ESTADO DEL ARTE AQUAM+i EFICIENCIA DEL USO DEL AGUA EN EL SECTOR AGROINDUSTRIAL OCTUBRE 2014
ÍNDICE GENERAL RESUMEN EJECUTIVO... 1 OBJECTIVOS DEL PROYECTO... 2 MEMORIA... 4 1.- ANÁLISIS DEL USO DEL AGUA EN LA INDUSTRIA... 6 2.- NORMATIVA ESPAÑOLA Y EUROPEA RELATIVA A LA GESTIÓN AMBIENTAL EN LA INDUSTRIA... 57 3.- INTEGRACIÓN DEL SECTOR DOMÉSTICO E INDUSTRIAL EN LAS ZONAS URBANAS... 65 4.- REVISIÓN DE LAS METODOLOGÍAS A APLICAR PARA EVALUAR LA EFICIENCIA DEL USO DEL AGUA EN LA INDUSTRIA MEDIANTE EL INDICADOR EFICIENCIA DEL USO DEL AGUA (EUA)... 75 CONCLUSIONES... 114 REFERENCIAS... 115 ÍNDICE FIGURAS Figura 1 - Etapas de proceso, sector transformados vegetales... 43 Figura 2 - Etapas de proceso, sector cárnico... 45 Figura 3 - Etapas de proceso, sector cervecero... 47 Figura 4 - Etapas de proceso, sector lácteo.... 49 Figura 5- Etapas de proceso, sector aceitero (almazara)... 51 Figura 6 - Esquema del uso de agua en la industria... 70 Figura 7 - Ilustración de etapas de análisis de Huella Hídrica, WFN vs ACV... 104 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 - Listado de los 15 países con mayor demanda de agua industrial y productividad per cápita.... 8 Tabla 2 - Desglose tratamientos específicos, sector transformados vegetales... 43 Tabla 3 - Diagrama de flujo estándar para la agroindustria.... 54 Tabla 4 - Equiparación de etapas estándar en la agroindustria con las etapas de la agroindustria de vegetales... 54 Tabla 5 - Equiparación de etapas estándar en la agroindustria con las etapas de la agroindustria cárnica... 55 Tabla 6 - Equiparación de etapas estándar en la agroindustria con las etapas de la agroindustria cervecera... 55 Tabla 7 - Equiparación de etapas estándar en la agroindustria con las etapas de la agroindustria láctea... 55 Tabla 8 - Equiparación de etapas estándar en la agroindustria con las etapas de la agroindustria aceitera... 56 Tabla 9- Categorías, indicadores y modelos de evaluación de impacto para los estudios de Huella Ambiental recomendados por la CE... 94 ii
RESUMEN EJECUTIVO La optimización del uso del agua en la industria necesita de tecnologías, procesos y prácticas eficientes. Para ello, se necesitan herramientas y metodologías de evaluación, referencias legales a las que poder ceñirse, y la caracterización correcta del caso de estudio a evaluar, tanto en lo referente al entorno en que se ubica como de las principales corrientes de sus etapas de proceso. En este contexto, esta memoria incluye, en primer lugar un análisis del uso del agua en la industria, comenzando por los métodos de hidroeficiencia que actualmente se están poniendo en práctica. Se analizan también las demandas, y los aspectos más problemáticos en cuanto a la gestión del agua en el sector industrial en el que se enfoca el proyecto. El análisis se enfoca después en los diagramas de proceso (con flujos elementales de agua, energía y materia). Se ha tenido especialmente en cuenta la identificación de los sectores industriales específicos que luego se utilizarán como casos de estudio de la herramienta. Así mismo, se lleva a cabo una revisión de normativa española y europea específica relativa a la valoración ambiental y económica del uso del agua. También se analiza la integración del sector doméstico e industrial en las zonas urbanas. Se analizan las infraestructuras de abastecimiento y saneamiento, contemplando aspectos tales como la competencia de usos entre ambas demandas, el uso de recursos subterráneos para abastecimiento, y/o el uso de recursos geotérmicos que pueden suponer una fuente renovable de agua a alta temperatura. Finalmente se lleva a cabo una revisión de las metodologías aplicadas para evaluar la eficiencia del uso del agua en la industria de acuerdo al indicador EUA. En concreto, se revisan las metodologías de Análisis de Ciclo de Vida y sus aplicaciones específicas de Huella Hídrica y Huella de Carbono. Estas metodologías cubren la evaluación y optimización del uso del agua en la industria, considerando parámetros tales como el consumo de recursos hídricos, la localización de las etapas de proceso en las que se producen las mayores pérdidas para encontrar posibles soluciones técnicas, la determinación de los costes de restauración derivados de la utilización del agua o la identificación de oportunidades de reutilización. Se incluye, para cada metodología, los parámetros a evaluar, el ámbito de análisis de la metodología, datos generales requeridos para la evaluación y el origen y fuentes de los datos, así como métodos, resultados y aplicaciones de la evaluación siguiendo una determinada metodología. 1
OBJECTIVOS DEL PROYECTO El análisis serio y basado en datos reales contrastados de la eficiencia (económica y ambiental) en el uso del agua en la industria, es una tarea no acabada tanto en el ámbito español como en el europeo, en un contexto de cada vez mayor competencia por los distintos usos del agua, y por ende mayor presión sobre dichos escasos recursos. Una evaluación rigurosa de la eficiencia del uso industrial del agua, que tenga en cuenta el grado de aprovechamiento del recurso en la producción de productos y servicios, así como los efectos aguas abajo de los vertidos de dichos procesos industriales, sus costes de restauración, e incluso los costes implícitos en las infraestructuras de suministro y saneamiento del agua, así como las propias del proceso productivo, es una labor necesaria en el entorno y la situación actual, caracterizada por la escasez de recursos económicos, que enmascaran de alguna forma la presión sobre los recursos naturales. En especial, el uso de dichos recursos hídricos en cascos urbanos, en clara competencia al uso prioritario actual y el uso ambiental, que no constituye demanda pero debe suministrarse de forma regulada en las Demarcaciones Hidrográficas (tal y como prevén los nuevos Planes de Cuenca), así como el impacto ambiental generado de dicha actividad industrial, genera una rara simbiosis que es necesario de alguna forma resolver desde el punto de vista de la eficiencia, no puramente desde la vigilancia medioambiental. Por supuesto, la adopción y propuesta de soluciones técnicas que permitan incrementar dicha eficiencia económica y ambiental del uso del agua en este sector, son alternativas que deben darse a la industria tras la realización de su correspondiente análisis, y que pretende