9.2: Evaluación del ciclo de vida
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Introducción
“Lo que se mide se hace” es un dicho frecuentemente citado (atribuido a muchos individuos) que intenta capturar el papel esencial de la cuantificación para entender un sistema, resolver un problema, avanzar en una causa o establecer una política. A lo largo de este texto se exponen, citan y discuten una amplia variedad de mediciones en relación con conceptos particulares como el cambio climático, la economía, el bienestar social, la eficiencia de la ingeniería y los hábitos de consumo. Este capítulo está dedicado a una colección especial de métodos, mediciones, herramientas, indicadores e índices que se utilizan para evaluar la sustentabilidad comparativa entre opciones, diseños o decisiones potenciales y a menudo competidoras, y para medir el progreso hacia el logro de las metas de sustentabilidad a lo largo del tiempo.
El capítulo comienza en el Módulo 11.2 con una breve discusión sobre la ecología industrial, una ciencia emergente que se enfoca en comprender los flujos materiales y energéticos hacia y a través de diferentes tipos de sistemas creados por el ser humano. Este tipo de comprensión es esencial para enmarcar problemas que deben resolverse de manera holística. Los ecologistas industriales estudian temas como el reciclaje y reutilización de materiales, la eficiencia energética, las estructuras organizacionales, las cadenas de suministro, los impactos sociales de las decisiones y la economía del desarrollo de productos. Se le ha denominado “la ciencia de la sustentabilidad” (Graedel, 2000).
Una de las principales herramientas de la ecología industrial que se discute en este capítulo es la evaluación del ciclo de vida (ACV), un conjunto integral de procedimientos para cuantificar los impactos asociados a la energía y los recursos necesarios para hacer y entregar un producto o servicio. Los ACV se llevan a cabo por dos razones principales: (a) analizar todos los pasos de una cadena de productos y ver cuáles utilizan la mayor cantidad de energía y materiales o producen más desechos, y (b) permitir comparaciones entre productos alternativos o cadenas de suministro y ver cuál genera el menor impacto ambiental. Inherente al concepto de ACV es la noción de compensaciones: el reconocimiento de que en un mundo finito elegir un producto, camino o forma de vida tiene consecuencias para el bienestar ambiental y social. Por supuesto que hay que tomar decisiones, pero el objetivo de cuantificar las implicaciones de nuestras acciones de la manera más holística posible es evitar consecuencias que son “involuntarias”.
Si bien la evaluación del ciclo de vida surgió de las necesidades de la industria para diseñar mejor los productos y comprender las implicaciones de sus decisiones, la manera sistémica de enmarcar los problemas en los que se basa el ACV ha permeado una amplia variedad de campos, estimulando lo que podría denominarse “pensamiento del ciclo de vida” en cada uno de ellos. La Subcolección Conceptos Derivados del Ciclo de Vida de este capítulo contiene módulos dedicados a presentaciones de una serie de formas de expresar los impactos de los humanos en el medio ambiente. Estos se derivan de los principios del ciclo de vida y se extraen de los campos de la ecología, la termodinámica y la ciencia ambiental. Incluyen “huella” y varios indicadores de sustentabilidad, todos los cuales cuantifican los impactos humanos en términos de consumo de recursos y producción de desechos en un rango geográfico extendido y/o en plazos que van más allá de lo inmediato. El módulo 11.3.6 presenta un enfoque integral para evaluar no solo la sostenibilidad ambiental, sino también el hambre y la pobreza, la educación, la equidad de género, la mortalidad infantil, la salud materna, las enfermedades y las alianzas mundiales, todos los elementos del desarrollo sostenible que se aclaran en el informe Brundtland. Finalmente, este capítulo concluye con un módulo sobre sustentabilidad y negocios.
Evaluación del ciclo de vida
Resolución de problemas para la sustentabilidad
Ya debería quedar claro que tomar decisiones y resolver problemas en apoyo de una mayor sustentabilidad de los sistemas creados por el ser humano y su impacto en el medio natural es una empresa compleja. A menudo, en la vida moderna nuestras decisiones y diseños están impulsados por una sola meta u objetivo (por ejemplo, mayor rentabilidad monetaria, uso de menos energía, diseño para tiempos de viaje más cortos, generación de menos desechos o reducción del riesgo), pero en la mayoría de los casos resolver problemas de manera sostenible requiere un enfoque más holístico en que debe evaluarse simultáneamente el funcionamiento de muchas partes del sistema, integrándose múltiples objetivos cuando sea posible. Además, como se señala en el Informe Brundtland (o vea el Capítulo 3), a menudo nuestras decisiones requieren el reconocimiento de compensaciones: hay muchos tipos de impactos en el medio ambiente y la mayoría de las decisiones que tomamos crean más de un impacto al mismo tiempo. Por supuesto, se deben tomar decisiones, pero es mejor si se hacen con un conocimiento más completo de la variedad de impactos que se producirán. La historia de la degradación ambiental está plagada de decisiones y soluciones que resultaron en consecuencias no deseadas.
