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Dr. Francisco J. Lozano García.

Centro INNOVA para el Desarrollo Sostenible Av. Eugenio Garza Sada, 2501 sur, Ed. CEDES, 6° Piso

64849 Monterrey, Nuevo Léon, México Tel: (52-8) 328-4406 - Fax: (52-8) 328-4185

E-mail: [email protected] - Web: www.innovacenter.net

GGeenneerraacciióónn ddee EEmmiissiioonneess ddee CCOO22 ppoorr PPrroocceessooss PPrroodduuccttiivvooss,, TTrraannssffoorrmmaacciióónn,, MMaannuuffaaccttuurraa,, SSeerrvviicciiooss yy TTrraannssppoorrttee Dr. Francisco J. Lozano García.

1

CCOONNTTEENNIIDDOO

INCREMENTO EN EL USO Y APROPIACIÓN DE RECURSOS

NATURALES NO RENOVABLES ................................................................................................ 02

¿Cuál es el orden de magnitud de los flujos de materiales que entran a la

cadena productiva en comparación con los flujos de desechos generados? ......................... 03

ESQUEMA ECONÓMICO BASADO EN EL USO AMPLIO DE LA ENERGÍA ........................... 06

¿Cuál es la relación de los combustibles fósiles con el

fenómeno del Cambio Climático Global? ................................................................................ 07

¿Cuáles son actualmente las proporciones de energía que

proviene de fuentes renovables y no renovables? ................................................................. 07

USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES COMO FUENTE ENERGÉTICA

Y ACUMULACIÓN DE CO2 EN LA ATMÓSFERA ...................................................................... 11

¿Cómo se refleja este uso de los recursos energéticos

fósiles en la atmósfera? .......................................................................................................... 11

¿Sólo el bióxido de carbono inciden en el Cambio Climático

Global o hay otras sustancias? ............................................................................................... 13

¿Cuál es la causa de la disminución en la producción de

CFC´s alrededor de 1990? ..................................................................................................... 13

DESTINO DE COMBUSTIBLES FÓSILES AL SER EMPLEADOS

POR LA HUMANIDAD .................................................................................................................. 17

¿Es posible discernir con certeza el uso actual de los

combustibles fósiles con el objeto de disminuir su uso o

disminuir las emisiones finales de estos a la atmósfera? ....................................................... 17

¿Por qué estamos señalando estas diferencias? ................................................................... 20

APROPIACIÓN DE RECURSOS NATURALES, ECOEFICIENCIA

DE MATERIALES Y DE ENERGÍA. DESPERDICIO ENERGÉTICO

Y MEJORA TECNOLÓGICA ........................................................................................................ 24

¿Dónde está la principal diferencia del menor índice de energía en México? ....................... 28

¿Qué ocasiona en el proceso productivo tal valor bajo? ........................................................ 28

¿Cuál es la razón para que en Estados Unidos de América se tenga

un valor intermedio entre el de México y los de Brasil y Canadá? ......................................... 28

¿Qué conclusión sacamos de lo anterior? .............................................................................. 29

¿Ha habido algún cambio en la eficiencia energética a

través del tiempo en la manufactura del Cemento? ................................................................ 30

EL AUTOR .................................................................................................................................... 31

REFERENCIAS ............................................................................................................................ 32


2

IINNCCRREEMMEENNTTOO EENN EELL UUSSOO YY AAPPRROOPPIIAACCIIÓÓNN DDEE RREECCUURRSSOOSS NNAATTUURRAALLEESS NNOO RREENNOOVVAABBLLEESS Los sistemas económicos y sociales han evolucionado a través del tiempo logrando ser cada vez más complejos. Esta transformación algunas veces ha sucedido de manera paulatina; mientras que en otras ha sido abrupta y discontinua. Nuestra actual organización económica y social tiene sus cimientos en el modo de producción capitalista, que es la forma estructural prevaleciente, apoyado por el conocimiento técnico y científico generado en los inicios de la Revolución Industrial. En el siglo XVIII y bajo la percepción cultural europea el mundo era visto como inagotable, los recursos naturales estaban a disposición del Hombre para ser usados a su libre albedrío. La �domesticación� de la energía, basada en los estudios y descubrimientos técnicos y científicos de la época, permitió que poco a poco la intensidad en el uso de los recursos naturales aumentara considerablemente para la segunda mitad del siglo XX. A esto podemos sumarle la percepción de que el planeta Tierra era capaz de recibir, sin detrimento, los desechos generados de la explotación de los recursos naturales, fuesen renovables o no renovables. Ahora la creencia de que el planeta tiene una capacidad infinita se ha modificado sustancialmente y aunque no se ha generalizado del todo, sabemos que la actividad humana es capaz de generar un impacto ambiental considerable en la Tierra. Indudablemente el crecimiento económico está vinculado con un mayor flujo de materiales y combustibles en el planeta. Basta con observar la producción mundial de acero de 1950 a 1998 que se muestra en la Figura 1, para darnos cuenta que esta se ha incrementado de 200 a casi 800 millones de toneladas métricas de 1950 a 1970, lo que representa un crecimiento anual aproximado de 6%, una tasa alta si lo comparamos con el período de 1970 y 1998 en el que la tasa bajo 1.1%. La producción de acero es tan sólo una parte de la cadena productiva, por ejemplo los Estados Unidos de América registraron en 1997 una producción de mena cruda y concentrados de hierro de 211.8 millones de toneladas métricas o Teragramos (US Census Bureau 1997) y 62.971 millones de toneladas métricas o Teragramos (Kirk 1998) respectivamente. Este último con un contenido de hierro de 63.6%; lo que da una concentración en la mena cruda de 18.9% en masa. Podemos deducir entonces que un elevado porcentaje de la mena cruda es material que tendrá que retirarse a través de la cadena productiva del acero representando un desecho.

Producción Mundial de Acero de 1950 a1998

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

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era

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mil

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es

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Figura 1. (Tilton et al 1988)


3

El Producto Mundial Bruto, que se muestra en la Figura 2, indica que ha habido un crecimiento del 10.7% anual de 1950 a 1988 (Brown et al 1999). Este incremento en la actividad económica ha requerido un mayor flujo de materiales en el planeta. Debido a nuestro sistema económico, basado en la apropiación de los recursos naturales renovables y no renovables, y formado por un conjunto de subsistemas que no toman en cuenta las implicaciones ambientales de la cadena productiva, así como sus impactos y riesgos, se generan un flujo de materiales y de energía de desecho que se descarga a la atmósfera, agua y suelo.

