Foro Innovación Post-Crisis

Transcripción

1 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Foro Innovación Post-Crisis Investigación en el IEDS-CNEA Energía y Análisis de Ciclo de Vida Dr. Ing. Pablo Martínez IEDS-CNEA 1-3 diciembre 2009, Buenos Aires. Argentina

2 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

3 Introducción: Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Emisiones Mundiales de GEI, 2004 N 2 O (Ox. Nitroso) 8% F-Gases (HFCs, PFCs,SF6) 1% CH 4 14% CO Cambio 2 Other 3% Climático CO 2 Fossil Fuel 57% CO 2 Deforestation 17% Disminución de hielos en el Ártico Glaciar Upsala

4 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Introducción: Desarrollo Sustentable Sociedad Equitativo Economía Sustentable La Caba, San Isidro, Argentina Vivible Viable World Press Photo of the Year Ambiente Prov. Del Chaco, Argentina Nov Visión sistémica y multidisciplinaria

5 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Visión sistémica y multidisciplinaria Química Verde Cero Residuo y Reciclaje Ciclos de Producción Cerrada Energías Renovables Eficiencia Energética Desarrollo de Economías Regionales Análisis de Ciclo de Vida, Cradle to Grave Design

6 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

7 Análisis de Ciclo de Vida Ciclo de Vida: etapas de procesamiento de un material desde que se lo extrae de la naturaleza hasta que regresa al ambiente como desecho. Análisis de Ciclo de Vida: herramienta para cuantificar el impacto ambiental potencial de un producto, proceso o actividad a lo largo de su ciclo de vida, contabilizándose el uso de recursos (entradas) y las emisiones al medioambiente (salidas) asociados con el sistema bajo estudio. Impacto Ambiental Potencial: efecto potencial sobre el ambiente de la descarga de un determinado contaminante, este efecto se clasifica en categorías de impacto. Categorías de Impacto Ambiental: Calentamiento Global, Acidificación, Eutrofización, Formación de Oxidantes Fotoquímicos (smog), Uso del Suelo, Consumo de Recursos no Renovables, Impacto de Radiaciones Ionizantes, etc.

8 Análisis de Ciclo de Vida Balances de Masa y Energía Consumo de materias primas y energía Materia prima Producción y distribución Uso Fin de vida útil Reuso/Reciclo Emisiones al aire, agua y suelo

9 Análisis de Ciclo de Vida Crisis Energética, Década de 1990 Coca-Cola: botellas de vidrio vs. botella plástica. Requerimientos de materia prima y residuos generados. EPA + Industria = cuantificación de consumo de recursos y descargas al medio ambiente. Análisis de Inventario. EU: Directiva de envases de alimentos, manufactura con monitoreo de consumo energético y de descarga de residuos. Análisis de Impacto Ambiental: traducción de las emisiones de contaminantes en impactos sobre el medio ambiente. Gineé y Heijungs, ISO: Estandarización del Análisis de Ciclo de Vida. EU: Integrated Pollution Prevention Control Actualidad United Nations Environmental Programme: UNEP

10 Análisis de Ciclo de Vida Smog fotoquímico Impacto Radiaciones Ionizantes Consumo de Recursos Toxicidad Humana Cambio climático Acidificación Eutrofización Categorías de Impacto Ambiental Consumo Rec. Bióticos Ruido Olor (aire y agua) Accidentes Waste Heat Solid Radioactive Wastes Desertificación Deterioro capa ozono Ecotoxicidad

11 Análisis de Ciclo de Vida Metodología (serie ISO 14000) Definición de los límites del sistema y de la unidad funcional Cuantificación de las emisiones (BM) y consumo energético (BE) Transformación a impacto ambiental: Factor de Caracterización x masa k = Ind. Imp. Amb.