Un ejemplo ilustrativo del papel de la sustentabilidad en la solución de problemas es el tema de los biocombustibles, convirtiendo la materia vegetal en energía utilizable (principalmente combustibles líquidos a base de hidrocarburos). Cuando se ve desde lejos y con un solo objetivo, la “independencia energética”, el uso de nuestros considerables recursos agrícolas para convertir la energía solar, vía la fotosíntesis, en combustibles utilizables para que podamos reducir nuestra dependencia del petróleo importado parece ser bastante atractivo. Estados Unidos es el mayor productor de granos y productos forestales en el mundo. Ha sido pionera en nuevas tecnologías para mantener e incluso aumentar la productividad agrícola, y cuenta con vastas capacidades de procesamiento para crear fertilizantes artificiales y convertir la biomasa en productos agrícolas (ver Módulo 10.4.1.4). Y, después de todo, tal emprendimiento es tanto “doméstico” como “natural” —atributos que inclinan a muchos, inicialmente al menos, a ser dispuestos favorablemente. Sin embargo, tras un examen más detenido esta dirección no es tan inequívocamente positiva como podríamos haber pensado. Sí es posible convertir el grano en etanol y los aceites vegetales en combustible diesel, pero la gran mayoría de estos recursos históricamente han sido utilizados para alimentar a los estadounidenses y a los animales que consumen (y no solo a los estadounidenses; Estados Unidos es el mayor exportador mundial de productos agrícolas). A medida que la demanda ha aumentado, los precios de muchos productos agrícolas han subido, lo que significa que alguna fracción de los pobres del mundo ya no puede permitirse tanto alimento. Las tierras más marginales (que se utilizan mejor para otros cultivos, pastoreo u otros usos) se han sometido al cultivo de granos fermentables, y ha habido consecuencias paralelas “indirectas” a nivel mundial: a medida que el precio mundial de los productos agrícolas ha subido, otros países han comenzado a desviar la tierra de usos existentes para los cultivos también. Además, la escorrentía agrícola de fertilizantes artificiales ha contribuido a más de 400 episodios regionales de hipoxia en estuarios de todo el mundo, incluyendo la costa del Golfo de Estados Unidos y la bahía de Chesapeake.
Ante tales problemas, el Congreso de Estados Unidos aprobó en 2007 la Ley de Independencia y Seguridad Energética, que limita la cantidad de grano que se puede convertir en biocombustibles a favor del uso de celulosa derivada de la agricultura, el principal constituyente de las paredes celulares de las plantas. Esto ha dado lugar a un amplio programa de investigación y desarrollo científico y tecnológico para idear formas económicas de procesar materiales celulósicos en etanol, y esfuerzos paralelos para investigar nuevos sistemas de cultivo celulósico que incluyan, por ejemplo, pastos nativos. Así, la decisión aparentemente simple de hacer crecer nuestra industria de biocombustibles en respuesta a un objetivo político ha tenido consecuencias políticas, financieras, dietéticas, sociales, de uso del suelo, calidad ambiental y tecnológicas no deseadas.
En retrospectiva, los múltiples impactos de los biocombustibles se han vuelto claros, y siempre existe la esperanza de que podamos aprender de ejemplos como este. Pero también podríamos preguntar si hay alguna manera de prever todos o al menos algunos de estos impactos de antemano, y ajustar nuestros diseños, procesos y políticas para tomarlos en cuenta y tomar decisiones más informadas, no solo para los biocombustibles sino también para problemas sociales complejos de naturaleza similar. Este enfoque es el ámbito del campo de la ecología industrial, y la base de la herramienta de evaluación del ciclo de vida (ACV), una metodología que ha sido diseñada para realizar análisis holísticos de sistemas complejos.
Ecología Industrial
Muchos sistemas diseñados por humanos se enfocan en maximizar la rentabilidad para la firma, negocio o corporación. En la mayoría de los casos esto significa aumentar la producción para satisfacer la demanda de los productos o servicios que se están entregando. Un desafortunado subproducto de esto es la creación de grandes cantidades de desechos, muchos de los cuales tienen impactos significativos si ingresan al medio ambiente. La figura\(\PageIndex{1}\) es un diagrama de propósito general de un proceso de fabricación típico, que muestra los insumos de materiales y energía, la fabricación de productos y la generación de desechos (los contenidos de la “caja de fabricación” son genéricos y no pretenden representar ninguna industria en particular, podría ser una mina, una una fábrica, una planta de energía, una ciudad, o incluso una universidad). Lo que muchos encuentran sorprendente es la gran disparidad entre las cantidades de desechos producidos y la cantidad de producto entregado. \(\PageIndex{1}\)La tabla proporciona dicha información, en forma de proporciones residuo-producto, para algunas industrias comunes.
