Análisis y Gestión Ambiental

Transcripción

1 Análisis y Gestión Ambiental Sostenibilidad. Valoración ambiental. Análisis coste-beneficio ambiental. Análisis de ciclo de vida. Análisis exergético y emergético. Huella ecológica.

2 Son análisis basados en la Economía Ecológica. Ambos pertenecen a los denominados métodos energéticos (conmensurables). La exergía es una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno. La emergía (del inglés emergy) es la energía útil (exergía) de un determinado tipo que se ha usado directa o indirectamente en las transformaciones necesarias para generar un producto o servicio.

3 Esquema de la Economía ecológica

4 Introducción Buscar puentes entre la Ecología y la Economía para intentar encontrar los caminos hacia la sostenibilidad. Se trataría de introducir en la toma de decisiones los bienes y servicios ambientales que nos proporcionan los sistemas ecológicos, en definitiva, de valorar algo que actualmente se toma gratuitamente. Economía Ambiental, con raíces dentro del sistema de mercado. Economía Ecológica, con fuerte base ecológica y termodinámica. Síntesis Emergética, propuesta por el ecólogo H. T. Odum. H.T. Odum ( )

5 Introducción La sociedad actual demanda grandes cantidades de recursos y genera enormes volúmenes de residuos. Evaluación del Milenio (ONU, 2001) - 1/3 del planeta ha sido transformado en cultivos por la acción humana. Se usa la mitad del agua dulce que llega a los ríos y lagos. Las actividades humanas generan ahora más N biológicamente disponible del que producen todos los procesos naturales juntos. El 60% de los 24 grandes ecosistemas del planeta se están degradando (se ha perdido el 35% de manglares y el 20% de arrecifes de coral). Las tasas de extinción de especies han aumentado entre 100 y veces las conocidas antes de la intervención humana, y para algunos grupos este aumento ha supuesto la extinción de hasta el 20% de las especies conocidas.

6 Introducción Economía y la Ecología deberían construir puentes conceptuales y metodológicos eficaces para responder a la crisis ambiental. Ecólogos, implicados en el conocimiento de la casa (oikos + logos). Economistas, involucrados en la administración de la casa (oikos + nomos). Necesidad de mantener el tamaño de la economía global dentro de los límites de capacidad biofísica que tiene la ecosfera. DESARROLLO SOSTENIBLE (Economía+Ecología+Sociología)

7 Introducción Economía Ambiental vs. Economía Ecológica

8 Introducción Economía Ambiental vs. Economía Ecológica

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13 Marco conceptual de las diferentes concepciones del valor y los principales métodos usados para la valoración.

14 Análisis exergético La exergía, que es la parte de la energía que puede convertirse en trabajo mecánico, fue descubierta en la termodinámica casi desde sus orígenes formales, con el nombre de trabajo disponible. La exergía es 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 o entorno. La exergía permite analizar rigurosamente el desperdicio de los recursos en las actividades de una sociedad, estableciendo pautas cuantitativas para su ahorro y uso eficiente. El concepto resurgió a principios de los 70 s en los países industrializados, altamente consumidores de recursos, a raíz del embargo petrolero de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP).

15 Análisis exergético El concepto de exergía está indisolublemente asociado al de desequilibrio entre un cierto sistema y su entorno, determinado por la diferencia entre los valores de alguna variable dinámica que los caracteriza (por ejemplo, la temperatura o la presión). El desequilibrio consiste en que el valor de la variable dinámica en cuestión es diferente para el sistema y su entorno y, por ello, ambos están en una situación de desequilibrio que se puede convertir eventualmente en trabajo mecánico. La exergía es la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener de un desequilibrio entre un sistema y su entorno. Exergía térmica, exergía mecánica, exergía química

16 Eficiencia exergética La importancia de la exergía para valorar el desperdicio de recursos exergéticos y, por tanto, la capacidad de ahorro, proviene de los siguientes hechos: Toda sociedad requiere de la realización de tareas mecánicas y termodinámicas para su supervivencia (subir pesos, calentar espacios, girar cuerpos, etc.). Cumplir una tarea termodinámica implica la creación de exergía, es decir, la formación de un contraste entre un sistema y su entorno (por ejemplo cuando se sube agua de un nivel a otro, como en el bombeo de agua en la agricultura, en la industria o en los hogares, o cuando se eleva la temperatura de un cuarto sobre la del ambiente, en la calefacción de interiores).