abarcarse con el proyecto de desarrollo de una experiencia piloto sobre el cálculo de la eficiencia en el uso del agua en empresas de Alcalá de Guadaíra, iniciativa ALCALA+i que hemos denominado AQUAM+i. Este proyecto tiene un carácter de I+D+i particularmente importante ya que se trata de un proyecto novedoso que tiene por misión fomentar la eco eficiencia entre el tejido agroindustrial de Alcalá de Guadaíra, tener la capacidad de arrastre suficiente para potenciar el empleo verde y el desarrollo de otras soluciones inteligentes y eficientes a nivel local/nacional, ante la presencia actual de la crisis económica y el cambio climático, que auguran menos recursos hídricos disponibles. Además, sus objetivos se encuadran con el desafío actual a nivel europeo sobre la eficiencia del uso de los recursos, estimular la economía y promover un crecimiento sostenible en un marco en el que la industria europea se ve afectada por las economías emergentes. Europa pretende mediante las actividades de investigación e innovación, abordar el reto de la transición a una economía verde, mientras se apoya en los compromisos recogidos en las políticas europeas orientadas a potenciar una Europa Eficiente en Recursos El Proyecto AQUAM+i va al encuentro de la Estrategia de Especialización Inteligente Ris3 de Andalucía basada en las líneas definidas en el Programa Marco de Investigación e Innovación H2020. Los objetivos y actividades del 2
proyecto AQUAM+i encajan en diversas líneas de especialización inteligente I+D+i de esta comunidad autónoma. AQUAM+i es un proyecto que pretende contribuir para el objetivo global de lograr una Andalucía sostenible y eficiente en el uso de sus recursos y en este caso promover la gestión eficiente del agua en un sector industrial en un contexto geográfico de escasez hídrica y amenazado por el cambio climático y la lucha contra la desertización. Los objetivos concretos del proyecto AQUAM+i son los siguientes: Captación de empresas locales del ámbito agroalimentario. Desarrollo de una metodología combinada con aspectos económicos, energéticos y ambientales que evalúe numéricamente la eficiencia del uso del agua en la industria agroalimentaria de transformación, así como las posibilidades de mejora de la instalación desde el punto de vista de dicha eficiencia. Implementación de una herramienta informática que realizará balances de materia, auditorías hídricas y energéticas, y posteriormente realizará una evaluación de dicha eficiencia económica y ambiental del uso del agua, incluyendo los costes de recuperación reales (incluyendo externalidades). Validación de la herramienta e integración a sus sistemas de medición y representación asociados para 7 empresas piloto. Difusión de la herramienta en el ámbito nacional y europeo, como preludio a su introducción dentro de la estrategia Blueprint que regirá la sostenibilidad de sector industrial en el futuro. 3
ÍNDICE DETALLADO 1.- Análisis del uso del agua en la industria... 6 1.1-La demanda de agua en la industria... 7 1.2. - El uso eficiente del agua en la industria... 10 1.2.1.-Parámetros de medida de la eficiencia del uso del agua en la industria... 13 1.2.2.- Buenas prácticas en el uso del agua... 14 1.2.3.- Auditorías de hidroeficiencia industrial... 27 1.2.4.- Sistemas de gestión ambiental... 28 1.2.5 Iniciativas voluntarias de certificación medio ambiental... 30 1.3 Iniciativas de carácter general para la gestión sostenible del agua en los sectores productivos... 32 1.4.- Análisis del sector agroindustrial... 37 1.4.1.- Introducción... 38 1.4.2.- Diagramas de flujo... 42 2.- Normativa española y europea relativa a la gestión ambiental en la industria... 57 2.1.- Normativa relacionada con abastecimiento y gestión de recursos hídricos... 58 2.1.1.- Normativa de ámbito general... 58 2.1.2.- Normativa relativa a vertidos... 59 2.1.3.-Normativa relativa a la calidad de agua de abastecimiento. Casos específicos... 61 2.2.- Normativa relativa a emisiones y residuos... 63 3.- Integración del sector doméstico e industrial en las zonas urbanas... 65 3.1.- Situación legislativa de la gestión de los recursos hídricos en España 66 3.1.1.- Gestión de vertidos... 67 3.1.2.- Reutilización... 68 3.2.- Abastecimiento y saneamiento de las industrias en zonas urbanas. Fuentes e infraestructura.... 69 3.2.1.- Fuentes de abastecimiento industrial... 70 3.2.2.- Vertidos... 72 4.- Revisión de las metodologías a aplicar para evaluar la eficiencia del uso del agua en la industria mediante el indicador Eficiencia del Uso del Agua (EUA)... 75 4.1 Limitaciones científico-tecnológicas actuales... 77 4.2.- Análisis de Ciclo de Vida... 80 4.2.1.- Definición de la metodología... 80 4.2.2.- Ámbito de aplicación de la metodología... 80 4.2.3.- Datos necesarios para la evaluación; fuentes de datos... 83 4.2.4.- Métodos de evaluación... 92 4.2.5.- Aplicaciones de la evaluación... 97 4.2.6.- Aplicación de la metodología mediante el indicador EUA.. 98 4.3.- Huella Hídrica... 99 4.3.1.- Definición de la metodología... 99 4.3.2.- Ámbito de aplicación de la metodología... 99 4.3.3.- Datos necesarios para la evaluación, fuentes de datos... 100 4
4.3.4.- Metodologías de evaluación... 100 4.3.5.- Aplicaciones de la evaluación... 103 4.3.6.- Aplicación de la metodología mediante el indicador EUA 104 4.4.- Huella de Carbono... 106 4.4.1.- Definición de la metodología... 106 4.4.2.- Ámbito de aplicación de la metodología... 106 4.4.3.- Datos necesarios para la evaluación, fuentes de datos... 108 4.4.4.- Metodologías de evaluación... 108 4.4.5.- Aplicaciones de la evaluación... 111 4.4.6.- Aplicación de la metodología mediante el indicador EUA 112 CONCLUSIONES... 114 REFERENCIAS... 115 5
1.- Análisis del uso del agua en la industria Este apartado comienza con una perspectiva global de la demanda de agua por parte de las industrias, tanto a nivel mundial como en España. En segundo lugar, se hace una revisión de las técnicas actualmente utilizadas por las industrias, enfocadas hacia un consumo eficiente del agua. Estas técnicas incluyen prácticas tanto de ingeniería como de conducta en el uso de los recursos hídricos. Las prácticas de ingeniería se enfocan por lo general hacia la reducción del uso del agua en general, incluyendo reutilización/recuperación de caudales, así como a la reducción de pérdidas y fugas en los equipos y líneas de proceso. En cuanto a las prácticas de comportamiento, implican educar e involucrar a los empleados en el uso eficiente, incluyendo un control del uso del agua, así como concienciación en lo relativo al correcto estado de instalaciones y equipos. El análisis se enfoca después en la agroindustria, en especial en algunos sectores en los que previsiblemente se incluirán las industrias caso de estudio que serán motivo de análisis en el ámbito del proyecto. De todos ellos se presentan los diagramas de flujo y los valores de las principales corrientes de proceso (agua, materia y energía). 6