12 Análisis de Ciclo de Vida Metodología: ejemplo de cálculo Para cada una de las etapas consideradas gr de CO 2 eq. totales GWP i m i,s s i

13 Análisis de Ciclo de Vida Metodología: Evaluación del Impacto Ambiental Factores de Caracterización Modelado Fisicoquímico de los efectos potenciales sobre la salud humana y el medio ambiente. De donde se obtienen? Se derivan de modelos de caracterización fisicoquímicos que establecen la relación entre la descarga de un determinado contaminante y su potencial efecto en una categoría de impacto ambiental. Ejemplo: GWP, Global Warming Potential: GWP k Y 0 ai k Cg gk, t dt = Y 0 aico2c CO2,t dt Relación entre la capacidad de absorción de IR de un compuesto y el CO 2

14 Análisis de Ciclo de Vida Metodología: Análisis de Inventario m k : masa del contaminante k Datos Experimentales MODELADO De dónde se obtiene? Factores de Emisión, Kg. de k/kg. producto Análisis del Proceso (Bce. de Masa y Energía) Análisis económico (gastos de electricidad, agua y gas) Datos experimentales y procesamiento estadístico INFORMACION

15 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

16 ACV Generación de Electricidad Generación de Electricidad en Argentina MATRIZ DE ENERGÍA ELÉCTRICA ARGENTINA - AÑO Turbovapor 17% Ciclo Combinado Gas 25% Turbogas 8% Solar 0% Nuclear 7% Ciclo Combinado Vapor 13% Fuente: Secretaría de Energía Hidro 29% Hidráulica de Bombeo 1% Diesel 0% Eólico 0% 26 MW Cdro. Rivadavia

17 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

18 ACV Generación de Electricidad Emisiones de Gases de Efecto Invernadero Fuente:"Greenhouse gas emissions of electricity generation chains-assessing the difference", IAEA Bulletin 42, 2000.

19 ACV generación de Núcleo-Electricidad Fabricación Barras Combustibles Fabricación Agua Pesada Enriquecimiento Central Nuclear Reprocesamiento Manejo combustible gastado Conversión a UO 2 Almacenamiento Intermedio Minning &Milling Disposición Final de Residuos

20 Ciclo del Combustible Nuclear M,Q: materiales, energía E: emisiones

21 Ciclo del Combustible Nuclear Cerrado y Recuperación Desmantelamiento Desmantelamiento Central Nuclear Reprocesamiento Manejo combustible gastado Acero, Hierro, Cableado, concreto Conversión a UO 2 Gestión post vida útil Almacenamiento Intermedio Etc. Disposición Final de Residuos

22 Ciclo del Combustible Nuclear: Atucha I Central Nuclear Atucha I Reactor, PHWR (Siemens) Combustible: ULE Moderador y refrigerante: Agua Pesada Actual E M,Q Agua Pesada ULE E E UN Fabricación Combustible Operación Disposición de Residuos M,Q M,Q M,Q: materiales, energía E: emisiones (aire, agua, suelo) Transporte

23 Ciclo del Combustible Nuclear: Embalse Central Nuclear Embalse Reactor, PHWR (CANDU) Combustible: UN Moderador y refrigerante: Agua Pesada Actual E M,Q Agua Pesada E E UN Fabricación Combustible Operación Disposición de Residuos M,Q M,Q M,Q: materiales, energía E: emisiones (aire, agua, suelo) Transporte

24 Ciclo del Combustible Nuclear: transporte Planta Conversión a UO 2. DIOXITEK Distancias (Km) Salta-Cba.: 900, Malargüe-Cba: 875, Cba.- Bs. As.:710, Bs.As.-Lima: 100, Bs. As- Embalse: 700, Neuquén-Bs.As.:1100. Neuquén-Embalse: 900 Fabricación Combustible Nuclear CONUAR-FAE Fabricación Agua Pesada. ENSI Transporte Agua Pesada Transporte Mineral Uranio Centro Atómico Central Nuclear: Atucha I, Embalse Planta de Conversión de UO 2 Ex Complejo Minero/Fabril Complejo Minero/Fabril Planta de Enriquecimiento. Pilcaniyeu Transporte UO 2 Transporte de Combustible Nuclear

