ACV (Segunda Versión)

ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA (ACV)

C. Garzón, K. Klemm, V. Lozano, S. Castañeda, L. VillagránUniversidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá D.C.

Facultad de Ingeniería – Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

2 de octubre del 2015

1. Introducción

El análisis del ciclo de vida surge por la preocupación de los problemas ambientales derivados de la producción industrial que se han manifestado por parte de los diferentes gobiernos (Orrego, 2012). Está metodología busca evaluar productos y servicios analizando los aspectos e impactos potenciales que se pueden dar a corto, mediano y largo plazo. También se puede entender como lo define la Norma ISO 14040; “es una técnica que permite determinar los aspectos ambientales e impactos potenciales asociados a un producto, compilando un inventario de las entradas y salidas relevantes del sistema, evaluando los impactos ambientales asociados a esas entradas y salidas, e interpretando los resultados de las fases de inventario en relación con los objetivos del estudio”.

Una vez implementado el análisis de ciclo de vida a raíz de la crisis energética en la década del 70, según Postlethwaite (1996), se observó que proporciona un modelo simplificado de un sistema de producción donde por medio de balances de materia y de energía simples se lograron identificar oportunidades de ahorro de energía (UPC). Lo que permitió que se implementara el ACV como una herramienta que permitiera optimizar el consumo de recursos y a su vez minimizar el impacto ambiental haciendo que fuera adoptado tanto para recursos como para productos. El ACV permite el desarrollo de criterios y procedimientos objetivos para estudiar la viabilidad del uso de un producto puesto que permite la evaluación de materias primas, procesos de transformación, costos, servicios, impactos y uso del producto o servicio.

El procedimiento o metodología general para establecer un análisis de ciclo de vida consta de cuatro pasos principales: la definición de objetivos, el análisis de inventario, el análisis de impacto y la interpretación o análisis de mejoras. Cada uno de estos procedimientos está respaldado con normas que establecen un procedimiento general que se debe llevar a cabo para la implementación de cada uno.

2. Etapas de Existencia de los Productos

Para determinar las diferentes variables que se van a tener en cuenta durante el análisis, es importante identificar las diferentes etapas por las que atraviesa un producto y de esta forma conocer que influye en el impacto generado por cada una de estas etapas.

La vida de un producto comienza en el diseño y desarrollo del producto y finaliza en su disposición como residuo o su reutilización describiendo de manera general las siguientes etapas:

Taller 1 - 2015-II ACV 1

Adquisición de Materias Primas: En esta etapa se debe tener en cuenta todas las actividades necesarias para la extracción de las materias primas y las oportunidades de energía del medio ambiente donde se incluye también el transporte previo a la llegada a las producción.

Proceso y Fabricación: Contiene todas las actividades necesarias para convertir las materias primas y energía en el producto deseado. En lo práctico, esta etapa se compone de una serie de sub-etapas con productos intermedios que se forman durante el proceso. En esta etapa es crucial la cuantificación de la inversión de energía.

Distribución y Transporte: Tiene en cuenta el traslado del producto final al cliente y el mecanismo empleado para este fin.

Uso, Reutilización y Mantenimiento: Utilización del producto acabado a lo largo de la vida útil estimada por el fabricante, donde se debe aclarar que los casos específicos de reutilización y mantenimiento se deben tratar de diferentes formas escogiendo criterios que describan los diferentes impactos que esto puede llegar a tener.

Reciclaje: Etapa que comienza cuando el producto que ha servido para lo que fue diseñado llega a la vida útil estimada por el fabricante o cuando ya no realiza las funciones para las que fue creado. En este punto se puede tener que entre en un ciclo de reciclaje cerrado, donde su recolección terminara de alguna forma dentro del mismo proceso del que fue obtenido; o un ciclo abierto donde el producto recolectado pasa a ser parte de otro nuevo sistema.

Gestión de Residuos: Comienza cuando ya no se puede sacar ningún provecho del producto y este debe volver al medio ambiente como residuo. En esta etapa es importante considerar en algunos casos las piezas o partes de continuo cambio que se deben desechar como residuo de un producto.

