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Huella hídrica de los procesos productivos

Patricio Neumann L.Escuela de Ingeniería en Recursos Naturales, Universidad del Bío-Bío

CRHIAM

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Huellas ambientales

Paradigmas de la sustentabilidad

Economía

Sociedad AmbienteSociedad

Ambiente

Economía

Visión convencional Economía ecológica

“Sustentabilidad”

vs

Foco en los flujos materiales y de energía

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Objetivos de Desarrollo Sustentable (ODS)

SOCIEDAD

BIÓSFERA

ECONOMÍA

Sust

enta

bilid

adConcepto de huella ambiental

• El objetivo es cuantificar el impacto de la actividad humana sobre el medio ambiente, de ahí el uso de la palabra “huella”

• Una huella ambiental es generalmente expresada a través de un valor numérico

• Puede referirse a una sola categoría ambiental (e.g. huella de carbono, huella del agua) o a la integración de distintas categorías de impactos (e.g. huella ecológica)

• Requiere una perspectiva de ciclo de vida, vale decir que cuantifica tanto los impactos directos como los indirectos

• Puede ser aplicada en distintos órdenes jerárquicos dentro de la economía (e.g. para un producto, per cápita, a nivel regional/nacional, global, etc.)

Aspectos claves

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Huella ecológica

Cuantifica el impacto ambiental de la sociedad versus la biocapacidad de la biosfera

Representa una condición mínima para la sustentabilidad

Huella ecológica

• Creada por Mathis Wackernagel y William Reesen en 1995

• Indicador ambiental de carácter integrador. Determina el impacto que ejerce una cierta comunidad humana – país, región o ciudad – sobre su entorno

• Se expresa en unidades de superficie (ha)

• Se define como el área (de tierra y mar) biológicamente productiva necesaria para producir los recursos consumidos y para asimilar los residuos (CO2) producidos por un individuo, población o actividad, utilizando la tecnología actualmente disponible

• Establece una relación entre las actividades humanas y los límites dados por la capacidad de carga de la biosfera

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“Día de la deuda/sobregiro ecológico”

https://www.youtube.com/watch?v=WQBtX7eD3Gc

Caracterización de la Huella Ecológica

Productos agrícolas

Productos ganaderos

Pesca y acuicultura

Derivados de la madera

Emisiones de CO2

Superficies construidas

Rendimientos m

undiales

Factor de absorción de CO2

Uso de suelo por categoría

Factores de equivalencia

Huella Ecológica por categoría

Producción/emisión (ton) Rendimientos (ton/ha) HE (ha globales)Superficie en términos de los rendimientos promedio mundiales (w ha)

Impactos ambientales

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Superficie agrícola

Superficie de pastoreo

Superficie de pesca y acuicultura

Superficie de bosque

Superficie construidas

Rendimientos

Cantidad de suelo por categoría de producción

Factores de equivalencia

Biocapacidad por categoría

Superficie de producción (ha)Superficie en términos de producción promedio mundial (w ha) BC (ha globales)

Caracterización de la Biocapacidad

Capacidad de la biosfera de proveer RRNN

Huella más de un 150% mayor que biocapacidad

Huella 100-150% mayor que biocapacidad

Huella 50-100% mayor que biocapacidad

Huella 0-50% mayor que biocapacidad

Biocapacidad 0-50% mayor que huella

Biocapacidad 50-100% mayor que huella

Biocapacidad 100-150% mayor que huella

Biocapacidad más de un 150% mayor que huella

Sin Información

Huella Ecológica a nivel mundial

Huella ecológica del consumo vs biocapacidad nacional

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Efectos del comercio

Huella más de un 150% mayor que biocapacidad

Huella 100-150% mayor que biocapacidad

Huella 50-100% mayor que biocapacidad

Huella 0-50% mayor que biocapacidad

Biocapacidad 0-50% mayor que huella

Biocapacidad 50-100% mayor que huella

Biocapacidad 100-150% mayor que huella

Biocapacidad más de un 150% mayor que huella

Sin Información

Huella ecológica de la producción vs biocapacidad nacional

Huella Ecológica a nivel mundialMás información: data.footprintnetwork.org

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Recursos hídricos y actividades productivas

Oferta y demanda por región (m3/s)