25 Ciclo del Combustible Nuclear: emisiones de GHG Conversión Operación Disposición residuos Constr.y desmantelamiento Transporte Etapa Minería y procesamiento (prospección) Enriquecimiento Fabricación combustible Reprocesamiento Agua Pesada U 3 O 8 a UO 2 Procesos Cielo abierto, subterránea, in situ leaching Difusión gaseosa, Centrifuga Pellets UO 2. Zircalloy Generación Electricidad Recuperación Isótopos Fisionables Intercambio isotópico monotérmico NH 3 /H 2. Confinamiento y aislamiento Confinamiento, aislamiento y disp. final Movimiento de distintos materiales Emisiones GHG Directa: descomposición Carb. (desp.*) Indirecta: combustible fósil para movimiento de material. Directa: combustible fósil para producción de vapor. Indirecta: electricidad. Indirecta: consumo de electricidad. Producción de qcos. Accesorios (HF) Indirecta: consumo de electricidad. Indirecta: consumo de electricidad (bombeo agua, vapor, condensados) Indirecta: consumo de electricidad Directa: producción de NH 3 agua (consumo de GN) Indirecta: producción de acero y concreto Indirecta: transporte de materiales y confinamiento Directa: combustible fósil y vapor de * Andseta S, Thompson, M, Jarrell J. and Pendergast, D

26 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

27 Usos y beneficios de un Análisis de Ciclo de Vida Facilita y ordena el trabajo en Medioambiente Genera conocimiento propio sobre la cadena de suministros (no solo ambiental si no también de procesos y operaciones) Identificación de puntos calientes en la cadena de suministros Genera oportunidades de mejora de los puntos calientes identificados y permite su seguimiento Genera un pensamiento sistémico en todos los sectores involucrados Facilita los procesos de certificación y el cálculo de indicadores Asegura los beneficios ambientales considerando los aspectos sociales y económicos

28 Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión Nacional de Energía Atómica Outline: Introducción Análisis de Ciclo de Vida Categorías de Impacto Reseña Histórica Metodología ISO ACV de la generación de Electricidad Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-Electricidad Ciclo del Combustible Nuclear en Argentina Usos y beneficios Conclusiones

29 Conclusiones y Trabajo Futuro Oportunidad de desarrollo de estudios nacionales (números propios). Oportunidad de desarrollo de metodología de cuantificación de categorías de impacto ambiental no consensuadas (Waste Heat, Emisiones Sólidos Radioactivos) Oportunidad de mejoramiento de eficiencias energéticas en todos los procesos. Identificación de necesidades de datos a medir y valoración de datos disponibles. El proyecto está en fase de articulación con las entidades nucleares. Extensión a todas las formas de generación de electricidad. El ACV es exitoso cuando existe flujo de información y compromiso de las partes involucradas.

30 Ciclo del Combustible Nuclear Fabricación Barras Combustibles Fabricación Agua Pesada Enriquecimiento Central Nuclear Reprocesamiento Manejo combustible gastado Conversión a UO 2 Almacenamiento Intermedio Minning &Milling Disposición Final de Residuos

31 Muchas gracias... Instituto de Energía a y Desarrollo Sustentable Comisión n Nacional de Energía a Atómica Dr. Pablo Martínez (54-11) pmartinez@cnea.gov.ar ieds/

32 Ciclo del Combustible Nuclear Argentina: emisiones de RI Descargas Gaseosas Isótopo Ra2-26 Th-234 U-234 U-235 U-238 G. Nobles I-131 Tr Mat. Part. C-14 H-3 Extracció n Radiación GBq/GWh Fabricació n E E E E-08 Generación E E Desde puesta en marcha hasta 2002 Airborne effluents *Fuente: JOINT CONVENTION ON THE SAFETY OF SPENT FUEL MANAGEMENT AND ON THE SAFETY OF RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT, Argentina 2003.

33 Ciclo del Combustible Nuclear Argentina: emisiones de RI Descargas Líquidas Isótop o Th-234 Extracció n Radiación GBq/GWh Fabricació n Generación E-05 U E-05 U E-07 U E-05 H Descargas Sólidas Sólidos acondicionados, Sólidos no acondicionados, Resinas de intercambio iónico agotadas y Filtros agotados Isótopo Co-60 Cs-137 Actínidos Radiación GBq/GWh Generación Desde puesta en marcha hasta 2002 *Fuente: JOINT CONVENTION ON THE SAFETY OF SPENT FUEL MANAGEMENT AND ON THE SAFETY OF RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT, Argentina 2003.

