Generación de emisiones de CO2 por procesos productivos

Generación de Emisiones de CO2 por
Procesos Productivos, Transformación,
Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
Centro INNOVA para el Desarrollo Sostenible
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CONTENIDO
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
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
1
INCREMENTO EN EL USO Y APROPIACIÓN DE RECURSOS NATURALES NO
RENOVABLES
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
900
Cantidad (Teragramos o millones de toneladas métricas)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Figura 1. (Tilton et al 1988)
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2
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
45.0
35.0
billones de dólares de 1997 ( 10
12
$)
40.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
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%
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3
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
Total
Marina
Terrestre
3,500
Cantidad en miles de barriles/día
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
500
0
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Figura 3. (Pemex, Anuario Estadístico Exploración y Producción 1998)
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4
Producción de Petróleo en Estados Unidos
Tierra adentro
Marino
9,000
8,000
Miles de barriles por día
7,000
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
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
1.60%
1.40%
Porcentaje en masa
1.20%
1.00%
0.80%
0.60%
0.40%
0.20%
0.00%
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Figura 5. (Tilton et al 1988)
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5
ESQUEMA ECONÓMICO BASADO EN EL AMPLIO USO DE LA ENERGÍA
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).
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6
Uso Mundial de Combustibles
Petróleo
Carbón
Gas Natural
4,000
Masa de Combustible (Teragramos)
3,500
3,000
2,500
2,000
1,500
1,000
500
0
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
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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7
Producción de Energía Primaria en México por fuente de suministro 19651996
Petróleo y Cond.
Gas Natural
Carbón
Renovable
7.0
6.0
Cantidad (Exajoules)
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Fig. 7. (Cuadro 22, Balance Nacional de Energía 1996, México)
Producción de Energéticos en Estados Unidos de América por fuente de
suministro
Petróleo
Gas Natural
Carbón
Renovable
30.0
Cantidad (Exajoules o 10 18 J)
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Fig. 8. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE)
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8
Producción Primaria de Energía en China por fuente de suministro
Petróleo
Gas Natural
Carbón
Renovable (Hidroel.)
35.0
30.0
Cantidad (Exajoules)
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
0.0
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Fig. 9 (Logan J. 1999)
Producción de Energía en Brasil por Fuente de Suministro
Renovable
Petróleo
Gas Natural
Carbón
7.00
6.00
Energía (Exajoules)
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Fig. 10. (Tabla 1.1a, Balance de Energía Brasileño 1999)
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9
Fuentes Renovables que suministran la Energía Primaria en Brasil 1983-1998
Hidraúlica
Leña
Prod. Caña Azúcar
Otros
70.0%
65.0%
Porcentaje del Total de Energía Renovable
60.0%
55.0%
50.0%
45.0%
40.0%
35.0%
30.0%
25.0%
20.0%
15.0%
10.0%
5.0%
0.0%
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Fig. 11. (Tabla 1.1a, Balance de Energía Brasileño 1999)
Tabla 1. Producción de Primaria de Energía
País
Año
Energía Primaria Producida
(EJ)
México
1996
8.938
Estados Unidos
1998
75.868
China
1998
36.600
Brasil
1998
8.864
% Fuentes renovables
8.0%
9.8%
7.1%
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.
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10
USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES COMO
ACUMULACIÓN DE CO2 EN LA ATMÓSFERA
FUENTE
ENERGÉTICA
Y
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 CO 2 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
Emisiones
Petr.-Carbón-Gas Natural
7.50
7.00
6.50
6.00
5.50
Masa (Pg)
5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
19
96
19
94
19
92
19
90
19
88
19
86
19
84
19
82
19
80
19
78
19
76
19
74
19
72
19
70
19
68
19
66
19
60
19
50
1.00
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.
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11
La Figura 13 muestra la concentración de CO 2, 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 CO 2 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 CO 2 emitido por la
actividad humana, la diferencia entre estos datos nos da como resultado el CO 2 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)
375
370
Concentración (ppm volumen)
365
360
355
350
345
340
335
330
325
Dic-75 Dic-76 Dic-77 Dic-78 Dic-79 Dic-80 Dic-81 Dic-82 Dic-83 Dic-84 Dic-85 Dic-86 Dic-87 Dic-88 Dic-89 Dic-90 Dic-91 Dic-92 Dic-93 Dic-94 Dic-95 Dic-96 Dic-97 Dic-98
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/co2home.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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
12
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.
