13.5: Atributos requeridos por un ecosistema industrial

Bajo el rubro de “Respuesta de los Sistemas de Vida al Estrés” en la sección 12.6, se discute la inercia de las comunidades biológicas, que es su resistencia a la alteración y al daño. Los factores clave involucrados en la inercia se mencionaron como productividad de los materiales alimenticios básicos, diversidad de especies, constancia de números de diversos organismos y resiliencia en la capacidad de recuperación de las poblaciones de la pérdida. Asimismo, los ecosistemas industriales tienen atributos clave que se requieren para su bienestar. Estos incluyen energía, materiales y diversidad. Una gran diferencia entre los ecosistemas biológicos e industriales es la escala de tiempo involucrada. En la evolución de los organismos, un periodo de tiempo de varios miles de años es muy breve, mientras que en los sistemas industriales varias décadas pueden ser muy largas.

Energía

Con suficiente energía, casi cualquier cosa es posible (ver Capítulo 15, “Energía sustentable: la base esencial de los sistemas verdes”). Por lo tanto, la provisión de cantidades adecuadas de energía que puedan ser utilizadas sin dañar demasiado al medio ambiente es esencial para la función de los ecosistemas industriales. Y la energía que está disponible tiene que ser utilizada de la manera más efectiva y eficiente posible. Alguna vez se creía que los vastos recursos de carbón del mundo proporcionarían suficiente energía para satisfacer las necesidades humanas durante varios siglos. Ahora es evidente que consumir la mayor parte de estos recursos energéticos provocaría efectos inaceptables del calentamiento global. La energía solar y la energía eólica, que deriva de la energía solar, se acercan tanto como cualquier fuente de energía a ofrecer fuentes de energía renovables ideales. Pero hay grandes problemas con la naturaleza intermitente de estas fuentes y la necesidad que presentan para el almacenamiento de energía a corto plazo. Además, ambos requieren vastas áreas de tierra para proporcionar una parte significativa de las necesidades energéticas. Entonces hay problemas inesperados, como el que surge de la acumulación de insectos muertos en las palas de los molinos de viento, estropeando sus características aerodinámicas finamente afinadas y reduciendo la salida de potencia en aproximadamente la mitad en vientos fuertes. Las instalaciones de energía nuclear que funcionan correctamente pueden proporcionar abundante energía durante muchas décadas, pero esta fuente viene con su propio conjunto de problemas y muchos se oponen firmemente.

La cogeneración representa el uso energético más eficiente dentro de una industria o dentro de un ecosistema industrial. Las dos razones principales por las que una planta industrial utiliza energía son (1) para el vapor utilizado en el procesamiento, como calentar mezclas de reacción química para hacer que una reacción vaya más rápido, y (2) para generar electricidad. Tradicionalmente, las operaciones industriales, como las refinerías de petróleo, han comprado electricidad de plantas de energía externas para hacer funcionar bombas y compresores, para iluminación y otros fines que consumen electricidad. El vapor, que sólo puede transportarse económicamente por distancias relativamente cortas, normalmente se genera quemando combustibles fósiles en calderas en el sitio. Dado que un máximo de solo aproximadamente 40% del calor generado al quemar un combustible en una central eléctrica puede convertirse en electricidad, y debido a las pérdidas en las líneas de transmisión eléctrica, obtener electricidad de una fuente externa es un medio relativamente ineficiente para obtener energía. Se pueden lograr eficiencias mucho mayores quemando combustibles, como el gas natural, en grandes turbinas conectadas a un generador eléctrico y usando el escape caliente de la turbina para elevar el vapor. Este enfoque puede duplicar la eficiencia general de la utilización de la energía.

Materiales

Existen varios enfoques para proporcionar materiales. Estos pueden clasificarse como desmaterialización en la que se utiliza menos material para un propósito específico, sustitución de materiales abundantes por materiales escasos, reciclaje de materiales y minería de residuos en la que se extraen los materiales necesarios a partir de desechos.

Abundan los ejemplos de áreas en las que la necesidad de materiales se ha reducido en las últimas décadas. La transmisión eléctrica de mayor voltaje transporta más energía sobre cables de cobre o aluminio más delgados, el interruptor de sistemas eléctricos de 6 voltios a 12 voltios en automóviles ha permitido un cableado más ligero en los sistemas eléctricos automotrices, la película fotográfica moderna usa mucho menos plata que en años pasados (y el casi el cambio completo a la fotografía digital prácticamente ha eliminado el uso de plata en la fotografía), y el cambio de neumáticos de capa sesgada a neumáticos radiales ha extendido mucho la vida útil de las llantas, por lo que se requiere mucho menos caucho (además de ahorrar combustible al disminuir la resistencia a la rodadura). La desmaterialización ha sido espectacular en el área de electrónica. La popular computadora portátil tiene mucha más potencia informática que las primeras computadoras equipadas con tubo de vacío que requerían un edificio completo con aire acondicionado para la vivienda.