1.1-La demanda de agua en la industria La competencia por los recursos hídricos se está incrementando a nivel mundial, fomentada por un importante aumento de las demandas, una distribución desigual de dichos recursos, y un escenario en el que el cambio climático está provocando una disminución de las reservas hídricas a nivel mundial [Dalhousie University, 2009]. Se estima que, a nivel global, actualmente un 70 % del agua disponible se emplea en la agricultura, un 22 % en la industria, y un 8 % en usos domésticos y de servicios. Entre los años 1950 y 2000, la demanda de agua en la industria a nivel mundial se ha multiplicado por 6, pasando de 150 a 900 km 3 /año. Esta tendencia se cumple en Asia, que experimentó un crecimiento entre 1959 y 2000 de 40 a 240 km 3 /año. En el extremo opuesto, con las demandas más pequeñas, se encuentran los continentes en vías de desarrollo (África, y América del Sur) que están sufriendo a día de hoy un incremento progresivo de sus demandas. En Europa, la demanda se triplicó pasando de 70 km 3 /año en 1950, a 200 km 3 /año durante el año 2000 (en el que la demanda se estabiliza) [Dalhousie University, 2009]. Concretamente en España la demanda de agua por parte del sector industrial supone el 6% de la demanda total [Fundación Mapfre, 2011]. Los consumos (teniendo en cuenta el agua que retorna tras ser utilizada) corresponden a aproximadamente el 20% de las demandas [UNIDO, 2004]. Alrededor del 30% del producto interior bruto proviene del sector industrial. En la Tabla 1 se incluyen los 15 países con mayor demanda de agua, así como su productividad, per cápita, en el año 2000. 7
País Demanda de agua industrial (Km 3 /año) Productividad (US m 3 )/habitante Estados 220,690 0,03 Rusia 48,660 0,02 India 35,210 <0,01 Alemania 31,930 0,29 Francia 29,76 0,24 Vietnam 17,230 0,01 Italia 16,290 0,36 Japón 15,600 0,94 Polonia 12,750 0,10 Ucrania 13,280 0,03 Romania 7,970 0,07 Reino Unido 7,190 0,79 España 6,600 0,79 Hungría 4,480 0,39 México 4,290 0,24 Tabla 1 - Listado de los 15 países con mayor demanda de agua industrial y productividad per cápita [UNIDO, 2004]. España se sitúa en el puesto 13 en cuanto a demanda, sin embargo es, después de Japón, junto con Reino Unido, el segundo país con mayor productividad por m 3 y habitante. El consumo de agua de la industria en España ha aumentado, pero la perspectiva es que se mantenga estable como consecuencia de las medidas de ahorro y políticas que se están implantando para reducir costes y efluentes contaminantes, cumpliendo con los criterios y normas de la Unión Europea [Fundación Mapfre, 2011]. Los precios del suministro de agua en España son bajos en general, aunque la tendencia es al alza, ya que la escasez de aguas superficiales hace que una parte importante de los servicios se presten con aguas subterráneas o con aguas trasvasadas y desaladas, incrementándose el coste, debido a su necesario tratamiento y gestión. Precisamente uno de los motivos por el que no ha habido una adecuada cultura del agua en España hasta ahora, es por el bajo precio que ha tenido. El agua es utilizada por la industria de diferentes maneras: como materia prima, como parte constitutiva del propio producto, como disolvente, como método de limpieza, y para calentar y enfriar en las etapas de proceso o 8
generar vapor. El agua en estas instalaciones puede provenir tanto de redes de suministro de agua potable, como de captaciones propias (como pozos, sondeos, o aguas superficiales). Los ratios de consumo de agua pueden variar en función del tamaño y antigüedad de la instalación, el tipo de proceso, el nivel de automatización, las prácticas de los operarios y los procedimientos de limpieza. En empresas de manufactura, alrededor de 55-60 % de consumo de agua se destina a las etapas de enfriamiento y calentamiento, un 8% en otras etapas de proceso, y aproximadamente un 25 % en zonas comunes y oficinas. Alrededor del 3-5 % del consumo de agua corresponde a fugas [Dalhousie University, 2009]. La industria tiene un peso decisivo en el ahorro de agua y eficiencia en su uso, ya que en este sector no solo influyen los consumos de agua en el proceso de fabricación, sino también (y fundamentalmente) la contaminación que se puede producir. Así, el uso y gestión eficiente del agua en la industria es fundamental para que las reservas hídricas no disminuyan hasta niveles insostenibles y para evitar una contaminación excesiva de acuíferos y aguas superficiales. 9
1.2. - El uso eficiente del agua en la industria Muchas empresas tienen alta dependencia del agua, por lo que las consecuencias de un uso responsable de los recursos hídricos tienen cada vez una mayor importancia estratégica. La experiencia en distintos países muestra que la adopción de un enfoque sistemático para la hidroeficiencia industrial a menudo da como resultado una reducción del consumo de agua en un 20-50%, y hasta el 90% cuando se aplican medidas más avanzadas [Fundación Mapfre, 2011]. La necesidad de ahorro y reducción del consumo de recursos hídricos en las industrias está motivada por [Dalhousie University, 2009; Fundación Mapfre, 2011; Muñoa, 2010]: Un control en los costes de los productos. El agua, como factor de producción, está sometida a un progresivo incremento de precios que repercute en los costes de los productos. El control del consumo supone una reducción de costes. Por otra parte, la implementación de estrategias de uso sostenible del agua puede provocar también una disminución de los costes de la energía. La utilización de agua y los requerimientos energéticos ligados a su abastecimiento y tratamiento tras el uso están íntimamente relacionados. Una mayor demanda de agua requiere un mayor consumo energético, y viceversa. Una mayor disponibilidad de recursos en el futuro. El ahorro de agua se traduce en un aumento de las reservas, y por tanto, en la limitación de las hipotéticas restricciones de uso del agua. Cumplimiento de requerimientos legales, y compromiso social de las empresas. La responsabilidad social de las empresas y la política medioambiental impone el compromiso de la industria con una sociedad sostenible, que implica el uso racional del agua. Mejora de la competitividad económica y de la eficiencia operacional Disminuir las inversiones y costes para el tratamiento previo o final, según su utilización, de las aguas. En este aspecto de ahorro es fundamental mantener una buena vigilancia tecnológica de los equipamientos y sistemas disponibles, y tener una actitud proactiva, anticipándose a las necesidades futuras. Disminuir las tasas de vertido y saneamiento 10