34 Emisiones de GHG, revisión bibliográfica La Difusión gaseosa tiene mayor consumo energético que el proceso centrifugo. Mix de electricidad utilizado Difusión gaseosa Centrifuga Fuente: Fthnakis and Kim, Energy Policy 35 (2007)

35 Emisiones de GHG, revisión bibliográfica GHG emissions (g CO 2 -eq./kwh) Fuente: Nuclear Power -Greenhouse Gas Emissions & Risks. A Comparative Life Cycle Analysis. California Energy Commission Nuclear Issues Workshop, 2007.

36 Categorías de Impacto Ambiental Cambio climático Calentamiento Global Cuantifica las emisiones de GEI: CO 2, CH 4, N 2 O, CFCs, HFCs CC = m k GWP k k Compuesto k Global Warming Potential: GWP k (Kg CO 2 eq/kg k) CO 2 1 CH 4 21 N 2 O CFC

37 Categorías de Impacto Ambiental Acidificación Lluvia Acida Cuantifica las emisiones de: SO 2, NH 3, NO 2 Acid. = m k AP k k Compuesto k Acidification Potential: AP k (Kg SO 2 eq/kg k) SO 2 1 NH NO 2 0.5

38 Categorías de Impacto Ambiental Perdida de diversidad acuática Eutrofización Cuantifica las emisiones de: PO 4 2-, NO 3 H, Nitratos Eutrof. = m k EP k k Compuesto k PO 4 2- NO 3 H Nitratos Eutrophication Potential: EP k (Kg PO 2-4 eq/kg k)

39 Categorías de Impacto Ambiental Smog (O 3 ) en aire urbano Smog fotoquímico Cuantifica las emisiones de: Etileno, Alcano, HC aromáticos, Alquenos, etc. FormFotoOxid = m k POCP k k Compuesto k POC Potential: EP k (Kg C 2 H 4 eq/kg k) C 2 H 4 1 1,2,4-trimethylbenzene 1, Butene

40 Categorías de Impacto Ambiental Medida de la disminución del recurso Consumo de Recursos Cuantifica las consumos de: combustible fósil, minerales, uranio, agua CR = i m R i i

41 Categorías de Impacto Ambiental Medida del deterioro del ecosistema receptor Ecosistema receptor: agua dulce, agua salada, aire, suelo Cuantifica las emisiones de: HC aromáticos, metales pesados, pesticidas etc. Ecotoxicidad Ecotox er = mk, er EPk, k Compuesto k Ecotoxicity Potential: EP k (kg 1,4-dichlorobenzene eq./ kg k) 1,4-dichlorobenzene 1 2-chlorophenol 13 Hg 320 er

42 Categorías de Impacto Ambiental Disminución del O 3 estratosférico Cuantifica las emisiones de: compuestos orgánicos halogenados Deterioro capa ozono OzoneDepl = m k ODP k Compuesto k Ozone Depletion Potential: ODP k (kg CFC11 eq./ kg k) CFC-11 1 CFC Halon k

43 Categorías de Impacto Ambiental Emisiones al aire agua y suelo Alimentos Exposición Efectos sobre la salud Cuantifica las emisiones de: HC aromáticos, metales pesados, pesticidas, etc. Toxicidad Humana Hg ToxHumana er = mk, er HTP k, Compuesto k 1,4-dichlorobenzene penta-chlorophenol k Human Tox. Potential: EP k (kg 1,4- dichlorobenzene eq./ kg k) er

44 Categorías de Impacto Ambiental Impacto de actividades Nucleares Impacto sobre salud humana Cuantifica las emisiones de: compuestos radioactivos, radiación (exposición directa) Impacto Radiaciones Ionizantes I mp. Rad. Ionizanteser = ak, er IIRPk, Compuesto k Co-60 Pu-238 U-235 k DALYs: disability adjusted life Years: yr/kbq 1.6 x x x 10-8 er