Van Langenhove, 2002a). Por otra parte, Burgess y Brennan (2001) plantean que el análisis tradicional de la ingeniería de procesos que se extiende para incluir la evaluación de las consecuencias para el medio ambiente usando ACV, puede maximizar su eficacia como herramienta en este sentido. 18.

(31) Capítulo 1. 1.2.2 Análisis de Ciclo de Vida Los primeros estudios de análisis de ciclo de vida datan de los años ‘60 y ‘70. Inicialmente, se limitó a simples balances de materiales y energía a lo largo del proceso. Dada la relación entre el consumo energético, de recursos materiales y las emisiones de residuos, no fue difícil evolucionar hacia el ACV actual. El primer ACV fue comisionado por Coca Cola en 1969, para evaluar diferentes tipos de envases desde el punto de vista del consumo de recursos y generación de residuos. La implementación de esta herramienta fue madurando en el mundo industrializado, hasta hoy (INNOVA, 1997; Zaror, 2000). De aquí que, el ACV es una técnica relativamente nueva; tiene los primeros desarrollos metodológicos en los años 60, pero ha tomado auge a partir de los años 90. Se basa en una estructura donde el impacto ambiental del producto lo determina la sumatoria de todos los impactos durante el ciclo de vida. Su importancia está dada porque relaciona los impactos con los problemas ambientales y permite establecer prioridades para definir estrategias preventivas de mejoramiento del desempeño ambiental. Además, permite que antes de iniciar un programa de mejora ambiental, se tenga toda la información para poder cuantificar la magnitud de los problemas y definir las soluciones con mayor seguridad. Por otra parte, evita desplazar los problemas de una etapa del ciclo de vida a otra o de un medio a otro y favorece la adopción de patrones de consumo y de producción sostenibles, por lo que es una de las herramientas de gestión ambiental a las que se le predice una mayor expansión futura (NC ISO 14 040, 2005; PNUMA, 2003). 1.2.2.1 Definición y metodología del ACV Las metodologías del ACV se basan en estándares desarrollados por la Sociedad de Toxicología y Química Ambiental (SETAC, 1991) y la Organización Internacional para la Normalización (ISO), conocidas como serie ISO 14 040, en el marco de las normas para la gestión ambiental ISO 14 000. Fuentes como la norma española UNE 150-040-96 (1998); SETAC (1998); Sáenz y Zufia (2006); Rieradevall (1999), ofrecen definiciones de ACV similares a la de la NC ISO 14 040 (2005) que plantea, el ACV es una técnica para determinar los aspectos ambientales e impactos potenciales asociados a un producto mediante la compilación de un inventario de entradas y salidas del sistema, evaluación de impactos 19.

(32) Capítulo 1. ambientales asociados a las mismas e interpretación de los resultados de las fases de inventario y evaluación de impactos con relación a los objetivos del estudio. La técnica utilizada en ACV es la creación de modelos. Se elabora un modelo del complejo sistema utilizado para producir, transportar, usar y eliminar un producto, resultando en un árbol de procesos con todos los aspectos relevantes. Se recopilan todas las entradas y salidas, obteniéndose una larga lista de entradas y salidas, que en muchos casos es difícil de interpretar. Durante la evaluación del impacto, se usa otro modelo para describir la relevancia de entradas y salidas (modelo de mecanismo ambiental). Las aplicaciones más importantes del ACV son: análisis de la contribución de estados de ciclos de vida a la carga ambiental general, con el objetivo de tratar preferentemente los puntos débiles; mejora del producto o proceso, comparación de productos con similar función, comparación de opciones de procesos tecnológicos o manejo de residuos, evaluación de nuevos productos, planeación y evaluaciones estratégicas (Goedkoop and Oele, 2004; Gaudreault et. al., 2006). Un estudio de ACV se puede hacer para diferentes niveles de profundidad, la tendencia actual es a realizar estudios simplificados. Diferentes autores, Fullana (1997); Rieradevall (1999, 2000); Sáenz y Zufía (2006); Randa Group S_A (2002); Rodríguez (2002a); NC ISO 14 040 (2005) analizan las etapas de un ACV, como se muestra en la Figura 1.3.. Definición del objetivo y alcance del estudio. Análisis de Inventario. Interpretación del estudio. Evaluación de impactos Figura 1.3 Fases de un ACV de un producto en general. En correspondencia con estas fases, hay cuatro estándares ISO especialmente designados para la aplicación del ACV, que en Cuba se corresponden con las NC ISO 14 040- NC ISO 14 043. 20.

