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La Cátedra BP de Desarrollo Sostenible planteó a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y a la Asociación y Colegio de Ingenieros del ICAI la conveniencia de escribir este libro, con una participación lo más amplia posible del profesorado, como una reflexión en profundidad sobre la contribución que cada una de las disciplinas que integran la enseñanza de la ingeniería en nuestra Escuela puede realizar en favor de un desarrollo más sostenible. La respuesta, tanto de la Asociación y Colegio como de la dirección y el profesorado de la Escuela, como simplemente se puede apreciar hojeando el libro, ha sido magnífica.

Coordinador General:

Una gran parte de las soluciones a los problemas de la falta de sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo son tecnológicas. Pero la innovación tecnológica tiene lugar de acuerdo a prioridades que se establecen de formas múltiples y complejas. El ingeniero de nuestro tiempo debe conocer las ventajas y limitaciones de las distintas tecnologías desde los diversos puntos de vista. El debate sobre las implicaciones para la sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo debe estar presente en las aulas, inmerso en las propias disciplinas que constituyen la formación del ingeniero. Este libro pretende contribuir al avance en esa dirección.

Coordinadores:

Desde el principio, pensamos que el proyecto de editar este libro tenía la virtud de otorgar el protagonismo al profesorado, como agente esencial de cambio de valores y actitudes requeridos por la Universidad y que, a pesar de su aparente modestia, la elaboración de un libro colectivo podría suponer una formidable experiencia de movilización y de reflexión sobre nuestras responsabilidades por un desarrollo sostenible. No ha sido una tarea fácil, tanto por la propia complejidad del tema como por la extensión del proyecto. El libro se ha desarrollado “de abajo arriba”, como fruto de la experiencia directa de los profesores de la Escuela en su labor docente e investigadora, abordando los temas que libremente han elegido. La participación, el esfuerzo desplegado y la colaboración del profesorado han sido sencillamente extraordinarios. El libro consta de 40 capítulos, elaborados por un total de 88 profesores de la Escuela. Recoge la situación actual y las perspectivas a medio plazo de las ciencias y tecnologías que forman parte del diseño curricular del ingeniero del ICAI en relación con el desarrollo sostenible y se configura en torno a 6 temas, a la vez representativos de la titulación y el ámbito de actividad de los ingenieros del ICAI y claves para la consecución de un desarrollo sostenible: ingeniería, energía, vivienda, transporte, tecnologías de la información y las comunicaciones y sistemas empresariales. Confío en que, entre todos, hayamos conseguido un libro de calidad, digno de la efeméride del Centenario de la Escuela y útil para impulsar el compromiso con el desarrollo sostenible, en nuestra universidad y en la sociedad en su conjunto.

Equipo de Edición: Estefanía Arbós Ribera Ignacio de Loyola Hierro Ausín Julio Montes Ponce de León José Luis Sancha Gonzalo

El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible

José Ignacio Pérez Arriaga Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible

José Luis Sancha Gonzalo

Raquel Caro Carretero Damián Laloux Dallemagne Beatriz Yolanda Moratilla Soria Antonio Arenas Alonso Ana María Santos Montes Rafael Palacios Hielscher Pedro Linares Llamas Andrés Ramos Galán

Editan:

Asociación Nacional de Ingenieros del ICAI

Patrocinan:

Colegio Nacional de Ingenieros del ICAI

José Luis Sancha Coordinador General

C O L E C C I Ó N :

A V A N C E S

D E

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I N G E N I E R Í A

Editan:


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Patrocinan:


COLECCIÓN: AVANCES DE INGENIERÍA

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Edita: © Asociación Nacional de Ingenieros del ICAI Reina, 33. 28004 Madrid www.icai.es © Universidad Pontificia Comillas Alberto Aguilera, 23. 28015 Madrid www.upcomillas.es Sólo se permite la reproducción parcial de este libro, y con la condición de que se indique de forma precisa la fuente original.

ISBN: 978-84-935950-7-4 Depósito Legal: M-3880-2009


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El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible Colección: Avances de I ngeniería

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Editan:


Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI)

Patrocinan:


Coordinador General: José Luis Sancha Gonzalo

Equipo de Edición: Estefanía Arbós Ribera – Ignacio de Loyola Hierro Ausín – Julio Montes Ponce de León – José Luis Sancha Gonzalo

Coordinadores: Raquel Caro Carretero – Damián Laloux Dallemagne – Beatriz Yolanda Moratilla Soria – Antonio Arenas Alonso – Ana María Santos Montes – Rafael Palacios Hielscher – Pedro Linares Llamas – Andrés Ramos Galán


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Índice Presentación del Presidente/Decano de la Asociación/Colegio de Ingenieros del ICAI……………… Presentación del Rector de la Universidad Pontificia Comillas… ………………………………………… Presentación de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible…………………………………………………… Génesis del libro… ………………………………………………………………………………………………… Nota del Equipo de Edición… …………………………………………………………………………………… Declaración de los Premios Javier Benjumea… ……………………………………………………………… Carta institucional de Endesa… ………………………………………………………………………………… Carta institucional de Indra… ……………………………………………………………………………………

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Tema I: Ingeniería y Desarrollo Sostenible Capítulo 1.Visión general del desarrollo sostenible

Julio Montes Ponce de León–Jesús María Latorre Canteli…

…………………………………………………

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Capítulo 2. El desarrollo sostenible en la Universidad

Damián Laloux Dallemagne–Jesús Alonso Alonso……………………………………………………………… 39

Capítulo 3. Las enseñanzas sobre sostenibilidad en los estudios de postgrado del ICAI

Luis Rouco Rodríguez–Javier García González–José Casas Marín–José Arrojo de Lamo… ……………… 45

Capítulo 4. Compromiso y aportaciones de la ingeniería a las ONG’s

Mercedes Fernández García–Juan Pablo García Nieto–Andrés González García…

………………………

51

Capítulo 5. Contribución de la física y las matemáticas al desarrollo sostenible

Estrella Alonso Pérez–Santiago Canales Cano–Santiago Cano Casanova– María Luisa Guerrero Lerma–Javier Rodrigo Hitos……………………………………………………………… 59

Capítulo 6. Hacia un nuevo paradigma económico. Economía ecológica y educación para la sostenibilidad

Raquel Caro Carretero–Susana Ortiz Marcos–Jaime de Rábago Marín …

…………………………………

65

Capítulo 7. Tecnología y sociedad. La sostenibilidad y la dimensión ético-social de la tecnología

Javier Monserrat Puchades–Christine Heller del Riego–Mª Teresa Sánchez Carazo… …………………… 73

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Tema II: Energía y Desarrollo Sostenible Capítulo 8. Energía y sostenibilidad José Ignacio Pérez Arriaga–Efraim Centeno Hernáez–Daniel Fernández Alonso– Javier Reneses Guillén … …………………………………………………………………………………………… 85

Capítulo 9. Recursos y tecnologías energéticas con combustibles sólidos Beatriz Yolanda Moratilla Soria–María del Mar Cledera Castro …………………………………………… 93

Capítulo 10. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de electricidad Julio Montes Ponce de León–María del Mar Cledera Castro–Miguel Tejero Yagüe – Aurelio García Cerrada……………………………………………………………………………………………… 101

Capítulo 11. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de calor y el transporte Julio Montes Ponce de León–María del Mar Cledera Castro–Miguel Tejero Yagüe…

……………………

113

Capítulo 12. Recursos y tecnologías energéticas con energía nuclear Luis Enrique Herranz Puebla–Germán David Pérez Pichel……………………………………………………… 121

Capítulo 13. Contribución del hidrógeno a la sostenibilidad energética José Ignacio Linares–Beatriz Yolanda Moratilla Soria… ……………………………………………………… 133

Capítulo 14. Contribución de la termodinámica a la sostenibilidad energética. Análisis exergético y cogeneración. José Ignacio Linares–Federico Ramírez Santa-Pau–María del Mar Cledera Castro………………………… 141

Capítulo 15. Ahorro y eficiencia energética Beatriz Yolanda Moratilla Soria–Julio Montes Ponce de León – Estefanía Arbós Rivera–Íñigo Sanz Fernández… ………………………………………………………………… 149

Capítulo 16. El papel de la electricidad en el futuro modelo energético Michel Rivier Abbad–José Ignacio Pérez Arriaga–Pablo García González– Tomás Gómez San Román–Laura González Ruiz de Valbuena–Carlos Mateo Domingo– Luis Olmos Camacho–Aurelio García Cerrada…………………………………………………………………… 161

Capítulo 17. Acceso universal a formas modernas de energía Andrés González García–Julio Montes Ponce León–José Ignacio Pérez Arriaga…………………………… 171

Tema III: Vivienda y Desarrollo Sostenible Capítulo 18. Sostenibilidad en la vivienda Antonio Arenas Alonso–Julio Montes Ponce de León…

………………………………………………………

183

Capítulo 19. La energía en la vivienda: ahorro y eficiencia Rafael T. Montilla Cobo–Susana Ortiz Marcos… ……………………………………………………………… 191

Capítulo 20. Sostenibilidad y ciclo integral del agua de consumo Mariano Ortega de Mues–Alexis Cantizano González–Luis Mochón Castro…

……………………………

203

Capítulo 21. Edificación y urbanismo, sistemas, métodos y tecnologías Jesús Guardiola Arnaz–Carlos García Lorente–Ángel Luis García Guerrero… …………………………… 213

Capítulo 22. Nuestros residuos, nuestra responsabilidad Agustín de la Villa Cuenca–Carmen Amador Guerra… ………………………………………………………… 227


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Tema IV: Transporte y Desarrollo Sostenible Capítulo 23. El transporte y la sostenibilidad Ignacio de Loyola Hierro Ausín–Estefanía Arbós Rivera………………………………………………………… 241

Capítulo 24. Planteamientos energéticos en el transporte Alberto García Álvarez–Eduardo Pilo de la Fuente– Antonio Fernández Cardador–Paloma Cucala García…

………………………………………………………

253

……………………………………………………………

261

Capítulo 25. Nuevos combustibles: biocarburantes Ana María Santos Montes–Beatriz Ruiz Castello…

Capítulo 26. Consideraciones ambientales del transporte. Contaminantes Julio Montes Ponce de León–Ana María Santos Montes… …………………………………………………… 269

Capítulo 27. Transporte ferroviario Antonio Fernández Cardador–Paloma Cucala García– Alberto García Álvarez–Eduardo Pilo de la Fuente… ………………………………………………………… 279

Capítulo 28. Mejoras a corto plazo de la eficiencia energética de los automóviles Ángel de Andrés Martínez–Eduardo García Sánchez…………………………………………………………… 287

Tema V. Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y Desarrollo Sostenible Capítulo 29. Las TIC y el desarrollo sostenible Rafael Palacios Hielscher–Andrés González García… ………………………………………………………… 295

Capítulo 30. Revolución informática en el mundo empresarial y eficiencia energética Luis Martínez Fuentes–Fernando Gómez González–José Luis Gahete Díaz…

………………………………

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Capítulo 31. Desarrollo del software y sostenibilidad Eugenio F. Sánchez-Úbeda–Yolanda González-Arechavala–Raquel Hijón-Neira …………………………… 311

Capítulo 32. Las comunicaciones como impulsor del desarrollo sostenible David Contreras Bárcena–Sadot Alexandres Fernández–Carlos Rodríguez-Morcillo… ………………… 319