No es sorprendente que los sistemas industriales diseñados para maximizar la producción y/o las ganancias al tiempo que ignoran los desechos sean tan ineficientes materialmente. Como se señala en el Módulo 4.4, los impactos de los desechos en la salud humana y el medio ambiente históricamente han sido ignorados, o muy subestimados, por lo que ha existido poco incentivo para limitar la producción de desechos. Más recientemente se han promulgado leyes que intentan obligar a los responsables de las emisiones de residuos a una contabilidad más apropiada (ver Capítulos 9 y 10 para un tratamiento más completo de las leyes, regulaciones y prácticas utilizadas para incorporar los costos de la sociedad a la cadena de producción). Una vez que se asignan costos realistas al sector de residuos, los fabricantes se apresuran a innovar e investigar formas de eliminarlos.
| Sector Industrial | Relación Residuo-Producto |
| Automobiles | 2/1 (hasta 10/1 si el consumidor está incluido) |
| Papel | 10/1 |
| Metales básicos (por ejemplo, acero y aluminio) | 30-50/1 |
| Productos Químicos | 0.1-100/1 |
| Materiales nanoestructurados (por ejemplo, chips de computadora) | 700-1700/1 |
| Agricultura Moderna | ~4/1 |
En 1989, Robert Frosch & Nicholas Gallopoulos, quienes trabajaron en el General Motors Research Laboratory, publicaron un importante análisis de este problema en Scientific American (Frosch y Gallopoulos, 1989). Su trabajo se tituló “Estrategias para la Manufactura”; en él plantearon una pregunta crítica: ¿Por qué es que los sistemas de fabricación diseñados por el hombre son tan derrochadores, pero los sistemas en la naturaleza producen poco, si es que los hay, residuos? Si bien había habido muchos estudios sobre formas de minimizar o prevenir los desechos, este fue el primero en buscar una comprensión sistémica de lo que era fundamentalmente diferente acerca de los sistemas humanos en distinción a los sistemas naturales. El artículo es ampliamente acreditado por desovar el nuevo campo de la Ecología Industrial, una ciencia aplicada que estudia los flujos materiales y energéticos a través de sistemas industriales. La Ecología Industrial se ocupa de cosas como el cierre de los bucles materiales (reciclaje y reutilización), la eficiencia de procesos y energía, el comportamiento organizacional, los costos del sistema y los impactos sociales de los bienes y servicios. Una herramienta principal de la Ecología Industrial es la evaluación del ciclo de vida.
Conceptos básicos de evaluación del ciclo
LCA es una metodología de sistemas para recopilar y evaluar información sobre materiales y energía a medida que fluyen a través de una cadena de fabricación de productos o servicios. Surgió de las necesidades de la industria, a principios de la década de 1960, para comprender los sistemas de fabricación, las cadenas de suministro y el comportamiento del mercado, y tomar decisiones entre diseños, procesos y productos de la competencia. También se aplicó a la evaluación de la generación y emisión de desechos de las actividades manufactureras. Durante las décadas de 1970 y 1980 el interés general en el ACV para la evaluación ambiental disminuyó a medida que la nación se enfocó en el control de sustancias tóxicas y la remediación de sitios de desechos peligrosos (ver Capítulos 4 y 9),
pero la creciente preocupación por los impactos mundiales, particularmente los asociados con las emisiones de gases de efecto invernadero, vio un renovado interés en el desarrollo de la metodología ACV y aplicaciones más generalizadas.
El ACV es una buena manera de entender la totalidad de los impactos ambientales y beneficios de un producto o servicio. El método permite a los investigadores y profesionales ver dónde a lo largo de la cadena de productos se consumen más intensamente el material y la energía y se producen los desechos. Permite realizar comparaciones con productos convencionales que pueden ser desplazados en el comercio por nuevos productos, y ayuda a identificar las compensaciones económicas y ambientales.
El ACV puede facilitar la comunicación de riesgos y beneficios a las partes interesadas y consumidores (por ejemplo, la “huella de carbono” de las actividades individuales y los estilos de vida). Quizás lo más importante de todo, el ACV puede ayudar a prevenir consecuencias no deseadas, como crear soluciones a problemas que resulten en la transferencia de cargas ambientales de un área a otra, o de un tipo de impacto a otro.
Una evaluación completa de ACV define un sistema que consta de cuatro etapas generales de la cadena de productos o servicios, cada una de las cuales se puede desglosar en subestaciones:
- Adquisición de materiales (mediante extracción de recursos o fuentes recicladas)
- Fabricación, refinación y fabricación
- Uso por parte de los consumidores
- Disposición al final de su vida útil (incineración, vertedero, compostaje, reciclado/reutilización)
Cada uno de estos implica el transporte de materiales dentro o entre etapas, y el transporte tiene su propio conjunto de impactos.
En la mayoría de los casos, los impactos aportados desde cada etapa del ACV son desiguales, es decir, una o dos de las etapas pueden dominar la evaluación. Por ejemplo, en la fabricación de productos de aluminio es la adquisición de materiales (minería), la purificación del mineral y la reducción química del aluminio en metal lo que crea impactos ambientales. El uso posterior de productos de aluminio por parte de los consumidores aporta muy pocos impactos, aunque la facilitación del reciclaje del aluminio es un paso importante para evitar el consumo de materiales primarios y energía. Por el contrario, para los automóviles impulsados por combustión interna, el uso por parte de los consumidores genera 70-80% de los impactos del ciclo de vida. Por lo tanto, no siempre es necesario que el ACV incluya todas las etapas de análisis; en muchos casos es solo una parte de la cadena de producto/servicio lo que es de interés, y muchas veces no hay suficiente información para incluir todas las etapas de todos modos. Por esta razón existen ciertas terminologías características para diversos “alcances” de LCA que han surgido:
- Cradle-to-Grave: incluye todo el ciclo material/energético del producto/material, pero excluye el reciclado/reutilización.
