Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable Comisión...

Foro Innovación Post-Crisis

Dr. Ing. Pablo MartínezIEDS-CNEA

Instituto de Energía y Desarrollo SustentableComisión Nacional de Energía Atómica

1-3 diciembre 2009, Buenos Aires. Argentina

Investigación en el IEDS-CNEAEnergía y Análisis de Ciclo de Vida

Introducción

Análisis de Ciclo de VidaCategorías de ImpactoReseña HistóricaMetodología ISO

ACV de la generación de Electricidad

Caso de Aplicación: Generación de Núcleo-ElectricidadCiclo del Combustible Nuclear en Argentina

Usos y beneficios

Conclusiones


Outline:


Introducción:

Disminución de hielos en el Ártico

Glaciar Upsala

Cambio Climático

Emisiones Mundiales de GEI, 2004

CH4 14%

F-Gases (HFCs, PFCs,SF6) 1%N2O (Ox. Nitroso) 8%

CO2 Other 3%

CO2 Deforestation 17%

CO2 Fossil Fuel 57%


Sociedad Economía

Ambiente

Viable

Equitativo

Vivible

Sustentable

Introducción: Desarrollo Sustentable

Visión sistémica y multidisciplinaria

La Caba, San Isidro, Argentina World Press Photo of the Year 2008.

Prov. Del Chaco, Argentina Nov. 2009


Visión sistémica y multidisciplinaria

Química Verde

Cero Residuo y Reciclaje

Ciclos de Producción Cerrada

Eficiencia Energética

Energías Renovables

Análisis de Ciclo de Vida, Cradle to Grave Design

Desarrollo de Economías Regionales

Introducción




Usos y beneficios

Conclusiones


Outline:

Ciclo de Vida: etapas de procesamiento de un material desde que se lo extrae de la naturaleza hasta que regresa al ambiente como desecho.

Categorías de Impacto Ambiental: Calentamiento Global, Acidificación, Eutrofización, Formación de Oxidantes Fotoquímicos (smog), Uso del Suelo, Consumo de Recursos no Renovables, Impacto de Radiaciones Ionizantes, etc.

Análisis de Ciclo de Vida

Análisis de Ciclo de Vida: herramienta para cuantificar el impacto ambiental potencial de un producto, proceso o actividad a lo largo de su ciclo de vida, contabilizándose el uso de recursos (entradas) y las emisiones al medioambiente (salidas) asociados con el sistema bajo estudio.

Impacto Ambiental Potencial: “efecto potencial” sobre el ambiente de la descarga de un determinado contaminante, este efecto se clasifica en categorías de impacto.


Materiaprima

Materiaprima

UsoUso Fin de vida útilFin de vida útilProducción y distribuciónProducción y distribución

Emisiones al aire, agua y suelo

Consumo de materias primas y energía

Reuso/RecicloReuso/Reciclo

Balances de Masa y Energía


Crisis Energética, 1970 Coca-Cola: botellas de vidrio vs. botella plástica. Requerimientos de materia prima y residuos generados.

Década de 1990Análisis de Impacto Ambiental: traducción de las emisiones de contaminantes en impactos sobre el medio ambiente. Gineé y Heijungs, 1992.

ISO: Estandarización del Análisis de Ciclo de Vida.

EU: Integrated Pollution Prevention Control.

2000-Actualidad United Nations Environmental Programme: UNEP

EPA + Industria = cuantificación de consumo de recursos y descargas al medio ambiente. Análisis de Inventario.

EU: Directiva de envases de alimentos, manufactura con monitoreo de consumo energético y de descarga de residuos.

1975-1985

Impa

cto R

adiac

iones

Ioniz

antes


Toxic

idad H

umana

Deterioro capa ozono

EcotoxicidadConsumo de Recursos“Smog” fotoquímicoEutrofización

Acidificación

Cambio climático

Categorías de Impacto Ambiental

Ruido

Olor (aire y agua)

Accidentes

Waste Heat

Consumo Rec. Bióticos

Desertificación

Solid Radioactive Wastes


Definición de los límites del sistema y de la unidad funcional

Cuantificación de las emisiones (BM) y consumo energético (BE)

Transformación a impacto ambiental: Factor de Caracterización x masak = Ind. Imp. Amb.