Producto Mundial Bruto

0.0

5.0

10.0

15.0

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1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

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10

12

$)

Figura 2. (Brown et al 1999) [Nota: billón en castellano que equivale a un millón de millones o 1012]

Existen tres etapas en el uso de los materiales; la primera utiliza materiales vírgenes (recursos naturales) que son extraídos, concentrados, separados, refinados y procesados para ser usados en etapas posteriores (Socolow et al 1994). La segunda es la manufactura donde a los materiales provenientes de la etapa anterior se les da forma y se generan piezas que son procesadas para obtener nuevos productos. La tercera corresponde al uso de los productos hasta que estos se vuelven obsoletos o terminan su ciclo de vida; en esta última etapa el destino final puede ser el reciclo de los materiales en los productos o el confinamiento y/o disposición final, esto último corresponde a un fin del ciclo de vida eminentemente de disipación al entorno y por ende generador de impactos y riesgos ambientales. ¿Cuál es el orden de magnitud de los flujos de materiales que entran a la cadena productiva en comparación con los flujos de desechos generados? Tomemos como ejemplo el caso de la extracción de metales en Canadá para comprender las proporciones de material utilizado en la primera etapa de los procesos productivos, que corresponde a la extracción de recursos naturales no renovables. La totalidad de mena extraída para minerales no ferrosos (Cobre, Níquel, Plomo, Zinc, Plata, Oro) durante 1995 fue de 162,723,137 Toneladas métricas compuesta por: Cobre 716,556 Toneladas métricas; Níquel 182,089 Toneladas métricas; Plomo 231,842 Toneladas métricas; Zinc 1,116,828 Toneladas métricas; Plata 1,317,726 kg y Oro 148,528 kg (Jen et al 1995). Para este caso en particular, los metales no ferrosos representan 1.38%


4

del material extraído, mientras que la Plata y el Oro representan 8.10 g/Tonelada métrica y 0.91 g/Tonelada métrica respectivamente, el resto del material, casi el 90%, no tiene valor comercial y se convierte en un desecho sólido que debe ser confinado. Dependiendo de la composición química del residuo minero y de las características climatológicas y geológicas del sitio de confinamiento pueden presentarse problemas de contaminación ambiental con la consecuente toxicidad hacia los seres humanos y los ecosistemas. La abundancia y concentración de los minerales nos indica el volumen de mena que debemos extraer y concentrar para obtener las cantidades requeridas por la cadena productiva. Conforme transcurren los años, los recursos naturales no renovables tienden a agotarse y se hace necesario que estos sean explotados en lugares de más difícil acceso, lo cual se ha tenido que desarrollar toda una tecnología que se capaz de facilitar las actividades de extracción de estos recursos. Por ejemplo la explotación de petróleo en México durante la primera mitad del siglo XX se realizaba en tierra firme, conforme los mantos petrolíferos se agotaban, se inicio la explotación de las regiones marinas, la extracción en esta zona se ha incrementado de 67.3% en 1988 a 76.8% en 1998, véase Figura 3, convirtiéndose así en la región que mayor cantidad de petróleo provee en México. El mismo fenómeno se ha dado en los Estados Unidos, si observamos en la Figura 4 es notoria la disminución de extracción en tierra firme y su incremento paulatino en la región marina, este detrimento de los mantos petrolíferos tierra adentro ha forzado a explotar los mantos marinos, lo cual ha sido posible gracias a la evolución tecnológica de esta industria.

Producción de Petróleo Crudo en México por Región 1988-1998

0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

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1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

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Total Marina Terrestre

Figura 3. (Pemex, Anuario Estadístico Exploración y Producción 1998)


5

Producción de Petróleo en Estados Unidos

0

1,000

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3,000

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1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Mil

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po

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ía

Tierra adentro Marino

Fig. 4. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE)

Finalmente, se ejemplifica la extracción de cobre a partir de menas porfídicas en Canadá (Tilton et al 1988). A largo plazo es indudable que se dará un agotamiento paulatino de la concentración del metal en la mena conforme se explotan las reservas (véase Figura 5), esto implica que el flujo de material que se extrae de la mina tiene que ser mayor, y solo así podrá generarse el concentrado necesario para la refinación.

Concentración de Menas de Cobre Porfídicas

0.00%

0.20%

0.40%

0.60%

0.80%

1.00%

1.20%

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1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

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Figura 5. (Tilton et al 1988)


6

EESSQQUUEEMMAA EECCOONNÓÓMMIICCOO BBAASSAADDOO EENN EELL AAMMPPLLIIOO UUSSOO DDEE LLAA EENNEERRGGÍÍAA La actividad económica y el flujo de material necesario para mantenerla están íntimamente ligados a la disponibilidad de energía. Sin energía es imposible mantener la actividad humana en el planeta, incluso se nos ha clasificado como una especie �energívora�. Esto ha generado un problema, debido a que la intensidad actual en el uso de la energía es alta y por lo tanto se necesitan grandes fuentes de suministro. El ser humano desde tiempos inmemoriales ha hecho uso de la energía en sus diferentes manifestaciones, por ejemplo, el agua de alguna corriente fluvial para impulsar mecánicamente una rueda acoplada mediante mecanismos a otros artefactos, el empleo del viento para la navegación y el fuego utilizado para cocinar alimentos. Antes de la Revolución Industrial la energía se obtenía mediante el uso de bestias de tiro, la fuerza del hombre, y el uso de leña. Podemos hablar entonces de dos formas de energía, la mecánica y la térmica. La primera tuvo una evolución impresionante, los diversos adminículos creados para transmitir la energía están documentados en la obra �De Re Metallica� de Agrícola (Agricola-Hoover 1950) dedicada a la revisión de las técnicas usadas para la explotación minera hacia fines del Siglo XV y principios del XVI. El conocimiento de la energía ha evolucionado paulatinamente, los motores de vapor se empezaron a desarrollar en los siglos XVII y XVIII; uno de los primeros fue el diseñado por el Capitán Savery del Cuerpo de Ingenieros Reales de Inglaterra que, instalado al fondo del tiro, bombeaba el agua de las minas para extraerla. (Bernal Vol.2 1965). Existieron variantes a este modelo como el de Thomas Newcomen que no necesitaba ser instalado al fondo del tiro y tampoco requería vapor de alta presión. Las contribuciones de Joseph Black en la comprensión de los principios para la generación de energía a partir de vapor de agua, más los avances del escocés James Watt que diseño un motor de vapor de doble acción, establecieron el uso de la energía como el medio motriz en la industria. La transformación de la energía térmica en energía mecánica durante los siglos XVII y XVIII no es el único fundamento de la evolución tecnológica y el desarrollo económico. El estudio de las transformaciones químicas de la materia y el descubrimiento de que las reacciones químicas liberan o consumen energía térmica para poder realizarse, elevó el conocimiento y lo modificó cualitativamente. Poco a poco se fue gestando la necesidad de una mayor disponibilidad de materiales que proporcionaran energía para satisfacer las necesidades generadas por la Revolución Industrial y el desarrollo económico. El uso de la leña como combustible resultó insuficiente para cubrir las necesidades del creciente desarrollo económico por lo que se comenzó a usar el carbón, combustible no renovable (por lo menos a corto plazo). De esta forma el desarrollo industrial entre los siglos XVII y XIX estuvo vinculado con el empleo del carbón, no sólo como combustible, sino en los procesos de producción de hierro de arrabio, hierro colado y acero. Las consecuencias a largo plazo no se analizaron debidamente y el impacto en la calidad del aire de las ciudades europeas por el uso de carbón, tanto a nivel residencial como industrial, fue negativo. Los avances técnicos y científicos del siglo XIX permitieron que el uso del carbón como combustible y materia prima se generalizara, iniciándose el reinado de los combustibles fósiles que desplazaron a los de origen renovable, esto fue posible también por el poco conocimiento de los fenómenos naturales y la falta de tecnología para aprovechar la energía proveniente de fuentes renovables. Como podemos observar en la Figura 6, que muestra el consumo mundial de combustibles fósiles de 1950 a 1997, el carbón prevalece como recurso energético aproximadamente hasta 1967 cuando se registra un aumento en la producción de petróleo crudo y de gas natural (Brown et al 1999).


