análisis y gestión ambiental - · pdf fileintroducción buscar puentes...

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

Análisis y Gestión Ambiental

Análisis exergético y emergético

Son análisis basados en la Economía Ecológica.

Ambos pertenecen a los denominados métodos energéticos (conmensurables).

La exergía es una propiedad termodinámica que permite determinar el potencial de trabajo útil de una determinada cantidad de energía que se puede alcanzar por la interacción espontánea entre un sistema y su entorno.

La emergía (del inglés emergy) es la energía útil (exergía) de un determinado tipo que se ha usado directa o indirectamente en las transformaciones necesarias para generar un producto o servicio.

Análisis exergético y emergético Esquema de la Economía ecológica

Análisis exergético y emergético Introducción

Buscar puentes entre la Ecología y la Economía para intentar encontrar los caminos hacia la sostenibilidad.

Se trataría de introducir en la toma de decisiones los bienes y servicios ambientales que nos proporcionan los sistemas ecológicos, en definitiva, de valorar algo que actualmente se toma gratuitamente.

Economía Ambiental, con raíces dentro del sistema de mercado.

Economía Ecológica, con fuerte base ecológica y termodinámica.

Síntesis Emergética, propuesta por el ecólogo H. T. Odum.

H.T. Odum

(1924-2002)


La sociedad actual demanda grandes cantidades de recursos y genera enormes volúmenes de residuos.

Evaluación del Milenio (ONU, 2001) - www.millenniumassessment.org

• 1/3 del planeta ha sido transformado en cultivos por la acción humana. • Se usa la mitad del agua dulce que llega a los ríos y lagos. • Las actividades humanas generan ahora más N biológicamente

disponible del que producen todos los procesos naturales juntos. • El 60% de los 24 grandes ecosistemas del planeta se están degradando

(se ha perdido el 35% de manglares y el 20% de arrecifes de coral). • Las tasas de extinción de especies han aumentado entre 100 y 1.000

veces las conocidas antes de la intervención humana, y para algunos grupos este aumento ha supuesto la extinción de hasta el 20% de las especies conocidas.

http://www.millenniumassessment.org/


Economía y la Ecología deberían construir puentes conceptuales y metodológicos eficaces para responder a la crisis ambiental.

Ecólogos, implicados en el conocimiento de la “casa” (oikos + logos).

Economistas, involucrados en la administración de la “casa” (oikos + nomos).

Necesidad de mantener el tamaño de la economía global dentro de los límites de capacidad biofísica que tiene la ecosfera.

DESARROLLO SOSTENIBLE (Economía+Ecología+Sociología)


Economía Ambiental vs. Economía Ecológica

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

Análisis exergético y emergético Análisis exergético

La exergía, que es la parte de la energía que puede convertirse en trabajo mecánico, fue descubierta en la termodinámica casi desde sus orígenes formales, con el nombre de “trabajo disponible”.

La exergía es la medida cuantitativa de la máxima cantidad de trabajo que puede obtenerse de un desequilibrio entre un sistema físico y el ambiente que lo rodea o entorno.

La exergía permite analizar rigurosamente el desperdicio de los recursos en las actividades de una sociedad, estableciendo pautas cuantitativas para su ahorro y uso eficiente.

El concepto resurgió a principios de los 70’s en los países industrializados, altamente consumidores de recursos, a raíz del embargo petrolero de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP).


El concepto de exergía está indisolublemente asociado al de desequilibrio entre un cierto sistema y su entorno, determinado por la diferencia entre los valores de alguna variable dinámica que los caracteriza (por ejemplo, la temperatura o la presión).

El desequilibrio consiste en que el valor de la variable dinámica en cuestión es diferente para el sistema y su entorno y, por ello, ambos están en una situación de desequilibrio que se puede convertir eventualmente en trabajo mecánico.

La exergía es la máxima cantidad de trabajo que se puede obtener de un desequilibrio entre un sistema y su entorno.

Exergía térmica, exergía mecánica, exergía química…

Análisis exergético

Análisis exergético y emergético Eficiencia exergética

La importancia de la exergía para valorar el desperdicio de recursos exergéticos y, por tanto, la capacidad de ahorro, proviene de los siguientes hechos:

Toda sociedad requiere de la realización de tareas mecánicas y termodinámicas para su supervivencia (subir pesos, calentar espacios, girar cuerpos, etc.).