(33) Capítulo 1. La definición del objetivo y alcance permite definir el propósito y extensión del estudio, y contiene una descripción del sistema estudiado. Resultan importantes la unidad funcional del producto o servicio entregado y la distribución. ISO recomienda evitar distribuciones, de no ser posible, distribuir el perjuicio ambiental en base a una causalidad física o una base socioeconómica (NC ISO 14 041, 2000; Goedkoop and Oele, 2004; Vink, 2003). La recolección de datos es la tarea más exigente en cuanto a la ejecución del ACV. En general, se requiere dibujar un diagrama de flujo del sistema, colectar datos de uso de recursos y emisiones de todos los procesos, utilizando distintas fuentes de datos (Bases de datos de ACV, reportes, artículos científicos, investigaciones en el lugar, conocimientos de expertos), construir un modelo del sistema y calcular el uso de recursos y emisiones del producto estudiado (NC ISO 14 041, 2000; Llanes y col, 2005a; Bjorklund, 2006). Los resultados del inventario constituyen una lista de emisiones y materias primas que en muchos casos cubre cientos de sustancias, lo que lo hace muy difícil de interpretar, pero tiene la ventaja de ser un resultado detallado y no está afectado por incertidumbres introducidas en la determinación del impacto (Goedkoop and Oele, 2004). Esto permite combinar el método con otros más precisos como el análisis termodinámico. La posibilidad de agregar aspectos económicos a la metodología ACV ha sido discutida, sin embargo, estos debates son confusos y no muy productivos. El acercamiento más productivo plantea expresar temas sociales y ambientales por medio de obligaciones y costos intangibles (Vink, 2003), por lo que hasta el momento es mas factible la utilización del ACV como un complemento imprescindible del Análisis Técnico- Económico de forma que se pueda hablar de un Análisis TécnicoEconómico y Ambiental de Alternativas. La evaluación de los impactos es el proceso técnico para caracterizar y evaluar los efectos ambientales de las entradas y salidas identificadas en el análisis de inventario, con el fin de determinar la importancia relativa de cada uno de los elementos del inventario y agregarlos a un sistema pequeño de indicadores, o a un indicador (Vink, 2003). Existen múltiples metodologías para la evaluación de impactos ambientales y aún no existe un consenso generalizado sobre cuál es la mejor. La NC ISO 14 042 (2001), en los métodos de evaluación de impacto distingue elementos obligatorios, como clasificación y caracterización 21.