7

Uso Mundial de Combustibles

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500

1,000

1,500

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1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

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Petróleo Gas Natural Carbón

Fig. 6 (Brown et al 1999)

¿Cuál es la relación de los combustibles fósiles con el fenómeno del cambio climático global? Los combustibles fósiles al momento de la combustión con el oxígeno del aire producen bióxido de carbono (CO2), cuyo destino final es la atmósfera en donde poco a poco se ha ido acumulando generando el fenómeno del cambio climático. Cabe mencionar que esta sustancia no es la única que se dispersa a la atmósfera y se acumula, también los clorofluorocarburos están relacionados con este fenómeno. ¿Cuáles son actualmente las proporciones de energía que proviene de fuentes renovables y no renovables? Esto depende de cada país, las Figuras 7, 8, 9 y 10 muestran para diferentes períodos de tiempo la producción de energía primaria en México, Estados Unidos, China y Brasil. En México la mayor proporción de energía primaria está basada en el petróleo y se registra un incremento sustancial en la producción a partir de 1980 cuando gran parte de la producción fue destinada a la exportación. En los Estados Unidos existe una proporción equivalente entre el petróleo crudo, gas natural y carbón que se produce. En China, el país más poblado del planeta, el carbón prevalece como el combustible más importante, seguido por el petróleo. Finalmente en Brasil las fuentes de energía dominantes son las renovables y en segundo lugar el petróleo. En la Tabla 1 se muestran los valores para estos países de la energía total producida y el porcentaje que representa la energía renovable.


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Producción de Energía Primaria en México por fuente de suministro 1965-1996

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3.0

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6.0

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1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Can

tid

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les)

Petróleo y Cond. Gas Natural Carbón Renovable

Fig. 7. (Cuadro 22, Balance Nacional de Energía 1996, México)

Producción de Energéticos en Estados Unidos de América por fuente de suministro

0.0

5.0

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1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

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10

18 J

)

Petróleo Gas Natural Carbón Renovable

Fig. 8. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE)


9

Producción Primaria de Energía en China por fuente de suministro

0.0

5.0

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30.0

35.0

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Ca

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ajo

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s)

Petróleo Gas Natural Carbón Renovable (Hidroel.)

Fig. 9 (Logan J. 1999)

Producción de Energía en Brasil por Fuente de Suministro

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1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

En

erg

ía (

Ex

ajo

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s)

Renovable Petróleo Gas Natural Carbón

Fig. 10. (Tabla 1.1a, Balance de Energía Brasileño 1999)


10

Fuentes Renovables que suministran la Energía Primaria en Brasil 1983-1998

0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

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50.0%

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1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

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erg

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eno

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Hidraúlica Leña Prod. Caña Azúcar Otros

Fig. 11. (Tabla 1.1a, Balance de Energía Brasileño 1999)

Tabla 1. Producción de Primaria de Energía País Año Energía Primaria Producida

(EJ) % Fuentes renovables

México 1996 8.938 8.0% Estados Unidos 1998 75.868 9.8% China 1998 36.600 7.1% Brasil 1998 8.864 68.4% Fuentes: (Cuadro 22, Balance Nacional de Energía 1996, México; Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE; Logan J. 1999, Tabla 1.1a, Balance de Energía Brasileño 1999)

Es conveniente resaltar las diferencias sustanciales que se observan en la producción de energéticos de los cuatro países mencionados. Si hablamos de desarrollo sostenible, Brasil pareciera tener un balance más adecuado ya que su base energética se encuentra en las fuentes renovables, como se puede observar en la Figura 11 un alto porcentaje es generado por la energía hidráulica, que se incrementó de 49% en 1983 a 63% en 1998, mientras que la energía obtenida a través de leña registro un decremento sustancial de 33.2% en 1983 a 15.8% en 1998, y la energía proporcionada por los productos de la caña de azúcar se han mantenido entre 17% y 19% para el mismo intervalo de tiempo.


11

UUSSOO DDEE CCOOMMBBUUSSTTIIBBLLEESS FFÓÓSSIILLEESS CCOOMMOO FFUUEENNTTEE EENNEERRGGÉÉTTIICCAA YY AACCUUMMUULLAACCIIÓÓNN DDEE CCOO22 EENN LLAA AATTMMÓÓSSFFEERRAA Se ha inferido que la génesis de los combustibles fósiles se debe a la actividad biológica a través de tiempos inmemoriales, de acuerdo a esta inferencia el bióxido de carbono fue capturado de la atmósfera primitiva y como producto de desecho de esta actividad se generó oxígeno. Con la muerte de los organismos vivos y su oclusión en el manto terrestre, debido a los movimientos tectónicos, se fueron generando el carbón, petróleo y gas natural. La escala de tiempo para tal generación es del orden de centenas de millones de años. A partir de la Revolución Industrial y sobre todo del Siglo XIX se inicia el uso acelerado de combustibles fósiles, por lo que podemos asegurar que en un intervalo de 200 años el hombre se ha apropiado de los recursos energéticos fósiles y ha retornando el CO2 a la atmósfera mucho más rápido si lo comparamos con la tasa de formación de los combustibles. Afortunadamente una cierta porción del CO2 emitido a la atmósfera por el uso de los combustibles fósiles es nuevamente fijado por la biota o los mares y secuestrado del aire. En la Figura 12 se aprecia la correlación que existe entre la emisión y el uso de los combustibles, (Brown et al 1998) la diferencia puede deberse a que no todos los recursos energéticos producidos se destinan al uso de combustibles.

Flujos Anuales de Carbono por Uso de Recursos Naturales y Emisiones de Bióxido de Carbono

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1.50

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1996

Mas

a (P

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Emisiones Petr.-Carbón-Gas Natural

Fig. 12. (Brown et al 1998)

¿Cómo se refleja este uso de los recursos energéticos fósiles en la atmósfera? El CO2 tiene como propiedad física absorber ciertas frecuencias del espectro de radiación electromagnética y es considerado un gas de invernadero. Parte de la radiación solar que incide en la Tierra es reflejada de nuevo al espacio; sin embargo, la proporción reflejada depende fuertemente de la composición de la atmósfera terrestre. Varios componentes en lugar de permitir el paso de la radiación reflejada hacia el espacio la irradian nuevamente a la Tierra y la atmósfera incrementando la temperatura, este fenómeno se conoce como calentamiento por efecto invernadero. A mayor concentración de ciertas sustancias en la atmósfera la tendencia en el incremento de temperatura es mayor.