17 Eficiencia exergética La creación de exergía se realiza destruyendo la exergía existente en otras partes. El gasto mínimo de exergía necesario para realizar una tarea mecánica o termodinámica, corresponde precisamente a la cantidad de exergía que se crea por la realización de la tarea (p.e., la exergía mínima requerida para elevar una masa de agua a cierta altura es exactamente la exergía que se destruye por un dispositivo sin fricción que opera mediante la bajada de la misma cantidad de agua de tal altura). La diferencia entre la exergía mínima requerida y la consumida da una medida cuantitativa del desperdicio del recurso del cual se obtuvo esta última y, al mismo tiempo, permite calcular con precisión el potencial de su ahorro.

18 Eficiencia exergética Eficiencia exergética: es el cociente de la exergía mínima y la exergía consumida en una tarea. El valor máximo de la eficiencia exergética es de uno. La eficiencia exergética, o eficiencia de tarea, es distinta de la eficiencia tradicional de los dispositivos mecánicos o termodinámicos, también llamada eficiencia energética. Ésta se calcula por el cociente de la energía de salida o útil, y la energía de entrada al dispositivo (por ejemplo, en una planta termoeléctrica o de potencia, la eficiencia es normalmente el cociente de la energía eléctrica y el calor generado en la caldera).

19 Análisis exergético El valor termodinámico de un mineral tiene dos componentes, uno debido a la concentración con la cual se encuentra en la mina y otro debido a su composición específica. Exergía física o de concentración de un elemento en una mina: donde: R es la constante universal de los gases T es la temperatura de referencia (298 K) xi es la concentración del elemento en cuestión

20 Análisis exergético

21 Análisis exergético

22 Análisis exergético El segundo componente del valor termodinámico de un mineral se debe a su exergía química y que se puede calcular mediante la expresión: donde: Vk son el número de moles del elemento k del compuesto b 0 qx es la exergía del elemento k en el ambiente de referencia ΔGBmineral es la energía libre de Gibbs del mineral a partir del cual se obtiene el elemento de manera comercial.

23 Análisis exergético El ambiente de referencia es una convención que representa la situación más degradada, desde el punto de vista termodinámico, a la cual llegaría el Planeta si se utilizaran y dispersaran todos sus recursos naturales, es un ambiente en el que no existen potenciales físicos ni químicos. Varios autores han propuesto ambientes de referencia para el cálculo de las exergías física y química de las sustancias; para la primera es suficiente con fijar el valor de la presión, la temperatura y la altura que se considera como nivel cero; en el segundo caso, y para considerar un ambiente de referencia general, es necesario definir su composición. La energía libre de Gibbs es la energía termodinámica/químicamente disponible.

24 Fundamentos teóricos del método emergético.

25 Diagrama esquemático de los componentes básicos de un ecosistema y sus interrelaciones

26 Concepto de Emergía Emergía o energía incorporada: la energía disponible, de una cierta forma, que fue usada tanto directa como indirectamente en el proceso de elaboración de un producto o servicio" (H. T. Odum 1996, H.T. & E. C. Odum 2000). La emergía expresa el coste de un proceso o un producto en equivalentes de energía solar. La idea básica es que la energía solar es la fuente última de energía, con lo cual expresando el valor de cualquier producto en unidades emergéticas, se hace posible compararlo con otro totalmente diferente, como comparar peras con manzanas (S.E.Jorgensen 2001, p. 61).

27 Concepto de Emergía Para entender el concepto de emergía se hace necesario primero entender el concepto de Exergía, definido como la proporción real de energía que puede generar trabajo útil: Ex = (Energía libre de Gibbs) + (Energía potencial gravitacional) + (Energía cinética) La potencia exergética es la tasa de cambio de exergía con el tiempo: La Emergía se define entonces como la integral de la potencia exergética en el tiempo:

28 Concepto de Emergía Transformicidad: relación entre la "aportación de emergía disipada (la disponible usada)" y una "unidad de exergía producida. Sustituyendo esta expresión en la definición matemática proporcionada anteriormente tenemos:

29 Síntesis emergética La Síntesis Emergética supone un tipo especial de sistema de valoración energética basado en la Ecología de Sistemas. Se puede considerar un sistema de contabilidad y gestión ambiental. Es decir, va a tener la capacidad para estimar el valor de los distintos componentes del sistema (contabilidad) y, de acuerdo al propio método, va definir unas condiciones de sostenibilidad, proporcionando una serie de índices para evaluar la misma y tomar decisiones (gestión).