La sustitución de materiales es un área en la que la química verde ha hecho una contribución significativa y seguirá haciéndolo a un ritmo acelerado en el futuro. Los avances más espectaculares se han logrado en la electrónica donde la sustitución de materiales, que permitió que se produjera la desmaterialización, ha proporcionado a los circuitos electrónicos muchos órdenes de magnitud más capacidad que los circuitos que reemplazaron. Los tubos de vacío, condensadores, resistencias y transformadores brillantes que consumen electricidad del circuito receptor de una radio de sobremesa de los años 50 han sido reemplazados por un pequeño circuito casi invisible para el ojo humano. La enorme cantidad de cables de cobre que transportaban mensajes telegráficos y telefónicos en la década de 1940 ahora han sido reemplazados por conductores de señal de fibra óptica que transportan inimaginablemente más información por unidad de masa de portador. La tubería de cloruro de polivinilo (PVC), sintetizada a partir de recursos mundiales inagotables de cloro y potencialmente de fuentes de hidrocarburos de biomasa, ha reemplazado al cobre y al acero para las transmisiones de agua y aguas residuales. El dióxido de azufre líquido tóxico y el amoníaco utilizados en los primeros modelos de refrigeradores fueron reemplazados por clorofluorocarbonos no tóxicos y no inflamables (CFC). Cuando se encontró que los CFC agotan el ozono estratosférico, se desarrollaron sustitutos que contenían al menos un átomo de H unido por molécula (HCFC) que se descomponen en la troposfera antes de alcanzar altitudes estratosféricas. Se podrían citar muchos más ejemplos similares.

El reciclaje es, por supuesto, uno de los principales objetivos de un sistema de ecología industrial y uno en el que se están logrando avances significativos. Hay algunos artículos consumibles que no son prácticos para reciclar y para los cuales las materias primas son lo suficientemente abundantes como para que no se requiera reciclaje. Los detergentes para el hogar se encuentran en esta categoría. Un segundo grupo de reciclables son aquellos que no son particularmente escasos, pero para los que el reciclaje es factible y deseable. La madera y el papel entran en esta categoría. Una tercera categoría de materiales reciclables consiste en metales, particularmente los más valiosos y escasos, como el cromo, el platino y el paladio. Estos metales definitivamente deberían ser reciclados. Una cuarta categoría de reciclables consiste en piezas y aparatos que pueden ser reacondicionados y reutilizados.

La minería de residuos, la extracción de materiales útiles a partir de desechos, proporciona más materiales a la vez que beneficia al medio ambiente. Uno de varios ejemplos importantes de minería de residuos es la extracción de gas metano combustible, un combustible fósil premium de baja contaminación, de rellenos sanitarios de basuras municipales en los que la biodegradación de la materia orgánica en ausencia de oxígeno genera el gas. El azufre en el dióxido de azufre extraído de los gases de combustión generados en la quema de carbón que contiene azufre puede ser recuperado y utilizado para producir ácido sulfúrico. Se han desarrollado métodos para extraer aluminio de cenizas volantes de carbón finamente divididas generadas en la combustión de carbón. En este caso, la naturaleza finamente dividida, homogénea y seca de las cenizas volantes es una ventaja definitiva en su procesamiento. Se prevé que la creciente escasez de recursos combinada con la necesidad de disponer de una variedad de desechos conducirá al desarrollo de procesos adicionales de minería de desechos en el futuro.

Diversidad

La diversidad en los ecosistemas industriales, tiende a impartirles un carácter robusto, lo que significa que si una parte del sistema disminuye, otras partes tomarán su lugar y mantendrán el sistema funcionando bien. Muchas comunidades que se han vuelto dependientes de una o solo unas pocas empresas importantes han sufrido dolorosas crisis económicas cuando un empleador importante se va o recorta. El ensuciamiento de playas en Louisiana, Mississippi, Alabama y Florida a partir del BP Deepwater Horizon 2010 ha devastado el comercio turístico y forzado dolorosos ajustes económicos. En muchas partes del mundo, el suministro de agua de una sola fuente vulnerable amenaza la diversidad.