Capítulo 33. Avances informáticos para simplificar y mejorar las gestiones administrativas Javier Jarauta Sánchez–Rafael Palacios Hielscher……………………………………………………………… 327

Capítulo 34. TIC y sostenibilidad en el ámbito de la salud Manuel Muñoz García–Romano Giannetti–Antonio Muñoz San Roque–José Villar Collado…………… 337

Tema VI. Sistemas empresariales y Desarrollo Sostenible Capítulo 35. Los sistemas empresariales y el desarrollo sostenible Pedro Linares Llamas–Andrés Ramos Galán……………………………………………………………………… 349

Capítulo 36. Responsabilidad social de la empresa Amparo Merino de Diego–Andrés Berlinches Cerezo… ………………………………………………………… 353

Capítulo 37. Herramientas para evaluar la sostenibilidad: análisis del ciclo de vida, eco-indicadores ambientales y externalidades Juan de Norverto Moríñigo–Julio Montes Ponce de León……………………………………………………… 361


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Capítulo 38. Ingeniería aplicada al diseño y al desarrollo sostenible de productos Silvia Fernández Villamarín–Mariano Jiménez Calzado–Rubén Monja Sánchez…

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Capítulo 39. La robótica y el desarrollo sostenible Álvaro Sánchez Miralles–Manuel Alvar Miró–Álvaro Arranz Domingo…………………………………… 381

Capítulo 40. La ingeniería de la decisión como herramienta para la sostenibilidad Pedro Linares Llamas–Andrés Ramos Galán–Pedro Sánchez Martín………………………………………… 389

Declaración de los Directores de la Escuela del ICAI para el libro “El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible”… ………………………………………… 397


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Presentación del Presidente/Decano de la Asociación/Colegio de Ingenieros del ICAI Preámbulo sobre Desarrollo Sostenible Hace 100 años, el término desarrollo sostenible era totalmente desconocido para la mayoría de la gente, inclusive para aquellos compañeros nuestros que adquirían los conocimientos técnicos con la idea de proyectarlos hacia la sociedad. Pero nuestros fundadores, con un ánimo y una fuerza sobrehumanos; con una idea de servicio a la sociedad; con la búsqueda de personas con perfiles que integrasen el conocimiento técnico y humano; con una ilusión sin límites por entregar a los futuros ingenieros, sin importar su origen social, los conocimientos y capacidades que permitiesen unir teoría y práctica, para mejorar la técnica en nuestra sociedad; con esa fuerza que da la seguridad de cumplir una tarea que beneficie a los demás; con esa alegría de trabajar juntos para beneficio de terceros, nos sentaron las bases de estos primeros 100 años y la ilusión de buscar lo mejor para los siguientes. El término desarrollo sostenible fue definido por primera vez con precisión en el Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo de 1987, pero si lo analizamos, como se hace de forma exhaustiva en las páginas de este libro, comprenderemos que ya nuestros fundadores y compañeros lo empleaban en su labor diaria y luchaban con ahínco por transmitirlo a la sociedad y que ese legado no podemos olvidarlo. Nosotros no entendemos la sostenibilidad como una materia técnica que haya que aplicar en el quehacer profesional, ni como un concepto que se utilice en diferentes asignaturas, ni como una nueva especialidad de la técnica, ni como una aplicación específica frente al medio ambiente. No, para nosotros, es una Actitud ante la vida y la sociedad, una responsabilidad social, una obligación que se deriva de nuestro concepto de entender la Ingeniería, un deber con nuestros fundadores y con nuestros compañeros y el deber de continuar con el espíritu del ICAI; casi diría que es una entrega permanente, si queremos que para nuestra Escuela estos 100 años sean los primeros 100 años de muchos más. Este libro en sí mismo, desde su concepción hasta su materialización, es una manifestación de este espíritu de unión. En él participan un número muy importante de los profesores de nuestra Escuela, a los que desde aquí agradezco todo su esfuerzo, y la coordinación de la obra es fruto de la colaboración de nuestra Escuela y la Universidad con nuestro Colegio/Asociación, e igualmente aprovecho estas líneas para agradecer a todas las personas que de una u otra manera lo han hecho posible. Este libro también supone un medio de transmisión a la sociedad de conocimientos para que la hagan más digna, y con ello cumplir nuestro deseo y compromiso de aportar nuestro valor a través del conocimiento para conseguir una mayor justicia social. En el Congreso Nacional de Medio de Ambiente (CONAMA 2008), celebrado recientemente en Madrid dentro del marco de la sostenibilidad, las diferentes Asociaciones de Ingenieros tuvimos el privilegio de exponer cuál es nuestro concepto sobre la materia, y no pude evitar hacer referencia de modo muy especial a esta obra que ahora presento, que con su análisis humanista, y no sólo técnico, da una visión global del concepto de desarrollo sostenible, situándolo como un valor estratégico dentro de nuestra labor de unir tecnología y progreso y difundir en la sociedad civil la idea de sostenibilidad, que debe equipararse a la justicia social. 9

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Avances de Ingeniería | El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible

Este libro, además de analizar las principales áreas de trabajo para una aplicación específica del desarrollo sostenible, estudia de una manera clara la transversalidad del concepto de sostenibilidad que hay que aplicar a cada materia de estudio y a cada puesto de trabajo. Me gustaría destacar la aportación social del concepto, tanto en el aspecto de la responsabilidad social empresarial como en los aspectos económicos y tecnológicos. La necesidad de buscar un crecimiento constante con unas exigencias éticas cara al desarrollo integral de la persona, con independencia del medio en que esté y siempre pensando en la herencia que dejemos a las generaciones futuras. No puedo acabar esta presentación sin agradecer muy especialmente a nuestros ilustres compañeros galardonados con el Premio Javier Benjumea por su aportación a esta obra, en la que no dudaron en participar cuando les solicitamos su colaboración. En su declaración, consensuada y suscrita por todos ellos, recogen la trayectoria de los ingenieros del ICAI a lo largo de estos 100 años y definen con claridad la línea de trabajo que ahora nos toca asumir en este momento de nuestra historia, que nos exige como ingenieros, y más en concreto como ingenieros del ICAI, un compromiso muy serio con el desarrollo sostenible y con todas sus implicaciones sociales, así como seguir sembrando el espíritu ICAI en las futuras generaciones de ingenieros. Miguel Ángel Agúndez Betelu Presidente/Decano

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Presentación del Rector de la Universidad Pontificia Comillas Quizá sea la búsqueda de un desarrollo sostenible el desafío mayor que tiene ante sí la humanidad para conseguir un futuro estable y justo. Las sociedades de los llamados países desarrollados se han acostumbrado a un nivel de bienestar al que no parecen estar dispuestas a renunciar por nada del mundo. Pero ese nivel de bienestar implica un nivel de consumo que, ni por ahora ni probablemente nunca, puede hacerse extensivo a todos los hombres que habitan el planeta. Incluso, al decir de los expertos, tampoco parece que el actualmente existente pueda mantenerse por mucho tiempo para la parte de la humanidad que ya lo disfruta. He aquí el problema. Nuestras sociedades no están dispuestas a retroceder en el nivel de bienestar alcanzado, mientras no es posible aumentarlo indefinidamente al ritmo en que lo hemos venido haciendo y ni siquiera parece posible mantenerlo. Pero además tampoco sería justo. Pues sólo tratar de mantenerlo tendría el precio de impedir su disfrute a la inmensa mayoría de la humanidad presente y futura, ya que supondría esquilmar gran parte de los recursos naturales que deberíamos dejar en herencia a nuestros hijos. Nuestra generación tiene la responsabilidad de dar una respuesta creativa que tenga en cuenta estas tres demandas fundamentales: por un lado, mantener un razonable nivel de bienestar; por otra parte, hacer partícipe de ese nivel de bienestar a toda la humanidad y, finalmente, conseguirlo sin agotar los recursos naturales para las generaciones futuras. Únicamente combinando imaginación, racionalidad y ética será posible lograrlo. Necesitamos imaginación porque es preciso inventar un mundo nuevo y distinto. No podemos seguir haciendo lo mismo, ni basta con que nos conformemos con seguir haciéndolo mejor. Hemos de imaginar el mundo otra vez y de otra manera. El hombre debe además aplicar la ciencia, fruto de su racionalidad, para inventar una nueva tecnología. No bastan nuevas tecnologías, es imprescindible una tecnología nueva. Porque ha de ser una tecnología que no sólo dé respuesta a los problemas técnicos sino que sea capaz de responder a las cuestiones éticas. Pues ni la imaginación ni la ciencia nos serán útiles en este empeño si ambas no se engarzan con una ética responsable del destino de toda la humanidad actual y, sobre todo, futura. En este contexto no puedo menos que saludar con satisfacción y agradecimiento la publicación del presente volumen El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible, nacido de la iniciativa y de la competencia del Colegio/Asociación de Ingenieros del ICAI y de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería del ICAI, y en concreto de su Cátedra BP de Desarrollo Sostenible. Satisfacción y agradecimiento que vienen motivados por algunos aspectos que merece la pena mencionar. En esta publicación se realiza la triple función universitaria. Una universidad ha de crear conocimiento, o sea, ha de innovar e investigar; ha de trasmitir el conocimiento a sus alumnos, primero enseñando, y más allá de sus aulas a toda la sociedad, publicando; y además ha de poner los conocimientos de que dispone al servicio de la sociedad para contribuir a su desarrollo y su mejora. Los dos elementos más relevantes que han hecho posible el nivel de consumo y, con él, el nivel de bienestar que disfrutamos son la energía y la tecnología. Ambas están en el centro de la dedicación académica del ICAI desde su origen. Con este libro el ICAI se muestra fiel a su compromiso originario con el avance de la tecnología y la investigación en los temas de energía. Merece la pena subrayar también la amplia participación del profesorado en su elaboración. No sólo por lo que supone de unir sinergias y de avanzar juntos en la misma dirección, sino por lo que revela de un proyecto docente conjuntado y coherente. No es infrecuente que cuando se detecta alguna carencia en un programa de estudios se intente llenar la laguna añadiendo al plan de estudios una asignatura más. En el caso del desarrollo sostenible, hacerlo así sería contraproducente. Porque la preocupación por el desarrollo sostenible no se colmaría añadiendo un programa más al plan de 11

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estudios sino que ha de hacerse presente transversalmente en todas y cada una de las áreas de conocimiento. Hoy día no se puede enseñar ni investigar en ingeniería sin que la preocupación por la sostenibilidad del desarrollo empape el conjunto del trabajo académico. La Universidad Pontificia Comillas pretende desde el mayor rigor académico y desde el más escrupuloso respeto a la libertad de cátedra contribuir a la misión evangelizadora de la Iglesia que la Compañía de Jesús ha concretado para sí misma formulándola como el servicio de la fe y la promoción de la justicia. En el compromiso por un desarrollo sostenible se halla implicado un compromiso por la justicia que las sociedades desarrolladas debemos a toda la humanidad actual y a las futuras generaciones. Está implicado también un compromiso por la justicia con los bienes recibidos del Creador. Este volumen ve la luz precisamente durante el curso en que celebramos el centenario de la fundación del ICAI. El ICAI, integrado desde 1978 en la Universidad Pontificia Comillas como su Escuela Técnica Superior de Ingeniería, lleva cien años contribuyendo al desarrollo de nuestro país con la formación de profesionales que se vienen distinguiendo por su competencia profesional y su compromiso social, derivados ambos de la concepción cristiana de la vida. Con este volumen el ICAI pone un hito más en su centenaria trayectoria. Para concluir quiero agradecer su iniciativa y sus desvelos a todos aquellos que han hecho posible la aparición del libro. Es imposible mencionar a todos. Me conformo con señalar a los profesores de la Escuela, a sus antiguos alumnos agrupados en la Asociación/Colegio de Ingenieros del ICAI y a José Luis Sancha, antiguo alumno y profesor, que ha coordinado el volumen. José Ramón Busto Saiz Rector