Metodología (serie ISO 14000)


∑∑ ×s i

si,i mGWPPara cada una de las etapas consideradas

gr de CO2 eq. totales

Metodología: ejemplo de cálculo


Se derivan de modelos de caracterización fisicoquímicos que establecen la relación entre la descarga de un determinado contaminante y su potencial efecto en una categoría de impacto ambiental.

Ejemplo: GWP, Global Warming Potential:

Relación entre la capacidad de absorción de IR de un compuesto y el CO2

Factores de Caracterización

De donde se obtienen?

Modelado Fisicoquímico de los efectos potenciales sobre la salud humana y el medio ambiente.

∫

∫=

Y0 CO2,tCO2

Y0 t gk,k

dtCai

dtCgaiG kWP

Metodología: Evaluación del Impacto Ambiental


Factores de Emisión, Kg. de k/Kg. producto

Análisis del Proceso (Bce. de Masa y Energía)

Análisis económico (gastos de electricidad, agua y gas)

Datos experimentales y procesamiento estadístico

mk: masa del contaminante k

De dónde se obtiene?

INFORMACION

Datos Experimentales

MODELADO

Metodología: Análisis de Inventario

Introducción




Usos y beneficios

Conclusiones

Outline:


ACV Generación de Electricidad

Generación de Electricidad en ArgentinaMATRIZ DE ENERGÍA ELÉCTRICA ARGENTINA

- AÑO 2007 -

Ciclo Combinado Gas25%

Hidro29%

Nuclear7%

Solar0%

Turbogas8%

Turbovapor17%

Hidráulica de Bombeo1%

Diesel0%

Eólico0%

Ciclo Combinado Vapor13%

Fuente: Secretaría de Energía

26 MW Cdro. Rivadavia


Introducción




Usos y beneficios

Conclusiones

Outline:

Fuente:"Greenhouse gas emissions of electricity generation chains-assessing the difference", IAEA Bulletin 42, 2000.

Emisiones de Gases de Efecto Invernadero

ACV Generación de Electricidad

ACV generación de Núcleo-Electricidad

Conversión a UO2

Fabricación Barras

Combustibles

Minning &Milling

Enriquecimiento CentralNuclear

Disposición Final de

Residuos

Reprocesamiento

Almacenamiento Intermedio

Manejo combustible

gastado

Fabricación Agua Pesada

Ciclo del Combustible Nuclear

M,Q: materiales, energía

E: emisiones


Acero, Hierro, Cableado, concreto

Etc.

CentralNuclear


Residuos

Reprocesamiento


Manejo combustible

gastado

Desmantelamiento

Conversión a UO2

Cerrado y Recuperación Desmantelamiento

Gestión post vida útil

Ciclo del Combustible Nuclear: Atucha I

Central Nuclear Atucha I

Reactor, PHWR (Siemens)

Combustible: ULE

Moderador y refrigerante: Agua Pesada

Actual

M,Q: materiales, energía E: emisiones (aire, agua, suelo) Transporte

Fabricación Combustible Operación

Disposición de

Residuos

M,Q M,Q

M,Q Agua Pesada

E E

E

UN

ULE

Ciclo del Combustible Nuclear: Embalse

Central Nuclear Embalse

Reactor, PHWR (CANDU)

Combustible: UN

Moderador y refrigerante: Agua Pesada

Actual

M,Q: materiales, energía E: emisiones (aire, agua, suelo) Transporte

Fabricación Combustible Operación

Disposición de

Residuos

M,Q M,Q

E E

M,Q Agua Pesada

E

UN

Ciclo del Combustible Nuclear: transporte

Centro AtómicoCentral Nuclear: Atucha I, EmbalsePlanta de Conversión de UO2Ex Complejo Minero/FabrilComplejo Minero/Fabril

Fabricación Combustible Nuclear CONUAR-FAE

Fabricación Agua Pesada.

ENSI

Planta Conversión a UO2.

DIOXITEK

Transporte Agua PesadaTransporte Mineral UranioTransporte UO2

Transporte de Combustible Nuclear

Planta de Enriquecimiento. Pilcaniyeu

Distancias (Km)

Salta-Cba.: 900, Malargüe-Cba: 875, Cba.-Bs. As.:710, Bs.As.-Lima: 100, Bs. As-Embalse: 700, Neuquén-Bs.As.:1100. Neuquén-Embalse: 900

Ciclo del Combustible Nuclear: emisiones de GHG

Directa: combustible fósil Movimiento de distintos materiales Transporte

Indirecta: transporte de materiales y confinamiento

Confinamiento, aislamiento y disp. final

Constr.ydesmantelamiento

Indirecta: producción de acero y concretoConfinamiento y aislamientoDisposición residuos

Directa: producción de NH3 y vapor de agua (consumo de GN)

Intercambio isotópico monotérmicoNH3/H2.