(34) Capítulo 1. y elementos opcionales como agrupación y ponderación; el resultado final de estas últimas etapas o valoración, debe ser un número que indica la bondad ambiental del producto. La valoración es el paso más difícil y controvertido de un ACV, ya que la ponderación relativa de las categorías presenta cierto grado de subjetividad y es la menos desarrollada actualmente. Esta se refiere a la evaluación cuantitativa/cualitativa de la importancia relativa de las distintas categorías de impacto. El objetivo de la valoración es la agregación de los datos del análisis de impactos, se obtiene un perfil ambiental ponderado que conduce a un único índice ambiental global para el sistema (Rieradevall, 1999; Vink, 2003; LLanes y col, 2005a). La selección del método y categorías de impacto se basa en el nivel deseado de agregación de los resultados. En la fase de interpretación de los resultados se combinan los resultados del análisis de inventario con la evaluación de impacto, para derivar las conclusiones y/o recomendaciones, se analizan los resultados de los análisis de sensibilidad e incertidumbre. Además, se requiere información sobre aspectos como economía, comportamiento del producto y opinión pública. Optativamente, se realiza un análisis de mejoras. La revisión crítica verifica que los métodos utilizados son consistentes con las normas vigentes, científica y técnicamente válidos; los datos son apropiados y razonables; las interpretaciones reflejan las limitaciones planteadas y el objetivo e informe del estudio son consistentes. Se utilizan procedimientos como el Análisis de Incertidumbre, el Análisis de Sensibilidad y el Análisis de Contribución, para entender la incertidumbre de los resultados, y qué procesos son significativos en los mismos (NC ISO 14 043, 2001; Sáenz y Zufia, 2006; Vink, 2003; Goedkoop and Oele, 2004). 1.2.2.2 Eco-Indicadores del ACV Se han desarrollado gran variedad de indicadores que miden cuantitativamente el impacto ambiental para diferentes productos, respaldados por bases de datos como la de la Oficina Federal Suiza del Medio Ambiente, Bosques y Paisajes (BUWAL) (Fernández, 2003), Ecoinvent (Ecoinvent Centre, 2003) y otras. Entre los indicadores más empleados y sus limitaciones fundamentales se pueden mencionar: CML 1992, (no incluye ruido, emisión de partículas finas y uso de tierra), Eco-indicador 95 (no incluye el uso de tierra, ruido y agotamiento de combustibles fósiles), Eco-indicator 99 (no incluye ruido). 22.

(35) Capítulo 1. El Eco-indicador 99 incluye más aspectos y por tanto es más complejo que CML 1992, Ecoindicador 95 y otros usados en la práctica. En el Eco-indicador 99, el sistema de medidas entre los diferentes aspectos ambientales es la aproximación en función de los daños, es decir, la relación entre el impacto y el daño a la salud humana, al ecosistema y a los recursos. Aunque este incluye los impactos más relevantes para cada categoría de daño, existen otros, el método no es 100% completo. Pero este mejora la metodología de cálculo del Eco-indicador 95 y amplía la lista de impactos al considerar la disminución de los recursos, uso del suelo y radiación de iones, además, el modelo de daños se basa en métodos más científicos y fiables. Se incluye una base científica mejorada y se incluyen otras importantes mejoras. El Eco-indicador 99 es un método de ACV desarrollado por Pré Consultans en 1999, que ha demostrado ser una poderosa herramienta con bases de datos validadas por expertos europeos y considera 11 categorías de impacto agrupadas en tres categorías de daños. Este indicador refleja el estado actual de la metodología del ACV y de su aplicación (Goedkoop, et.al.,1999; Goedkoop and Spriensma, 2001a,b; Goedkoop and Oele, 2004; Vivancos, 2002; Rieradevall,1999). El mismo usa la agrupación de indicadores de categorías para simplificar la interpretación, presentándolos como tres indicadores a nivel del punto final, cuya interpretación es más fácil. Los daños definidos son: daños a la salud humana, a la calidad del ecosistema y a los recursos. En los daños a la salud humana se incluye el número y duración de enfermedades y años de vida. perdidos. por. causas. ambientales.. Se. consideran. enfermedades. infecciosas,. cardiovasculares y respiratorias por cambios climáticos; cáncer por radiaciones iónicas, sustancias cancerígenas y agotamiento de la capa de ozono; así como enfermedades respiratorias debido a químicos tóxicos (orgánicos e inorgánicos). Se utiliza la unidad DALY (Invalidez Ajustada a Años de Vida). Los daños a la Calidad del Ecosistema incluyen el efecto sobre la diversidad de especies, expresados como un porcentaje de especies que se amenazan o desaparecen en un área dada durante cierto tiempo. Los efectos están dados por: ecotoxicidad (Fracción Potencialmente Afectada (PAF) de especies expuestas a tensión tóxica), acidificación/eutrofización (se 23.