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Presentación de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible El desarrollo sostenible es un compendio de los mayores retos que enfrenta la humanidad en diversos ámbitos, y es ciertamente un tema de gran complejidad, que requiere un enfoque necesariamente interdisciplinario. Para contribuir a hacer frente a este desafío se creó la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible, dependiente de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería del ICAI de la Universidad Pontificia Comillas de Madrid, mediante Resolución de Junta de Gobierno, con fecha de 13 de diciembre de 2002. El énfasis de las actividades de la Cátedra se centra en el mundo de la energía, ya suficientemente amplio por sí mismo y con implicaciones directas en el ámbito tecnológico, económico, legal y social. La energía guarda estrecha relación con la pobreza y el desarrollo de los pueblos, con los patrones de consumo y las desigualdades en la distribución de riqueza, con el impacto ambiental de las actividades humanas y con los avances tecnológicos necesarios para hacer posible un nuevo modelo de desarrollo sostenible. Más específicamente, el objetivo primario de la Cátedra actualmente es contribuir a orientar el modelo energético español hacia una senda de sostenibilidad. Para conseguirlo, la Cátedra sirve de punto de encuentro para el debate, genera y difunde conocimiento sobre estas materias y coopera en la creación de una conciencia social. La Misión de nuestra Universidad –atendiendo a los Estatutos y a la Declaración Institucional–, incluye entre sus fines “la contribución a la búsqueda y solución de los problemas fundamentales inherentes al ser humano y a la sociedad”. Y dentro de la Visión de la Universidad podemos encontrar el “compromiso ético y social, de modo que se forme a los futuros profesionales con talante personal de solidaridad y de autotransformación para ser agentes de cambio en la sociedad, con sentido de la responsabilidad social y con la mentalidad de que la profesión es un servicio a los demás, especialmente a los más necesitados, y una oportunidad de promocionar la justicia”. Es indudable la relevancia que la falta de sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo tiene para la sociedad y por lo tanto para cada uno de nosotros y para nuestra Universidad. Es un grave problema de ámbito global, interdisciplinar, que requiere planteamientos innovadores, objetivos, sin posturas tomadas de antemano ni intereses creados. Es ciertamente un asunto que nos interpela y que no debiera ser ajeno a nuestro quehacer universitario. Sabemos que estos grandes retos sólo pueden afrontarse mediante la educación y el cambio de mentalidad en la opinión pública, que acabe filtrándose en las decisiones políticas. La Universidad es, sin duda, un gran lugar para empujar la pata del elefante en la dirección correcta, si conseguimos hacer presentes estas cuestiones en las actividades de enseñanza e investigación. Sería un error de planteamiento de nuestra Universidad el que estos grandes temas, posiblemente los de mayor importancia para la humanidad en su conjunto en nuestro tiempo, no estuviesen firmemente incorporados en el núcleo, en lo más troncal de las enseñanzas que aquí impartimos y de la investigación que realizamos. Se trata de integrar en los planes de estudio de los tres ciclos de nuestras enseñanzas, y específicamente en los programas de las materias existentes, los contenidos sobre desarrollo sostenible que se consideren adecuados para la formación de nuestros titulados. Fruto de esta convicción, la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible planteó a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y a la Asociación y Colegio de Ingenieros del ICAI la conveniencia de escribir este libro, con una participación lo más amplia posible del profesorado, como una reflexión en profundidad sobre la contribución que cada una de las disciplinas que integran la enseñanza de la ingeniería en nuestra Escuela, puede realizar en favor de un desarrollo más sostenible. La respuesta, tanto de la Asociación y Colegio como de la Dirección y profesorado de la Escuela, como simplemente se puede apreciar hojeando el libro, ha sido magnífica. 13

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En definitiva, una gran parte de las soluciones a los problemas de la falta de sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo son tecnológicas. Pero la innovación tecnológica tiene lugar de acuerdo a prioridades que se establecen de formas múltiples y complejas. El ingeniero de nuestro tiempo debe conocer las ventajas y limitaciones de las distintas tecnologías desde los diversos puntos de vista. El debate sobre las implicaciones para la sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo debe estar presente en las aulas, inmerso en las propias disciplinas que constituyen la formación del ingeniero. Este libro pretende contribuir al avance en esa dirección. Muchas gracias a todos los que han participado en llevar a cabo este proyecto. José Ignacio Pérez Arriaga Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible

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Génesis del libro Meets the needs of the present generation without compromising the ability of future generations to meet their own needs. (Satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades) Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo. (Comisión Brundtland): Nuestro Futuro Común. 1987

La Génesis del libro El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible no es sino una historia de agradecimientos. Por orden cronológico, mi primer agradecimiento es para Ignacio Pérez Arriaga, Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería ICAI de la Universidad Pontificia Comillas. Ignacio me presentó el documento de 11 páginas “Plan de Desarrollo Sostenible para la Universidad Pontificia Comillas”, de julio de 2006, elaborado por la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible, en el que se presentaba el papel central de la educación superior para lograr este objetivo: “La Universidad, como ente al servicio de la comunidad y motor de su desarrollo, debe contribuir a la consecución de este desarrollo sostenible mediante la inclusión de las preocupaciones de sostenibilidad en la formación integral de las personas, y mediante el impulso de líneas de investigación y de modelos de desarrollo sostenible que puedan ser transmitidos a la sociedad.”, y se planteaban unas posibles líneas de actuación en este sentido, muy especialmente en los ámbitos de la formación, de la investigación y de la sensibilización de profesores, alumnos y personal. El planteamiento, tengo que decirlo, me pareció enormemente sugestivo, tanto por mi experiencia de varias décadas de profesor de la Escuela, como por mi trayectoria profesional en empresas como Red Eléctrica de España y Endesa, y también, cómo no, por mi admiración a Ignacio y a su larga y fructífera trayectoria humana y profesional, en la que hemos compartido algunas muy gratas experiencias. En concreto, Ignacio me propuso encargarme de poner en marcha la elaboración de un libro, a escribir por profesores de la Escuela, que recogiese la situación actual y las perspectivas a medio plazo de las ciencias y tecnologías que forman parte del diseño curricular del Ingeniero del ICAI en relación con el desarrollo sostenible. Desde el principio, en el contexto del mencionado Plan, pensamos que el proyecto de editar este libro tenía la virtud de otorgar el protagonismo al profesorado como agente esencial de cambio de valores y actitudes requeridos por la universidad y que, a pesar de su aparente modestia, la elaboración de un libro colectivo podría suponer una formidable experiencia de movilización y de reflexión sobre nuestras responsabilidades por un desarrollo sostenible y constituir un sólido punto de partida para abordar tareas más ambiciosas de adaptación curricular y de responsabilización en el ámbito educativo. Gracias también al resto de personas de la Cátedra BP: Pedro Linares, Juan Rivier, Ignacio de Loyola Hierro y Estefanía Arbós, por su ayuda bibliográfica y comentarios durante el proceso de preparación de la propuesta del Libro. El proyecto fue tomando cuerpo gracias al apoyo de Juan Zaforas, Secretario General de la Asociación/Colegio de Ingenieros del ICAI, de José Manuel González Pruneda, Secretario Técnico de la revista ANALES, y de Fernando de Cuadra, Director de la Escuela, hasta quedar finalmente configurado con el título del Libro: “El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible” y con la estructura con la que ahora podemos verlo: a) Presentaciones de las máximas autoridades de la Asociación/Colegio, Universidad Pontificia Comillas y Escuela. b) Declaraciones de apoyo de personalidades ICAI del mayor relieve: Premios Javier Benjumea de la Asociación/Colegio y Directores de la Escuela. 15

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c) Texto principal formado por diferentes Capítulos, escritos por profesores de la Escuela, en torno a 6 Temas, a la vez representativos de la titulación y el ámbito de actividad de los ingenieros ICAI y claves para la consecución de un desarrollo sostenible: Ingeniería, Energía, Vivienda, Transporte, Tecnologías de la Información y la Comunicación y Sistemas Empresariales. Gracias a Miguel Ángel Agúndez –Presidente/Decano de la Asociación/Colegio de Ingenieros del ICAI– por su apoyo al proyecto y por impulsar la decisión de la Asociación/Colegio de financiar el Libro. Gracias también al equipo más directamente responsable del “back office” del proyecto: Julio Montes, de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas, con el apoyo de Estefanía Arbós e Ignacio de Loyola Hierro, de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible, que comenzó su andadura en el mes de marzo de 2008 y, desde entonces, ha cuidado permanentemente con cariño y dedicación de la criatura que estaba desarrollándose. El Libro empieza a andar realmente el 26 de marzo de 2008, con ocasión de la presentación del proyecto a las máximas autoridades de la Escuela: Fernando de Cuadra, Director; Mariano Ventosa, Subdirector Académico; Juan José Balza, Subdirector de Recursos; y los Jefes de Departamento: Andrés Ramos (Organización), Damián Laloux (Electrotecnia), Antonio Muñoz (Electrónica), Santiago Cano (Matemáticas), José Luis Gahete (Informática) y Antonio Arenas (Mecánica). Gracias a todos ellos por su firme y decidido apoyo al proyecto y por las muchas y valiosas sugerencias hechas para impulsar la participación del profesorado de la Escuela. Si hubiese que destacar un hecho particularmente relevante en el proceso de gestación del Libro, quizá la Encuesta a profesores sería el elegido. Si bien el proyecto estaba concebido con el claro propósito de dar el protagonismo al profesorado, había de encontrarse la forma de hacerlo, sin imposiciones y con una clara vocación de convocatoria a todo el profesorado. Gracias a las sugerencias de los Jefes de Departamento, se diseñó una encuesta dirigida a todos los Profesores de la Escuela, con plena dedicación y con dedicación parcial, cerca de 250 en total, en la que, en primer lugar, se definían los conceptos de Desarrollo Sostenible así como su triple dimensión (económica, social y medioambiental), para formular seguidamente dos tipos de cuestiones: ¿Cuánto tiene que ver la asignatura que impartes con el desarrollo sostenible? y ¿Estarías dispuesto a colaborar en la elaboración del libro El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible? A lo largo del mes de abril, la respuesta a la encuesta fue, simplemente, extraordinaria: se obtuvieron 105 contestaciones (el 43%), facilitada sin duda por la posibilidad de respuesta directa a través de Internet gracias al diseño efectuado por Rafael Palacios, profesor al cual también debemos agradecer el diseño de la página web que desde ese momento ha ido acompañando al proyecto: http://libro.sostenibilidad.icai.upcomillas.es Analizando los resultados de la encuesta, encontramos que afirmaban encontrar mucha relación de su asignatura con el aspecto económico del desarrollo sostenible el 48% de las respuestas recibidas; con el aspecto social el 31%, y con el aspecto medioambiental el 41%. Por el contrario, los que afirmaban encontrar ninguna relación eran, respectivamente, el 14%, 22% y 20%. Cabe pues afirmar que, en opinión de una parte importante del profesorado, existe una clara relación de las asignaturas impartidas en la Escuela con el desarrollo sostenible. Adicionalmente, 70 profesores (el 67% de los que rellenaron la encuesta) afirmaban estar dispuestos a colaborar en el Libro. Gracias a todos ellos por esa inicial disposición que luego han ido refrendando, paso a paso, a lo largo del proceso de elaboración del libro. La encuesta tuvo, en fin, un clarísimo efecto dinamizador del proyecto entre el profesorado, al mismo tiempo que su respuesta tan entusiasta planteaba una fuerte exigencia al equipo organizador, obligado a diseñar un proyecto “a la altura de las exigencias de los profesores”. Por entonces, mantuve innumerables reuniones directas con los profesores, con el objetivo de captar de forma directa su visión del tema. Algunos de ellos me confesaron que era la primera vez que se detenían a pensar en profundidad sobre el desarrollo sostenible en relación a su actividad docente (muchos agradecieron explícitamente la inclusión de las definiciones en la propia encuesta). También aportaron importantes sugerencias en cuanto al plan de acción del Libro. Gracias a todos ellos por 16