- Cradle-to-Cradle: incluye todo el ciclo del material, incluyendo el reciclado/reutilización.
- Cradle-to-Gate: incluye adquisición de material, fabricación/refinación/fabricación (puerta de fábrica), pero excluye los usos del producto y el final de la vida útil.
- Puerta a puerta: un ACV parcial que analiza un solo proceso o material agregado en la cadena de productos.
- Bien a rueda: un tipo especial de ACV que implica la aplicación de ciclos de combustible a vehículos de transporte.
- Energía encarnada: Un análisis de la energía del ciclo de vida de un producto, incluyendo la energía latente en los materiales, la energía utilizada durante la adquisición del material y la energía utilizada en la fabricación de productos intermedios y finales. La energía encarnada a veces se denomina “emergía”, o la demanda de energía acumulada (CED) de un producto o servicio.
Metodología LCA
Con el tiempo, la metodología para la realización de Análisis del Ciclo de Vida (ACV) ha sido refinada y estandarizada; generalmente se describe como realizada en cuatro etapas: alcance, inventario, evaluación de impacto e interpretación. Los tres primeros son consecutivos, mientras que el paso de interpretación es un proceso continuo que se lleva a cabo a lo largo de la metodología. La figura los\(\PageIndex{2}\) ilustra de manera general.
Alcance
El alcance es posiblemente el paso más importante para llevar a cabo un ACV. Es aquí donde se hace explícita la justificación para llevar a cabo la evaluación, donde se definen los límites del sistema, donde se especifican la cantidad, calidad y fuentes de los datos, y donde se establecen los supuestos que subyacen al ACV. Esto es de vital importancia tanto para la calidad del análisis resultante como para la comparación entre los LCA para productos competidores o alternativos.
Análisis de Inventarios
El paso de análisis de inventario implica la recolección de información sobre el uso de energía y diversos materiales utilizados para hacer un producto o servicio en cada parte del proceso de fabricación. Si es cierto que el alcance es el paso más importante en un ACV entonces el inventario es probablemente el más tedioso ya que implica localizar, adquirir y evaluar la calidad de los datos y especificar las fuentes de incertidumbres que pueden haber surgido. Para los productos que se han producido durante mucho tiempo y para los que los procesos de fabricación son bien conocidos, como la fabricación de acero, hormigón, papel, la mayoría de los plásticos y muchas máquinas, los datos están fácilmente disponibles. Pero para los productos más nuevos que están en desarrollo o bajo protección de patentes, los datos a menudo se consideran propietarios y generalmente no se comparten en fuentes abiertas. La incertidumbre puede surgir debido a datos faltantes o mal documentados, errores en la medición o variaciones naturales causadas por factores externos (por ejemplo, los patrones climáticos pueden causar variaciones considerables en los resultados de los sistemas agrícolas o las formas en que los consumidores utilizan los productos y servicios pueden causar variabilidad en la emisión de contaminantes y la disposición del producto al final de su vida útil). A menudo, la cadena de fabricación de un proceso implica muchos pasos que resultan en un análisis detallado de inventario. La figura\(\PageIndex{3}\), por ejemplo, muestra el flujo de fabricación de una pastilla de jabón (este diagrama es para hacer jabón en barra usando saponificación, la hidrólisis de triglicéridos usando grasas animales y arcillas). El inventario requiere insumos y salidas de material y energía para cada uno de estos pasos, aunque puede resultar que algunos pasos contribuyen poco al análisis de impacto final. Por ejemplo, el inventario asociado al equipo de capital para un proceso de fabricación, es decir, las máquinas que son reemplazadas a intervalos prolongados de tal manera que sus impactos a corto plazo son mínimos, a menudo se omiten del análisis.
Hay dos aspectos adicionales del ACV que también deben abordarse durante el análisis de inventario: la unidad funcional de comparación y la asignación de cantidades de inventario entre coproductos o servicios. La unidad funcional es la base para comparar dos o más productos, procesos o servicios que aseguran la igualdad de la función entregada. Esto puede parecer una tarea sencilla. Por ejemplo, para el jabón producido por el proceso de la Figura\(\PageIndex{3}\), se podría elegir “una pastilla de jabón” como unidad funcional de comparación. Pero entonces, ¿cómo se haría una comparación de ACV con, digamos, jabón líquido de manos o un producto de gel de baño (que combina la funcionalidad del jabón y el champú)? Quizás “número de lavados” sería una mejor opción, o tal vez concentración de surfactante disponible por uso promedio (en este último caso habría que definir una “dosis promedio”). Además, los jabones tienen otros aditivos y atributos como aromas, lociones, colores e incluso la funcionalidad de la forma, factores que pueden no afectar la efectividad de la limpieza pero que ciertamente tienen un impacto en las preferencias del consumidor y, por lo tanto, en la cantidad vendida. Dado que es muy probable que esencialmente todos los jabones comprados por los consumidores eventualmente sean lavados por el desagüe, tales factores de comerciabilidad pueden tener un impacto ambiental.