12

La Figura 13 muestra la concentración de CO2, de enero de 1976 a diciembre de 1998, registrada en la estación de Niwot Ridge en Colorado, E.E.U.U. (Tans et al 1999). La línea roja oscilante son las mediciones tomadas con intervalos mensuales y la línea negra suavizada es la correlación lineal con un polinomio de segundo grado. Podemos observar que la influencia de la actividad humana es bastante notoria, el máximo oscilatorio en la concentración de CO2 coincide con el invierno boreal, se trata de la región en la se concentran alrededor del 80% de los países industrializados que son los mayores consumidores de energía. Los datos de concentración de CO2 y la estimación de la masa total de la atmósfera nos ayudan a calcular, de forma aproximada, la masa de CO2 presente. Algunos valores para la masa de la atmósfera se han calculado (Trenberth et al 1994, Lozano 2000) suponiendo que hay isotermicidad, por ejemplo, Trenberth da un valor de 5.132 Zetagramos (5,132 billones de toneladas métricas). Si tomamos en cuenta la variación de la temperatura con la altitud, la masa calculada de la atmósfera es de 5.264 Zetagramos (5,264 billones de toneladas métricas). De esta forma obtenemos el CO2 acumulado en la atmósfera y su tasa de incremento anual, además de conocer el CO2 emitido por la actividad humana, la diferencia entre estos datos nos da como resultado el CO2 que ha sido absorbido por la biota y los mares sin tomar en cuenta el flujo ocasionado por la deforestación.

Concentración de Bióxido de carbono en Niwot Ridge, Colorado. (Datos de NOAA Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory, P.T.Tans, T.J. Conway)

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)

Figura 13. (Tans et al 1999)

En la Figura 14 se aprecian las emisiones anuales de bióxido de carbono y su tasa de incremento en la atmósfera, la primera se obtuvo de Vital Signs 1998 (Brown et al 1998) y la segunda se calculo a partir de los datos del National Oceanic and Atmospheric Administration de Estados Unidos (NOAA) (Tans et al 1999) con una masa de atmósfera de 5.264 Zg. El valor aproximado de 3.3 Petagramos de carbono/año (miles de toneladas métricas de carbono/año) para la acumulación atmosférica concuerda con valores reportados en diversas fuentes (véase http://www..pmel.noaa.gov/co2/co2-home.html ); es importante tomar en cuenta que la tasa de absorción proporcionada por la biota y los mares se ha incrementado de 1.4 a 2.9 Petagramos de carbono/año (miles de toneladas métricas de carbono/año) de enero de 1976 a diciembre de 1996, actuando como si hubiera una homeostasis entre la atmósfera y el resto del planeta.


13

El incremento promedio de CO2 atmosférico es un hecho contundente está ligado a la actividad humana y a su desarrollo económico, generando así un incremento en el flujo de materiales naturales, renovables o no renovables, a través del orbe y por tanto un incremento sustancial en el uso de energéticos fósiles.

Comportamiento del Bióxido de Carbono en la Atmósfera. Cálculos basados en datos de Vital Signs 1998 y de NOAA, estación de Niwot Ridge,

Colorado.

1.0

1.5

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2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

Ene-76 Ene-78 Ene-80 Ene-82 Ene-84 Ene-86 Ene-88 Ene-90 Ene-92 Ene-94 Ene-96

Flu

jos

anu

ales

(P

g C

arb

on

o/a

ño

)

Emisiones de CO2 Absorción Acumulación atmosférica

Fig. 14. Nótese que se reporta la masa de carbono, para transformar a bióxido de carbono hay que multiplicar por 3.667 los

flujos anuales. (Brown et al 1998, Tans et al 1999). ¿Sólo el bióxido de carbono incide en el Cambio Climático Global o hay otras sustancias? El bióxido de carbono forma parte del ciclo del carbono que sustenta la vida en el planeta. La actividad humana esta desplazando al CO2 más rápidamente de los depósitos naturales hacia la atmósfera y los mares. Debemos tomar en cuenta que existen un conjunto de sustancias químicas que pueden ser clasificadas como antropogénicas, que han sido utilizadas a lo largo de décadas para finalmente ser dispersas a la atmósfera, el suelo, los arroyos, ríos y mares. Algunas sustancias persisten en el ambiente, es decir, no se degradan con facilidad y otras tienen un índice elevado de toxicidad, un grupo que ha sido ampliamente estudiado son los clorofluorocarburos, que provocan la destrucción del ozono estratosférico permitiendo que la radiación ultravioleta llegue a los niveles inferiores de la atmósfera. Estos compuestos han sido utilizados principalmente como gases de refrigeración y en la producción de ciertas resinas de poliuretano. En la Figura 15 podemos observar la producción mundial anual de los clorofluorocarburos CFC-11 y CFC-12 ( AFEAS 2000, http://www.afeas.org/ ) desde que se inició su uso a escala. Sin embargo, no todas las sustancias usadas y dispersadas por el hombre tienen incidencia en el fenómeno del cambio climático de forma directa. ¿Cuál es la causa de la disminución en la producción de CFC�s a partir de 1990? En septiembre de 1987, con el apoyo del Programa de la Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), se firmó el Protocolo de Montreal con el propósito disminuir la producción y dispersión de los clorofluorocarburos (Véase Morrisette 1989, http://www.unep.org/ozone/mp-text.html). A partir


14

1989 se ha detenido paulatinamente la producción de varios clorofluorocarburos, lo que explica la caída abrupta que se registra en la Figura 15. La masa acumulada de CFC-11 y CFC-12, que se muestra en la Figura 16, nos indica que los valores máximos se presentan a partir de 1990.

Producción Anual de los Fluorocarburos CFC-11 y CFC-12

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

450,000

500,000

1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Ma

sa

(M

eg

ag

ram

os

o T

on

ela

da

s m

étr

ica

s)

CFC-11 CFC-12

Fig. 15. (AFEAS 2000)

Masa Acumulada Producida de los Fluorocarburos CFC-11 y CFC-12

0

2

4

6

8

10

12

1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Mas

a (T

erag

ram

os

o 1

06 T

on

elad

as m

étri

cas)

CFC-11 CFC-12

Fig. 16. (AFEAS 2000)


15

En la Figura 17, se muestra la concentración en la atmósfera de CFC-11 y CFC-12 (Elkins et al 1999a, 1999b). Es notorio que se registra un decremento en la concentración de CFC-11, debido a la disminución en su producción y uso desde la firma del Protocolo de Montreal (aunque cabe destacar que la tasa de disminución era aún baja).