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Génesis del libro | Avances de Ingeniería

su colaboración, en particular y como personificación de toda esta fase de consultas directas, mi agradecimiento al profesor Tomás Gómez San Román por su sugerencia de organizar Jornadas de trabajo a lo largo del proceso de redacción del Libro, idea que fue efectivamente puesta en marcha como luego veremos. El siguiente paso, en el mes de mayo, fue convocar a los profesores que habían manifestado su disposición favorable. Se celebraron reuniones constitutivas de los equipos de redacción de los 6 Temas del libro, en las que de forma autónoma ellos mismos definieron los capítulos a desarrollar. El Libro nacía así de abajo arriba, como fruto de la experiencia directa de los profesores en su labor docente o investigadora, abordando los temas que libremente elegían. En estas mismas reuniones eligieron los Coordinadores respectivos, cuya labor merece destacarse de forma especial: gracias a Raquel Caro y Damián Laloux (Ingeniería), Yolanda Moratilla (Energía), Antonio Arenas (Vivienda), Ana María Santos (Transporte), Rafael Palacios (TIC), y Pedro Linares y Andrés Ramos (Sistemas Empresariales). La declaración de apoyo de los Premios Javier Benjumea de la Asociación/Colegio comenzó su andadura gracias a la labor de Luis García Pascual (Premio J. Benjumea 2001) junto a Luis Herrera (Premio J. Benjumea 2002). Gracias a ambos por su trabajo de preparación y de coordinación y gracias en extenso a todos los Premios Benjumea por su generosidad en aceptar compartir este proyecto y por sus valiosos análisis y consejos contenidos en la declaración. El 9 de julio de 2008 se celebró la 1ª Jornada sobre el Libro. Fue diseñada como una jornada de trabajo y debate en la que los Coordinadores expusieron los capítulos propuestos en cada una de la partes del Libro. Como complemento a la jornada, se programó una Conferencia-Coloquio: “La contribución de la Universidad a las transiciones hacia la Sostenibilidad. La experiencia de la UPC”, a cargo de D. Didac Ferrer, Director Tècnic del Centre per a la Sostenibilitat de la Universitat Politècnica de Catalunya. Gracias Didac por tu amabilidad y por tu estimulante presentación que nos abrió todo un amplio abanico de estrategias de actuación en el marco universitario. Todos recordamos las dos preguntas con las que cerraste tu intervención: ¿Qué mundo dejamos a las generaciones futuras?, ¿Qué generaciones futuras dejamos al mundo? El 17 de septiembre se celebró la 2ª Jornada sobre el Libro. La apertura de la jornada fue efectuada por el Excmo. Rector Magnífico de la Universidad y por el Presidente/Decano de la Asociación/ Colegio de Ingenieros del ICAI a los cuales agradecemos su presencia y sus palabras de estímulo. El Rector mostró su satisfacción por la contribución del Libro al esfuerzo de la Escuela en materia de publicaciones, por la amplia participación del profesorado en su elaboración y por centrarse en el Desarrollo Sostenible y suponer un ejercicio de “promoción de la Justicia”, en sintonía con el ideario de la Compañía de Jesús y con especial relevancia en el año del Centenario de la Escuela, efemérides que también fue resaltada por el Presidente/Decano. El contenido de la 2ª Jornada fue enteramente de trabajo, en la que los autores de los capítulos del libro presentaron a debate las primeras versiones de sus trabajos, redactadas con no poco esfuerzo y robando horas de vacaciones a lo largo del verano anterior. El número de profesores involucrados en la redacción del Libro, lejos de disminuir, aumentó a lo largo del verano, dejando plenamente patente la seriedad con que el profesorado se siente interpelado por la necesidad de transmitir inquietudes de sostenibilidad a sus alumnos. Muchas gracias a todos vosotros por el esfuerzo realizado. Gracias a José Ignacio Linares por su amabilidad en elaborar el documento inicial de Normas de escritura de los capítulos, pieza importante en la tarea de dotar al Libro de una estructura uniforme e identificable, sin que ello signifique perturbar la especificidad de cada capítulo y el estilo de sus autores, responsables únicos del contenido de cada capítulo. El 1 de octubre se cerró la fase de recepción de los capítulos del Libro, momento en el que el Equipo de Edición empezó la revisión de los mismos y el diálogo con los autores y coordinadores para establecer la versión definitiva. La labor de revisión no ha sido tarea fácil, tanto por la propia complejidad del tema como por la extensión del proyecto. A reseñar que, finalmente, el Libro consta de 40 capítulos firmados por un total de 117 autores1. Gracias de nuevo a Julio 1

Dado que algunos autores firman más de un capítulo, el número final de profesores autores es de 88.

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Montes, Estefanía Arbós e Ignacio de Loyola Hierro por vuestro entusiasmo y dedicación, por vuestro meritorio y exhaustivo trabajo de revisión, orientado por un único objetivo de excelencia: capítulos excelentes en sí mismos y a su vez perfectamente coordinados y ensamblados en el conjunto del Libro. En paralelo, como continuación del espíritu de participación colectiva que ha presidido este proyecto y quizá abusando de la extraordinaria disposición de los profesores, les solicité la revisión, de forma anónima, de un capítulo. La respuesta ha sido realmente magnífica: más de 70 profesores han participado en estas revisiones, lo que sin duda ha contribuido a mejorar la calidad de los capítulos. Gracias de nuevo a todos ellos. No ha sido una tarea fácil, tanto por la propia complejidad del tema como por la extensión del proyecto. La participación, el esfuerzo desplegado y la colaboración del profesorado han sido sencillamente extraordinarios. Diversas circunstancias han impedido a muchos profesores participar como autores en el Libro. Sin embargo, nos han manifestado su apoyo, han participado en las dos Jornadas programadas y finalmente han revisado algunos de los capítulos del Libro. Muchas gracias a: Eduardo Alcalde, Francisco García Rubio, Ramón Jiménez Collado, Francisco Nieto, Francisco Luis Pagola, Fernando Pérez Laorga, Juan Rivier, Ramón Rodríguez Pecharromán, Arturo Ruiz-Falcó, David Soler, Iván Timón y Mariano Ventosa. Gracias a Camino Cañón, Directora de Publicaciones de la UP Comillas por su apoyo y consejos, y a Marta Sanz, responsable de publicaciones de la Asociación/Colegio de Ingenieros, por su eficaz labor con la empresa editorial, extensivas también a Elena Fuica y a Maika Cano de dicha empresa por su cordial y competente colaboración en la etapa final Libro. Gracias también a Begoña Albacete, Gema Ruiz y Juan Carlos Vitaller por su apoyo desde la secretaría de la Escuela. Gracias, en definitiva a todas las personas que, de una u otra forma han colaborado en este proyecto y que, por descuido por mi parte, no he citado. Por supuesto, las deficiencias organizativas y de coordinación son única y exclusivamente responsabilidad mía. A modo de epílogo, este Libro contiene la declaración de los últimos Directores de la Escuela. Gracias a Luis Pagola (Director de la Escuela en el periodo 1995-2001) por su trabajo de preparación y de coordinación y gracias en extenso al grupo de últimos Directores de la Escuela por sus propuestas educativas para el futuro inmediato del ICAI contenidas en su declaración. Confío en que, entre todos, hayamos conseguido un Libro de calidad, digno de la efeméride del Centenario de la Escuela y, finalmente, útil para impulsar el compromiso con el desarrollo sostenible en nuestra Universidad y en la sociedad en su conjunto.

José Luis Sancha Ingeniero del ICAI Coordinador General del Libro Noviembre 2008

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Nota del Equipo de Edición La obligación de un editor es conseguir la publicación de un libro que, en primer lugar, refleje el pensamiento del grupo o entidad que lo patrocina o lo promueve. En segundo lugar, que consiga colaboradores de suficiente altura para que lo que escriban sea correcto, tanto literaria como, en este caso, tecnológicamente. En tercer lugar, que respete al máximo las opiniones de cada uno de los colaboradores ya que la diversidad enriquece. En cuarto lugar, que logre aunar las expresiones de los diferentes puntos de vista de una forma armónica y sin estridencias, no para crear polémica sino para abrir nuevos horizontes. Y en quinto lugar, que la obra tenga suficiente nivel para que pueda informar de la temática del libro al lector especializado, con mayor profundidad y rigor que la disponible en la información que diariamente se recibe a través de los diferentes medios de comunicación. En este caso, dada la complejidad del tema, los promotores del proyecto han preferido seleccionar un equipo de edición en lugar de un editor. Las personas que lo han compuesto1 han sido muy diversas, tanto en formación como en edad. Unos con el entusiasmo de la juventud y otros con la perspectiva de la experiencia, pero todos dispuestos a conseguir una obra que pueda servir de referencia para dar a la sociedad una visión lo más amplia y objetiva posible de la problemática del desarrollo sostenible y del papel que la ingeniería puede tener para soportarlo. Cada miembro del equipo de edición tiene lógicamente una percepción personal de los problemas, que nunca ha tratado de imponer al resto de los componentes y menos a los diferentes colaboradores del libro. La diversidad de edades y de ideas que existen en el equipo no ha sido óbice para tratar de lograr un todo armónico, trabajando con entusiasmo, dedicación y esfuerzo. Todos están convencidos de la trascendencia de la tarea que se está realizando, de su contribución al acerbo de la Universidad Pontificia Comillas y al prestigio de la Asociación y del Colegio de Ingenieros del ICAI. Los autores de los diferentes capítulos están, de una forma u otra, ligados a la Escuela del ICAI y, por su capacidad y sus conocimientos, tienen acumulado un caudal de experiencia que necesariamente hace que sus opiniones, aparte de ser objetivas y fundadas, sean difícilmente rechazables. Ahora, después del periodo de elaboración del libro, se tiene la certeza de que todos los participantes en esta tarea han tenido la ocasión de reflexionar sobre la problemática del desarrollo sostenible. La labor de revisión del equipo de edición no ha sido fácil debido a la complejidad de los temas abordados. No se podía pensar en modificar la línea de pensamiento de los autores en temas en los que lógicamente estaban muy documentados, ni corregir sustancialmente sus desarrollos. En la mayoría de las ocasiones se han sometido a su consideración matizaciones para centrar más explícitamente los temas en lo que constituye la línea editorial de la obra: la contribución de la ingeniería a la consecución de un desarrollo más sostenible. Las sugerencias a los autores han sido propuestas por el equipo de edición y por un grupo de colaboradores que voluntariamente se ofrecieron para realizar esta tarea. Se puede decir que se ha tenido una respuesta comprensiva y colaboradora, llegando a resultados finales en todos los casos muy positivos. Muchas gracias a todos. Finalmente, creemos que como equipo de edición hemos respondido con entusiasmo y dedicación a la confianza que los patrocinadores del proyecto depositaron en nosotros para realizar esta labor. Hemos dado lo mejor de nosotros mismos y esperamos que los resultados sean satisfactorios, habiendo, al menos, contribuido a promover la reflexión sobre la responsabilidad de la Ingeniería en la consecución de un Desarrollo Sostenible. Julio Montes Ponce de León En nombre del Equipo de Edición Noviembre 2008 1

Estefanía Arbós, Ignacio de Loyola Hierro, Julio Montes y José Luis Sancha.