Prácticamente siempre se buscan datos de inventario para una cadena total de suministro-fabricación-consumidor-uso en lugar de productos individuales, por lo que cuando esa misma cadena produce múltiples productos es necesario asignar los materiales, la energía y los desechos entre ellos. Nuevamente, refiriéndose a la Figura\(\PageIndex{3}\), existen potencialmente varios coproductos producidos: sebo y otros productos animales, productos forestales, cartón y papel, y chatarra vendible. Generalmente hay tres formas de asignar materiales y energía entre los coproductos: masa, volumen y valor económico. Las asignaciones de masa y volumen son las más sencillas, pero es posible que no capten las fuerzas del mercado que son importantes para traer materiales al medio ambiente. La asignación mediante valoración económica suele reflejar el valor de la energía y cualquier “valor agregado” a las materias primas, pero puede faltar los impactos de los propios materiales. Además, los valores de mercado pueden fluctuar con el tiempo. En el análisis final el aspecto importante de cualquier procedimiento de asignación es que esté plenamente documentado.
Evaluación de Impacto
La evaluación de impacto del ciclo de vida (LCIA) toma los datos de inventario sobre los recursos materiales utilizados, la energía consumida y los desechos emitidos por el sistema y estima los impactos potenciales en el medio ambiente. A primera vista, dado que un inventario puede incluir miles de sustancias, puede parecer que el número de impactos potenciales es desconcertantemente grande, pero el problema se hace más manejable mediante la aplicación de un sistema de clasificaciones de impacto dentro del cual se pueden agrupar diversas cantidades de inventario como teniendo consecuencias similares sobre la salud humana o el medio ambiente. A veces, las cantidades inventariadas en una categoría de impacto común se originan en diferentes partes del ciclo de vida y a menudo poseen características químicas/biológicas/físicas muy diferentes. El LCIA agrupa las emisiones en función de sus impactos comunes más que en sus propiedades químicas o físicas, eligiendo un material de referencia para el que los impactos en la salud son bien conocidos, como unidad básica de comparación. Un aspecto clave es la conversión de impactos de diversas sustancias en la unidad de referencia. Esto se hace utilizando factores de caracterización, algunos de los cuales son bien conocidos, como el potencial de calentamiento global y el potencial de agotamiento del ozono, y LC50 (la concentración de una sustancia a la que se mata el cincuenta por ciento de una población expuesta), y otros aún están en desarrollo. La tabla\(\PageIndex{2}\) presenta varias categorías de impacto que se utilizan frecuentemente en el LCIA junto con sus referencias. Las categorías enumeradas en la Tabla no\(\PageIndex{2}\) son exhaustivas —nuevos tipos de categorías de impacto, como el uso del suelo y los impactos sociales— y continúan desarrollándose.
| Salud Humana (cáncer) | Kg Benceno eq/unidad |
| Salud Humana (no cancerosa) | LC 50 eq de modelado de exposición |
| Cambio Climático Global | Kg CO 2 eq/unidad |
| Eutrofización | Kg Nitrógeno eq/unidad |
| Ecotoxicidad, Toxicidad acuática, Terrestre | Kg 2,4 D eq/unidad LC 50 eq del modelado de exposición |
| Acidificación | Kg H + /unidad |
| Formación de smog | Kg Etano/unidad |
| Agotamiento del ozono estratosférico | Kg CFC-11 eq/unidad |
Un ejemplo ayudará a ilustrar el tipo de información que resulta del inventario del ciclo de vida y las evaluaciones de impacto. En este caso, se examina un sistema que produce un plástico derivado biológicamente, la polilactida. (PLA). El PLA se ha propuesto como una alternativa más sustentable a los plásticos producidos a partir del petróleo porque está hecho de materiales vegetales, en este caso maíz, pero tiene propiedades similares a los plásticos hechos de petróleo. La figura\(\PageIndex{4}\) muestra un esquema del sistema, que es una evaluación de cuna a puerta. Al igual que con cualquier plástico, el PLA se puede convertir en una variedad de productos finales y cada uno tendrá diferentes características de LCA de la cuna-a-tumba. La producción de PLA implica cultivar maíz, cosechar y procesar el grano, y polimerizar las moléculas de ácido láctico producidas a partir de la fermentación. En cada paso se utilizan o producen una variedad de productos químicos y energía. Son estos materiales de producción los que contribuyen al análisis de impacto. Las cantidades de inventario se asignaron entre los principales bioproductos en masa.
