12 principios de la ingeniería sostenible
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17/06/2008
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La Ingeniera del Siglo XXI, Ambiente y DesarrolloAmbiente y Desarrollo.
Dr. Juan Jos Ambriz Garca
XXXV Conferencia Nacional de Ingeniera
Ciudad Obregn, Sonora, 6 de junio de 2008
Coordinador de Ingeniera en Energarea de Ingeniera en Recursos Energticos Universidad Autnoma Metropolitana-Iztapalapa
Introduccin
las principales causas de que contine el deterioro del medio ambiente mundial son los patrones insostenibles de consumo y produccin tanto en los pasesde consumo y produccin, tanto en los pases industrializados como en los subdesarrollados.
es necesaria la transformacin de nuestras actitudes y comportamiento, para lograr los cambios necesarios para la subsistencia sana del planeta y sus habitantes
ONU, Cumbre sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo.Cumbre de la Tierra, Programa 21, 1992
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Desarrollo desigual
15% de la poblacin mundial de pases desarrollados realiza el 56% del consumo mundial.
40% de la poblacin ms pobre nicamente es responsable del 11% del consumo.
50% de la poblacin mundial vive con menos de 1 dlar diario
C d li t i fi i t t bl Carecen de acceso a alimentacin suficiente, agua potable, salud, educacin y servicios modernos de energa.
Desarrollo Sostenible
es el proceso de ampliar la gama de opciones de las personas, brindndoles mayores oportunidades de p , y peducacin, atencin mdica, ingreso y empleo,
un desarrollo que satisfaga las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las propias....
ONU, Cumbre sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo.Cumbre de la Tierra, Programa 21, 1992
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Energa, ambiente y desarrollo
La disponibilidad de energa es una solucin y un problema para el desarrollo sostenible:
h ibl l d ll hace posible el desarrollo pero tambin es una de las principales causas de la degradacin
ambiental
La contaminacin puede ser: Local (rea urbana de la Ciudad de Mxico, lluvia cida) Nacional Regional (nube marrn asitica) Regional (nube marrn asitica) Global (hoyo de ozono, cambio climtico)
La energa y desarrollo
No es en s misma uno de los satisfactores bsicos del hombre, pero, p
es indispensable para garantizar los procesos de desarrollo.
Su ausencia constituye una seria limitante: a la creacin de empleos, desarrollo de la agricultura y otras actividades desarrollo de la agricultura y otras actividades a la oferta de servicios sociales como salud y educacin.
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La energa y desarrollo
La falta de energa contribuye a mantener las estructuras del subdesarrollo.
En el mundo: 2,500 millones de personas no tienen acceso a servicios modernos
de energa. Un tercio de la poblacin utiliza nicamente lea.
En Mxico:% d l bl i i l l i id d 5% de la poblacin no tiene acceso a la electricidad.
La lea es el segundo energtico en importancia en el hogar.
Consumo de Energa percpita por regiones (TEP/hab)
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Consumo de energa en el mundo (Mtoe)
Petrleo crudo
Gas natural
NuclearHidrulicaCarbn
British petroleum (www.bp.com)
Petrleo crudo
Consumo de energa en el mundo (10,378 Mtoe en 2002)
Nuclear
Carbn
Agencia Internacional de la Energa (www.iea.org)
Combustibles fsiles = 79.8%
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Lea
Bagazo de caa0 9%
Geoenerga0 6%
Elica0.0%
Produccin de energa primaria en Mxico10,619 PJ (2006)
Gas natural19.9%
Hidroenerga2.9% Carbn
2.2%
2.3%0.9%0.6%
Nucleoenerga1.1%
Petrleo crudoCondensados1.3%
Petrleo crudo68.8%
Combustibles fsiles = 92.2 %
Balance Nacional de Energa 2006 (Secretara de Energa)
Generacin bruta elctrica en 2006225,079 GWh
Carbn14.0%
PIE
Combustleo21.6%
Diesel0.5%
Uranio4.8%
PIE27.1%
Geotermia3.0%
Eoloelctricas0.0%
Hidrelectricidad13.5%
Gas seco15.6%
Combustibles fsiles = 78.8 %
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Energa y contaminacin
Las sociedades menos desarrolladas tienen un nivel de consumo de energa mucho menor que el de las desarrolladasdesarrolladas.