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Declaración de los Premios Javier Benjumea Los primeros 100 años del ICAI Desde su fundación, el ICAI ha tenido una constante y marcada inquietud social, adaptada en cada momento a las circunstancias y a la evolución del mundo. De hecho, esto fue lo que motivó la fundación del ICAI, tal y como expresaron con meridiana claridad sus propios fundadores. Actualmente, el ICAI constituye la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad Pontificia Comillas, manteniendo intacto este interés original. Son innumerables las muestras de ello y muy diversos los modos con que ha ejercido esa inquietud social. Valgan como ejemplo reciente y notorio los debates y conclusiones del VI Congreso de Ingenieros del ICAI, celebrado en octubre de 1999 bajo el lema “Evolución de la tecnología en el siglo XXI: consideraciones sociales y éticas”. Tras el Congreso, la Junta Directiva del Colegio/Asociación de Ingenieros del ICAI creó la actividad Ingenieros del ICAI para el Desarrollo, recientemente transformada en Fundación, pero con el mismo nombre y la misma vocación de promover y llevar a término proyectos de ayuda al desarrollo en países y regiones especialmente necesitados. La efemérides del Primer Centenario del ICAI nos parece un momento oportuno para, repasando el pasado y analizando el presente, proponer ideas que contribuyan a mejorar el futuro. En el pasado, el ICAI se ha caracterizado por su inquietud por resolver los problemas que, en cada instante y en las áreas de actividad más cercanas, parecían más preocupantes. En el presente y a la vista de las tendencias de futuro, se ponen de manifiesto tres aspectos que nos parecen determinantes para el quehacer de los Ingenieros del ICAI: ❙ Una realidad: la globalización. Todo nos queda más cerca: el mercado, la competencia, la tecnología, la pobreza, etc. Y todo sucede más y más deprisa. Se trata de una globalización galopante, espacial y también temporal. ❙ Una convicción: que nuestra responsabilidad como seres humanos (y más aún, como ingenieros) se extiende, más que nunca, hacia los demás, en el espacio y en el tiempo. ❙ Y una duda: este mundo, a los ritmos crecientes de explotación de materias y recursos y de anhelos de consumo, ¿se sostendrá?

El desarrollo sostenible, ¿está asegurado? Las cumbres mundiales de Estocolmo (1972), Río (1992) y Johannesburgo (2002) han puesto de manifiesto a las generaciones actuales la problemática de la sostenibilidad, entendida como la “característica o estado según el cual pueden satisfacerse las necesidades de la generación actual y local, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras o de poblaciones de otras regiones de satisfacer sus necesidades”. Pensemos, a título de ejemplo, que en el siglo XX la población mundial se multiplicó por 3, el consumo de agua por 10 y el de combustibles sólidos por 30. Con estos ritmos de crecimiento, ¿se podrán respetar las tres reglas que se consideran básicas para un desarrollo sostenible?: 1ª.- Ningún recurso renovable deberá utilizarse a un ritmo superior al de su generación. 2ª.- Ningún contaminante deberá producirse a un ritmo superior al que pueda ser reciclado, neutralizado o absorbido por el medio ambiente. 21

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3ª.- Ningún recurso no renovable deberá aprovecharse a mayor velocidad de la necesaria para sustituirlo por un recurso renovable utilizado de manera sostenible. Es general el convencimiento de que el desarrollo sostenible no estará asegurado si no se producen cambios de actitud y de comportamiento importantes. El propio Papa Benedicto XVI acaba de insistir en ello con ocasión de la XXIII Jornada Mundial de la Juventud, en Sidney.

La Ingeniería y el desarrollo sostenible Hay unas correlaciones meridianas y ya antiguas que ligan directamente el desarrollo con los recursos dedicados. No hay progreso ni desarrollo –ni, por consiguiente, prosperidad– sin investigación. Por tanto y puesto que la misión del ingeniero es la de conocer, desarrollar y aplicar diferentes tecnologías a productos y procesos (I+D+i) que, siendo eficientes y eficaces desde el punto de vista técnico, también lo sean en sus aspectos económico, social y medioambiental, el ingeniero adquiere un protagonismo indudable en la dinámica del desarrollo sostenible. Este protagonismo es el que debe llevarle a impulsar la apuesta de nuestro país por la investigación y el desarrollo, lo que permitirá lograr una economía mucho más avanzada, más competitiva y con mejor futuro.

Campos en los que cambiar Asegurar la sostenibilidad requerirá cambios profundos en temas esenciales, puesto que son abundantes los requerimientos que tienen un desarrollo pretendidamente intenso, extenso y veloz, frente a unos recursos necesariamente limitados. Estos son, en nuestra opinión, los campos principales:

Valores En el ámbito genérico de la educación habrá que cambiar algunos valores, preocuparnos mucho más por cómo y a costa de qué progresamos, y bastante menos en cuánto lo hacemos. Esto debería realizarse desde el hogar y desde la escuela, completándose y culminándose en la formación superior.

Estrategias empresariales Las empresas actuales ya han establecido estrategias cambiantes porque el entorno lo es. Sin embargo, habrán de impulsarse también estrategias en las que el desarrollo sostenible figure como una exigencia de su competitividad global que permita alcanzar el triple valor –económico, social y medioambiental–, en vez de suponer una carga colateral a su actividad. La Responsabilidad Social Corporativa sería el marco adecuado en esa dirección, que no se limite a ser una especie de filantropía bien organizada sino que se convierta en un elemento fundamental de la estrategia empresarial.

Primar la sostenibilidad Se deberán generar nuevos hábitos, que lleguen a instituirse en reglas de juego, que primen, premien y hagan preferir productos, procesos o servicios calificables de sostenibles respecto a los que no lo son. También, en los reclutamientos de personal se debería tener presente la búsqueda de talentos sensibles a la sostenibilidad y su retención en los entornos más adecuados al desarrollo de dicho talento.

Formación Principalmente en la formación científica y tecnológica se deberá fomentar la búsqueda de nuevas fuentes naturales alternativas, nuevos procesos, nuevos métodos de producción, nuevos materiales, nuevos equipos de detección, nuevos sistemas de control, nuevos códigos de especificaciones, 22


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nuevos diseños con ahorros apreciables en los consumos de energía o en materiales, nuevas posibilidades de reciclaje, etc. Confiamos en que este libro, escrito por profesores del ICAI de reconocida competencia profesional, contribuya a ello.

Agentes a motivar Supuestos esos campos principales en los que deben producirse cambios importantes, con una responsabilidad y esfuerzo destacados de los ingenieros, la motivación de los principales agentes resultará imprescindible.

Empresas Son, en efecto, los entes sociales y jurídicos en cuyo seno y desde cuya atalaya se han de detectar, producir y difundir la inmensa mayoría de los pasos de progreso y desarrollo hacia la sostenibilidad. El ingeniero, además de su personal condición y de su protagonismo señalado en el desarrollo, frecuentemente ocupa en la empresa puestos de responsabilidad o de influencia, que recrecen su papel en la consecución de un desarrollo sostenible.

Administraciones Públicas Dada su importancia como compradores, su cualidad ejemplarizante y su potestad regulatoria, deberán llegar a incluir –como ya lo han hecho, por ejemplo, con la Certificación de Calidad–, en los pliegos públicos de compras y contrataciones, todos los aspectos que primen la sostenibilidad.

Profesionales En general, estarán implicados todos aquellos profesionales, ingenieros o no, de las empresas o de las Administraciones, que desde sus campos de actuación comercial, económico, financiero, de los recursos humanos, etc., tienen alguna responsabilidad en el desarrollo y podrían aportar ideas de interés. Los ingenieros, en particular, deberán además aprovechar sus relaciones con estos profesionales para contribuir a su motivación.

Escuela(s) de Ingenieros Es el lugar clave por el que pasarán todos los futuros ingenieros y es ahí, pues, donde se deben recibir y digerir los conceptos, las ilustraciones y las vivencias principales y diversas en torno al Desarrollo Sostenible. Este aspecto debe ponerse de manifiesto muy en particular en nuestra Escuela del ICAI, dadas su historia, vocación e inquietud sociales. Así, vemos con gran satisfacción la iniciativa de este libro El Ingeniero ICAI y el Desarrollo Sostenible y confiamos en su contribución a la formación de las futuras generaciones de ingenieros.

Concluyendo esta Declaración Por todo lo dicho hasta aquí, nos atrevemos en esta Declaración a incitar a nuestras empresas (como auténticos motores de la sociedad), a las Administraciones Públicas (en tanto que son reguladoras e impulsoras de las actividades socioeconómicas) y a nuestros compañeros (como artífices reales de los procesos y de los productos concretos) para que persigan sin desmayo la sostenibilidad. Por último, nos atrevemos a pedir un esfuerzo adicional a añadir a los muchos empeños que ya ha venido realizando nuestra Escuela a lo largo de sus 100 años, en pos de una formación en busca de la excelencia, como vemos con orgullo que figura en el logotipo de nuestra Universidad, y plenamente comprometida con las exigencias del desarrollo sostenible.|❙|

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El grupo de ingenieros del ICAI galardonados con el “Premio Javier Benjumea”

1996. II Edición. José Luis Torá Galván

1998. IV Edición. Luis Alberto Petit Herrera

1999. V Edición. José Ignacio Sánchez Galán

2000. VI Edición. Rafael Miranda Robredo

2001. VII Edición. Luis García Pascual

2002. VIII Edición. Luis Herrera Carrero 24


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Declaración de los Premios Javier Benjumea | Avances de Ingeniería

2003. IX Edición. Amparo Moraleda Martínez

2004. X Edición. Fernando Conte García

2005. XI Edición. José Ignacio Pérez Arriaga

2006. XII Edición. Bernardo Villazán Gil

2007. XIII Edición. Adolfo García Rodríguez

2008. XIV Edición. Javier López Bartolomé

In Memoriam: 1995. I Edición. Alfredo Giménez Cassina (fallecido) 1997. III Edición. Jesús Lasala Millaruelo (fallecido) 25