Concentración de CFC11 y CFC12. Datos de NOAA para la estación de Niwot Ridge, Colorado

100

120

140160

180

200

220240

260

280300

320

340

360380

400

420

440460

480

500

520540

560

580

Ene-77 Ene-79 Ene-81 Ene-83 Ene-85 Ene-87 Ene-89 Ene-91 Ene-93 Ene-95 Ene-97 Ene-99

Co

nce

ntr

ació

n (

frac

ció

n m

ol x

1,0

00,0

00,0

00,0

00)

CFC11 CFC12

Fig. 17. (Elkins et al 1999a, 1999b)

Masa Acumulada del Fluorocarburo CFC-11 por Producción y Estimada en la Atmósfera

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

1975 1980 1985 1990 1995 2000

Mas

a (T

erag

ram

os

o 1

06 T

on

elad

as m

étri

cas)

Producción Acumulada Concentración Atmosférica

Fig. 18 (AFEAS 2000)


16

Si comparamos la masa acumulada de CFC-11 y la masa total calculada en la atmósfera a partir de su concentración (véase Figura 18), podemos apreciar el valor máximo que alcanza la producción, debido a las acciones del Protocolo de Montreal, también se puede observar la degradación paulatina y lenta del CFC-11 en la atmósfera, una sustancia química persistente que la Tierra degradará en centenas de años. Es innegable que las acciones conjuntas promovidas por el Protocolo de Montreal en el planeta, son la respuesta para abatir los impactos que la actividad humana, los modelos actuales de apropiación y el uso de los recursos naturales generan.


17

EELL DDEESSTTIINNOO DDEE CCOOMMBBUUSSTTIIBBLLEESS FFÓÓSSIILLEESS AALL SSEERR EEMMPPLLEEAADDOOSS PPOORR LLAA HHUUMMAANNIIDDAADD ¿Es posible discernir con certeza el uso actual de los combustibles fósiles con el objeto de disminuir su uso o disminuir las emisiones finales de éstos a la atmósfera? Para dar una respuesta exhaustiva a esta pregunta, necesitaríamos analizar la estructura productiva de cada país para así entender el comportamiento en el uso de combustibles fósiles y por ende intentar mitigar el fenómeno del cambio climático, producto de la combustión de los energéticos fósiles. Como dicha tarea no pretende ser el objetivo del presente trabajo nos conformaremos con analizar la situación del uso de dichos energéticos en algunos países. En México los sectores residencial, comercial y público han disminuido su participación de 32% en 1965 alrededor de 23% para 1996, mientras que el sector de transporte ha incrementado su participación de 29% a 38% para el mismo período, el sector Industrial se ha mantenido alrededor de 35% y el sector agropecuario ha disminuido de casi 4% a 2.7%, véase Figura 19.

Consumo Final Energético por Sectores para México

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

Residencial, Comercial y Público Industrial Transporte Agropecuario

Fig. 19. (Cuadro 30, Balance Nacional de Energía 1996, México)

En el caso de Estados Unidos de América la estructura es diferente, ya que el sector residencial y comercial ha aumentado de 29% a 36% entre 1949 y 1998; el sector Industrial ha disminuido de un 46% a un 37% para el mismo período; mientras que el sector de Transporte ha permanecido alrededor de un 25%, ver Figura 20.


18

Consumo Final Energético por Sectores para Estados Unidos de América

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

1949

1951

1953

1955

1957

1959

1961

1963

1965

1967

1969

1971

1973

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

Residential & Commercial Industrial Transportation

Fig. 20. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE )

Para China, donde disponemos de datos para un período corto y reciente, el sector Industrial marca la pauta con un promedio de 73% para el período entre 1990 y 1997; empero el sector residencial ha disminuido de 17% a 12% en el mismo período; mientras que los sectores de transporte y agricultura se han mantenido alrededor del 5%, aumentando ligeramente el primero y disminuyendo ligeramente el segundo, véase Figura 21.


19

Consumo Final Energético por sectores para China

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

80.00%

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Residencial Industrial Transportación Agricultura

Fig. 21. (Logan J. 1999)

Para Brasil, el mayor uso es en el sector industrial oscilando alrededor del 45% para el período comprendido entre 1983 y 1998; mientras que el sector de transporte ha aumentado de 21.5% a 24%; el sector residencial, comercial y público se ha mantenido alrededor del 28%, así como el sector agropecuario que ha permanecido alrededor del 5%, véase Figura 22.


20

Consumo Final Energético por Sectores para Brasil

0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

25.0%

30.0%

35.0%

40.0%

45.0%

50.0%

1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

Residencial, Comercial y Público Industrial Transporte Agropecuario

Fig. 22. (Tabla 3.2 a 3.7, Balance de Energía Brasileño 1999)

Como se desprende de las Figuras 19 a la 22 y los comentarios de los párrafos anteriores la estructura de consumo energético en estos países es bastante diferente entre ellos, obviamente ocasionado por el diferencial en el desarrollo económico pero también por la estructura socio-política y cultural de cada uno de ellos. Estados Unidos de América, un país desarrollado y actualmente la primer potencia mundial, tiene en el sector industrial el mayor consumo pero asimismo se observa una disminución en dicho sector, ocasionado por una mejor eficiencia en el uso de la energía, se debe también a la evolución constante tecnológica que implica el desarrollo económico; el incremento en el sector Residencial y Comercial apuntaría hacia un incremento del bienestar de los estadounidenses, aunque habría que analizar con mayor detalle esta aseveración. Mientras que México y Brasil son dos países en vías de desarrollo que históricamente se han mantenido en la periferia económica de las metrópolis. Finalmente, en China, la contribución industrial al consumo de energía es prevaleciente, mientras que el sector de Transporte es marginal con 5%; este país tiene una estructura socio-política diferente a los tres anteriores, ya que sólo en fechas recientes está incursionando en un modo capitalista de producción pero con estructuras gubernamentales fuertemente centralizadas (dada su extracción de país comunista). ¿Porqué señalamos estas diferencias? Simplemente el uso de energéticos en diferentes sectores económicos dentro de un país implica diferentes maneras de ataque al problema de cambio climático global, que proviene de la emisión de Bióxido de Carbono por uso de combustibles fósiles. El sector de Transporte implica diferentes retos tecnológicos en comparación con el sector industrial; este último tiene una diversidad apreciable y por lo tanto los métodos son diferentes, así como las oportunidades de mejorar la eficiencia energética de procesos viejos. En el sector residencial y comercial los aspectos de desarrollo urbano y los métodos constructivos juegan un papel preponderante. Asimismo, el tipo de combustible fósil presenta problemas técnicos diferentes, así como la dispersión de sustancias tóxicas al ambiente, ya que el usar carbón o gas natural implica que el primero puede generar dispersión de tóxicos con mucha mayor facilidad en el sentido de metales pesados o bióxido de azufre (en el caso de contenidos elevados de sustancias sulfurosas en el carbón o de alto contenido de cenizas), este sería el caso de