Cumplir una tarea termodinámica implica la creación de exergía, es decir, la formación de un contraste entre un sistema y su entorno (por ejemplo cuando se sube agua de un nivel a otro, como en el bombeo de agua en la agricultura, en la industria o en los hogares, o cuando se eleva la temperatura de un cuarto sobre la del ambiente, en la calefacción de interiores).


La creación de exergía se realiza destruyendo la exergía existente en otras partes.

El gasto mínimo de exergía necesario para realizar una tarea mecánica o termodinámica, corresponde precisamente a la cantidad de exergía que se crea por la realización de la tarea (p.e., la exergía mínima requerida para elevar una masa de agua a cierta altura es exactamente la exergía que se destruye por un dispositivo sin fricción que opera mediante la bajada de la misma cantidad de agua de tal altura).

La diferencia entre la exergía mínima requerida y la consumida da una medida cuantitativa del desperdicio del recurso del cual se obtuvo esta última y, al mismo tiempo, permite calcular con precisión el potencial de su ahorro.

Eficiencia exergética


Eficiencia exergética: es el cociente de la exergía mínima y la exergía consumida en una tarea.

El valor máximo de la eficiencia exergética es de uno.

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

Eficiencia exergética


El valor termodinámico de un mineral tiene dos componentes, uno debido a la concentración con la cual se encuentra en la mina y otro debido a su composición específica.

Exergía física o de concentración de un elemento en una mina:

donde:

R es la constante universal de los gases

T es la temperatura de referencia (298 K)

xi es la concentración del elemento en cuestión


El segundo componente del valor termodinámico de un mineral se debe a su exergía química y que se puede calcular mediante la expresión:

donde:

Vk son el número de moles del elemento k del compuesto

b0qx es la exergía del elemento k en el ambiente de referencia

ΔGBmineral es la energía libre de Gibbs del mineral a partir del cual se obtiene el elemento de manera comercial.


El ambiente de referencia es una convención que representa la situación más degradada, desde el punto de vista termodinámico, a la cual llegaría el Planeta si se utilizaran y dispersaran todos sus recursos naturales, es un ambiente en el que no existen potenciales físicos ni químicos.

Varios autores han propuesto ambientes de referencia para el cálculo de las exergías física y química de las sustancias; para la primera es suficiente con fijar el valor de la presión, la temperatura y la altura que se considera como nivel cero; en el segundo caso, y para considerar un ambiente de referencia general, es necesario definir su composición.

La energía libre de Gibbs es la energía termodinámica/químicamente disponible.

Análisis exergético y emergético Fundamentos teóricos del método emergético.

Análisis exergético y emergético Diagrama esquemático de los componentes básicos de un ecosistema y sus interrelaciones

Análisis exergético y emergético Concepto de Emergía

Emergía o energía incorporada: “la energía disponible, de una cierta forma, que fue usada tanto directa como indirectamente en el proceso de elaboración de un producto o servicio" (H. T. Odum 1996, H.T. & E. C. Odum 2000).

La emergía expresa el coste de un proceso o un producto en equivalentes de energía solar. La idea básica es que la energía solar es la fuente última de energía, con lo cual expresando el valor de cualquier producto en unidades emergéticas, se hace posible compararlo con otro totalmente diferente, como comparar peras con manzanas (S.E.Jorgensen 2001, p. 61).


Para entender el concepto de emergía se hace necesario primero entender el concepto de Exergía, definido como la proporción real de energía que puede generar trabajo útil:

Ex = (Energía libre de Gibbs) + (Energía potencial gravitacional) + (Energía cinética)

La potencia exergética es la tasa de cambio de exergía con el tiempo:

La Emergía se define entonces como la integral de la potencia exergética en el tiempo:


Transformicidad: relación entre la "aportación de emergía disipada (la disponible usada)" y una "unidad de exergía producida“.

Sustituyendo esta expresión en la definición matemática proporcionada anteriormente tenemos:

Análisis exergético y emergético Síntesis emergética

La Síntesis Emergética supone un tipo especial de sistema de valoración energética basado en la Ecología de Sistemas.

Se puede considerar un sistema de contabilidad y gestión ambiental. Es decir, va a tener la capacidad para estimar el valor de los distintos componentes del sistema (contabilidad) y, de acuerdo al propio método, va definir unas condiciones de sostenibilidad, proporcionando una serie de índices para evaluar la misma y tomar decisiones (gestión).