La influencia en sus alrededores suele ser ms acentuada, ya que basan gran parte de su abasto en energticos locales
No disponen de tecnologas avanzadas para su uso.
Las tendencias energticas actuales no garantizan las metas del desarrollo sostenible y la erradicacin de la pobreza
Energa y contaminacin
Presencia de plomo en gasolinas:gasolinas:
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Lluvia cida por el Azufre de los combustibles y produccin de NOx
Por fuentes mviles Por fuentes fijas
Lluvia cida
Por fuentes fijas
Energa empleada en el transporte
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Energticos empleados por sector de consumo en Mxico (4,237 PJ; 2006)
47 0%19 9% 47.0%19.9%
TransporteResidencial
3.0%30.1%
AgrcolaIndustrial
Tendencias en la normatividad de gasolinas
Azufreppm
E.U.A.Europa
Disminucin del contenido de azufre
Normatividad ms estricta d i i
300
150
pp p
de emisiones
* 2006** 2011
30*50
15 10**
2000 2005 2010
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Disminucin del ozono atmosfrico por uso de CFC
Principalmente en el Polo Sur
Calentamiento global de la tierra y cambio climtico por el uso de hidrocarburos
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Reservas de petrleo, tipos
Reservas probadas Son los volmenes de hidrocarburos que se estima sern
comercialmente recuperables en una fecha especfica.
Reservas probables Han sido identificados por medio de anlisis geolgicos y se
tiene una probabilidad de recuperacin de al menos 50%.
Reservas posibles. La probabilidad de su recuperacin comercial es menor a la de
l b bllas reservas probables.
Recursos prospectivos. Su cuantificacin an no se ha hecho.
Reservas probadas de petrleocrudo por regiones (mMb)
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Reservas probadas mundiales de petrleo crudo (2005)
PasMiles de millones de
barriles% del total
mundial
1 Arabia Saudita 264.21 22.00
2 Irn 137.49 11.45
3 Iraq 115.00 9.58
4 K it 101 50 8 454 Kuwait 101.50 8.45
5 Emiratos rabes U. 97.80 8.15
6 Venezuela 79.73 6.64
7 Federacin Rusa 74.44 6.20
8 Kazakhstan 39.62 3.30
9 Libia 39.13 3.26
10 Nigeria 35.88 2.99
11 USA 29.30 2.44
12 Canad 16.50 1.37
13 China 16.04 1.34
14 Qatar 15.21 1.27
15 Mxico 13.67 1.14
Total mundial 1,200.71 100.0
Reservas mundiales de gas natural por regiones
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Reservas mundiales de gas natural (2005)
Pas Pies cbicos por 1012 % del total mundial
1 Federacin Rusa 1688.0 26.59
2 Irn 943.9 14.87
3 Qatar 910.1 14.34
4 Arabia Saudita 243.6 3.84
5 Emiratos rabes Unidos 213.0 3.36
6 Estados Unidos de Amrica 192.5 3.03
7 Nigeria 184.6 2.91
8 Argelia 161.7 2.55
9 Venezuela 152.3 2.40
10 Iraq 111.9 1.76
11 Kazakhstn 105.9 1.67
12 Turkmenistn 102.4 1.61
13 Indonesia 97.4 1.53
14 Australia 89.0 1.40
20 Canad 56.0 0.88
40 Mxico 14.5 0.23
Total mundial 6,348.1 100.0
Duracin el petrleo
Cenit de produccin de petrleo o peak oil
E l t l l d l d i l d Es el punto en que los volmenes de la produccin acumulada alcanzan la media de la recuperacin final.
No significa el agotamiento de las reservas
Es el momento en que la extraccin ya no puede incrementarse.
S i i i l t d d li i Se inicia la etapa de declinacin.
El concepto lo acu K. Hubbert en 1956.