Entre los datos de inventario adquiridos en este caso se encuentran los combustibles fósiles de ciclo de vida utilizados por el sistema, principalmente para alimentar equipos agrícolas (“Agricultura”), maíz de molino húmedo (“CWM”), cubas de fermentación térmica (“Fermento”) y Polimerización (“Polym”). También se incluye el transporte de productos intermedios desde las fuentes hasta el centro de procesamiento. La figura\(\PageIndex{5}\) muestra el combustible fósil utilizado para hacer PLA comparado con el combustible fósil utilizado para fabricar varios plásticos a base de petróleo. La figura\(\PageIndex{6}\) muestra el análisis de impacto del potencial de calentamiento global. Como se podría haber esperado, los combustibles fósiles utilizados para elaborar PLA son ligeramente menores que para los plásticos derivados del petróleo sobre una base de masa igual (la unidad funcional es de un kilogramo de plástico). El inventario de PLA también muestra las fuentes de combustible fósil utilizadas para cada paso a lo largo de la cadena de fabricación, siendo el paso de fermentación el usuario más intenso. Lo que puede no ser obvio es que el total de gases de efecto invernadero (GEI) emitidos por el proceso, sobre una base de dióxido de carbono equivalente (CO2), son generalmente mayores para el biopolímero en comparación con los polímeros de petróleo a pesar del menor uso de combustibles fósiles. Cuando los datos son examinados de cerca esto se debe al paso agrícola, que consume genera relativamente poco combustible fósil, pero es responsable de una cantidad desproporcionada de emisiones de GEI, principalmente en forma de óxido nitroso, un poderoso gas de efecto invernadero (310 veces el potencial de calentamiento global del CO2) que es un subproducto de la aplicación de fertilizantes a campos. Este ejemplo también ilustra resultados contrarios a la intuición que suelen generar los LCA, razón principal por la que es importante conducirlos.
Interpretación de ACV
El paso de interpretación del ACV ocurre a lo largo del análisis. Como se señaló anteriormente, los temas relacionados con la justificación para llevar a cabo el ACV, definir el sistema y establecer sus límites, identificar las necesidades de datos, fuentes y calidad, y la elección de unidades funcionales, procedimientos de asignación y categorías de impacto apropiadas deben abordarse a medida que se desarrolla el ACV. Hay esencialmente dos razones formales para realizar un ACV: (a) identificación de “puntos calientes” donde el uso de material y/o energía y las emisiones de desechos, tanto en cantidad como en tipo, son mayores para que los esfuerzos puedan enfocarse en mejorar la cadena de productos; y (b) comparación de resultados entre y entre otros LCA en para obtener información sobre el producto, servicio, proceso o vía preferible. En ambos casos, existen precauciones que aplican a la interpretación de los resultados.
Supuestos
Por lo general, se debe hacer una variedad de suposiciones para llevar a cabo el ACV. En ocasiones estos son menores, por ejemplo, la exclusión de elementos del estudio que claramente no tienen un impacto apreciable en los resultados, y a veces más críticos, por ejemplo, elegir un conjunto de límites del sistema sobre otro. Estos deben expresarse explícitamente, y los resultados finales deben interpretarse a la luz de los supuestos hechos.
Calidad, incertidumbre y sensibilidad de los datos
En el curso de realizar un LCA suele darse el caso de que se utilizará una variedad de fuentes de datos. En algunos casos estos pueden ser de la operación a gran escala de un proceso, en otros la fuente es de pequeña escala o incluso escala de laboratorio, en otros casos puede ser necesario simular información de fuentes bibliográficas. Tal heterogeneidad conduce inevitablemente a la incertidumbre en los resultados finales; existen varios métodos estadísticos que se pueden aplicar para tomarlos en cuenta. Un aspecto importante del ACV completado es el grado de sensibilidad que muestran los resultados cuando las variables clave se perturban. Los pasos altamente sensibles en la cadena tienen una mayor necesidad de reducir las incertidumbres antes de sacar conclusiones con confianza.
Incomunesurabilidad
En ocasiones, las categorías de impacto del ACV, como las que se muestran en la Tabla\(\PageIndex{1}\), se superponen en el sentido de que el mismo contaminante puede contribuir a más de una categoría. Por ejemplo, si una evaluación dada presenta puntuaciones altas tanto para la toxicidad acuática como para la toxicidad humana, por ejemplo, por el uso de plaguicidas, entonces se podría justificar el uso de ambas categorías para sacar conclusiones y tomar decisiones basadas en los resultados de ACV. Sin embargo, las puntuaciones más típicamente elevadas se encuentran para categorías que no son directamente comparables. Por ejemplo, la extracción, refinación y uso del petróleo generan una puntuación alta para el calentamiento global (debido a la liberación de GEI), mientras que la cadena de productos para el biocombustible etanol tiene una puntuación alta para la eutrofización (debido a la liberación de nitrógeno durante la etapa de cultivo). ¿Qué problema es peor, el cambio climático o la hipoxia costera? La sociedad bien puede elegir un curso de acción que favorezca una dirección sobre otra, pero en este caso el principal valor del ACV es identificar las compensaciones e informarnos de las consecuencias, no decirnos cuál curso es “correcto”.
Evaluación y Regulación de Riesgos
Uno de los límites inherentes al ACV es su uso para evaluar el riesgo. La evaluación y manejo de riesgos, como se describe en los Módulos 4.1 y 9.1, es un proceso formal que cuantifica los riesgos para una población conocida en una ubicación específica expuesta a un químico específico por un periodo de tiempo definido. Genera valores de riesgo en términos de probabilidad de una consecuencia conocida debido a una secuencia de eventos que son directamente comparables, y sobre los cuales se pueden tomar decisiones sobre los estándares de calidad del agua, tierra y aire y su violación. El ACV es un método para evaluar los impactos de los desechos en la salud humana y el medio ambiente desde el punto de vista de la cadena de producto/servicio más que de una población particular. Se puede utilizar para identificar las fuentes de contaminación y los impactos generales sobre el medio ambiente, una especie de guía de “dónde buscar” para la regulación, pero su uso directo en el proceso regulatorio ambiental ha sido, hasta la fecha, bastante limitado. Una aplicación para ACV que se ha sugerido para uso regulatorio es para evaluar los impactos de los mandatos de biocombustibles en las prácticas de uso de la tierra, en Estados Unidos y otras regiones, sin embargo, aún no se han propuesto estándares regulatorios para el uso de la tierra.