País Agrícola (%) Industrial (%) Doméstico y comercial (%)India 93 3 4Egipto 88 5 7China 87 7 6Australia 67 12 12Países Bajos 32 63 5Francia 12 71 17Reino Unido 1 78 21CHILE 73 21 6

Situación de los RRHH en Chile

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ProcesoAgua contenida en la materia prima e insumos

Agua evaporada

Agua transpirada

Agua vertida a la cuenca de

origen

Agua vertida a otra

cuenca

Agua contenida en los productos

Balance de agua de un proceso

Agua extraída de un acuífero o sistema acuático

superficial

No se considera como consumo de agua (aunque sí afecta su

calidad)

Precipitaciones

(agricultura)

Usos consuntivos y no consuntivos del agua

Usos del agua

Consuntivos

Doméstico y municipal

Agricultura y ganadería

Industria y minería

No consuntivos

Necesidades antrópicas

Usos productivos

Hidroelectricidad

Transporte

Recreación

Contacto directo

Natación y deportes acuáticos

Pesca

Otros

Sin contacto directo

Fotografía

Observación del paisaje

Otros

Asimilación de residuos

Usos ecológicos (integridad de ecosistemas)

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Es el uso del agua que no se devuelve en forma inmediata a la fuente

En agricultura (agua de riego):• Agua que se evapora del suelo • Agua que transpiran las plantas• Agua que constituye el tejido de las plantas

En la industria:• Agua que se evapora (uso con fines térmicos)• Agua que se incorpora al producto • Agua que se vierte a otra cuenca o al mar

Uso consuntivo del agua

Usos industriales del agua

• Enfriamiento y calentamiento

• Usos sanitarios

• Limpieza

• Cocinas/lavanderías

• Agua de proceso

• Otros (riego, etc.)

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Uso industrial e institucional del agua

Computación/electrónica Oficinas Procesamiento de alimentos

Hospitales Escuelas Hotelería

Principios de eficiencia en el uso del agua

Conservación vs Eficiencia

«Hacer menos con menos» «Hacer lo mismo con menos»

Reducir pérdidas de agua (ej. fugas desde tuberías)

Reducir el uso global de agua (ej. aguas de proceso)

Cerrar ciclos del agua (ej. reúso de aguas)

Categoría de las distintas medidas de eficiencia hídrica

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Problema de la eficiencia: paradoja de Jevons

A medida que el perfeccionamiento tecnológico aumenta la eficiencia con la que se usa un recurso, es

más probable un aumento del consumo de dicho recurso

Ciclos de la economía circular

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9 (10) R’s de la Economía Circular

vs

“Diagrama Mariposa” de la Economía Circular

Principios de una economía circular

1. Preservar y conservar el capital natural

2. Optimizar el rendimiento de los recursos a través de la circulación de los productos, componente y materiales en el nivel de utilidad más alto (upcycling)

3. Identificar y resolver las externalidades negativas. Minimizar la generación de pérdidas y residuos

www.ellenmacarthurfoundation.org

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Huella hídrica volumétrica

Huella hídrica

• Concepto acuñado por Arjen Hoekstra (UNESCO-IHE Institute for Water Education; Universidad de Twente) en el año 2002

• Cuantifica el uso de agua (directo e indirecto) necesario para los productos y servicios que utilizamos

• Corresponde al volumen de agua dulce apropiado por las actividades humanas, ya sea por consumo o contaminación y considerando tres componentes:

• Agua azul• Agua verde• Agua gris

• Hoekstra y colaboradores fundaron la Water Footprint Network en 2008

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Usos directos e indirectos del agua

Industriaalimentaria

Actividad pecuaria

Cultivos

Consumidor

Huella del aguatotal

Huella del aguaindirecta

Huella del aguadirecta

Flujos de “agua virtual” debido al comercio

El agua constituye cada vez más un recurso globalImportancia de la producción, cadenas de suministro y consumo en los problemas de escasez hídrica

Uso de los RRHH se encuentra desconectado de los consumidores

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Huella hídrica de la producción

mm/yr = m3/año / superficie celda (5 x 5’)

Huella hídrica del consumo

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Flujos asociados a la agricultura

“Ahorros” en agua debido al comercio

Marco general de la huella hídrica

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Componentes de la Huella hídrica (WFN)