Agua Pesada

Indirecta: consumo de electricidadRecuperación Isótopos FisionablesReprocesamiento

Indirecta: consumo de electricidad (bombeo agua, vapor, condensados)

Generación ElectricidadOperación

Indirecta: consumo de electricidad.Pellets UO2. ZircalloyFabricación combustible

Indirecta: consumo de electricidad. Producción de qcos. Accesorios (HF)

Difusión gaseosa, CentrifugaEnriquecimiento

Directa: combustible fósil para producción de vapor . Indirecta: electricidad.

U3O8 a UO2Conversión

Directa: descomposición Carb. (desp.*)Indirecta: combustible fósil para movimiento de material.

Cielo abierto, subterránea, in situ leaching

Minería y procesamiento (prospección)

Emisiones GHGProcesosEtapa

* Andseta S, Thompson, M, Jarrell J. and Pendergast, D. 1998.

Introducción




Usos y beneficios

Conclusiones

Outline:


Usos y beneficios de un Análisis de Ciclo de Vida

Facilita y ordena el trabajo en Medioambiente

Genera conocimiento propio sobre la cadena de suministros (no solo ambiental si no también de procesos y operaciones)

Identificación de “puntos calientes” en la cadena de suministros

Genera un pensamiento sistémico en todos los sectores involucrados

Genera oportunidades de mejora de los “puntos calientes” identificados y permite su seguimiento

Facilita los procesos de certificación y el cálculo de indicadores

Asegura los beneficios ambientales considerando los aspectossociales y económicos

Introducción




Usos y beneficios

Conclusiones


Outline:

Oportunidad de desarrollo de estudios nacionales (números propios).

Conclusiones y Trabajo Futuro

Identificación de necesidades de datos a medir y valoración de datos disponibles.

Oportunidad de mejoramiento de eficiencias energéticas en todos los procesos.

Oportunidad de desarrollo de metodología de cuantificación de categorías de impacto ambiental no consensuadas (Waste Heat, Emisiones Sólidos Radioactivos)

El ACV es exitoso cuando existe flujo de información y compromiso de las partes involucradas.

El proyecto está en fase de articulación con las entidades nucleares.

Extensión a todas las formas de generación de electricidad.

Conversión a UO2

Fabricación Barras

Combustibles

Minning &Milling

Enriquecimiento CentralNuclear


Residuos

Reprocesamiento

Fabricación Agua Pesada


Manejo combustible

gastado


Muchas gracias...Muchas gracias...

Instituto de EnergInstituto de Energíía y Desarrollo Sustentablea y Desarrollo SustentableComisiComisióón Nacional de Energn Nacional de Energíía Ata Atóómicamica

Dr. Pablo MartDr. Pablo Martííneznez

(54(54--11) 470411) 4704--14891489

[email protected]@cnea.gov.ar

www.cab.cnea.gov.arwww.cab.cnea.gov.ar//iedsieds//

Ciclo del Combustible Nuclear Argentina: emisiones de RI

*Fuente: JOINT CONVENTION ON THE SAFETY OF SPENT FUEL MANAGEMENT AND ON THE SAFETY OF RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT, Argentina 2003.

153.5013------H-3

0.1193------C-14

1.0918E-06------Mat. Part.

---------Tr

3.4151E-06------I-131

16.8970------G. Nobles

---3.8787E-08---U-238

---1.5971E-10---U-235

---3.8787E-08---U-234

---3.8787E-08---Th-234

------9.2747Ra2-26

GeneraciónFabricació

nExtracció

nIsótopo

Radiación GBq/GWh

Descargas Gaseosas

Desde puesta en marcha hasta 2002

Airborne effluents

Ciclo del Combustible Nuclear Argentina: emisiones de RI

*Fuente: JOINT CONVENTION ON THE SAFETY OF SPENT FUEL MANAGEMENT AND ON THE SAFETY OF RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT, Argentina 2003.