21

China donde la contribución del carbón como fuente de suministro de energía representa actualmente 70%. Sí analizamos la estructura de consumo y producción de energía en los cuatro países también notaremos diferencias entre ellos. En la Figura 23, se muestra que México produce más energía de la que consume y sobre todo a partir de 1980, esto último vinculado al proceso eminentemente exportador que surgió como Política gubernamental en esos años, esto implica que regionalmente no se tendrán impactos por el uso de dichos energéticos, aunque contribuirán a las emisiones de CO2 en alguna otra parte del planeta, nótese además que la diferencia entre producción y consumo es alta, representando esta diferencia 1.4 veces el consumo. Para Estados Unidos de América (véase Figura 24), se aprecia claramente como pasó de ser un país autosuficiente en energía a uno deficitario dependiendo de la importación de combustibles; la cantidad necesaria para cubrir la diferencia es importante, del orden de 23.4 Exajoules para 1998, que equivale a más de 6 veces el consumo de energía en México y 2.6 veces el de Brasil, esto implica que la intensidad de uso de los energéticos en los Estados Unidos de América es apreciable y la localización de las emisiones en una región del planeta es elevada. Para el caso de China (véase Figura 25), hasta 1996 Producción y Consumo eran semejantes pero a partir de esa fecha este país se ha convertido en deficitario en energía. Finalmente en Brasil (véase Figura 26), hay un equilibrio entre producción y consumo, lo cual obviamente representa una ventaja estratégica como país, ya que además se recordará que 68% de su energía proviene de fuentes renovables (véase Tabla 1).

Producción y Consumo de Energía en México 1965-1996

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Can

tid

ad (

Exa

jou

les)

Consumo Producción primaria

Fig. 23. (Balance Nacional de Energía 1996, México)


22

Producción y Consumo de Energía en Estados Unidos de América. 1949 a 1998

0

20

40

60

80

100

120

1949 1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999

Can

tod

ad (

Exa

jou

les)

Consumo Producción

Fig. 24. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE )

Producción y Consumo de Energía en China 1980-1999

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Can

tid

ad (

Exa

jou

les)


Fig. 25. (Logan J. 1999 )


23

Producción y Consumo de Energía en Brasil 1983-1998

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Can

tid

ad (

Exa

jou

les)


Fig. 26. (Balance de Energía Brasileño 1999 )


24

AAPPRROOPPIIAACCIIÓÓNN DDEE RREECCUURRSSOOSS NNAATTUURRAALLEESS,, EECCOOEEFFIICCIIEENNCCIIAA DDEE MMAATTEERRIIAALLEESS YY DDEE EENNEERRGGÍÍAA.. DDEESSPPEERRDDIICCIIOO EENNEERRGGÉÉTTIICCOO YY MMEEJJOORRAA TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA Comentaremos sobre tres aspectos que conforman la base de tres criterios para la Ecoeficiencia. En las primeras etapas de la extracción de recursos naturales se involucran básicamente operaciones de índole mecánica que no implican una cantidad elevada de energía por masa de material procesado. Si consideramos operaciones mineras de extracción para metales, normalmente se extrae el mineral crudo, luego se muele, se beneficia logrando concentrados de mineral y estos se envían a procesos de refinación, los cuales normalmente necesitan cantidades apreciables de energía por masa de material. La razón para lo anterior es que hay reacciones químicas involucradas en dicho procesamiento y éstas requieren de energía externa al proceso, la cual es suministrada por algún combustible fósil. Veamos varios ejemplos de extracción minera calculando dos índices de ecoeficiencia para dichos procesos de sectores productivos específicos en Estados Unidos de América. En la producción de concentrado de hierro (para la elaboración de acero principalmente9, en la Tabla 2 se presentan los datos de las cantidades procesadas y los energéticos usados. Se puede calcular el índice de Ecoeficiencia de materiales dividiendo la masa de concentrado obtenido entre la masa de mena cruda, dando un valor de 29.1% (0.291 kgconcentrado/kgmena cruda), mientras que el índice de ecoeficiencia para energía lo calculamos al dividir el valor total de la energía usada entre la masa de mena cruda para dar 205 kJ/kgmena. En las Tablas 3 y 4 se presentan los valores para las menas de cobre y oro y las cantidades de mena cruda procesada, así como concentrados, cantidades y tipo de combustibles usados, los índices de ecoeficiencia de materiales son de 0.564% y 0.069% respectivamente, mientras que los índices de Ecoeficiencia para energía son de 28.3 kJ/kg mena y 87.0 kJ/kg mena respectivamente. Asimismo, en la Tabla 5 se presentan los valores para la mena cruda de Roca Fosfórica (usada como materia prima para fertilizantes) y sus consumos de combustibles, dado que no se concentra no se puede calcular el índice de Ecoeficiencia de materiales pero el de energía sí y tiene un valor de 18.8 kJ/kg mena cruda. Tabla 2. Energía usada para Concentrados de Hierro en Estados Unidos de América 1997 Mena de Fe cruda Total de mena cruda de Fe 106 ton métrica 211.8

Mena de Fe concentrada para plantas de aglomeración 106 ton métrica 61.7

Destilado ligero (grados 1, 2, 4) 1,000 barriles 910.7 Gas Natural 109 ft³ 34.3

Gasolina natural 106 gal 1.4

Energía Destilado ligero Petajoules 5.59 Energía Gas Natural Petajoules 37.11 Energía Gasolina Natural Petajoules 0.16 Total Petajoules 42.86 Fuente: (Iron Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )


25

Tabla 3. Energía usada para Concentrados de Cobre en Estados Unidos de América 1997 Mena de Cu cruda Total de mena cruda de Cobre 106 ton métrica 744.9

Concentrados de Cobre 106 ton métrica 4.2

Precipitados de Cobre 103 ton métrica 24.4

Cobre electrowon de operaciones de lixiviación 103 ton métrica 581.9

Destilado ligero (grados 1, 2, 4) 1,000 barriles 3,057.90 Gas Natural 109 ft³ 1.80


Energía Destilado ligero Petajoules 18.78 Energía Gas Natural Petajoules 1.95 Energía Gasolina Natural Petajoules 0.36 Total Petajoules 21.09 Fuente: (Copper Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 ) Tabla 4. Energía usada para Concentrados de Oro en Estados Unidos de América 1997 Mena de Au cruda Total de mena cruda de Au 103 T 275,507

Concentrados de Oro 103 T 190

Oro de placer kg 2,333 Destilado ligero (grados 1, 2, 4) 1,000 barriles 3,654.90 Gas Natural 109 ft³ 0.00


Energía Destilado ligero Petajoules 22.45 Energía Gas Natural Petajoules 0.00 Energía Gasolina Natural Petajoules 1.52 Total Petajoules 23.97 Fuente: (Gold Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 ) Tabla 5. Energía usada para Roca Fosfórica en Estados Unidos de América 1997 Roca fosfórica cruda (mena o matriz) Total de mena cruda de Roca fosfórica (base seca) 106 T 157.6

Destilado ligero (grados 1, 2, 4) 1,000 barriles 215.10 Residual pesado (grados 5 y 6) y Diesel pesado 1,000 barriles 108.60