Emisiones de CO2
Absorción
Acumulación atmosférica
6.5
Flujos anuales (Pg Carbono/año)
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
Ene-76
Ene-78
Ene-80
Ene-82
Ene-84
Ene-86
Ene-88
Ene-90
Ene-92
Ene-94
Ene-96
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
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
13
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
CFC-11
CFC-12
500,000
Masa (Megagramos o Toneladas métricas)
450,000
400,000
350,000
300,000
250,000
200,000
150,000
100,000
50,000
0
1930
1935
1940
1945
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Fig. 15. (AFEAS 2000)
Masa Acumulada Producida de los Fluorocarburos CFC-11 y CFC-12
CFC-11
CFC-12
10
8
6
Masa (Teragramos o 10 Toneladas métricas)
12
6
4
2
0
1930
1935
1940
1945
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Fig. 16. (AFEAS 2000)
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
14
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
Concentración (fracción mol x 1,000,000,000,000)
CFC11
580
560
540
520
500
480
460
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
Ene-77
Ene-79
Ene-81
Ene-83
Ene-85
Ene-87
CFC12
Ene-89
Ene-91
Ene-93
Ene-95
Ene-97
Ene-99
Fig. 17. (Elkins et al 1999a, 1999b)
Masa Acumulada del Fluorocarburo CFC-11 por Producción y Estimada en
la Atmósfera
Producción Acumulada
Concentración Atmosférica
8.0
7.0
6
Masa (Teragramos o 10 Toneladas métricas)
9.0
6.0
5.0
4.0
3.0
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Fig. 18 (AFEAS 2000)
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
15
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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
16
EL DESTINO DE COMBUSTIBLES FÓSILES AL SER EMPLEADOS POR LA
HUMANIDAD
¿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
Residencial, Comercial y Público
Industrial
Transporte
Agropecuario
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
19
65
19
66
19
67
19
68
19
69
19
70
19
71
19
72
19
73
19
74
19
75
19
76
19
77
19
78
19
79
19
80
19
81
19
82
19
83
19
84
19
85
19
86
19
87
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
0%
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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
17
Consumo Final Energético por Sectores para Estados Unidos de América
Residential & Commercial
Industrial
Transportation
60.0%
50.0%
40.0%
30.0%
20.0%
10.0%
95
93
91
89
87
85
83
81
79
77
75
73
71
69
67
65
63
61
59
57
55
53
51
97
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
49
0.0%
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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
18
Consumo Final Energético por sectores para China
Residencial
Industrial
Transportación
Agricultura
80.00%
70.00%
60.00%
50.00%
40.00%
30.00%
20.00%
10.00%
0.00%
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
19
Consumo Final Energético por Sectores para Brasil
Residencial, Comercial y Público
Industrial
Transporte
Agropecuario
50.0%
45.0%
40.0%
35.0%
30.0%
25.0%
20.0%
15.0%
10.0%
5.0%
0.0%
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
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
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
20
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 CO 2 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
Consumo
Producción primaria
10
9
8
Cantidad (Exajoules)
7
6
5
4
3
2
1
0
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Fig. 23. (Balance Nacional de Energía 1996, México)
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
21
Producción y Consumo de Energía en Estados Unidos de América. 1949 a
1998
Consumo
Producción
120
Cantodad (Exajoules)
100
80
60
40
20
0
1949
1954
1959
1964
1969
1974
1979
1984
1989
1994
1999
Fig. 24. (Energy Information Administration/Annual Energy Review 1998, DOE )
Producción y Consumo de Energía en China 1980-1999
Consumo
Producción primaria
45
40
Cantidad (Exajoules)
35
30
25
20
15
10
5
0
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Fig. 25. (Logan J. 1999 )
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
22
Producción y Consumo de Energía en Brasil 1983-1998
Consumo
Producción primaria
10
9
8
Cantidad (Exajoules)
7
6
5
4
3
2
1
0
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
Fig. 26. (Balance de Energía Brasileño 1999 )
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
23
APROPIACIÓN
DE
RECURSOS
NATURALES,
ECOEFICIENCIA
DE
MATERIALES Y DE ENERGÍA. DESPERDICIO ENERGÉTICO Y MEJORA
TECNOLÓGICA
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
Gas Natural
109 ft³
Gasolina natural
106 gal
Energía Destilado ligero
Petajoules
Energía Gas Natural
Petajoules
Energía Gasolina Natural
Petajoules
Total
Petajoules
Fuente: (Iron Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )
910.7
34.3
1.4
5.59
37.11
0.16
42.86