(36) Capítulo 1. considera que el daño es causado por un mecanismo bioquímico complejo) y uso y transformación del suelo (Fracción Potencialmente Desaparecida (PDF)). En daños a los recursos, se incluye la necesidad extra de energía para extraer mineral de baja calidad y recursos fósiles en el futuro, sólo se modela los recursos minerales y combustibles fósiles. El uso de los recursos agrícolas se considera cubierto adecuadamente en uso del suelo. Recursos bióticos de la naturaleza, como los peces y las plantas de reserva o salvajes, no son hasta ahora modelados. La unidad utilizada es la energía requerida para extraer el material en MJ por kg de material extraído. El Eco-indicador 99 no incluye algunos impactos, que pueden ser relevantes para la salud humana (ruidos, trastornos endocrinos y otros efectos no carcinogénicos y no respiratorios de algunas sustancias) y para la calidad del Ecosistema, efecto invernadero, disminución de la capa de ozono (ambos incluidos en Salud Humana) y el efecto de los fosfatos. La medida de las categorías de daño, se realiza por modelos de daños complejos que relacionan los datos de inventario con el impacto que provocan y este con los daños por medio de análisis de destino, exposiciones y efectos y análisis de daños. De la ponderización de estas categorías de daño se obtiene el Eco-indicador, expresado en “punto Eco-indicador” (Pt), cuyo valor no es muy relevante, su principal objetivo es de comparación (1 Pt equivale a la centésima parte de la carga ambiental anual de un ciudadano europeo medio (Goedkoop and Spriensma 2001a, b). 1.2.2.3 Herramientas informáticas para el ACV de un producto Entre las herramientas informáticas que soportan el procedimiento del ACV, se destacan, el Eco-it, el Boustead Model, GaBi 4 Software System and Databases, y SimaPro (PRé Consultants, 2001a,b; Boustead Consulting, 2004; GaBi 4, 2006). SimaPro constituye una herramienta poderosa que contiene distintos métodos de evaluación de impactos y diferentes bases de datos de inventario propias y bibliográficas, las cuales pueden ser editadas y ampliadas sin limitaciones, lo que facilita el análisis, así como, la representación gráfica de ciclos de vida complejos en una forma sistemática y transparente, acorde a las normas de la serie ISO 14 000 (PRé Consultants, 2006a,b; Randa group, 2006), por lo que se puede adaptar a las condiciones de otros países y comparar productos. 24.

(37) Capítulo 1. Entre las bases de datos utilizadas se destaca Ecoinvent, Figura 1.4, ANEXO 2, con gran variedad de datos, aplicación constante de límites de sistema y distribución bien documentados. Es un recurso muy amplio que satisface casi todas las necesidades por datos de fondo (Rieradevall, 2000; Pré Consultants, 2003; Ecoinvent Centre, 2003). 1.2.2.4 Casos de aplicación del ACV Gran cantidad de estudios demuestran la utilidad y el nivel alcanzado por las metodologías de ACV, así como su potencialidad para la comparación de alternativas: Wadhwa (2006) destaca este análisis como una herramienta muy eficiente para la evaluación de tecnologías y expresa la posibilidad de extender el análisis “cradle to grave” a “cradle to cradle” mediante la recuperación de materiales de rellenos sanitarios o cenizas volantes por ejemplo, como fuente de materiales primarios. Se destacan trabajos aplicados a la comparación, tanto de productos con similar función, como opciones de procesos tecnológicos o de manejo de residuos (Acosta and Rieradevall, 2005; Wittgren and Elmquist, 2004; Muñoz et. al., 2004; Rivela et. al., 2006; Mitchell y Arena, 2000). Bernesson (2004, 2006), aplica el ACV a la comparación de producciones a pequeña, mediana y gran escala, demostrando que los resultados dependen del método de asignación de la carga ambiental usado. Cardim de Carvalho (2001), estudia los efectos ambientales de la producción de cemento y propone las bases para un inventario de ciclo de vida nacional de dicho producto en España. Leet y col. (2001) realizan un ACV de dos tecnologías de escritorio de computadora para evaluar las consecuencias para el ambiente e identificar las oportunidades de mejoras del producto. Los sistemas agrícolas consisten en complejos e interrelacionados componentes y mayormente las investigaciones se dirigen a áreas o componentes específicos, con poca frecuencia se considera el impacto del sistema completo en el ambiente y la salud humana, lo cual requiere cálculos complejos, por lo que se imponen estudios como el ACV que propicien acercamientos reales a estos análisis (Phipps, 2006). Recientemente, se han realizado contribuciones en este sentido al usarse el ACV para definir y comparar la carga ambiental asociada a actividades agroindustriales. La metodología del ACV en este sector se ha desarrollado en la última década y se han mostrado avances en términos metodológicos y de disponibilidad de datos en las diferentes conferencias de ACV de alimentos celebradas. Se 25.