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En los últimos años ha aumentado sensiblemente el interés de la sociedad por el papel que juega la empresa en su diseño, ya que ésta, como creadora de riqueza, ha sido un pilar esencial en el progreso y mejora de la calidad de vida de la humanidad. Tradicionalmente, la contribución de las compañías al crecimiento económico de la sociedad ha sido cuantificada mediante la información aportada por sus balances de ganancias y pérdidas. Pero hoy en día este esquema está cambiando y afloran otros valores que las empresas aportan al proceso de desarrollo económico. En este sentido, decimos que las organizaciones ejercen su responsabilidad social cuando satisfacen las expectativas que tienen los diferentes grupos de interés, los denominados stakeholders, es decir, los empleados, los accionistas, los clientes, las comunidades locales, los grupos de presión, los contratistas y proveedores, etc. Los conceptos relacionados con la sostenibilidad, tales como desarrollo sostenible, responsabilidad social, transparencia, ética, etc., se han ido incorporando de manera acelerada al lenguaje empresarial en los últimos años, siendo ya habituales en las reuniones, documentos internos y comunicaciones públicas de las compañías. Las propias administraciones están promoviendo iniciativas legales para regular su implantación, e incluso empieza a ser habitual que los ciudadanos utilicen estos términos en sus conversaciones. La sostenibilidad afecta al comportamiento responsable de la empresa en materia social, económica y medioambiental. Los principios derivados de esta concepción deben estar plena y efectivamente integrados en los valores de la compañía, en su misión y en su toma de decisiones. Igualmente, han de ser requeridos a empleados, contratistas y proveedores para que el compromiso sea real y efectivo. En el caso de Endesa, empresa de la que soy Consejero Delegado, esta concepción se materializa en Siete Compromisos por el Desarrollo Sostenible que hicimos públicos hace cinco años y que constituyen la base de nuestra Política de Sostenibilidad. Estos siete compromisos reflejan las obligaciones y responsabilidades que asumimos de manera voluntaria respecto de nuestros clientes, nuestros accionistas, nuestros empleados, las comunidades en las que estamos presentes, el comportamiento ético y la transparencia, la innovación tecnológica y la eficiencia energética, y el medio ambiente. Los resultados que hemos conseguido nos indican, por un lado, que estamos en el buen camino, pero, por otro, que ese camino es muy largo y que las posibilidades de mejora son considerables. Sin duda, éstos y otros resultados han contribuido a que en 2008 hayamos sido de nuevo seleccionados para formar parte del Dow Jones Sustainability Index, el índice de sostenibilidad más prestigioso a escala internacional, en el que estamos presentes por noveno año consecutivo y del que hemos sido líderes del sector eléctrico en dos ocasiones.

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Seguir avanzando y mejorando en estos aspectos exige partir de bases conceptuales sólidas, contrastadas y de uso común, teniendo una visión clara tanto de los conceptos relacionados con la sostenibilidad como de su incorporación en los procesos de gestión y toma de decisiones. Y, sin duda, este libro es una herramienta fundamental para conseguirlo. La visión de la ingeniería en el ámbito de la sostenibilidad, la construcción sostenible, el ahorro y la eficiencia, los nuevos biocarburantes, el desarrollo tecnológico o los vehículos eléctricos, entre otros, son temas que se recogen en el presente libro con el fin de contribuir, con modestia pero con firmeza, a la formación, a la investigación y la sensibilización de profesores, alumnos y sociedad, a través de la colaboración de diferentes profesores de la Escuela del ICAI con reconocido prestigio, éxito y, sobre todo, con experiencia y profesionalidad. Fdo.: Rafael Miranda Robredo Consejero Delegado

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Desde nuestra preocupación como empresa global por el desarrollo sostenible y la confianza en la capacidad de transformación de la innovación, Indra no ha querido dejar pasar la oportunidad de colaborar con la Universidad Pontificia Comillas y la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible en el patrocinio de esta obra. Sostenibilidad e innovación, dos conceptos centrales en nuestra forma de comprender la Responsabilidad Corporativa que nos han hecho acreedores del reconocimiento público. Formamos parte del DJ Sustainability World Index y del DJ Sustainability Index Stoxx desde 2003, y somos el líder mundial en sostenibilidad del sector TI según “The Sustainability Yearbook 2008” de la agencia suiza SAM y la consultora PriceWaterHouseCooper. Es reconfortante constatar cómo la sostenibilidad gana día a día importancia y surgen las iniciativas, como los trabajos recogidos en esta obra, que reclaman una colaboración estrecha entre el mundo académico y el empresarial. Cobra así importancia la necesaria labor de investigación y desarrollo que nos ha llevado a ser la segunda empresa española en I+D. De forma similar a lo presentado en los capítulos introductorios, para Indra, la sostenibilidad se traduce en atender, en un entorno de creciente complejidad que exige una aproximación interdisciplinar, a los retos que se formulan en este inicio de siglo alrededor del crecimiento humano de las sociedades. Somos conscientes de lo difícil que será dar una respuesta satisfactoria a los nuevos interrogantes que se plantean y que acertadamente se recogen en el texto (energía, transporte, agua, residuos, administración, etc.) pero nos ilusiona estar contribuyendo en más de 90 países con lo que mejor sabemos hacer: dinamizar el conocimiento y su transformación en una tecnología responsable y compatible con un futuro de todos y para todos. Como acertadamente recoge el título de esta obra, el protagonista indiscutible llamado a enfrentar esta labor es el ingeniero. En Indra nos enorgullece contar con más de 28.000 profesionales que saben combinar una fundamentada formación técnica con la insaciable necesidad de ofrecer a nuestros clientes y sus usuarios, soluciones, productos y servicios innovadores. Creemos firmemente que nuestras soluciones, productos y servicios son ya una realidad alentadora e inspiradora, excelente herramienta de contribución al desarrollo sostenible en sanidad y administración, gestión del transporte, prevención de catástrofes naturales, protección del medio ambiente, operación de los recursos hídricos o el uso racional y optimizado de la energía. Áreas de esfuerzo en las que deseamos seguir demostrando junto a nuestros clientes cómo el rigor y el esfuerzo pueden hacer un mundo mejor. Sostenibilidad, un objetivo de futuro al que Indra contribuye desde el presente gracias a la confianza de clientes, empleados, accionistas, universidades, proveedores y la sociedad en todo el mundo. Fdo.: D. Santiago Roura Lama Director General

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Tema i Ingeniería y Desarrollo Sostenible Coordinación: R aquel Caro Carretero Damián Laloux Dallemagne

Capítulo 1. Visión general del desarrollo sostenible Autor: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado en Ingeniería Nuclear en Harwell

Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Autor: Jesús María Latorre Canteli Titulación: Doctor en Ingeniería Industrial e Informática del ICAI

Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica (IIT) Capítulo 2. El desarrollo sostenible en la Universidad Autor: Damián Laloux Dallemagne Titulación: Doctor Ingeniero Industrial Cargo: Director del Departamento de Electrotecnia y Sistemas Autor: Jesús Alonso Alonso Titulación: Doctor Ingeniero Industrial Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Capítulo 3. Las enseñanzas sobre sostenibilidad en los estudios de postgrado del ICAI Autor: Luis Rouco Rodríguez Titulación: Doctor Ingeniero Industrial Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas

Capítulo 4. Compromiso y aportaciones de la ingeniería a las ONG´s Autor: Mercedes Fernández García Titulación: Licenciada en Derecho y Doctor en Ciencias Económicas y Empresariales (ICADE) Cargo: Departamento de Organización Industrial

Autor: Juan Pablo García Nieto Titulación: Ingeniero Industrial Cargo: Departamento de Tecnología Electrónica (Universidad Carlos III de Madrid)

Autor: Andrés González García Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI, Master en Cooperación Internacional y EMBA.

Cargo: Presidente Coordinadora Estatal de Comercio Justo y Coordination Manager Master Erasmus Mundus en Sector Eléctrico EMIN

Capítulo 5. Contribución de la física y las matemáticas al desarrollo sostenible Autor: Estrella Alonso Pérez Titulación: Licenciada en Ciencias Matemáticas (UAM) y Doctor en Ciencias Matemáticas (UCM) Cargo: Departamento de Matemática Aplicada y Computación

Autor: Santiago Canales Cano Titulación: Licenciado en Ciencias Matemáticas (UCM) y

Autor: Javier García González Titulación: Doctor Ingeniero Industrial (UPComillas) Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas

Doctor en Informática (UPM) Cargo: Departamento de Matemática Aplicada y Computación

Autor: José Casas Marín Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Subdirector General de Estrategia, Regulación,

Autor: Santiago Cano Casanova Titulación: Doctor en Ciencias Matemáticas (UCM) Cargo: Director del Departamento de Matemática Aplicada

Medioambiente y Desarrollo Sostenible (Endesa)

y Computación

Autor: José Arrojo de Lamo Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Director de Innovación y Tecnología (Endesa)

Autor: María Luisa Guerrero Lerma Titulación: Licenciada en Ciencias Matemáticas (UCM) Cargo: Departamento de Matemática Aplicada y Computación

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Autor: Javier Rodrigo Hitos Titulación: Licenciado en Ciencias Matemáticas (UAM) y Doctor en Ciencias Matemáticas (UCM)

Cargo: Departamento de Matemática Aplicada y Computación

Capítulo 6. Hacia un nuevo paradigma económico. Economía ecológica y educación para la sostenibilidad Autor: Raquel Caro Carretero Titulación: Doctor en Ciencias Económicas y Empresariales (UPC)

Cargo: Departamento de Organización Industrial Autor: Susana Ortiz Marcos Titulación: Doctor Ingeniero Industrial Cargo: Departamento de Organización Industrial

Capítulo 7. Tecnología y sociedad. La sostenibilidad y la dimensión ético-social de la tecnología Autor: Javier Monserrat Puchades Titulación: Doctor en Filosofía Cargo: Asesor de la Cátedra CTR (ICAI) y profesor de la Universidad Autónoma de Madrid

Autor: Christine Heller del Riego Titulación: Doctor Ingeniero Industrial de l’Université Pierre et Marie Curie e Ingeniero Industrial del ICAI

Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Autor: Ma Teresa Sánchez Carazo Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas

Autor: Jaime de Rábago Marín Titulación: Ingeniero del ICAI e Ingénieur de L’École Centrale de París

Cargo: Departamento de Organización Industrial

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Capítulo 1. Visión general del desarrollo sostenible Julio Montes Ponce de León Jesús María Latorre Canteli

Palabras clave Desarrollo sostenible, bienestar social, protección del medio ambiente, globalización. Existe conciencia de que la sociedad actual consume sus recursos naturales a un ritmo que puede amenazar su existencia, genera residuos sólidos y gaseosos que los ecosistemas naturales no pueden absorber sin quedar afectados, y como consecuencia se producen escenarios de desequilibrio entre las generaciones actuales y de incertidumbre para las generaciones futuras. El término “desarrollo sostenible” representa ese balance entre la satisfacción de las necesidades actuales y las futuras, ofreciendo alternativas de crecimiento tecnológico y social que reduzcan los riesgos que suponen las tendencias de crecimiento actual. En este tema se introducen estos conceptos, presentando la definición de desarrollo sostenible y comentando los principales aspectos en que se refleja.