Fig. 1. Ciclo de vida de un producto. Adaptado de (UPC)


Fabricación

Distribución

Uso y Mantenimiento

Gestión de Residuos

Extracción de Materias Primas

3. Implementación.

El ACV es ampliamente utilizado gracias a su desarrollo sistemático de análisis de impacto ambiental de un objeto de estudio, donde se obtienen criterios de decisión adecuados para varias aplicaciones en el contexto manejado en el estudio, cuando se hacen comparaciones del objeto de estudio y objetos homólogos o similares, o cuando se quiere saber si la implementación del objeto de estudio es óptima en las condiciones del análisis. Gracias a este eje central de desarrollo sistemático y su fácil obtención de resultados concluyentes, es que hay ACV de ejes temáticos tan diversos, cubriendo temas desde productos listos para uso, subproductos de otros procesos de producción, servicios e incluso procesos.

3.1. Normativa

Las normas ISO 14040:2006, ISO 14044:2006 son las que, actualmente, explican y detallan los requisitos para llevar a cabo un ACV.

La ISO define un análisis de ciclo de vida como “la recopilación y evaluación de las entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a través de su ciclo de vida.”[1].

La ISO, por sus siglas en inglés International Organization for Standardization, es el encargado de promover el desarrollo de la estandarización con la finalidad de facilitar el intercambio de información, y para promover la cooperación en el ámbito de lo intelectual, científico, tecnológico y económico. Este organismo cuenta con las dos normas antes mencionadas, que se aplican a los análisis de ciclo de vida de un producto1, siendo este, manufacturado o consumido en el caso de los servicios.

Ambas normas son origen de la revisión y corrección técnica de las normas 14041:1998, 14042:2000 y 14043:2000 por lo cual, las anulan y reemplazan.

La norma NTC-ISO 14040 (traducción al español y aplicación de la norma en Colombia) hace una descripción general de lo que es un análisis de ciclo de vida y el por qué de su uso, realizando una introducción a la importancia de cada una de las fases que lo componen: definición del objetivo y del alcance, análisis del inventario del ciclo de vida (ICV), evaluación del impacto del ciclo de vida (EICV), y la interpretación del ciclo de vida. También incluye la estrategia necesaria para hacer la definición de objetivo y alcance.

La norma NTC-ISO 14040 proporciona un contexto general de lo que es un análisis de ciclo de vida y conduce a la norma NTC ISO 14044, la cual proporciona los requisitos para la aplicación de un ACV y los pasos a tener en cuenta en cada una de sus fases, así como al forma de presentación de los resultados y conclusiones. Incluye, además, algo de la diferenciación en el análisis cuando éste se va a hacer sobre un proceso.

3.2 Fases del análisis

Los pasos o fases del ACV son los cuatro siguientes:


a. Definición del objetivo y el alcance: Lo que se busca en esta primera parte es lograr encausar el ACV hacia una meta debido a que, ya que se puede aplicar desde la obtención de las materias primas hasta el reciclaje o disposición final de un producto o servicio, se pueden evaluar un gran número de variables. Esto se hace definiendo una unidad funcional para la descripción del inventario, los límites del sistema a evaluar, las suposiciones acerca del sistema, los criterios cuantitativos o cualitativos de las categorías de impacto que van a ser evaluados, además de la forma en la que se hará la evaluación de las categorías escogidas.

b. Análisis de uso de recursos o inventario: Esta segunda parte aporta un registro del flujo de materiales o recursos (físicos y energéticos) que intervienen en cada fase del ciclo de vida del objeto de estudio. Esta fase se explicará mejor en la sección 3.3.

c. Análisis de impacto: Para esta tercera parte se hace una asignación de categoría de impacto ambiental para cada ítem del flujo de materiales o recursos, con el fin de caracterizar la contribución de cada uno de ellos en cada categoría de impacto. Luego de hacer un tratamiento adecuado de los datos, se obtienen una infinidad de resultados por lo que generalmente se debe realizar una eliminación de los factores irrelevantes que no estén aportando información relacionada con el objetivo planteado en la primera fase. Esta fase se explicará con más detalle en la sección 3.4.

