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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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