Según la localización de la planta o instalación productiva, varían las tasas que se aplican Las medidas de ahorro y consumo eficiente del agua en la industria suelen comenzar por la implantación de buenas prácticas, fácilmente aplicables y requerir de inversiones reducidas. Dentro de las etapas de proceso industrial, las buenas prácticas suelen enfocarse hacia los equipos y operaciones en las que mayor consumo de agua se produce, tales como los sistemas de refrigeración, o las etapas de limpieza y aclarado, o los tratamientos térmicos (escaldado, cocción). Por otra parte, entre las técnicas a poner en práctica en instalaciones y zonas comunes se incluyen sistemas de reutilización y reciclado de agua, la recogida de agua de lluvia, la limpieza en seco, la implantación de sistemas de ahorro y control de consumo en instalaciones y oficinas, y la minimización el agua utilizada para limpieza y para el riego de zonas verdes [Dalhousie University, 2009; Muñoa, 2010]. Sin embargo, para una implantación más consolidada de técnicas de ahorro y eficiencia del uso del agua, las empresas ponen en práctica programas de uso eficiente de recursos. Un uso eficiente de los recursos hídricos implica llevar a cabo las mismas actividades con una menor demanda de agua, utilizando el agua de modo más eficiente o reduciendo el consumo donde convenga, para asegurar la disponibilidad de recursos tanto ahora como en el futuro [Dalhousie University, 2009]. Los programas de uso eficiente de recursos suelen estar ligados a la implantación de sistemas de gestión ambiental, sistemas de gestión energética y/o sistemas de prevención de la contaminación en la industria. Todo ello comienza con la realización de auditorías ambientales. De acuerdo con determinados estudios, existen diversas vías para reducir y optimizar el consumo de agua, o utilizarla de modo más eficiente. Sin embargo, el uso del agua en la industria a nivel mundial es hoy en día ineficiente por regla general. Algunos problemas que las industrias pueden encontrarse al tratar de implantar determinadas tecnologías de consumo eficiente del agua son [ASME, 2010]: Problemas geográficos específicos La ubicación de la planta, que afecta a lo que se considera sostenible y a aquello que tiene importancia económica El costo de los suministros de agua Información y recursos limitados Las instalaciones más pequeñas a menudo carecen de suficiente personal de ingeniería para investigar alternativas, o no se centran en enfatizar la eficiencia y optimización en el uso del agua 11
Los fabricantes de equipos de agua y aguas residuales no tienen un estándar de equipos u operaciones sostenibles La falta de datos en la cadena de suministro Obstáculos administrativos La competitividad entre empresas limita la posibilidad de compartir las prácticas eficientes entre las distintas instalaciones industriales La responsabilidad de la eficiencia del agua a menudo es competencia de personal que no enfoca los esfuerzos hacia la eficiencia real en el uso de los recursos No obstante, existen ejemplos reales de planes de buenas prácticas en industrias que han hecho mejorar notablemente su eficiencia en el uso del agua [Dalhousie University, 2009]. 12
1.2.1.-Parámetros de medida de la eficiencia del uso del agua en la industria El uso eficiente del agua es un indicador de la relación entre la cantidad de agua necesaria para un fin o proceso determinado y la cantidad de agua utilizada realmente. En la industria, el uso eficiente del agua se relaciona con los siguientes conceptos [Fundación Mapfre, 2011]: El ahorro de agua, buscando operar los procesos industriales con la mínima cantidad de agua posible La productividad, o cantidad de agua utilizada para generar una cantidad concreta de producto. El reciclaje y reutilización del agua se utilizan a menudo como dos términos intercambiables. Se puede definir el reciclaje del agua como la reutilización del agua de un proceso, para la misma finalidad y en el mismo sitio, y la reutilización del agua como la utilización de un caudal ya usado, en otro lugar, normalmente para otro propósito. La huella hídrica de una industria, definida por el volumen de agua consumida para la generación de los productos y servicios consumidos por dicha industria, no sólo en sus operaciones, sino también en la cadena de suministro de la empresa. Agua neutral, cuando se habla de reducir la huella hídrica a cero. No obstante, en las operaciones de las industrias, conseguir una huella hídrica cero, aunque técnicamente posible, resulta muy complicado. El consumo del agua en una empresa debe analizarse desde un punto de vista cuantitativo y cualitativo. Cuantitativamente, porque el agua se consume en prácticamente todas las actividades productivas; y cualitativamente, porque no todas requieren las mismas calidades, y eso es lo que determina la necesidad de un tratamiento y el coste en que se incurre. Los pasos para un programa de gestión y uso eficiente del agua con éxito en una industria consisten en: establecer el compromiso y las metas, alinear el apoyo y los recursos, realizar una auditoria hídrica, identificar las opciones de mejora de gestión del agua, preparar un programa de planificación y ejecución, seguimiento de los resultados y comunicación de los resultados. En concreto, la gestión del agua en una industria debe contemplar al menos los objetivos siguientes [Fundación Mapfre, 2011]: Conservación del agua como recurso natural. El agua debe ser reciclada y reutilizada dentro de la propia producción, y cuando finalmente sea efluente, no debe causar impacto negativo. Individualizar cada utilización del agua, para poder decidir la calidad 13