Gas Natural 109 ft³ 0.70


Energía Destilado ligero Petajoules 1.32 Energía Residual y Diesel Petajoules 0.72 Energía Gas Natural Petajoules 0.76 Energía Gasolina Natural Petajoules 0.16 Total Petajoules 2.96 Fuente: (Phosphate Rock Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )


26

El impacto de la operación minera no es tan sólo en el uso de materiales y en la eficiencia energética, sino en la dispersión de CO2 y dependiendo de los combustibles usados en la dispersión de bióxido de azufre y posterior formación de ácido sulfúrico. Para diversos combustibles se tiene estimada la cantidad de bióxido de carbono que emiten al ser quemados y dependiendo del contenido de azufre la cantidad de bióxido de azufre y su conversión a ácido puede también ser estimada. Como se recordará hemos comentado sobre el flujo de materiales representado por los minerales extraídos en Canadá y su contenido metálico. Estamos ahora en posición para estimar los índices de ecoeficiencia de materiales y energía, así como el índice de emisiones de CO2 para la totalidad de la industria minera canadiense y comparar dichos índices con lo algunos sectores mineros en Estados Unidos de América. Los resultados se presentan en la Tabla 6 y de ahí se desprende que por masa de mena cruda extraída el mayor índice de Ecoeficiencia energética (que corresponde al mayor consumo unitario de energía por masa de mena extraída) lo representa Canadá y a continuación la industria minera que extrae mineral de hierro en EUA, como consecuencia de esto, el índice de emisiones de CO2 con mayor valor corresponde a Canadá, seguido de la industria extractiva de hierro en EUA. El uso de combustibles fósiles es el causante de esto, pero además la intensidad de uso de los energéticos, que muchas veces está ligado a su vez, a diseños técnicos que contemplan una optimización en el empleo de la energía por los procesos o que en el peor de los casos no contemplan dicha optimización. Aún así, los índices de Ecoeficiencia para energía son relativamente bajos en comparación con otros procesos donde hay reacciones químicas, las cuales necesitan de energía y temperatura para llevarse a cabo. Si lo vemos para los cuatro sectores mineros analizados en EUA el rango del índice está entre 19 y 205 kJ/kgmena , inferiores a los que se tiene en las industrias de proceso químico. Tabla 6. Indices de Ecoeficiencia para Materiales, Energía, así como Indice de Emisión de CO2. País (Material: Menas crudas extraídas)

Ind. Ecoef. Materiales

Ind. Ecoef. Energía

Ind. Emisiones CO2

Flujo anual de Mena

Flujo anual de Energía

% kJ/kgmena 1 kgCO2/Mgmena

2 Teragramo Petajoules Canadá (Todo) 3 1.38 900.0 39.0 162.7 146.4 EUA (Hierro) 29.13 205.0 10.5 211.8 42.9 EUA (Cobre) 0.564 28.3 2.0 244.9 21.1 EUA (Oro) 0.069 87.0 6.3 275.5 24.0 EUA (Roca Fosfórica) ND 18.8 1.3 157.6 3.0 1 Mg equivale a Megagramo o Tonelada métrica. 2 Teragramo equivale a u millón de Toneladas métricas.

3 Datos para 1995 en Canadá. Para Estados Unidos de América los datos son de 1997. La industria del cemento es un ejemplo interesante para analizar, dado que su contribución a la emisión de CO2 proviene de dos fuentes dentro del proceso. La primera es la transformación química de la materia prima que se usa para la manufactura, ya que parte de ella es piedra caliza (Carbonato de Calcio) la cual se descompone térmicamente a CO2 y óxido de calcio a las temperaturas de operación en los hornos de cemento. La segunda está representada por la combustión del energético usado, el cual normalmente es de tipo fósil, ya sea uno sólo o una mezcla. La contribución química a la emisión es casi imposible de hacerla disminuirse o desaparecerse, ya que depende de la materia prima y podríamos para efectos del presente análisis considerarla fija. El orden de magnitud es de 0.48 T de CO2 por cada T de cemento producido con datos de 1995, véase Tabla 7.


27

Tabla 7. Generación de CO2 asociado a la producción de cemento hidráulico. (Miles de Toneladas métricas = Gigagramos). Cemento

hidráulico 1

CO2 por producción 2

Relación entre CO2 [Prod.] / cemento

1995 1995 1995 kg/kg Alemania 37,480 19,932 0.5318 Arabia Saudita 15,773 7,973 0.5055 Argentina 5,447 3,189 0.5855 Australia 6,500 2,990 0.4600 Brasil 28,256 12,707 0.4497 Canadá 10,440 5,343 0.5118 Corea 55,130 27,472 0.4983 Corea del Norte 17,000 1,334 0.0785 China 475,910 222,049 0.4666 Egipto 17,665 7,973 0.4513 España 26,423 12,458 0.4715 EUA 78,320 38,323 0.4893 Filipinas 10,600 4,883 0.4607 Francia 19,692 10,464 0.5314 Gran Bretaña 11,805 6,229 0.5277 Grecia 12,500 5,980 0.4784 India 62,000 34,881 0.5626 Indonesia 23,129 9,717 0.4201 Irán 16,300 8,122 0.4983 Italia 33,715 17,441 0.5173 Japón 90,474 45,084 0.4983 México 23,366 11,945 0.5112 Polonia 13,884 6,918 0.4983 Rusia 36,500 18,138 0.4969 Tailandia 34,900 13,205 0.3784 Taiwan 22,478 0.0000 Turquía 33,153 16,520 0.4983 Ucrania 7,600 5,481 0.7212 Total 1,443,328 687,927 0.4766 1 Tabla 22 Van Oss 1996 2 Tabla 16.1 World Resources 1998-99 Las mejoras tecnológicas a los procesos de producción de cemento han disminuido el consumo energético. Haciendo uso de los datos publicados para el consumo de energéticos, excluyendo la electricidad y tan sólo considerando los combustibles fósiles, estamos en posición para estimar las emisiones de CO2 adicionales por combustión. Siendo el total de emisiones de CO2 la suma de la parte de producción (química) y la parte de uso de combustibles fósiles. El análisis lo haremos para los siguientes países: Brasil, Canadá, Estados Unidos de América y México, cuyos datos se observan en la Tabla 8.