d. Interpretación: La última fase se caracteriza por tener los análisis de los resultados obtenidos en las dos fases anteriores, teniendo en cuenta los objetivos y límites planteados en la primera fase. Esta fase es recursiva con las otras, pues con la interpretación se conoce mejor el objeto de estudio y con ello se pueden redefinir las variables de los otros tres apartados para mejorar los resultados obtenidos. Esta fase cuenta con la intervención de una amplia cantidad de software, además de algunas bases de datos que permiten analizar detalladamente los diferentes datos obteniendo mejores resultados del análisis. (Véase Fig 3.1)

Fig. 2. Diagrama del desarrollo sistemático y reiterativo del ACV.


El procedimiento general del ACV anteriormente mencionado puede aplicarse a otros ámbitos más allá del meramente ambiental, teniendo como usos frecuentes el análisis energético y de costos; donde al cambiar el objetivo general del análisis (evidenciar otros aspectos del objeto de estudio), cambian las fases intermedias del proceso (Uso de recursos y Análisis de impacto), pues el flujo de recursos tendrá otra finalidad y el impacto se verá caracterizado en otras categorías diferentes a las ambientales. Estos análisis son complementarios al ACV y suelen aportar más pautas o argumentos de decisión a los que aporta el ACV solo. (Cabeza, Rincón, Vilariño, Pérez, & Castell, 2013) (Peng, Lu, & Yang,2012) (Buitrago Tello, 2014) (Bartolozzi, Rizzi, & Frey, 2013)

3.3. Análisis de inventario de ciclo de vida.

El análisis de inventario es la fase del análisis del ciclo de vida donde se recopila información (datos y procesos de cálculo) sobre todos los aspectos que intervienen en el sistema. Estos pueden clasificarse de la siguiente manera:

Entradas: Recursos (físicos y energéticos) y materias primas. Sujeto de estudio: Productos, subproductos, residuos. Salidas: Emisiones contaminantes.

Los datos recolectados necesitan ser verificados, normalizados (para comparación por unidad funcional) y una reasignación de datos recopilados en el proceso iterativo de la interpretación de resultados. (Buitrago Tello, 2014)

Existen 3 formas comunes de hacer la recopilación de datos: mediante bases de datos, mediante datos experimentales característicos del caso de estudio y simulaciones de procesos. El manejo de las bases de datos debe hacerse con respecto al objetivo planteado, pues la información que se maneja en las diversas bases de datos difiere significativamente de una a otra. Hay bases de datos inmersas en los programas utilizados para el análisis del impacto de ciclo de vida (siguiente sección) que sirven como datos de referencia para los estudios que se puedan efectuar.

3.4. Análisis de Impacto del Ciclo de Vida

La evaluación o análisis de impactos es la fase del análisis de ciclo de vida que comprende la determinación y cuantificación de los diferentes impactos ambientales potenciales del sistema objeto de estudio. Esta evaluación es realizada con base en bases de datos de medidas, cálculos y estimaciones de diferentes tipos del efecto ambiental causados por el sistema objeto de estudio. Luego de esto, se hace un posterior modelamiento o simulación para obtener los datos referidos a los impactos ambientales propuestos a estudiar.


Existe una gran multitud de impactos ambientales que pueden ser tanto generalizados como especializados en industrias o productos particulares con impacto ambiental particular, dentro de los impactos ambientales los más estudiados comúnmente son los concernientes a la emisión de gases de efecto invernadero, cambio climático, destrucción de la capa de ozono, cantidad de energía consumida y otros más particulares como potencial de acidificación o potencial de eutrofización (IHOBE, 2009) (Huijbregts, 1999). A continuación daremos una breve descripción de algunas categorías.

Categoría Definición Unidad de medidaCalentamiento Global

Se define como el impacto de las emisiones antropogénicas en la absorción de la radiación térmica por la atmósfera terrestre, causando un incremento en la temperatura de la superficie de la corteza terrestre.