Introducción Los ingenieros son actores del presente y constructores del futuro por sus diseños de procesos y productos, su gestión de los sistemas técnicos y sus innovaciones. Para ello es necesario que estén inmersos en los problemas y desafíos que surgen en la sociedad actual para poder colaborar con otros profesionales en su solución. Es preciso realizar cambios en el desarrollo de la sociedad industrial para conseguir que sea equilibrado, pero estos nuevos enfoques no pueden ser radicales. Hay que conciliar la forma de vida actual con los cambios que es preciso introducir. El ingeniero debe tomar conciencia desde el comienzo de su formación de que sus conocimientos de la tecnología pueden brindar una aportación significativa a esas necesidades de cambio que la sociedad actual precisa. Por su parte la universidad, como responsable de la formación de los futuros profesionales, tiene la obligación de hacerse eco de las necesidades del mundo actual y sus proyecciones futuras. Este capítulo se estructura en seis apartados descritos a continuación. En primer lugar, se introducen los conceptos principales relativos al desarrollo sostenible. Tras ello, se describe el surgimiento y la evolución histórica de estas ideas, especialmente en los últimos 30 años. El capítulo continúa con los apartados que describen los aspectos ambiental, social y económico del desarrollo sostenible, y culmina con un apartado de conclusiones e introducción de este primer tema del presente libro.

Conceptos fundamentales y dimensiones principales del desarrollo sostenible El desarrollo sostenible se define en [BRUN87] como “el desarrollo que cubre las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para cubrir sus propias necesidades”. Es decir, establece un equilibrio entre acciones en el momento actual y sus consecuencias en el futuro. Esto incluye por tanto no sólo cubrir las necesidades básicas de todos los seres humanos, sino además proporcionarles la capacidad de aspirar a una vida mejor. La idea de sostenibilidad se puede contemplar desde las distintas perspectivas indicadas anteriormente: ambiental, social y económica. Estos tres puntos de vista son básicamente coincidentes 33

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en su fin último, pero aportan visiones complementarias para conseguirlo. Y es en la confluencia y equilibrio entre ellos donde se alcanza el desarrollo sostenible. Como se verá más adelante, la sostenibilidad ambiental persigue un crecimiento que sea respetuoso con el medio ambiente. Por otra parte, la sostenibilidad social se centra en las estrategias de justicia social en el mundo actual y con la vista puesta en las generaciones futuras. Por último, la sostenibilidad económica se ocupa de buscar un desarrollo económico más equilibrado y estable a largo plazo.

Evolución histórica Un primer precedente de las ideas del desarrollo sostenible se puede encontrar ya en 1713 en el libro Sylvicultura económica, de Hans Carl von Carlowitz. En este tratado de silvicultura se pone de manifiesto por primera vez la necesidad de realizar una explotación de los bosques a un ritmo asumible por la Naturaleza. Sin embargo, el verdadero caldo de cultivo en el que surgieron las ideas del desarrollo sostenible se gestó en las décadas 1950 y 1960 con la participación activa de los movimientos ecologistas. En esos momentos, se empezó a tomar conciencia de los problemas que acarrea el desarrollo humano descontrolado, y esto se plasmó en varios informes que advertían de ello. Por ejemplo, en 1962, Rachel Carson denunció en su libro Primavera silenciosa [CARS62] el efecto que el uso de pesticidas tenía sobre la fauna avícola, limitando su capacidad reproductiva. Además, una serie de desastres ambientales, como varios vertidos de petróleo al mar, hicieron que estas cuestiones ganaran relevancia y atención por parte de la opinión pública. En 1968 se fundó el Club de Roma, un think tank con el objetivo de estudiar la política internacional en un mundo cada vez más interconectado. En 1972 publicó un documento titulado “Los límites del crecimiento” [MEAD72] en el que se indicaba que los recursos naturales son limitados y su consumo creciente e indiscriminado necesariamente representa un condicionamiento al crecimiento económico que el mundo estaba experimentando en esos días. También en 1972 se celebró en Estocolmo (Suecia) la Conferencia de Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente Humano, en la que se comenzaron a considerar las cuestiones ambientales a nivel global. En 1980 aparece por primera vez el término desarrollo sostenible en el informe llamado “Estrategia Mundial para la Conservación de la Naturaleza y de los Recursos Naturales” de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza. En el año 1987, la Comisión Mundial para el Medio Ambiente y el Desarrollo publicó el informe titulado “Nuestro futuro común” o Informe Brundtland [BRUN87], en el que se introdujo el concepto de desarrollo sostenible o sostenido, que ha servido de base para fijar la pauta a las acciones de los gobiernos y ciudadanos responsables. Según el Informe Brundtland, el desarrollo sostenible es aquel que atiende las necesidades del mundo presente sin poner en peligro la posibilidad de que futuras generaciones puedan atender las suyas. El concepto de sostenibilidad implica que la actividad económica y tecnológica no puede continuar funcionando bajo el lema de “pase lo que pase las acciones continúan”. Es necesario establecer un desarrollo que pueda contribuir al bienestar de toda la sociedad actual, pero sin hipotecar el de las generaciones futuras. En julio de 1989 los dirigentes del Grupo de los Siete, formado por los países más industrializados, reclamaron la pronta adopción, a escala mundial, de políticas basadas en el desarrollo sostenible. En la Asamblea General de la ONU en 1989 se analizó el Informe Brundtland, a raíz de lo cual se decidió celebrar la Conferencia de Naciones Unidas para el Medio Ambiente y el Desarrollo, o Cumbre de la Tierra. Esta Conferencia tuvo lugar en 1992 en Río de Janeiro. Estableció la relación ambivalente entre el desarrollo sostenible y los peligros de la agresión continua que estaba sufriendo el Medio Ambiente por las actividades humanas, indicando la necesidad de poner limitaciones a las emisiones de gases de efecto invernadero. Como consecuencia de la Cumbre de la Tierra, en 1997 se firmó el Protocolo de Kyoto sobre el cambio climático, que supone una mayor vinculación jurídica para los firmantes. Un total de 182 países participan en ese pacto, lo que incluye a la mayoría de los países desarrollados (EEUU es el 34


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único país de este grupo que, si bien firmó el pacto, no lo ha ratificado y no está vinculado a él). El objetivo del Protocolo de Kyoto es reducir globalmente en un 5% las emisiones de gases de efecto invernadero en 2012 respecto a los valores de 1990, afectando a cada país firmante en diferentes proporciones según su nivel de desarrollo. Posteriores reuniones, como la segunda Cumbre de la Tierra, que tuvo lugar en Johannesburgo en 2002, y la Conferencia de Naciones Unidas sobre Cambio Climático, que tuvo lugar en Bali en 2007, han continuado esta senda de acuerdos en favor del desarrollo sostenible. El objetivo de estas reuniones es ganar inercia para conseguir que se alcance el desarrollo sostenible, todo ello articulado en torno a acuerdos entre los países asistentes que mantienen vivas las ideas del Protocolo de Kyoto. Sin embargo, las repercusiones de estos acuerdos no han sido tan grandes como en ocasiones anteriores. La sostenibilidad se ha convertido en objetivo planetario, al que ahora se adhieren prácticamente todos los países, la familia de organizaciones que constituyen las Naciones Unidas, el Banco Mundial y la Unión Europea. En este sentido, en 2002 la Asamblea General de las Naciones Unidas proclamó el periodo 2005-2014 como la Década de la Educación para el Desarrollo Sostenible, destacando explícitamente que “la educación es un elemento indispensable para alcanzar el de sarrollo sostenible”.

Sostenibilidad ambiental Desde un punto de vista ecológico, la sostenibilidad se aplica a la estabilidad física y biológica de los ecosistemas, en especial a los subsistemas que son críticos para la estabilidad del sistema global. Sintetizando, el objetivo es realizar un consumo de los recursos naturales de forma que sea asumible por el medio ambiente. En concreto, esto puede manifestarse de las siguientes maneras: ❙ Es necesario mantener el capital natural constante, teniendo presente los tres principios básicos que se exponen a continuación. En primer lugar, no se debe consumir un recurso renovable, que no pueda regenerarse en el mismo periodo en el que se consume (producción sostenible). Por ejemplo el agotamiento de la tierra por producción agrícola intensiva, o el aprovechamiento del agua de un acuífero no recargable, son situaciones de uso no sostenible de los recursos naturales renovables. Como segundo principio fundamental, no debe consumirse un recurso no renovable que no pueda sustituirse en el mismo período por un recurso renovable cuya función sea equivalente al recurso que se está agotando. Esto significa que la utilización de recursos no renovables debe estar necesariamente acompañada de la generación de un recurso alternativo, que pueda ser utilizado por generaciones futuras. Por ejemplo, el consumo creciente de hidrocarburos líquidos o gaseosos no puede proseguir de forma indefinida si no se buscan alternativas técnicas y económicas que permitan su substitución gradual antes de llegar a su agotamiento. En lo que toca a los residuos resultantes de la actividad humana, como pueden ser los residuos sólidos urbanos, los residuos radiactivos, los gases contaminantes y de efecto invernadero o los residuos industriales, no deben depositarse en la Naturaleza si se supera la capacidad de carga de la misma. Es decir, es necesario asegurarse de que no pueden producir daño alguno en el momento actual o lo pudieran ser para las generaciones venideras. ❙ Debe respetarse la capacidad de asimilación ecológica. Muy relacionado con la capacidad de carga de la Naturaleza, se debe comprobar que en toda actividad humana no se sobrepasen los límites de asimilación ecológica. Es decir, no debe existir un impacto ambiental remanente, como está resultando de la urbanización incontrolada de zonas litorales o la acumulación de gases de efecto invernadero. Hay que asegurar, por ejemplo, que la construcción de un embalse no va a alterar el sistema hidrogeológico o ecológico de la zona. ❙ Un objetivo principal es la protección de las especies de los ecosistemas. Como regla general, se debe proteger la biodiversidad que existe en la Naturaleza. El nivel de invasión del hábitat de la vida silvestre es notable y la extinción de especies que frecuentemente se ocasiona como consecuencia de esa invasión tiene una evolución creciente. Se estima que anualmente se destruyen 168.000 km2 de bosque tropical. La destrucción de estos bosques puede suponer, según estimaciones autorizadas, la extinción anual de 150.000 especies. 35


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❙ Asimismo, se deben erradicar los monocultivos creados de forma artificial. Éstos suponen frecuentemente un mejor aprovechamiento de los recursos disponibles, reportando un beneficio económico de forma inmediata para el explotador, pero lo hacen de forma no sostenible. De esa manera, en un plazo más o menos corto representan una degradación de la Naturaleza debido al desgaste de los terrenos y sus nutrientes. ❙ Es necesario considerar los ciclos de vida de los materiales. En toda actividad humana se debe considerar el ciclo de vida completo de todos los procesos relacionados con ella para poder analizar las consecuencias reales de esa actividad. Por ejemplo, la producción de energía eléctrica a partir de carbón es una parte de un ciclo que comprende la extracción del carbón de la mina, su transporte, su combustión y la producción de residuos sólidos y gaseosos. La situación ideal tendría que corresponder a un impacto ambiental global nulo del ciclo de vida. No se debería estimular la utilización de lámparas eléctricas de bajo consumo sin antes analizar la energía que se invierte en su producción y en la extracción de las materias primas necesarias para su fabricación.