Descargas Líquidas

155.5540------H-3

---1.9394E-05---U-238

---1.5971E-07---U-235

---1.9394E-05---U-234

---1.9394E-05---Th-234

GeneraciónFabricació

nExtracció

nIsótopo

Radiación GBq/GWh

Descargas Sólidas

0.00067Actínidos

0.28295Cs-137

0.11045Co-60

GeneraciónIsótopo

Radiación GBq/GWh

Desde puesta en marcha hasta 2002

Sólidos acondicionados, Sólidos no acondicionados, Resinas de intercambio iónico agotadas y Filtros agotados

Emisiones de GHG, revisión bibliográfica

Fuente: Fthnakis and Kim, Energy Policy 35 (2007) 2549–2557.

Difusión gaseosa

Centrifuga

La Difusión gaseosa tiene mayor consumo energético que el proceso centrifugo. Mix de electricidad utilizado

Emisiones de GHG, revisión bibliográfica

GH

G e

mis

sion

s(g

CO

2-eq

./kW

h)

Fuente: Nuclear Power -Greenhouse Gas Emissions & Risks. A Comparative Life Cycle Analysis.California Energy Commission Nuclear Issues Workshop, 2007.

Cambio climático

Cuantifica las emisiones de GEI: CO2, CH4, N2O, CFCs, HFCs

∑ ×=k

kk GWPmCC

4600CFC-11

310N2O

21CH4

1CO2

Global Warming Potential: GWPk (Kg CO2 eq/kg k)Compuesto k


Calentamiento Global

Acidificación

Cuantifica las emisiones de: SO2, NH3, NO2

∑ ×=k

kk APmAcid.

0.5NO2

1.6NH3

1SO2

Acidification Potential: APk (Kg SO2 eq/kg k)Compuesto k

Lluvia Acida


Eutrofización

Perdida de diversidad acuática

Cuantifica las emisiones de: PO42-, NO3H, Nitratos

∑ ×=k

kk EPmEutrof .

0.1Nitratos

0.1NO3H

1PO42-

Eutrophication Potential: EPk (Kg PO42- eq/kg k)Compuesto k


“Smog” fotoquímico

Smog (O3) en aire urbano

Cuantifica las emisiones de: Etileno, Alcano, HC aromáticos, Alquenos, etc.

∑ ×=k

kk POCPmidFormFotoOx

1.081, Butene

1.281,2,4-trimethylbenzene

1C2H4

POC Potential: EPk (Kg C2H4 eq/kg k)Compuesto k


Consumo de Recursos

Cuantifica las consumos de: combustible fósil, minerales, uranio, agua

i

ii R

mCR =

Medida de la disminución del recurso


Ecotoxicidad

Medida del deterioro del ecosistema receptor

Cuantifica las emisiones de: HC aromáticos, metales pesados, pesticidas etc.

∑ ×=k

erkerker EPmEcotox ,,

320Hg

132-chlorophenol

11,4-dichlorobenzene

Ecotoxicity Potential: EPk (kg 1,4-dichlorobenzene eq./ kg k)Compuesto k

Ecosistema receptor: agua dulce, agua salada, aire, suelo


Deterioro capa ozono

Disminución del O3 estratosférico

Cuantifica las emisiones de: compuestos orgánicos halogenados

∑ ×=k

kk ODPmzoneDeplO

5.1Halon 1211

0.9CFC-113

1CFC-11

Ozone Depletion Potential: ODPk (kg CFC11 eq./ kg k)Compuesto k


Toxic

idad H

umana

Efectos sobre la salud

Cuantifica las emisiones de: HC aromáticos, metales pesados, pesticidas, etc.

∑ ×=k

erkerker HTPmToxHumana ,,

60Hg

5.1penta-chlorophenol

11,4-dichlorobenzene

Human Tox. Potential: EPk (kg 1,4-dichlorobenzene eq./ kg k)

Compuesto k


ExposiciónEmisiones al aire agua y suelo

Alimentos

Impa

cto Ra

diacio

nes I

oniza

ntes

Impacto de actividades NuclearesImpacto sobre salud humana

Cuantifica las emisiones de: compuestos radioactivos, radiación (exposición directa)

∑ ×=k

erkerker IIRPaIonizantesRadmpI ,,..

2.1 x 10-8U-235

6.7 x 10-8Pu-238

1.6 x 10-8Co-60

DALYs: disability adjusted lifeYears: yr/kBq

Compuesto k


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