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Curva de Hubbert de produccin de crudo en los EUA
Alaska
Golfo de Mxico
Predijo en 1956 que el pico de produccin sera entre 1967 y 1972
Cenit de Produccin Mundial
En 2010, ASPO (Association for the Study of Peak Oil) Salvo que haya una fuerte recesin que haga bajar el consumo. Agotamiento hacia 2070
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Reservas probadas, probables y estimadas de hidrocarburos totales en Mxico
Relacin reservas/produccinreservas/produccin = 30 aos
Con reservas probadas = 12 aos
Reservas probadas + Reservas probadas + probables = 22 aos
Recursos prospectivos de Mxico(estimados en 2007)
Prospectiva del mercado de petrleo crudo 2007-2017. Secretara de Energa
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La tendencia de descubrimiento de campos
4.00 50000.00d) e b)
Cenit de produccin de petrleo en Mxico
0 50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
10000.00
15000.00
20000.00
25000.00
30000.00
35000.00
40000.00
45000.00
DATOS
HUBBERT
RESERVATEORICA
ucci
n (M
illon
es d
e b/
d
as (m
iles
de m
illon
es d
e
0.00
0.50
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
0.00
5000.00
Viniegra, Gustavo. UAM-I. Comunicacin personal, 2008.
Prod
u
Res
erva
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Produccin en Cantarrell
Cadena energtica: de energa primaria a energa til
ENERGA ENERGA PRIMARIAPRIMARIA
ENERGA ENERGA SECUNDARIASECUNDARIA
ENERGA ENERGA TILTIL1a.transformacin 2a.transformacin
Petrleo crudo Refinera Combustibles
Uranio Central nucleoelctrica
Electricidad
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Eficiencia de transformacin
Cortesa del Ingeniero Marco A. Flix, FIDE
Recomendaciones internacionales de poltica energtica
Mantener todas las opciones energticas abiertas.
Reducir el riesgo poltico de las inversiones en proyectos de energa importantes.
Procurar que los precios de la energa cubran los costos y garantizar el pago.
Promover una mayor eficiencia energtica.
World Energy Coucil (www.worldenergy.org)
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El Paradigma: Energa-Medio Ambiente
La vertiente tecnolgica de la sostenibilidad requiere satisfacer objetivos en varios niveles: Molecular de Productos de Procesos de Sistemas Molecular, de Productos, de Procesos, de Sistemas
La sostenibilidad energtica no es slo la produccin o transformacin de energa a partir de fuentes renovables
La conexin entre generacin, transformacin y uso de energa, y su impacto en el ambiente, conllevan al estudio, anlisis y solucin integral del problema de sostenibilidad desde la perspectiva indisoluble del concepto energa-medio
ambiente.
Formacin en
Pilares cientficos fundamentales en el marco del Desarrollo Sostenible
en Energa y
Medio Ambiente
Anlisis termodinmicos Fuentes alternativas
Modelado matemticode sistemas ambientales
Ingeniera verde
Sostenibilidad
de sistemas qumicos y energticos
Termodinmica parala prevencin
de la contaminacin
Fuentes alternativasde energa
Integracin de materia,energa y ambiente
y energticos
Optimizacin multi-objetivo de
sistemas ambientalesy energticos
Eduardo Prez Cisneros, UAM-I, Comunicacin personal, 2008
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Qumica Verde (Green Chemistry)
La qumica verde forma parte integral de la Ingeniera verdeverde.
Consiste el diseo de productos y procesos qumicos que reducen o eliminar el uso y la produccin de sustancias peligrosas.
La qumica verde promueve la seguridad de los La qumica verde promueve la seguridad de los procesos al emplear sustancias inherentemente ms seguras, tanto en el diseo del proceso, como en la seleccin de materias primas, reactivos y solventes, sin descuidar que el producto final tambin debe ser inocuo.
Principios de la Qumica Verde:
1. Evite los deshechos.
2 Disee productos y reactivos ms seguros2. Disee productos y reactivos ms seguros.
3. Disee mtodos de sntesis menos riesgosos.
4. Emplee materias primas renovables.
5. Use catalizadores en lugar de cantidades
Paul Anastas and John Warner in Green Chemistry: Theory and Practice, 1998).
gestequiomtricas de reactivos.