que se requiere y su volumen. Vincular el consumo de agua al consumo de energía, ya que un aumento de su consumo o un mal tratamiento o utilización del agua, pueden ser responsables de un aumento considerable de los gastos energéticos. Identificar los puntos que puedan significar ahorros inmediatos con pequeñas Inversiones. Localizar posibles ahorros de mayor cuantía que requieran mayores inversiones y evaluar su rentabilidad. Crear una cultura empresarial acorde con la necesidad del uso racional del agua y de evitar su contaminación. 1.2.2.- Buenas prácticas en el uso del agua Por motivos económicos, ambientales y de mejora de la imagen corporativa, las industrias se ven obligadas a implantar buenas prácticas para alcanzar un alto nivel general de protección del medio ambiente. Sin embargo la adopción de estas medidas debe implicar primero un análisis detallado de las opciones disponibles para determinar a continuación la viabilidad técnica y económica de las mismas, teniendo en cuenta los costes, beneficios y viabilidad de cada una. Muchas de esas medidas están orientadas a la reducción del consumo de agua en el proceso productivo. Técnicamente, aunque complicado, es posible reducir a cero el consumo de agua y la contaminación en un proceso industrial dependiendo del tipo de industria y si existe la posibilidad de utilizar sistemas de circulación de agua cerrados (que eviten la evaporación). Reduciendo al máximo la producción de vertidos y tratando los mismos también es posible reducir a cero la contaminación generada. Las medidas economizadoras de agua dentro de instalación se pueden englobar dentro de las siguientes categorías: Benchmarking. Copiar casos de existo, adoptar practicas ahorradoras de agua, establecer metas de desempeño ambiental. Reducción del consumo de agua, reciclando corrientes de proceso, adopción de equipos y accesorios economizadores de agua, substitución de procesos productivos consumidores intensivos de agua por otros de uso extensivo. Procurar reducir al máximo la producción de aguas residuales. Instalar sistemas de tratamiento in situ. Estos puntos se pueden concretar a través de la adopción de medidas o procesos para ahorrar agua en diferentes puntos de consumo de agua de la empresa. Entre los más extendidos, que se detallaran más adelante, están los 14
siguientes [ECODES, 2014]: Conocer y controlar los consumos de agua en la instalación Separar las aguas residuales en función de su origen para estudiar la posibilidad de reutilización para otros fines en función de la carga contaminante y también para reducir el volumen final de aguas a depurar, Reducir el consumo del agua, Reutilizar el agua, Optimizar sistemas de refrigeración industrial, Dotar instalaciones sanitarias con elementos de fontanería eficientes En este contexto de las Buenas Practicas en la Industria, el concepto de Mejores Técnicas Disponibles es una herramienta normativa útil para la reducción de emisiones en la industria. En la Unión Europea, su implantación es obligatoria como parte de la Prevención y Control Integrados (IPPC) de 1996, y desde el año 2000 para todas las nuevas instalaciones industriales. La Directiva IPPC concedió un período de transición (hasta 2007) para su implantación. La gestión del agua debe tener un punto de vista global, que considere el ciclo del agua completo dentro de la instalación industrial, en concreto [Fundación Mapfre, 2011]: Gestión del abastecimiento de agua: Tiene por objeto garantizar la cantidad y calidad del agua destinada a cada uso específico de la industria, definir los tratamientos previos requeridos y los costes que implican. Gestión del agua en el proceso productivo: Está orientada a la optimización del uso del agua para reducir el volumen de consumo y minimización de contaminantes. Gestión de la depuración del agua; ha de garantizar la adecuación del efluente a la normativa vigente, maximizar la protección del medio hídrico y minimizar la inversión y el coste en sistemas de depuración. A parte de las soluciones citadas anteriormente, a la hora de determinar buenas prácticas en el uso del agua, las industrias consideran por norma general los siguientes aspectos [UNIDO, 2004; ASME, 2010]: Avances tecnológicos y los cambios en el conocimiento y la comprensión científica, enfocados hacia un uso eficiente del agua, en concreto: Sistemas precisos de distribución y medición de caudales de agua 15
Utilización de técnicas de limpieza alternativas para minimizar al máximo la necesidad de agua Mejoras en el control de procesos, adquisición y medida de datos Métodos de refrigeración avanzados que demanden menor cantidad de agua: sistemas híbridos o sistemas de refrigeración por aire Tratamientos avanzados de aguas/técnicas de reutilización: - físico-químicos: separación por gravedad, separadores de aceite/ agua, resinas/ absorción avanzada - Tecnologías de membrana (ultrafiltración, nanofiltración, ósmosis inversa) - Tratamientos biológicos - Procesos de oxidación avanzada: fotocatálisis, oxidación en agua supercrítica, irradiación mediante haz de electrones - Células microbianas para el tratamiento de aguas residuales - Desinfección por UV u ozono Consumo y naturaleza de las materias primas (incluida el agua) utilizada en el proceso y su eficiencia energética El uso de tecnologías que generen pocos desechos; uso de técnicas de recuperación y reciclado de los sustancias generadas y utilizadas en el proceso y de los residuos, en su caso Naturaleza, efectos y volumen de las emisiones; evitar o reducir al mínimo el impacto global de las emisiones en el medio ambiente El uso de la información publicada por la UE o por las organizaciones internacionales. Las buenas prácticas se pueden aplicar en las etapas de proceso, y/o en instalaciones y zonas comunes. Estos aspectos se desarrollan en los siguientes apartados. Se incluyen además una serie de buenas prácticas en sectores industriales específicos, así como ejemplos de planes de hidroeficiencia aplicados en industrias reales. 1.2.2.1.- En las etapas de proceso El agua se utiliza en la mayor parte de las operaciones unitarias aplicadas en la industria de manufactura: 16