Herramientas para la conducción de LCA
Afortunadamente una serie de bases de datos y herramientas, en forma de software de computadora, están disponibles para ayudar en la realización de LCA. Se trata de un área activa de desarrollo; en esta sección se describen algunas de las herramientas más conocidas y ampliamente utilizadas.
El modelo de gases de efecto invernadero, emisiones reguladas y uso de energía en el transporte (GREET)
GREET es una base de datos basada en hojas de cálculo desarrollada por el Laboratorio Nacional Argonne que vincula el uso de energía con las emisiones en función del ciclo de vida. Las primeras versiones se limitaban a los gases de efecto invernadero, pero a medida que se ha refinado el modelo se han agregado muchos otros tipos de contaminantes. Aunque ha sido ampliamente utilizado para comparar opciones de transporte y combustible (de ahí su título), GREET se ha utilizado para muchas otras aplicaciones que tienen un componente energético significativo, incluyendo agricultura, desarrollo de materiales y productos, y estrategias de reciclaje.
SimaPro
SimaPro fue desarrollado por Pré Consultants en los Países Bajos. Es una herramienta basada en procesos para analizar productos y sistemas para su uso de energía e impactos ambientales a lo largo de su ciclo de vida. Contiene una serie de bases de datos para simular procesos, realizar inventarios, ensamblar productos y sistemas, analizar resultados y evaluar los impactos del ciclo de vida, y cuenta con módulos para realizar análisis de incertidumbre y sensibilidad.
Herramienta para la Reducción y Evaluación de Impactos Químicos y Otros Impactos Ambientales
TRACI es una herramienta para realizar análisis de impacto en el ciclo de vida desarrollada por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. Utiliza datos de inventario como información de entrada para realizar un análisis de impacto de “punto medio” utilizando categorías como las que se muestran en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Un análisis de punto medio evalúa el impacto con base en resultados en un punto común de la cadena de riesgo, por ejemplo, el potencial de calentamiento global, ya que las posteriores evaluaciones de impacto de punto final requieren varios supuestos y opciones de valor que a menudo difieren de un caso a otro. Los valores para las distintas categorías de impacto que se dan en la Tabla\(\PageIndex{1}\) son referencias de punto medio.
Evaluación económica del ciclo de vida de los insumos y productos (EIO-LCA)
EIO-LCA (http://www.eiolca.net/) adopta un enfoque diferente para el desarrollo de una evaluación del ciclo de vida. En comparación con el enfoque algo complicado “bottom-up” descrito anteriormente, EIO-LCA utiliza un enfoque más agregado, basado en matrices en el que la economía está compuesta por varios cientos de “sectores”, cada uno vinculado al otro a través de una serie de factores. EIO fue desarrollado por primera vez en la década de 1950 por Wassily Leontief (1905-1999) quien fue galardonado con el Premio Nobel de Economía por su trabajo. La EIO ha demostrado ser una herramienta muy útil para la planeación económica nacional y regional. Los desarrolladores de EIO-LCA vincularon entonces el principal modelo económico a una serie de impactos ambientales. EIO-LCA utiliza medidas económicas para perturbar el sistema; por ejemplo, si una fábrica busca incrementar su producción en un diez por ciento, entonces los insumos agregados en toda la economía tendrán que incrementarse en un diez por ciento. Por supuesto, algunos de los insumos de algunos sectores aumentarán muy poco si acaso, mientras que otros soportarán la mayor parte del incremento en la producción al aumentar la entrada. En EIO-LCA, parte de las nuevas salidas serán mayores cargas contaminantes al medio ambiente.
EIO-LCA tiene varias ventajas en comparación con el enfoque “bottom-up”. No hay necesidad de preocuparse por definir los límites del sistema, es decir, el “límite” es toda la economía de Estados Unidos (o una subregión), que incluye todos los insumos y salidas materiales y energéticos. Los datos utilizados en EIO-LCA son, en su mayor parte, ya recopilados por el gobierno federal, obviando así el tedio de la etapa de inventario. Finalmente, los modelos de software están fácilmente disponibles para llevar a cabo el análisis. Si bien un ACV “ascendente” puede tardar meses o incluso años en completarse, EIO-LCA suele tardar algunas horas.
Por supuesto, en este nivel de agregación se pierde mucha información, especialmente sobre cómo funciona realmente el sistema. Por ejemplo, el sector “energético” de la economía incluye la electricidad generada, pero no distingue entre fuentes nucleares, fósiles o renovables. Y si uno está preocupado por las razones funcionales de un resultado particular, EIO-LCA será de uso limitado. A menudo se combinan los enfoques “bottom-up” y EIO-LCA (un enfoque “híbrido”).