6. Evite la formacin de derivados qumicos.
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Principios de la Qumica Verde:
7. Disee mtodos de sntesis en donde el producto final contenga la mayor parte de la materia empleada en los reactivos.
8. Emplee condiciones de reaccin y solventes ms seguros.
9. Incremente la eficiencia energtica.
10. Disee productos y reactivos qumicos que puedan degradarse despus de su uso.
11. Monitoree en tiempo real los procesos para prevenir la contaminacin.
12. Minimice la posibilidad de accidentes
Ingeniera Verde (Green Engineering)
La Ingeniera Verde se enfoca en como alcanzar la sostenibilidad a travs de la ciencia y la tecnologa.y g
La Ingeniera Verde provee de un marco de referencia en el que los cientficos e ingenieros pueden apoyarse cuando diseen nuevos materiales, productos, procesos y sistemas.
Para que sean benficos al ambiente y a la salud humana.
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Principios de la Ingeniera Verde:
1. Disee productos y procesos de manera integral, emplee el anlisis de sistemas e integre herramientas para evaluar el impacto ambientalpara evaluar el impacto ambiental.
2. Mantenga y mejore los ecosistemas naturales, protegiendo la salud humana y el bienestar.
3. Emplee un enfoque de ciclo de vida en todas las actividades de ingeniera
Green Engineering: Defining the Principles, Engineering Conferences International, Sandestin, FL, USA, May 17-22, 2003.
actividades de ingeniera.
4. Asegrese de que todas las entradas y salidas de materiales y energa sean inherentemente seguras.
Principios de la Ingeniera Verde:
5. Minimice el uso de recursos no renovables.
6. Esfurcese en prevenir la contaminacin.
7. Desarrolle y aplique soluciones de ingeniera que tomen en cuenta los aspectos locales como geografa y cultura.
8 Cree soluciones de ingeniera que vayan ms all de8. Cree soluciones de ingeniera que vayan ms all de las tecnologas dominantes, mejore, innove e invente tecnologas que permitan alcanzar la sostenibilidad.
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Anlisis Termodinmico de Sistemas Qumicos y Bioqumicos
Termodinmica Consumo de energa y
Casos de Estudio Conversin de energa Consumo de energa y
trabajo perdido. Generacin de entropa,
causas y efectos. Reduccin del trabajo
perdido.
Anlisis termodinmico de
g Separaciones y conversiones
qumicas y bioqumicas Anlisis de ciclo de vida.
Sostenibilidad de los procesos Desarrollo sostenible Eficiencia y sostenibilidad en
procesos Exerga un concepto
conveniente Exerga qumica.
Eficiencia y sostenibilidad en las industrias qumica y bioqumica.
Conversin de la energa solar. Prod. y conversin de biomasa. Economa, ecologa y termod.
Conclusiones:
1. La vinculacin energa-desarrollo-contaminacin es muy fuerte.
2. Es altamente dependiente de las estructuras actuales de consumo y produccin de la energa.
3. La humanidad quiere garantizar el desarrollo pero con un costo ambiental aceptable.
4. Implica el cambio de paradigma energa-medio ambientey el Desarrollo Energtico Sostenible.
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Conclusiones:
5. El mundo y especficamente Mxico dependen en gran porcentaje de los combustibles fsiles para su abasto energtico.energtico.
6. Este esquema de suministro energtico trae aparejados efectos importantes en el medio ambiente y de vulnerabilidad al depender de un recurso no renovable.
7. Hay evidencia de que se est cerca del cenit de produccin mundial (2010) y nacional (200 ?)produccin mundial (2010) y nacional (200_?).
8. Las polticas energticas nacionales son claramente no sustentables.
Conclusiones
9. Las discusiones sobre la reforma energtica suponen la existencia de unas reservas de hidrocarburos de tal magnitud que permiten mantener las mismas polticas
tienergticas.
10. Esto se debe en gran medida a que la venta de crudo contribuye de manera importante a las finanzas pblicas.
11. La estrategia energtica basada en el ahorro de la energa puede alargar la duracin de las valiosas reservas
12. En el mediano, la diversificacin a otras fuentes de energa es fundamental para garantizar la supervivencia y desarrollo de la sociedad mexicana.
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Muchas gracias!Dr. Juan Jos Ambriz Garca
rea de Ingeniera en Recursos Energticos, UAM-Iagj@xanum.uam.mx
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