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
24
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
Cobre electrowon de operaciones de lixiviación
103 ton métrica
103 ton métrica
24.4
581.9
Destilado ligero (grados 1, 2, 4)
1,000 barriles
Gas Natural
109 ft³
Gasolina natural
106 gal
Energía Destilado ligero
Petajoules
Energía Gas Natural
Petajoules
Energía Gasolina Natural
Petajoules
Total
Petajoules
Fuente: (Copper Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )
3,057.90
1.80
3.1
18.78
1.95
0.36
21.09
Tabla 4. Energía usada para Concentrados de Oro en Estados Unidos de América
1997
Mena de Au cruda
Total de mena cruda de Au
275,507
103 T
Concentrados de Oro
103 T
190
Oro de placer
kg
2,333
Destilado ligero (grados 1, 2, 4)
1,000 barriles
Gas Natural
109 ft³
Gasolina natural
106 gal
Energía Destilado ligero
Petajoules
Energía Gas Natural
Petajoules
Energía Gasolina Natural
Petajoules
Total
Petajoules
Fuente: (Gold Ore Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )
3,654.90
0.00
13.1
22.45
0.00
1.52
23.97
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
Destilado ligero (grados 1, 2, 4)
1,000 barriles
Residual pesado (grados 5 y 6) y Diesel pesado
1,000 barriles
Gas Natural
109 ft³
Gasolina natural
106 gal
Energía Destilado ligero
Petajoules
Energía Residual y Diesel
Petajoules
Energía Gas Natural
Petajoules
Energía Gasolina Natural
Petajoules
Total
Petajoules
Fuente: (Phosphate Rock Mining 1997, Economic Census, U.S. CENSUS BUREAU 1999 )
157.6
215.10
108.60
0.70
1.4
1.32
0.72
0.76
0.16
2.96
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
25
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 CO 2 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 CO 2.
País (Material: Menas Ind. Ecoef. Ind. Ecoef. Ind. Emisiones Flujo anual Flujo anual
crudas extraídas)
Materiales Energía
CO2
de Mena
de Energía
1
kgCO2/Mgmena 2 Teragramo Petajoules
%
kJ/kgmena
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.
Teragramo equivale a u millón de Toneladas métricas.
3 Datos para 1995 en Canadá. Para Estados Unidos de América los datos son de 1997.
2
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 CO 2 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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
Dr. Francisco J. Lozano García.
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Tabla 7. Generación de CO2 asociado a la producción de cemento hidráulico.
(Miles de Toneladas métricas = Gigagramos).
Cemento
CO2
por Relación entre
hidráulico
producción
CO2
[Prod.]
/
1
2
cemento
1995
1995
1995
kg/kg
0.5318
Alemania
37,480
19,932
0.5055
Arabia Saudita
15,773
7,973
0.5855
Argentina
5,447
3,189
0.4600
Australia
6,500
2,990
0.4497
Brasil
28,256
12,707
0.5118
Canadá
10,440
5,343
0.4983
Corea
55,130
27,472
0.0785
Corea del Norte 17,000
1,334
0.4666
China
475,910
222,049
0.4513
Egipto
17,665
7,973
0.4715
España
26,423
12,458
0.4893
EUA
78,320
38,323
0.4607
Filipinas
10,600
4,883
0.5314
Francia
19,692
10,464
0.5277
Gran Bretaña
11,805
6,229
0.4784
Grecia
12,500
5,980
0.5626
India
62,000
34,881
0.4201
Indonesia
23,129
9,717
0.4983
Irán
16,300
8,122
0.5173
Italia
33,715
17,441
0.4983
Japón
90,474
45,084
0.5112
México
23,366
11,945
0.4983
Polonia
13,884
6,918
0.4969
Rusia
36,500
18,138
0.3784
Tailandia
34,900
13,205
0.0000
Taiwan
22,478
0.4983
Turquía
33,153
16,520
0.7212
Ucrania
7,600
5,481
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 CO 2 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.
Generación de Emisiones de CO2 por Procesos Productivos, Transformación, Manufactura, Servicios y Transporte
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Tabla 8. Indice de CO2 asociado a la producción de cemento hidráulico, incluyendo
combustibles.
Cemento
Energía
Indice de uso CO2
CO2
Energético.
Producido
Producido
Producido utilizada
x103
métrica
México 23,971
EUA
79,353
Canadá 10,722
Brasil 25,500
Energía/Masa por
Cemento
calcinación
ton Petajoules kJ/kg
Gigagramo
90.463
344.778
56.400
134.387
3,774
4,345
5,260
5,270
11,945
38,323
5,343
12,707
CO2
por
combustible
Gigagramo
Total
5,688
27,137
9,200
7,123
17,633
65,460
14,543
19,830
CO2 Total
Año
Producido
1995
1994
1995
1995
por masa de
producto
kgCO2/Mg
cemento
736
825
1,356
778
Gigagramo
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 CO 2
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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Dr. Francisco J. Lozano García.
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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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EL AUTOR
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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Dr. Francisco J. Lozano García.
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