30 Síntesis emergética Las características principales del método emergético son: Carácter global e integrador. Análisis a distintas escalas (Control Superior o aproximación top-down, es decir se realiza el análisis desde una escala más amplia (menor detalle) a una más reducida (mayor detalle)). Se trata de uno de los pocos métodos de valoración que permite evaluar los sistemas económicos y naturales, así como las interacciones entre ambos con una metodología común. Maneja unidades estandarizadas (julios solares emergéticos o sej). Considera distintos tipos de calidad energética. Emplea factores de estandarización (transformicidades) para hacer equivalentes todos los flujos de energía dentro de una jerarquía de sistemas complejos.

31 Síntesis emergética Es capaz de estimar los valores de distintos componentes (tanto económicos como naturales) del sistema en unidades energéticas y ligar éstos a unidades monetarias, para hacerlo más comprensible, en un marco de referencia común (contabilidad ambiental). El valor (y los indicadores del mismo) no parte del individuo (de sus preferencias y/o conocimientos) sino que es intrínseco al recurso (el valor de un recurso es proporcional a la energía necesaria en su producción, denominada Emergía (Memoria Energética)). Pretende ser, por tanto, una teoría energética del valor (considerada objetiva y reproducible).

32 Síntesis emergética Proporciona resultados cuantitativos sobre el estado de un sistema a través de diversos índices que permiten tomar decisiones con el objetivo de maximizar el bienestar público con las menores pérdidas ambientales posibles (gestión ambiental). Permite la modelización y la simulación, como poderosas herramientas de visualización de los flujos entre los sistemas socioeconómicos y los ecológicos. Tiene un principio de optimización (Principio de maximización de la potencia emergética).

33 Símbolos energéticos

34 Símbolos energéticos

35 Símbolos energéticos

36 Una imagen vale más que 1000 palabras H.T. Odum ( ) E.P. Odum ( ) A través de la Ecología de Sistemas se pueden modelar las relaciones entre los seres humanos y los sistemas ecológicos (Socio-Ecosistemas) mediante diagramas de flujos a distintas escalas

37 Diagramas de flujo

38 Diagramas de flujo

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40 CADENA TRÓFICA Disminución de la cantidad; calorías/tiempo Sol Vegetales Herbívoros Depredadores Aumento de la concentración (calidad); calorías solares/caloría incorporada MODELO JERÁRQUICO DEL FLUJO DE ENERGIA EN EL TERRITORIO Un gramo de león no contiene la misma energía que un gramo de cebada Existe una jerarquía de energías según su calidad o capacidad para realizar trabajo

41 La energía que llega a cada nivel es menor La energía solar necesaria por unidad de energía producida es mayor La energía está más concentrada en niveles mayores

42 Representación mediante diagrama de flujos de un ecosistema ejemplificado en un acuario aislado y en estado estacionario, dependiente sólo de la luz solar

43 1.- Diagrama de flujos Bienes y servicios Transformicidad Fuentes sistema Reservas M,E externa Productores sistema Consumidores M,E, producida Stma. transformación

44 EMergía (EMergy). cuantifica toda la energía utilizada en generar un bien o servicio expresada en unidades comunes. Sus unidades son el emjulio (ej). La Emergía solar de un bien o servicio es la Emergía de ese producto expresado en el equivalente de energía solar requerido para generarlo. Sus unidades son el emjulio solar (sej). Transformicidad (Transformity). expresa la Emergía necesaria por unidad de energía de un proceso dado. Se obtiene dividiendo la emergía total de un proceso por la energía que éste genere. Se expresa en unidades de emergía/unidades de energía (sej/j). Mide la calidad de un tipo de energía dado, y se utiliza para comparar energías de distintos tipos expresándolas en las mismas unidades de Emergía. EMERGÍA Y TRANSFORMICIDAD

45 2.- Tabla de síntesis emergética Grupo Factor (flujo) Unidades Recursos renovables Fuentes de energía renovable del sistema Recursos no renovables del sistema Entradas al sistema Salidas del sistema -Sol -Lluvia -Viento -Etc. -Agricultura -Pesca -Extracción maderera -Etc. -Petróleo -Minerales -Suelos -Etc. -Maquinaria -Mano de Obra -Combustible -Cosechas -Productos manufacturados Transformicidad (sej/udad) Emergía solar (sej/año) Valor macroeconómico (em$) A B A*B=C C/índice monetario 3.- Diagrama de tres brazos

46 3.- Índices de estado del sistema