Huella de agua azul

Corresponde al agua dulce extraída de fuentes superficiales o subterráneas que se evapora o que se incorpora al producto, y que por lo tanto se “pierde” desde la cuenca de origen

Huella de agua verde

Corresponde al agua de lluvia que se evapora o que se incorpora al producto, y que por lo tanto se “pierde” desde la cuenca de origen

Huella de agua gris

Corresponde al agua necesaria para diluir los contaminantes emitidos pro un proceso hasta cumplir con cierto estándar de calidad

Diagrama esquemático

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Evaluación de la huella hídrica

1. Objetivos y alcances 2. Cuantificación de la huella hídrica

4. Evaluación de la sustentabilidad de la

huella hídrica

3. Formulación de respuestas

Huella hídrica de la producción agrícola

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Huella hídrica de productos agrícolas

Comparación de productos

Influencia del rendimiento del cultivo

Huella hídrica de la producción industrial

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Huella hídrica azul

Uso consuntivo de agua dulce proveniente de fuentes superficiales o subterráneas

HAA= AAEVAP + AAINCORP + APERD

o Descargada a otra cuenca

o No retornada en el mismo periodo (hidrológicamente relevante)

Mayor contribuyente (todas las pérdidas evaporativas asociadas al proceso: transporte, almacenamiento,

proceso, tratamiento de aguas, etc.)

Bajo ciertos escenarios puede ser relevante distinguir las diferentes fuentes de agua azul (superficial, subterránea, fósil, etc.)

Agua subterránea confinada

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Huella del agua azul del consumo

Huella hídrica verde

Uso consuntivo de agua proveniente de la lluvia que no llega a formar parte de los cuerpos de agua superficiales o subterráneos

HAV= AVEVAP + AVINCORP

Mayor contribuyente. La distinción entre agua azul evaporada y agua verde evaporada puede ser

compleja y requerir el uso de modelos que tomen en consideración aspectos tales como clima, suelos,

cultivos y extracción de agua para riego.

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Huella de agua azul y huella de agua verde

Huella del agua verde del consumo

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Huella hídrica gris

Agua necesaria para diluir los contaminantes emitidos por el proceso hasta un estándar de calidad determinado

HAG= LCONT/LCRIT x R

LCRIT = R x (CMAX – CNAT)

HAG= LCONT/(CMAX – CNAT)

Carga de contaminantes emitida

Concentración máxima permitida

Concentración natural

Se calcula para todos los contaminantes, correspondiendo al mayor volumen estimado al comparar cada contaminante

Escorrentía del cuerpo de agua

Estándares de calidad

Normas ambientales

1. Estándares de emisión (D.S. 90, D.S. 46, D.S. 609)

2. Estándares de calidad

1. Primaria (salud humana)

2. Secundaria (protección o conservación del medio ambiente; preservación de la naturaleza)

D.S. 9/15 (MMA)Establece normas secundarias de calidad ambiental para la protección de las aguas continentales superficiales de la cuenca del río Biobío

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Emisión de efluentes

Producción de agua potable en el país: • 53% fuentes superficiales (DS 90)• 47% fuentes subterráneas (DS 46)

Huella del agua gris del consumo

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3521.5

5548.6

Huella hídrica de la agricultura en Chile

748.6

9508.7

m3/tonEEUU Australia India

Arroz 1,275 1,022 2,850

Trigo 849 1,588 -Soya 1,869 2,016 4,124Algodón 2,535 1,887 8,264Carne de vacuno 13,193 16,482 17,112Carne de cerdo 3,946 4,397 5,909Aves de corral 2,389 7,736 2,914Cordero 5,977 6,692 6,947

Huella hídrica referencial Huella hídrica productos (m3/ton)

Huella del sector(MM m3/año)

Azul Verde Gris Total

54,1% 37% 7,9% 100%

Huella hídrica de la agricultura en Chile

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Huella hídrica basada en impactos

1987 2010 2025

Disponibilidad de Recursos Hídricos en Chile

Disponibilidad por región (m3/persona/año)

Escorrentía media

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Huella hídrica basada en impactos