Las características principales del método emergético son:

Carácter global e integrador. Análisis a distintas escalas (Control Superior o aproximación “top-down”, es decir se realiza el análisis desde una escala más amplia (menor detalle) a una más reducida (mayor detalle)).

Se trata de uno de los pocos métodos de valoración que permite evaluar los sistemas económicos y naturales, así como las interacciones entre ambos con una metodología común.

Maneja unidades estandarizadas (julios solares emergéticos o sej). Considera distintos tipos de calidad energética. Emplea factores de estandarización (transformicidades) para hacer equivalentes todos los flujos de energía dentro de una jerarquía de sistemas complejos.


Es capaz de estimar los valores de distintos componentes (tanto económicos como naturales) del sistema en unidades energéticas y ligar éstos a unidades monetarias, para hacerlo más comprensible, en un marco de referencia común (contabilidad ambiental).

El valor (y los indicadores del mismo) no parte del individuo (de sus preferencias y/o conocimientos) sino que es intrínseco al recurso (el valor de un recurso es proporcional a la energía necesaria en su producción, denominada Emergía (Memoria Energética)). Pretende ser, por tanto, una teoría energética del valor (considerada objetiva y reproducible).


Proporciona resultados cuantitativos sobre el estado de un sistema a través de diversos índices que permiten tomar decisiones con el objetivo de maximizar el bienestar público con las menores pérdidas ambientales posibles (gestión ambiental).

Permite la modelización y la simulación, como poderosas herramientas de visualización de los flujos entre los sistemas socio-económicos y los ecológicos.

Tiene un principio de optimización (Principio de maximización de la potencia emergética).

Análisis exergético y emergético Símbolos energéticos

“Una imagen vale más que 1000 palabras”

A través de la Ecología de Sistemas se pueden

modelar las relaciones entre los seres humanos y

los sistemas ecológicos (Socio-Ecosistemas)

mediante diagramas de flujos a distintas escalas

H.T. Odum

(1924-2002)

E.P. Odum

(1913-2002)


Análisis exergético y emergético Diagramas de flujo

CADENA TRÓFICA

MODELO JERÁRQUICO DEL FLUJO DE ENERGIA EN EL TERRITORIO

Disminución de la cantidad; calorías/tiempo

106 104 103 102 10

Sol Vegetales Herbívoros Depredadores

1 102 103 104 105

Aumento de la concentración (calidad); calorías solares/caloría incorporada

“Un gramo de león no contiene la misma energía que un gramo de cebada”

Existe una jerarquía de energías según su “calidad” o capacidad

para realizar trabajo


La energía que llega a cada nivel es menor

La energía solar necesaria por unidad de energía producida es mayor

La energía está más concentrada en niveles mayores


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

1.- Diagrama de flujos

Transformicidad

Fuentes sistema

Productores sistema

M,E externa

Consumidores

Stma. transformación

M,E, producida

Bienes y servicios

Reservas


Transformicidad (Transformity).– expresa la Emergía necesaria por unidad de energía de un proceso dado. Se obtiene dividiendo la emergía total de un proceso por la energía que éste genere. Se expresa en unidades de emergía/unidades de energía (seJ/J). Mide la calidad de un tipo de energía dado, y se utiliza para comparar energías de distintos tipos expresándolas en las mismas unidades de Emergía.

EMergía (EMergy).– cuantifica toda la energía utilizada en generar un bien o servicio expresada en unidades comunes. Sus unidades son el emjulio (eJ). La Emergía solar de un bien o servicio es la Emergía de ese producto expresado en el equivalente de energía solar requerido para generarlo. Sus unidades son el emjulio solar (seJ).

EMERGÍA Y TRANSFORMICIDAD


2.- Tabla de síntesis

emergética

3.- Diagrama de tres brazos

Grupo Factor (flujo) Unidades Transformicidad (sej/udad)

Emergía solar

(sej/año)

Valor macroeconómico (em$)

Recursos renovables

-Sol -Lluvia -Viento

-Etc.

A B A*B=C C/índice monetario

Fuentes de energía

renovable del sistema

-Agricultura -Pesca

-Extracción maderera -Etc.

Recursos no renovables del

sistema

-Petróleo -Minerales

-Suelos -Etc.

Entradas al sistema

-Maquinaria -Mano de Obra -Combustible

Salidas del sistema

-Cosechas -Productos

manufacturados


3.- Índices de estado del sistema


análisis y gestión ambiental - · pdf fileintroducción buscar puentes...

Documents