Kg de CO2

Acidificación Puede definirse como la pérdida de la capacidad Neutralizante del suelo y del agua. Esto se produce como consecuencia del retorno a la superficie de la tierra, en forma de ácidos, de los óxidos de azufre y nitrógeno descargados a la atmósfera. “Lluvia Acida”

Kg de SO2

Eutrofización Agotamiento de nivel de oxígeno en ecosistemas acuáticos por la acumulación de material orgánico que favorece el crecimiento de plantas.

Kg de NO3

Tabla 1. Algunas categorías de impacto. Adaptado a partir de (Cordero, 2009).

3.4.1. Metodologías de Medición de Emisiones

Existen distintas metodologías prediseñadas para evaluar la emisión de gases y otros impactos en un análisis de ciclo de vida; estas pueden tener diferentes enfoques dependiendo del tipo de proceso al cual le sea aplicado un ACV. De cada metodología se obtienen los valores de referencia para la evaluación de impacto ambiental. En general “Los valores de referencia de los gases de efecto invernadero (GEI) se basan generalmente en el PCG publicados por el IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change)” (BuitragoTello, 2014); por lo cual vamos a describir los aspectos generales de esta metodología y algunas otras frecuentemente usadas.

Metodología IPCC: Esta metodología se enfoca principalmente en la emisión de gases de efecto invernadero y sus consecuencias en el calentamiento global. Maneja distintas


bases de datos de factores para caracterizar procesos y sustancias emitidas; y es ampliamente utilizada en la toma de decisiones ambientales (IPCC).

Metodología ReCiPe: Esta metodología funciona de manera similar pero integra muchas más categorías de impacto ambiental como son: destrucción capa ozono, toxicidad humana, smog fotoquímico y formación de material particulado entre otros.

Metodología libre: Esta metodología se utiliza en los casos en los que se necesitan cuantificar ciertos impactos que no van de la mano de ninguna metodología propuesta.

La metodología generalmente comprende la caracterización y análisis, donde, de acuerdo a la metodología seleccionada, se caracterizan las variables dentro de las categorías definidas; en este punto es muy común usar bases de datos que pueden contener caracterizaciones de factores de emisión para procesos completos o para sustancias individuales con el fin de normalizar los datos. Una de las principales fuentes de información son guías globales como SETAC desarrolladas con el propósito de incrementar la credibilidad de los datos existentes (Bruce Vigon, 2011). Luego se realiza la evaluación del impacto ambiental.

3.4.2. Software para ACV

Son softwares de simulación diseñados para realizar un ACV a partir de bases de datos para caracterización y metodologías. Existen muchos sistemas de simulación especializados para ciertos tipos de industrias (Cabeza, Rincón, Vilariño, Pérez, & Castell, 2013), pero entre los más importantes y de aplicación general podemos nombrar a:

Simapro y GaBi: son dos softwares que permiten hacer análisis de ciclo de vida en todo tipo de procesos y cuentan con licenciamiento de pago.

OpenLCA: Esta es una alternativa de versión libre para el análisis de ciclo de vida que nos permite intercambiar entre distintos formatos de datos.

4. Aplicaciones

Ya que el ACV es tan versátil en cuanto a su forma de aplicación, se van a mostrar diferentes ejemplos de su implementación en tópicos tan diversos que cubren temáticas desde aditivos alimenticios, construcciones, energías renovables, vehículos, combustibles y políticas públicas hasta el tratamiento de desechos. Se hará una clasificación empírica de cada ejemplo en 4 tipos según su objeto de estudio. Estos tipos son: Productos, materias primas de otros procesos o productos, procesos en general y servicios. Mencionaremos solamente algunos ejemplos para los tipos “Productos” y “Materias primas”.