Limpieza de equipos e instalaciones Limpieza de tanques de recepción y transporte de materia prima Etapas de preparación y tratamiento térmico de la materia prima Lavados a lo largo de la cadena productiva Sistemas de arrastre de restos y residuos en los equipos y máquinas de producción. Entre las prácticas para lograr un uso eficiente del agua dentro de las etapas de proceso se incluyen [Dalhousie University, 2009; Fundación Mapfre, 2011; Muñoa, 2010; ECODES, 2014]: Conocer y controlar el consumo del agua, por ejemplo mediante la instalación de contadores, instalación de válvulas de cierre automático Limpieza de los suelos con sistema de alta presión y bajo caudal Separar las aguas en función de su origen, para reducir el volumen de agua a depurar. Reutilización de aguas de proceso Recirculación de aguas de enjuague y lavado de equipos Reutilización de agua de pasteurización y esterilización Reutilización de agua utilizada en enjuagues finales de ciclos de lavado Reutilización del agua de desescarche de equipos de refrigeración Reutilización de agua desionizada para otros usos diferentes que requieran agua de menor calidad Reutilización de condensados Buenas prácticas en sistemas de refrigeración industrial Ajuste de purgas en torres de refrigeración. El consumo de las torres de refrigeración de un edificio puede alcanzar entre el 20 y el 30% del consumo total de agua. En los procesos de evaporación de las torres de refrigeración, los sólidos suspendidos se acumulan. Al adicionar agua limpia, los niveles de sólidos suspendidos pueden ser mantenidos bajos. La calidad del agua recirculada afecta a la eficiencia térmica, y a la vida útil de las torres. Minimizar las purgas hasta una concentración razonable de sólidos suspendidos, el consumo de agua en las torres de enfriamiento, junto con una operación y mantenimiento adecuados, puede reducir significativamente el consumo de agua. Uso eficiente en la etapa de evaporación. Mediante el ajuste 17
del ratio de recirculación de agua con la disminución de temperatura del agua, se pueden conseguir mayores potenciales de enfriamiento (o diferencia entre las temperaturas del agua de entrada y de salida de la torre). El enfriamiento es mayor cuanto más baja es la temperatura del aire a la cual el agua condensa. Cuanto más baja es esta temperatura, los ventiladores de las torres pueden trabajar a menor velocidad con el consiguiente ahorro de energía y agua (evitándose pérdidas por evaporación). Recirculación continúa del agua. La reutilización de caudales de las torres de refrigeración supone el mayor volumen de agua reutilizada en aplicaciones industriales y comerciales. Reutilización del agua en sistemas de enfriamiento directo (sin recirculación) en operaciones de limpieza, lavado, o riego de zonas verdes. Aplicación de sistemas de refrigeración con aire Sistemas de tratamiento del agua que ha sido utilizada para refrigerar, para mantener limpia la superficie de transferencia, minimizar el consumo y cumplir con los límites de vertidos. Utilizar sistemas de filtración por corriente alterna, que permite menor periodicidad entre operaciones de mantenimiento. Instalación de programadores para que la torre esté parada cuando su funcionamiento no sea necesario. Tratamiento de residuos en seco Suspensión de caudales en caso de que se detenga la producción Correcto mantenimiento de equipos 1.2.2.2.- En instalaciones y zonas comunes Diversos autores [Dalhousie University, 2009; Fundación Mapfre, 2011; Muñoa, 2010; ECODES, 2014] indican algunos ejemplos de buenas prácticas en las empresas, en instalaciones y zonas comunes, entre los cuales: Reductores de caudal y aireadores en grifos: consiguen una reducción del 40-50% en el consumo Sistemas de reducción de consumo en inodoros: pulsadores/tiradores, cisterna elevada, cisterna de doble descarga, con interrupción de descarga, con temporizador, con célula fotoeléctrica (se pude lograr hasta un 60% de reducción del consumo de la cisterna) Utilización de las técnicas de xerojardinería que permite adaptarse a 18
las condiciones climáticas del entorno, minimizando el consumo de agua. Incluye la utilización de especies autóctonas, o que necesiten menor cantidad de agua, y la reducción de las zonas de césped. Una selección adecuada del tipo de riego o la hora adecuada del día también minimizan el consumo de agua. Así, el riego por goteo evita pérdidas por evaporación. El riego durante la noche minimiza la evaporación de agua provocada por la insolación. Sistemas de reutilización o reciclaje del agua. El ahorro de agua puede alcanzar el 35-40% del consumo de agua potable total demandada Recogida del agua de lluvia Limpieza en seco de las calles y patios de las zonas verdes utilizando útiles mecánicos 1.2.2.3.- Buenas prácticas en sectores específicos El agua es un recurso esencial para la agroindustria, sea para la incorporación en productos de consumición o para el lavado de materias primas, equipos, refrigeración u otros fines del proceso productivo. En los procesos que requieren agua para incorporación en el producto, la calidad del recurso es determinante para cumplir con los exigentes criterios de higiene y seguridad alimentaria. Sin embargo en los demás procesos, los menores requisitos de calidad pueden permitir la reutilización de agua proveniente de otras corrientes de producción. Teniendo en cuenta el importante uso del agua que se hace en la agroindustria, el potencial de ahorro es significativo aunque distinto para cada subsector. A continuación se incluyen algunos principios básicos genéricos indicados por Muñoa (2010) y EBMUD (2008) para garantizar la hidroeficiencia en instalaciones fabriles agroindustriales, específicamente: Diseño adecuado de nuevos equipos e instalaciones, y mantenimiento y revisiones periódicas. El diseño de la instalación debe facilitar la limpieza y el control de los consumos de agua (instalación de válvulas, mecanismos de cierre automático ) Garantizar la existencia de equipos de control y medida para controlar y minimizar los consumos de agua y energía, así como la generación de residuos y vertidos en los distintos procesos. Las distintas áreas del proceso productivo que sean grandes consumidoras de agua deben estar delimitadas y poseer contadores individualizados Si técnicamente es viable, se debe dar prioridad a procesos de limpieza y transporte que no requieran agua. El transporte de materias primas, 19