ISO 14046:2014Integración en el marco del Análisis de Ciclo de Vida

Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

Salud Humana

Ecosistemas

RRNN

Evaluación basada en el impacto de la extracción de agua y cambios en su calidad

Extraer agua en distintas áreas resulta en impactos ambientales diferentes (ej. Región de Antofagasta vs Región de Magallanes)

Diferencia con enfoque volumétrico

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Análisis de Ciclo de Vida (ACV)

Metodología de carácter interdisciplinario utilizada para evaluar los impactos ambientales de un producto, proceso o servicio a través de todo su ciclo de vida

El ACV estima los impactos ambientales potenciales de todo el sistema asociado al producto, proceso o servicio

Recursos Emisiones

Local

Regional

Nacional

Global • Cambio climático

• Destrucción de la capa de O3

• Contaminación oceánica

• Pérdida de suelos agrícolas

• Pérdida de recursos hídricos

• Contaminación del aire

• Contaminación hídrica

• Contaminación de suelos

Impactos ambientales

En ACV se estiman impactos ambientales potenciales, sin especificaciones temporales o espaciales. Sin embargo, se deben tomar en cuenta las consideraciones locales (naturales, técnicas, legales, sociales)

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Metodología del ACV según ISO 14040

Antiguamente separados en distintas normas (ISO 14040, 14041, 14042, 14043 y 14044), actualmente se guía por las normas ISO 14040 y 14044 (integran las anteriores)

Estructura de un ACV

Análisis de Inventario

Pregunta a responder

Unidad funcional

Límites del sistema

Reglas de asignación

Precisión requerida

Definición de objetivos y alcance

Materia prima Insumos Energía

Producción

Distribución

Utilización

Disposición final

Reciclaje/reutilización Valorización

Entradas (recursos)

Salidas (emisiones)

Evaluación de impacto ambiental

Emisión 1

Emisión 2

Emisión n

Recurso 1

Recurso 2

Recurso n

Cambio climático

Acidificación

Eutrofización

Agotamiento capa de ozono

Agotamiento no renovables

Uso de suelo

Ecosistemas

Salud humana

Recursos

Inventario Impactos (midpoint)

Daños(endpoint)

Interpretación

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• Desarrollado por Veolia (publicado el 2014)

• Evalúa el impacto asociado a la extracción del agua (estrés hídrico) y la contaminación de esta por las actividades productivas

Donde,

Indicadores de impacto ambiental: Water Impact Index (WIIX)

WSI = basado en la tasa de disponibilidad/consumo de agua en una región específica (calculado por Pfister et al. 2009)

0,01 (sin escasez) – 1,0 (alta escasez)

Estándar de calidad del agua

Indicadores de impacto ambiental: Water Impact Index (WIIX)

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Ejemplo

Una planta industrial en Canadá (WSI: 0,1) extrae 1000 m3 de agua al día desde un río. Debido a su operación, genera 800 m3 de RIL con la siguiente caracterización:

Volumen (m3) Contaminante Cp (mg/L) Cref (mg/L)

Entrada 1000

Cr6+ 0,0015 0,003

Hg 0,00001 0,00004

Pb 0,004 0,008

Salida 800

Cr6+ 0,01 0,003

Hg 0,004 0,00004

Pb 0,02 0,008

Misma cuenca

Por lo tanto:

WIIX = (E x QE x WSIE) – (S x QS x WSIS)

WIIX = [(E x QE) – (S x QS)] x WSI

Ejemplo

Cálculo de QE y QS

Volumen (m3) Contaminante Cp (mg/L) Cref (mg/L) Qp (E,S)

Entrada1000

Cr6+ 0,0015 0,003 min[1;(0,003/0,0015)] = 1

Hg 0,00001 0,00004 min[1;(0,00004/0,00001)] = 1

Pb 0,004 0,008 min[1;(0,004/0,008)] = 1

QE (min Qp) 1

Salida800

Cr6+ 0,01 0,003 min[1;(0,003/0,01)] = 0,3

Hg 0,004 0,00004 min[1;(0,00004/0,004)] = 0,01

Pb 0,02 0,008 min[1;(0,004/0,02)] = 0,4

QS (min Qp) 0,01

Finalmente:

WIIX = [(E x QE) – (S x QS)] x WSI

WIIX = [(1000m3 x 1) – (800m3 x 0,01)] x 0,1

WIIX = 99,2 m3eq

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