4.1. Productos.


Combustibles: Buitrago Tello, en su tesis de grado, hizo un ACV comparativo (utilizando el software OpenLCA) para medir el impacto ambiental de los combustibles fósiles versus los biocombustibles (gasolina, diésel, biodiesel, bioetanol y etanol carburante) en Colombia. También comparó los procesos de producción de biocombustibles en Colombia con otros procesos de producción en el mundo. Como unidad funcional utilizó km recorrido por un vehículo Renault Logan y kg de biocombustible producido, respectivamente. Como inventario utilizó la base de datos Ecoinvent v2.2, el inventario presentado por el consorcio CUE y otras bases de datos. Como metodologías de estudio utilizó el IPCC 2007 y el método de Demanda de Energía Acumulada (DEnA) para la cuantificación de emisiones gases de efecto invernadero (GEI) y el consumo energético de los procesos de producción. Los resultados obtenidos fueron que el sistema de producción actual de bioetanol presenta una reducción en las emisiones de GEI del 79% en comparación con la gasolina, mientras que se presenta una reducción en la Demanda de Energía no Renovable del 87%. También se obtuvo que la producción actual de biodiesel presenta una reducción del 82% en las emisiones de GEI en comparación al diésel fósil y una reducción en la Demanda de Energía no Renovable del 35%. (BuitragoTello, 2014)

Vehículos impulsados por fuentes alternativas: Bartolozzi et al. hicieron un análisis de la sostenibilidad ambiental del hidrógeno como combustible, dependiendo de 4 cadenas de producción del mismo (electrólisis con energía eólica, electrólisis con energía por gasificación de biomasa, producción directa por gasificación de biomasa y electrólisis con energía común). Compararon los resultados con el uso de vehículos eléctricos con 3 tipos de energía producida (energía eólica, energía por gasificación de biomasa y energía común). La unidad funcional fue 200km recorridos por vehículo. Utilizaron como inventario datos experimentales, simulación de procesos y la base de datos EcoInvent. El análisis de impacto lo hicieron con el método CML2000 que cuantifica 10 categorías de impacto en toxicidad en diversos sistemas, contaminación y calentamiento global. Los resultados demostraron que la producción de hidrógeno o electricidad por energías renovables tiene mejor desempeño que con el uso de electricidad común. También mostraron que el uso de vehículos eléctricos tiene menor impacto ambiental que con el uso de vehículos con hidrógeno, ya que el ciclo de vida del hidrógeno no tiene buen desempeño en su proceso de producción. Concluyeron también que la limitación que se haga de las etapas del ciclo de vida en cada caso afecta en gran medida los resultados obtenidos y su posterior análisis comparativo. (Bartolozzi,Rizzi, & Frey, 2013)

4.2. Materias primas.

Material aislante para edificios: Asdrubali et al. efectuaron un ACV de un material aislante para edificios hecho a base de cartón reciclado (y varias conformaciones del


mismo en paneles) y realizaron comparaciones en el ACV de otros materiales comunes de aislamiento de edificios. Utilizaron como unidad funcional kg de aislante que tiene una resistencia térmica equivalente a 1m2 K /W y delimitaron su estudio al proceso de producción por falta de datos de la etapa de uso. Su inventario fueron 3 bases de datos: las bases de datos internas de SimaPro, EcoInvent y las bases de datos de FEFCO (Federación de productores de cartón corrugado). Los métodos de evaluación fueron Eco-indicator 99, DEnA e IPCC. Los resultados que obtuvieron fue que la mayor contribución al impacto del aislante está en la fase de transporte (por uso de combustibles fósiles) y el uso de la tierra (como base de producción). También concluyeron que los paneles de aislante estudiados tienen mejor desempeño que los materiales normales pero por muy poco pero que esta diferencia puede ampliarse si se consideraran las últimas etapas del ciclo de vida de los paneles (pues implican menos riesgos y contaminación).

Materiales: Mancini et al. hicieron el ACV para una amplia gama de materiales y su proceso de extracción con el fin de visualizar su impacto ambiental y poder hacer una evaluación sobre las políticas aplicadas a estos procesos, haciendo una comparación con otro proceso de evaluación para materias primas. Para el inventario se utilizó el Sistema Internacional de Referencia de Información de Ciclos de Vida (SIRICV). Utilizaron como métodos de análisis de impacto el EPS, ReCiPe y CML. Los autores concluyeron que el ACV es útil porque da resultados en perspectivas integrales en cuanto a lo social, factores de decisión importantes, aunque el análisis fue muy robusto dado el inventario tenido en cuenta. Con respecto al estudio, dijeron que los resultados del ACV son importantes para tomar en cuenta en la formulación posterior de políticas de incentivos o restricciones con respecto al proceso de extracción de material que tengan en cuenta el impacto ambiental de los mismos.