productos, subproductos, así como la limpieza, realizados en seco, minimizan el consumo de agua y el volumen de aguas negras Con respecto al tratamiento de las aguas negras y emisiones a la atmósfera, se debe dar preferencia a las técnicas integradas en los procesos que eliminen principalmente materia orgánica, nitrógeno y fósforo Incorporar mecanismos de reutilización y reciclado de agua. Definir áreas del proceso productivo donde exista esa posibilidad Evitar el uso de mecanismos (ej.: cintas de transporte) lubricadas con agua Proporcionar formación del personal en técnicas de consumo responsable Disponer de instrumentos de gestión (controles, pruebas, planes de emergencia, historial de accidentes) Se pueden destacar algunas áreas de producción donde ocurren importantes consumos de agua por lo que adoptando medidas de hidroeficiencia se pueden lugar importantes ahorros de agua y energía [EBMUD, 2008]: Tareas de limpieza de áreas de producción Las tareas de limpieza son importantes consumidoras de agua en este tipo de industrias: responsable por 70% del consumo total de agua en las industrias panificadoras, 48% en la de refrigerantes, 45% en la industria cervecera y 22% en la industria de mermeladas. Importante apostar por sistemas de limpieza en seco sin o con reducida necesidad de utilización de agua, prevenir fugas, garantizar el correcto almacenamiento y manejo de las materias primas para lograr minimizar las tareas de limpieza. Transporte y limpieza de productos Algunas industrias utilizan el agua para transportar materias primas y productos (frutas y hortalizas) entre las secciones. También se utiliza el agua para lavado de carnes, huevos y pescado. El consumo de agua se puede minimizar a través de: Reciclado del agua de transporte (sistema cerrado) Sistemas de transportes más eficientes: menor volumen de agua para la misma función (recogidos optimizados, sección parabólica del canal de transporte, utilización de válvulas automáticas que garanticen el volumen de circulación adecuado) Utilización de cintas mecánicas u otros sistemas en vez del agua como medio de transporte 20
Instalación de sistemas de lavado por spray o a presión en vez de sistemas de inundación Instalación de sistemas de contra lavado (minimizar el uso de agua limpia utilizando un proceso de lavado secuencial empezando por aguas de proceso reutilizadas terminando con agua limpia) Limpieza de aparatos y mecanismos La diversidad de equipamientos que requieren limpieza es inmensa teniendo en cuenta la diversidad del sector, subsectores y procesos productivos. Desde equipamientos que pueden ser limpiados in situ a otros que requieren un desmantelamiento y limpieza en otro lugar. El correcto dimensionamiento de la instalación, la minimización de las tareas de limpieza y la elección de equipamientos adecuados, de superficies y materiales de fácil mantenimiento, son medidas que representan importantes ahorros de agua y reducen el volumen de aguas residuales generadas en la instalación Utilizar, siempre que sea posible, mecanismos de limpieza sin necesidad de utilización de agua (mecánicos). La limpieza en seco puede necesitar más trabajo pero se compensa con el potencial de ahorro y reducción de los vertidos generados Preferible utilizar pequeños volúmenes de agua varias veces a utilizar un volumen mayor una única vez. Utilización de equipos de lavado a presión (menor volumen de agua y mayor eficiencia de limpieza) Instalar y mantener desobstruidos sistemas de drenaje eficientes que traguen el agua sin necesidad de lavado posterior Para sistemas cerrados (tuberías) utilizar aire a presión o introducir un objeto de limpieza a presión (proyectil de goma, plástico) una primera fase eliminando parte de la suciedad facilitando el lavado posterior con agua. Lubricación de mecanismos de transporte En algunos sectores agroindustriales como el de las bebidas, el agua se utiliza para lubricación de mecanismos de transporte de latas y botellas para que deslicen con mayor facilidad y velocidad. Esta agua es químicamente corregida con químicos para no comprometer la salubridad de los materiales transportados Se puede ahorrar agua instalando sistemas con otros lubricantes o procurando recuperar y reutilizar el agua de lubricación Calentamiento/Enfriamiento de materiales 21
En este tipo de industrias el agua también se utiliza como agente de transferencia de calor. Por ejemplo para enfriamiento de latas tras el proceso de enlatado o calentamiento de envasados para prevenir la formación de gotas de condensación El agua utilizada para este fin mantiene una buena calidad para ser utilizada de nuevo en otros usos: lavado de áreas y equipos fabriles, riego de zonas verdes, reutilización en sistemas como canales de transporte, lubricación de equipos,... Producción de alimentos (bebidas, conservas ) El agua es una materia prima de base para la producción de muchos alimentos, en particular en el caso de la producción de bebidas. Las oportunidades de reducción de consumo consisten en controlar el proceso de relleno con válvulas, sensores y otros mecanismos automáticos que minimicen el desperdicio. Particularizando para determinados subsectores concretos de la agroindustria, algunas de las principales técnicas para minimizar el impacto se enfocan a los aspectos que se enumeran a continuación [Muñoa, 2010]]: Frutas y verduras Almacenamiento, separación en seco de las materias primas Recirculación de aguas de refrigeración Reutilización de agua proveniente de Desescarche en el caso de industrias de congelados Esterilizadores Las torres de refrigeración, con bajo contenido en sales, para otros usos que requieran agua de menor calidad Uso de material no utilizado, para otros fines alternativos, tales como alimento para animales, reduciendo la cantidad de residuos. Subsector cárnico Desarrollo de procedimientos y la formación de los trabajadores en las operaciones manuales, en especial las de limpieza. Instalación de equipos de medida y control (caudalímetros, molinetes) Instalación de equipos de recirculación de agua en las etapas de desalación, y enfriamiento de quemadores. Inclusión de válvulas mezcladoras de agua-vapor con termostato. Utilización de bebederos para proporcionar el agua suficiente de forma continua y prevenir el derramamiento 22