(38) Capítulo 1. destaca la comparación de alternativas enfocadas a la producción y consumo sostenibles (Braschkat, 2004; Rosing, 2004; Wittgren, 2004; Basset-Mens, 2004; Erzinger, 2004; Mungkung, 2004; Papatryphon, 2004; Dalgaard, 2004; Nemecek, 2004; Hospido, 2004; Keoleian, 2004; Helms, 2004; Notarnicola, 2004). Otros trabajos se destacan en el aspecto metodológico, al mostrar resultados valiosos en el análisis de bases de datos, indicadores y diferentes metodologías de evaluación (Jungbluth and Frischknecht, 2004 a,b; Brentrup, 2004; Madsen and Effting, 2004; Nonhebel and Elferink, 2004). En la agroindustria azucarera se han realizado algunas contribuciones, aunque mayormente en la industria de azúcar de remolacha y fundamentalmente centrados en el aspecto energético. Renouf (2002) presenta un ACV preliminar de la electricidad generada de la combustión del bagazo de caña de azúcar en Queensland. Identificó la necesidad de metodologías para comparar alternativas con argumentos ambientales. Von Blottnitz et.al. (2006) muestran la importancia del ACV para la producción de etanol a partir de biomasa, mediante el análisis de comparaciones del bioetanol con combustibles fósiles, pero la mayoría dirigidas a balances de energía y emisiones de gases de efecto invernadero, algunas evalúan determinado rango de categorías de impacto y sólo siete realizan ACV completos, referidos a la remolacha, uno al bagazo y los restantes a otras biomasas (Kaltschmitt et. al.,1997; Kadam, 2002; Puppan, 2002; Reinhardt and Uihlein, 2002; Hu et. al., 2004; Sheehan et. al, 2004; Tan. and Culuba, 2002), además, llegan a conclusiones divergentes sobre los beneficios ambientales del bioetanol, debido posiblemente a diferentes consideraciones en límites del sistema, criterios de asignación u otros. Estudios de Pimentel (2003); Niven (2005); Quirin et. al. (2004); Patzek (2006); Berthiaume (2001) muestran resultados no favorables en la evaluación de la sostenibilidad del bioetanol y otros reportan ventajas en la reducción del uso de recursos y calentamiento global, pero desventajas respecto a la acidificación y toxicidad, fundamentalmente durante el cultivo y procesamiento de la biomasa. No obstante, de las fuentes de bioetanol, el cultivo de la caña de azúcar en regiones tropicales resulta el más eficiente con respecto al uso de la tierra y reemplazo de combustibles fósiles (Von Blottnitz et.al., 2006). Esto demuestra la necesidad de realizar ACV completos que permitan arribar a conclusiones sólidas. 26.