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Tabla 8. Indice de CO2 asociado a la producción de cemento hidráulico, incluyendo combustibles. Indice de uso CO2 CO2 CO2 CO2 Total

Cemento Energía Energético. Producido Producido Año Producido

Producido utilizada Energía/Masa Cemento

por calcinación

por combustible

Total por masa de producto

x103 ton métrica

Petajoules kJ/kg Gigagramo Gigagramo Gigagramo kgCO2/Mg cemento

México 23,971 90.463 3,774 11,945 5,688 17,633 1995 736

EUA 79,353 344.778 4,345 38,323 27,137 65,460 1994 825

Canadá 10,722 56.400 5,260 5,343 9,200 14,543 1995 1,356

Brasil 25,500 134.387 5,270 12,707 7,123 19,830 1995 778

Nota: Valores tomados de diferentes fuentes para realizar los cálculos. De acuerdo a la Tabla 8, el menor índice de uso energético por masa de cemento producido, lo tiene México, mientras que los mayores, siendo casi iguales, los tienen Brasil y Canadá. Asimismo, la producción de CO2 por calcinación es de 0.50, 0.48, 0.50 y 0.50 kgCO2/kgcemento para México, EUA, Canadá y Brasil respectivamente, valores prácticamente semejantes. ¿Dónde está la principal diferencia del menor índice de uso de energía en México? La razón por la cual el índice de uso energético favorece fuertemente a México es debido a la inversión en tecnología de punta durante las últimas décadas. La evolución en la tecnología de producción de cemento durante el siglo pasado fue del proceso tipo húmedo, donde la materia prima se alimenta en forma de emulsión acuosa y un porcentaje alto de energía se utiliza para evaporar agua, al proceso tipo seco, donde la materia prima se alimenta en forma de polvo fino y parte de los gases de enfriamiento son reutilizados para precalentar la materia prima. De esta forma, el proceso seco permite ahorrar energía por un lado evitando la alimentación de agua y por otro reutilizando los gases de enfriamiento del producto final. En México, aproximadamente el 90% de la producción es manufacturado por dos de los consorcios más grandes del mundo (Cemex y Apasco subsidiaria del grupo Holderbank,) y el porcentaje restante por compañías nacionales más pequeñas. Sin embargo, la tecnología de producción es de las más avanzadas en la actualidad siendo ésta del 100% del tipo seco en sus diferentes variantes. En contraste, en Estados Unidos, Canadá y Brasil la tecnología de producción de cemento conserva un componente importante de producción tipo húmedo. Al respecto es necesario considerar que en estos países las nuevas inversiones van dirigidas a sustituir los hornos de proceso húmedo. ¿Qué ocasiona en el proceso productivo tal valor bajo? Una mayor eficiencia térmica en los procesos usados en México, representados principalmente por dos grupos industriales: Cemex y Apasco, esta última subsidiaria del grupo suizo Holderbank. Es decir una modificación tecnológica en el desempeño energético del proceso. ¿Cuál es la razón para que en Estados Unidos de América se tenga un valor intermedio entre el de México y los de Brasil y Canadá? En EUA se elabora el cemento con dos procesos el seco y el húmedo, teniendo un mayor consumo de energía por combustibles fósiles en este último.


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Tabla 9. Producción de Cemento en Estados Unidos por método y consumo de Energía. Cantidad de cemento producido (Gigagramos) 1994 1995 1996 1997 Húmedo 18,605 18,775 18,502 19,090 Seco 49,333 50,529 51,777 53,481 Ambos 1,849 1,953 1,427 1,540 Cantidad de Energía usada en Producción de cemento (Petajoules) 1994 1995 1996 1997 Húmedo 125.90 167.92 137.13 139.96 Seco 226.25 234.32 246.94 248.59 Ambos 11.08 11.40 9.63 10.36 Tabla 10. Indice de eficiencia de Energía en la Producción de Cemento en Estados Unidos por método de manufactura. Indice de Energía (kJ/kg) 1994 1995 1996 1997 Húmedo 6,767 8,944 7,412 7,332 Seco 4,586 4,637 4,769 4,648 Ambos 5,994 5,839 6,749 6,725 Los valores entre la Tabla 8 y 10 son diferentes a los calculados posiblemente debido a las fuentes de información usadas. Pero es claro que al usar dos tecnologías distintas, el proceso húmedo y el proceso seco, modifica sustancialmente el uso de la energía y por ende el flujo de emisiones de CO2 ocasionada por la combustión de los combustibles fósiles. ¿Qué conclusión sacamos de lo anterior? La modificación del método de producción o de la tecnología para producir alguna mercancía, producto, bien o servicio es responsable de una mejora sustancial disminuyendo el consumo energético y por lo tanto de manera análoga disminuirá las emisiones de CO2, responsables de su incremento atmosférico. Es evidente que la humanidad está pasando por un período de toma de decisiones muy importante que tendrá sus repercusiones de tipo ambiental en un futuro cercano. A medida que la población mundial crece, la demanda de necesidades básicas y mejores condiciones de vida ocasionan una presión cada vez mayor en el balance de la naturaleza. Existen diferentes factores de origen antropogénico que están influyendo en el cambio climático a nivel mundial dentro de los cuales el bióxido de carbono es un factor de características importantes ya que puede relacionarse directamente al consumo energético y por ende a la demanda cada vez mayor de energía a nivel global. Aunque existen formas alternas de energía, éstas no han llegado al punto de poder sustituir un porcentaje considerable de energía proveniente de combustibles fósiles a nivel mundial. Los datos presentados, demuestran que la naturaleza ha contribuido a mitigar de forma apreciable la acumulación de bióxido de carbono en la atmósfera aumentando la absorción de este en los mares. Sin embargo, los cambios en el equilibrio natural se caracterizan por ser lentos en su evolución y que a la larga puede observarse un impacto en ecosistemas ajenos al que está generando el desequilibrio. Existen ejemplos donde mejoras en los procesos de producción han generado la producción de insumos a un menor costo ecológico. Estos también tienen sus límites tecnológicos de diseño ya que a medida la tecnología mejora, los desarrollos requieren de mayor tiempo y por lo general mayor costo. En años recientes, diferentes grupos de investigación se han enfocado a buscar soluciones a la creciente generación de bióxido de carbono, las líneas de investigación incluyen desde usos novedosos de bióxido de carbono considerando sus propiedades físicas como solvente supercrítico hasta formas para atraparlo en la corteza terrestre en forma de carbonatos. Es muy probable que en un futuro cercano varias de estos desarrollos logren una aplicación comercial en beneficio de la humanidad.


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¿Ha habido algún cambio en la eficiencia energética a través del tiempo en la manufactura del Cemento? Si se han producido mejoras, ya que datos de consumo de combustible para los procesos seco y húmedo alrededor de 1977 (Shreve et al 1977) nos dan valores de 7,851 kJ/kg cemento y 6,924 kJ/kg cemento para los procesos húmedo y seco respectivamente. Las diferencias porcentuales para el proceso seco, usando los datos de México son de una reducción de 45% en el uso de combustibles por masa de cemento producida.


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EELL AAUUTTOORR Dr. Francisco J. Lozano García es Ingeniero Químico de la Universidad Nacional Autónoma de México. Tiene el grado de Maestro en Ingeniería Química por el Imperial College of Science and Technology de Londres, Inglaterra y el de Doctorado en Filosofía con especialidad en Ingeniería Química por la Universidad de Birmingham, Inglaterra. Actualmente se desempeña como Director del Centro de Calidad Ambiental en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), Campus Monterrey. Ha impartido cursos a nivel profesional y maestría, así mismo ha elaborado proyectos en el área de consultoría y desarrollo de tecnología, estudios de impacto y riesgo ambiental, auditorías de energía y residuos, así como diagnósticos ambientales.


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