El uso de alta presión y/o alta temperatura para reducir el volumen de agua de limpieza. Productos lácteos Bebidas El cambio de las operaciones manuales a los procesos CIP (Clean In Place) en equipos e instalaciones. Utilizando el agua del primer enjuague con recirculación para retirar el agente de limpieza. Utilización de agentes de limpieza de un solo paso. Empleo de agua ionizada para la desinfección como agente de desinfección y oxidante. Ultra-filtración de agua de fermentación para obtener sueros lácteos como subproducto Ajustar los caudales a las necesidades de operación mediante el uso de válvulas de regulación. Determinar las condiciones óptimas de operación y describir los procedimientos de trabajo y la formación de los trabajadores en lo referente a etapas de lavado de envases, y túneles de pasteurización Sistemas de recogida de agua en enjuagues. Sistemas de reutilización y recirculación de agua de refrigeración en hornos, calentadores y fermentadores Incorporación de cierres sectorizados de las redes para el control de fugas. Pescados y mariscos Minimización del consumo de agua, especialmente en las etapas de descongelado, desescamado, pelado, evisceración y fileteado. Las posibilidades de ahorro de agua a través de buenas prácticas están siempre limitadas al cumplimiento de las estrictas especificaciones de higiene que permiten asegurar la calidad y seguridad alimentaria de los productos. Las posibilidades de reducción del consumo de agua con la limitación anterior se reducen a establecer procedimientos y sistemas de reutilización de corrientes residuales internas. 1.2.2.4.- Ejemplos reales aplicados en la industria Puesto que el proyecto AQUAM+i está orientado al sector agroindustrial, a continuación se incluyen algunos ejemplos reales de aplicación de programas de hidroeficiencia en este tipo de industrias. 23
a.- Plan de ahorro de agua en empresas cerveceras Proyecto Newater [Fundación Mapfre, 2011] Este proyecto fue realizado por la empresa murciana Estrella Levante (Grupo Damm), que se dedica a la elaboración y envasado de cerveza, y ha sido recogido como ejemplo de buenas prácticas en la Región de Murcia en numerosos documentos y presentaciones. La empresa tiene una gran dependencia del agua, puesto que la utiliza fundamentalmente como materia prima (el 99% de la cerveza es agua) y como elemento imprescindible del proceso de fabricación. Este proyecto ha englobado los siguientes aspectos: Análisis de consumo de agua: Se instalaron contadores en todas las líneas de distribución y puntos de consumo. Sustitución de tanques horizontales por otros verticales de mayor capacidad, lo que reduce la frecuencia de llenado vaciado, y el gasto de agua Mejora de la tecnología de limpieza; aclarado inicial con agua recuperada, solución alcalina, aclarado final con agua limpia, que se recupera. Mejora de tecnología en maltería, mediante reducción de las fases de remojo y reutilización del agua de preparación Instalación de sistemas de nanofiltración, consiguiendo un agua blanda de muy baja conductividad, que permite reducir las purgas en sistemas de vapor y en circuitos de refrigeración. Optimización del proceso de pasteurización de botellas de cerveza. Se aprovecha el agua procedente del enjuague de las botellas nuevas en alimentar los baños fríos del pasteurizador. El agua de salida de la enjuagadora de botella nueva constituye el 50% del consumo diario del pasteurizador de litros. Recuperación de rechazos de las plantas agua, ampliando el rendimiento de las plantas de osmosis inversa y nano filtración del 72% al 85%. Recuperación de cerveza de la levadura de desecho, con filtración de la levadura mediante membrana cerámica. El proyecto Newater ha permitido a la empresa pasar de un consumo de 10,15 l de agua por hl de cerveza a 4,45 en el año 2006. El ahorro alcanzado represente 100.000 m 3 cada año. Tinima Brewery [Fundación Mapfre, 2011]. Es la segunda cervecera más grande de Cuba. La cerveza se obtiene por 24
mezcla, molienda y ebullición de tres componentes principales: la malta de cebada, azúcar y agua. Este proceso produce un líquido azucarado llamado mosto, que se enfría, se fermenta y es filtrado con el fin de obtener el producto final. En esta industria, el jarabe de azúcar es concentrado y añadido directamente al tanque de fermentación. Así, el volumen principal de líquido no pasa a través de la sección caliente (no requiere de tratamiento térmico). La inversión requerida es baja, ya que sólo se requieren algunos cambios en el sistema de tuberías. Los beneficios se resumen en: Reducción del 74% del consumo en el agua de refrigeración y reducción del 7% en el consumo total de agua Reducción de 11% en el volumen de aguas residuales Ahorro de 4% en el consumo de azúcar Ahorro de 3% en la solución de limpieza cáustica 50% de ahorro en energía térmica en el calentamiento y evaporación 30% de ahorro en energía térmica en las etapas de enfriamiento y 12% de ahorro en el consumo total de electricidad b.- Uso responsable de agua en industrias de congelados vegetales Eficiencia hídrica y energética en una fábrica de congelados egipcia [Mirata&Emtairah, 2010] En Egipto uno de los grandes productores nacionales de patatas y otros vegetales congelados estaba registrando elevados consumos de agua lo que representaba costes considerables para la empresa. Además se estaban generando elevados caudales de aguas residuales presionando los sistemas de alcantarillado y produciendo impactos negativos en el entorno local. Tras la realización de una auditoria del agua al proceso productivo se han identificado los fallos y se ha adoptado un conjunto de medidas de gestión y reducción del consumo en el proceso productivo. La instalación ha conseguido bajar de 5,1 m 3 /ton de producto para 3,04 m 3 /tonelada, valor que está incluso por debajo de la media mundial para el mismo tipo de industria. Estas medidas han incidido en la reparación de fugas de agua y reutilización de flujos de agua dentro del proceso productivo de la empresa. La inversión de US$10.500 realizada en proyectos de reutilización de agua ha permitido lograr un ahorro del consumo anual de 120.000m 3 y US$27.000 de costes de mantenimiento lo que ha permitido recuperar el gasto invertido en solo 4 meses. La totalidad de las medidas de gestión apoyadas en un compromisode la dirección, formación de los trabajadores y en un plan optimizado de 25