Conclusiones
El enfoque del ciclo de vida es una manera útil de llegar a comprender el material y la energía necesarios para hacer un producto o entregar un servicio, ver dónde se generan los desechos y estimar los impactos posteriores que estos desechos pueden tener en el medio ambiente. Es una buena manera de mejorar una cadena de productos, articular compensaciones y hacer comparaciones entre procesos y productos alternativos. En estos contextos, el ACV facilita la toma de decisiones por parte de gerentes, diseñadores y otras partes interesadas. Lo más importante es que el ACV es una forma de enmarcar las opciones de política de manera integral y sistemática.
Referencias
- Bohlmann, G. M. (2004). Evaluación del ciclo de vida del empaque biodegradable. Progreso Ambiental, 23 (4), 49-78. doi: 10.1002/ep.10053
- Frosch, R. & Gallopoulos, N. (1989). Estrategias para la Manufactura. Scientific American, 261 (3), 144-152.
- Landis, A. E. (2007). Impactos Ambientales y Económicos de la Producción Biobásica. Tesis doctoral inédita, Universidad de Illinois en Chicago.
- Patel, M., Crank, M., Dornburg, V., Hermann, B., Roes, L., Huesling, B., et al. (2006, septiembre). Oportunidades y riesgos a mediano y largo plazo de la producción biotecnológica de productos químicos a granel a partir de recursos renovables — El potencial de la biotecnología blanca: The BREW Project. Universidad de Utrecht, Países Bajos: Programa CRECIMIENTO de la Comisión Europea (DG Research).
- Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (2006). Evaluación del ciclo de vida: Principios y práctica. (Publicación EPA No. EPA/600/R-06/060). Subdivisión Análisis de Sistemas, Laboratorio Nacional de Investigación en Gestión de Riesgos Cincinnati, Ohio. www.epa.gov/nrmrl/lcaccess/pdfs/600r06060.pdf.
- Vink, E. T. H., Rábagno, K.R., Glassner, D.A., & Gruber, P.R. (2003). Aplicaciones de la evaluación del ciclo de vida a la producción de polilactida (PLA) de NatureWorks. Degradación y Estabilidad del Polímero 80 (3), 403-419. doi: 10.1016/S0141-3910 (02) 00372-5
Preguntas de revisión
- Utilizando la información en\(\PageIndex{1}\), rellene los valores numéricos, por unidad de producto, para el diagrama de la Figura\(\PageIndex{1}\). Un diagrama para cada sector industrial.
- ¿Cuáles son algunas de las razones para utilizar las Evaluaciones del Ciclo de Vida?
- ¿Cuáles son las etapas básicas de una cadena de productos o servicios que sirven de base para una evaluación del ciclo de vida?
- ¿Cuáles son los pasos que implica realizar una evaluación del ciclo de vida?
- Nombrar varios alcances característicos de las evaluaciones del ciclo de vida.
- ¿Qué es la “energía encarnada”?
- Nombrar varias categorías de evaluación de impacto y las unidades de referencia utilizadas normalmente para expresarlas.
- Nombrar varias herramientas de análisis de impacto del ciclo de vida y sus principales características.
- ¿Cuáles son algunas de las limitaciones de las evaluaciones del ciclo de vida?
- Localice y lea una Evaluación del Ciclo de Vida completada en línea. ¿Considerar si la adopción generalizada por parte de la sociedad resultaría en una disminución medible de los impactos ambientales? Si es así, ¿qué tipo? ¿Cuáles podrían ser los obstáculos? ¿Hay alguna compensación asociada con la adopción, es decir, algunos impactos pueden reducirse, pero otros podrían empeorar?)
Glosario
asignación
Para una cadena que produce múltiples productos o servicios, la partición de las cantidades de inventario entre estos coproductos o coservicios.
Evaluación del ciclo de vida del insumo económico (EIO-LCA)
Un enfoque agregado al ACV en el que se determinan los impactos ambientales de un producto o servicio a través de un análisis de la economía completa.
unidad funcional
La base para comparar dos o más productos, procesos o servicios que aseguren la igualdad de la función entregada.
ecología industrial
Una ciencia aplicada que se ocupa de los flujos materiales y energéticos a través de sistemas industriales.
Evaluación del ciclo de vida (ACV)
Un método para cuantificar los materiales y la energía necesarios para fabricar o entregar un producto o servicio que evalúe los desechos producidos y los posibles impactos ambientales en toda o una parte de la cadena de productos.
Evaluación de impacto en el ciclo de vida (LCIA)
La etapa de un ACV en la que se calculan los impactos ambientales asociados con la fabricación y entrega, uso y disposición de un producto.
Inventario de ciclo de vida (LCI)
Etapa de un ACV en la que se recoge información sobre el uso de energía y diversos materiales utilizados para elaborar un producto o servicio en cada parte del proceso de fabricación.
alcance
La etapa de un ACV en la que se hace explícita la justificación para llevar a cabo la evaluación, donde se definen los límites del sistema, donde se especifican la cantidad, calidad y fuentes de los datos, y donde se enuncian los supuestos que subyacen al ACV.