(39) Capítulo 1. Von Hoof (2000) realiza un ACV en un ingenio colombiano considerando las etapas de cultivo, elaboración, empaque y distribución, obteniendo que la fase de mayor contribución al impacto ambiental es la de elaboración del producto, se evidencia que el resultado puede estar afectado por las limitaciones del método de Eco-indicador 95 y el criterio utilizado para la asignación de las cargas ambientales. Ramjeawon (2004) demuestra que el ACV es una herramienta útil para evaluar el impacto ambiental de la producción de azúcar de caña y decidir opciones de mejora del desempeño ambiental de esta industria, evaluando siete categorías de impacto, para las cuales, el cultivo y cosecha de la caña aportan el mayor impacto ambiental. En Cuba se han realizado algunas contribuciones al desarrollo de esta herramienta (Llanes, E. y col, 2005a,b), aunque, sólo enfocado al aspecto energético y considerando tres categorías de impacto (Calentamiento Global, Acidificación, Formación de partículas en suspensión). Rodríguez (2002b) aplica el ACV para obtener una estrategia de mejoras ambientales, usando el Eco-indicador 95. De aquí la necesidad de fomentar el desarrollo de esta herramienta, sobre todo en las principales ramas de la economía, como es el caso de la agroindustria azucarera y sus derivados que se caracteriza por una gran variedad y complejidad de operaciones con significativa incidencia en el medio ambiente y en la cual continuamente se están desarrollando trabajos encaminados a evaluar diferentes alternativas de uso del producto, subproductos y residuales. Algunos resultados en este sentido, se muestran en trabajos precedentes a este (Contreras y col., 2003c,d, 2004; Pérez y col., 2006). Por otra parte, aunque el ACV es una herramienta de gran alcance para la evaluación del impacto ambiental, que se enfoca en el impacto de emisiones y el consumo de recursos, siempre presenta cierto grado de subjetividad y su utilización para las condiciones de Cuba, tiene limitaciones, dadas fundamentalmente por el uso de bases de datos desarrolladas en otras regiones, por lo que la autora considera que la combinación de este análisis con métodos termodinámicamente rigurosos para tratar el problema de agotamiento de los recursos naturales resulta importante para obtener resultados científicamente validados. 27.

(40) Capítulo 1. 1.3 El Análisis de Ciclo de Vida y la Termodinámica Hau (2002) destaca que las consecuencias para el medio ambiente de emisiones y del consumo de recursos obligan a la industria a cambiar sus prácticas. Esto indica la necesidad de un marco riguroso para integrar consideraciones ecológicas y económicas en la ingeniería de procesos. Martínez (2003) plantea que a partir del interés de los ecólogos industriales que evalúan los «ciclos de vida» de los productos desde la cuna a la tumba, se precisa de un análisis en términos de metabolismo. Desde 1880 se inició el análisis de la energética de la agricultura, aunque inicialmente, no se incluyeron aspectos como la radiación solar, energía gastada por las máquinas de trillar u otras en el insumo de energía (Cottrell, 1955; Rappaport, 1967; Odum, 1971; Pimentel, 1973, 1979; Leach, 1975; Fluck and Baird, 1980; Naredo y Campos, 1980). Campos (1999) plantea que los sistemas de producción, en general, se clasifican como sistemas termodinámicos abiertos. Los insumos son recursos naturales transformados por las operaciones de producción en productos para uso humano y desde el punto de vista de la energía, un sistema de producción agrícola se puede interpretar como la conversión de energía de la radiación solar en energía del alimento, con la intervención del agua, gas carbónico y productos como combustibles, fertilizantes, pesticidas, semillas y la tecnología de producción; plantea la utilidad del análisis exergético, ya que mide el potencial de interacción con el ambiente, aunque no de manera eficaz, por lo que el análisis exergético no es la panacea del análisis ecológico. Su valor radica en que permite la comparación entre las maneras termodinámicas posibles y dirigir las acciones hacia la extracción del trabajo máximo de los recursos naturales. Es decir el análisis exergético obliga al análisis de la naturaleza del proceso, por lo que abre nuevas perspectivas para la racionalización de la energía. La exergía es un término introducido por Rant (1956), cuya completa definición fue dada por Baehr (1965): «es el trabajo que puede ser extraído de un fluido o de un sistema como resultado de condición de no equilibrio relativo a alguna condición de referencia» (Rivero et. al., 1990), es decir, es la porción de energía que puede ser transformada en trabajo mecánico. La exergía es, por tanto, la medida cuantitativa de la máxima cantidad de trabajo que puede obtenerse de un desequilibrio entre un sistema físico y el ambiente que lo rodea, determina de 28.