Conclusiones

La herramienta de Análisis de Ciclo de Vida es muy útil cuando se requiere conocer el impacto ambiental de algún caso de estudio, pues tiene en cuenta todas las etapas de la vida útil del objeto de estudio e incluso su disposición final.

El Análisis de Ciclo de Vida es importante pues nos da mucha información que aporta a los criterios de decisión en el caso de estudio a vislumbrar, pues nos ayuda a tener en cuenta el aspecto del impacto ambiental e incluso en el aspecto energético o de costos.

Esta herramienta es una manera simple de hacer comparaciones con respecto a una unidad funcional aplicable a los casos de estudio y donde es fácil evidenciar los aspectos positivos y negativos de un proceso en el aspecto ambiental.

Referencias


Abarca, C. D., Cohen, C., Pacheco, É. B., Maia, J. L., Muylaert, M. S., & Vieira., M. C. (s.f.). Asociación Brasileña de Ingnieria de Producción. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de http://www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP1997_T6507.PDF

Bartolozzi, I., Rizzi, F., & Frey, M. (2013). Comparison between hydrogen and electric vehicles by life cycle assessment: A case study in Tscany, Italy. Applied Energy, 103 - 111.

Bruce Vigon, M. A. (2011). Setac. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de https://c.ymcdn.com/sites/www.setac.org/resource/resmgr/publications_and_resources/global-guidance-principles-u.pdf

Buitrago Tello, R. (2014). Evaluación de los efectos ambientales de la gasolina, diesel, biodiesel y etanol carburante en Colombia por medio del análisis de ciclo de vida. Tesis de maestría. Bogotá D.C.: Universidad Nacional de Colombia.

Cabeza, F., Rincón, L., Vilariño, V., Pérez, G., & Castell, A. (2013). Life cycle assessment (LCA) and life cycle energy analysis (LCEA) of buildings and the building sector: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 394 - 416.

Cordero, D. G. (Marzo de 2009). DESARROLLO Y APLICACIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE IMPACTO AMBIENTAL DE RUIDO Y DE USO DE SUELO EN LA METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA.

Huijbregts, M. (Diciembre de 1999). Life-cycle impact assessment. Amsterdam.

IHOBE. (Noviembre de 2009). IHOBE S.A. Sociedad Pública de Gestión Ambiental. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de http://www.euresp-plus.net/sites/default/files/resource/Análisis%20de%20Ciclo%20de%20Vida%20y%20Huella%20de%20Carbono.pdf

IPCC, I. P. (s.f.). MARCO DE DECISIÓN PARA LOS INFORMES ESPECIALES, LOS INFORMES METODOLÓGICOS Y LOS DOCUMENTOS TÉCNICO. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de http://www.ipcc.ch/pdf/ipcc-principles/ipcc_principles_spanish/ipcc_decision_framework_es.pdf

Orrego, A. S. (2012). Biblioteca Digital Universidad Nacional de Colombia. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de http://www.bdigital.unal.edu.co/8875/1/905079.2012.pdf

Peng, J., Lu, L., & Yang, H. (2012). Review of life cycle assessments of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 255 - 274.

Tello, R. B. (2014). EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS AMBIENTALES DE LA GASOLINA, DIESEL, BIODIESEL Y ETANOL CARBURANTE EN COLOMBIA POR MEDIO DEL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA.

UPC, E. (s.f.). Universidad Politecnica de Cataluña. Recuperado el 1 de Octubre de 2015, de http://ocw.camins.upc.edu/materials_guia/250504/2014/Analisis%20del%20Ciclo%20de%20Vida.pdf;jsessionid=65AB4038DDB79D24DDD5452EDF62C908

Normas NTC-ISO 14040 (2007) y 14044 (2007). Revisadas de la base de datos de la Universidad, sección ICONTEC.


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