Sostenibilidad social Desde un punto de vista social, la sostenibilidad supone la estabilidad de los sistemas sociales y culturales. En especial implica la preservación de la diversidad cultural en la Tierra y en el uso de las prácticas de sostenibilidad de las culturas menos dominantes. Los aspectos más relevantes en que esto debe manifestarse son: ❙ Debe buscarse la equidad en su doble vertiente: intra–generacional (dentro de la generación actual) e inter-generacional (de la generación actual respecto a las futuras). En cuanto a la equidad intra-generacional, se deben satisfacer las necesidades básicas de toda la población mundial. Una gran parte de la población de los países pobres carece de los recursos indispensables para cubrir sus necesidades básicas: alimentos, vivienda, agua potable, servicios sanitarios. Deben desaparecer las dificultades que impiden que todos los pueblos tengan fácil acceso a los recursos naturales y financieros, y evitar que estos recursos se dediquen a enriquecer a unos privilegiados o a adquirir bienes que no van a contribuir al bienestar de la sociedad. Por ejemplo, una situación actual bastante lamentable es la explotación del petróleo descubierto en ciertas regiones subdesarrolladas cuyos beneficios se emplean en la compra de armas o en acumular capital en manos de unos pocos, mientras que buena parte de su población muere de hambre o vive en condiciones infrahumanas. Estas injusticias deberían ser combatidas para alcanzar los mencionados objetivos de equidad. Asimismo, se deben canalizar los excedentes mundiales en favor de las naciones menos desarrolladas, haciendo que desaparezcan las causas que imposibilitan una distribución justa. En este sentido, cobran gran importancia las iniciativas estatales y los proyectos de cooperación internacional para el desarrollo. Respecto a la equidad inter-generacional, cada generación tiene la obligación de dejar a las generaciones futuras unas condiciones de vida como mínimo equivalentes a las que actualmente disfruta. No se pueden consumir los recursos y generar residuos al ritmo actual sin tener una razonable certeza de que no se están comprometiendo las posibilidades de supervivencia de las generaciones futuras. En el fondo, para conseguir la equidad inter-generacional es necesario tener en cuenta en la toma de decisiones actuales no sólo las necesidades de la sociedad actual, sino también las necesidades de generaciones futuras. De esta forma se garantiza la sostenibilidad de las decisiones tomadas, aunque ello implica que deben estimarse las situaciones futuras de forma realista, que no es una tarea sencilla ni directa y a veces objeto de especulaciones. ❙ Debe reducirse el nivel de consumo de recursos naturales de los países desarrollados. Hay que evolucionar hacia un tipo de producción menos intensa en el consumo de recursos naturales. El fomento de esta tendencia contribuirá efectivamente a la transición hacia la sostenibilidad. El objetivo es conseguir crecer con el mismo o menor consumo de recursos, lo que implica la aplicación de técnicas de producción más eficientes. Tienen que desarrollarse modelos de consumo y estilos de vida sostenibles. Para mantener las formas actuales de vida tendrían que aplicarse todas las medidas técnicas disponibles para evitar la producción y posterior incorporación de residuos a la Naturaleza, aumentar la eficiencia energética, gestionar de forma sostenible los bosques, cultivar manteniendo intactas las 36


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Visión general del desarrollo sostenible | Tema I | Avances de Ingeniería

características edafológicas del suelo, proyectar y construir ecológicamente las urbanizaciones y los edificios para que sean bioclimáticos, y aplicar consideraciones equivalentes en todos los campos. La alternativa es modificar radicalmente la forma de vida actual, posiblemente disminuyendo las ventajas que representa la sociedad del bienestar, lo que es muy difícil sobre todo para los grupos sociales que se han incorporado a ella recientemente. ❙ Es necesario proporcionar igualdad de oportunidades de participación en todas las área y a todos los grupos sociales. De esta forma será posible tener en cuenta todos los puntos de vista al decidir el camino futuro a seguir. Con ello, se puede confiar en que no se vulnerarán los derechos de ningún colectivo actual ni futuro.

Sostenibilidad económica La idea de desarrollo sostenible como un tipo de desarrollo económico establece unas nuevas bases para una economía que se fundamenta en dos argumentos: por una parte, la constatación del carácter insostenible de muchas de las pautas actuales del desarrollo que transcienden los ámbitos nacionales, ponen en peligro la calidad de vida y pueden suponer un importante límite al desarrollo. Y, por otra parte, la oportunidad que significa la utilización de la tecnología en este nuevo enfoque. Se trata de explotar las posibilidades que ofrecen la innovación científica y técnica como nuevas oportunidades en el desarrollo y uso de tecnologías más seguras y eficientes. La dificultad que entraña este doble desafío ha hecho surgir algunos conceptos, fundamentalmente instrumentales, que pueden contribuir a definir estas bases para una nueva economía y que pueden articularse en torno a los siguientes aspectos: ❙ Debe conseguirse un desarrollo de la economía con restricciones ecológicas. Los principios y leyes de la ecología deben ser aplicados a la economía. Se deben introducir los ciclos de vida de los materiales en los procesos de producción y consumo, de forma que no se produzca una acumulación de residuos y se evite el uso innecesario de recursos naturales. Entre los instrumentos económicos que ayudan en este sentido cabe destacar: la utilización de costes reales que incorporen los costes de consumo de recursos naturales; el establecimiento de nuevos requisitos tanto en productos como en servicios que garanticen la calidad ambiental y permitan la capacidad de selección de los consumidores; la eficiencia en la producción, en términos de ahorro en energía, residuos y recursos naturales (la ecoeficiencia); y la información y la formación para nuevas formas de consumo. Además de los instrumentos de estímulo (etiquetado ecológico) y fiscales (ecotasas) cada vez más comunes, el horizonte es progresar en nuevos sistemas de contabilidad nacional que incorporen la dimensión ambiental (recursos) y social (trabajos productivos no remunerados). ❙ Es imprescindible alcanzar una economía estacionaria. La economía basada en la utilización de materiales y de energía tiene que ser considerada como un subsistema de la ecoesfera. Es necesario buscar alternativas al crecimiento basado en un aumento constante del consumo energético o de materias primas que implique un detrimento del ecosistema Tierra. El consumo de los recursos naturales se puede reducir extendiendo los ciclos de vida de los productos. Un ejemplo actual son las estrategias de reciclaje de materiales: la explotación de las minas de hierro se ha reducido por la reutilización de la chatarra férrica, la explotación de los bosques se ha reducido igualmente por el reciclaje del papel, etc. ❙ Debe incorporarse la evaluación de los recursos naturales como parte del rendimiento económico. La explotación de los recursos naturales debe mantenerse en un nivel como mínimo constante, consiguiendo de esta forma alcanzar asimismo la sostenibilidad ambiental. Para poder considerar esto en el ámbito económico es necesario desarrollar indicadores del grado de impacto en la Naturaleza de la actividad productiva. De esta forma podrá evaluarse el rendimiento conjunto, sin considerar exclusivamente factores económicos que pueden lleva a situaciones no sostenibles ambiental o socialmente.

Conclusiones Como se ha visto, el desarrollo sostenible es una responsabilidad que no puede ser soslayada. La preocupación a nivel mundial sobre estos asuntos responde a las exigencias de una sociedad cada vez más consciente de los peligros del crecimiento descontrolado que es necesario evitar. Por eso, 37


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los esfuerzos políticos internacionales intentan evolucionar hacia sendas de crecimiento compatibles con las posibilidades de las generaciones futuras. Dentro de esta concienciación y preparación de la sociedad para posibilitar la sostenibilidad, el papel de la formación es fundamental, como ejemplifica la Década de la Educación para el Desarrollo Sostenible. En ese aspecto, la universidad tiene una labor fundamental, proporcionando a los futuros profesionales las herramientas para poder desempeñar su trabajo eligiendo responsablemente caminos sostenibles. Este primer Tema del libro presenta los conceptos generales relativos al desarrollo sostenible e introduce la relación entre éste y la Ingeniería en general y la formación del ingeniero en particular. En concreto, los capítulos siguientes se centran en la relación entre el desarrollo tecnológico y la sociedad, en la que la tecnología puede tanto fomentar el desarrollo humano como producir el efecto contrario, en las posibilidades de inclusión de los conceptos del desarrollo sostenible en la educación universitaria, y se revisan algunas de las experiencias que ya se han llevado a cabo. En otros capítulos se concretan estas oportunidades de formación en diferentes áreas y en los estudios de postgrado. |❙|

Referencias A continuación se indican unas referencias que se han empleado en este capítulo, así como otras que pueden servir como fuente de mayor información y profundización en los conceptos del desarrollo sostenible: [BRUN87] Brundtland, G. H. et al. Our Common Future, Informe de la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, 1987. [CARS62] Carson R., Silent Spring. Houghton Mifflin, 1962. [GOOD92] Goodland, R. et al. Medio ambiente y desarrollo sostenible. Trotta, 1992. [LEAL97] Leal Filho, W. et al. Implementing Sustainable Development at University Level. CRE Copernicus, 1997. [MEAD72] Meadows, D. H. et al. Limits to Growth. Universe Books, 1972. [MONT01] Montes Ponce de León, J. Medio ambiente y desarrollo sostenido. Comillas, 2001.

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Capítulo 2. El desarrollo sostenible en la universidad Damián Laloux Dallemagne Jesús Alonso Alonso

Palabras clave Desarrollo sostenible, planes de estudios, sensibilización, universidad. Este capítulo pretende explorar las vías por las que desde la universidad se puede contribuir a alcanzar un desarrollo sostenible. Partiendo de la convicción de que la educación es un factor esencial para lograr ese objetivo, se observa que muchas universidades han emprendido acciones en este ámbito. Estas acciones se pueden inscribir en tres grandes categorías: la formación de sus titulados, intentando que los conceptos relacionados con la sostenibilidad impregnen toda la docencia impartida; la investigación, que puede dedicarse expresamente al desarrollo sostenible o al menos tenerlo en cuenta en sus planteamientos; y la sensibilización, que pretende convencer de la importancia del problema dando ejemplo y mostrando coherencia entre lo que se predica y lo que se practica. Finalmente, se proporcionan algunas direcciones en Internet en las que encontrar recursos facilitados por universidades e instituciones para incluir la sostenibilidad en el día a día de la actividad universitaria.

Introducción En el capítulo 36 de la famosa Agenda 21, creada en la Cumbre de la Tierra que tuvo lugar en Río de Janeiro en 1992, se reconoce el papel crítico que desempeña la educación para poder alcanzar el desarrollo sostenible. Diez años después, en la Cumbre Mundial sobre el Desarrollo Sostenible celebrada en Johannesburgo, esta afirmación se concreta en la “Declaración Ubuntu sobre Educación y Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Sostenible”. Ésta propone el establecimiento de un “nuevo espacio mundial de aprendizaje sobre educación y sostenibilidad que promueva la cooperación y el intercambio entre instituciones en todos los planos y en todos los sectores de la educación en todo el mundo”, concretándolo con las palabras siguientes: “se debe desarrollar este espacio basándose en redes internacionales de instituciones y en la creación de centros de excelencia regionales, de los que formen parte universidades, politécnicos e instituciones de enseñanza secundaria y escuelas primarias.” En el año 2002 las Naciones Unidas proclamaron el Decenio de la Educación para el Desarrollo Sostenible durante el período 2005-2014 y encargaron a la UNESCO su ejecución. El objetivo es conseguir que la educación para el desarrollo sostenible penetre y se afiance en los sistemas educativos de todos los países y alcance todas las capas de la sociedad, de todas las culturas y para todas las edades. Son muchas las universidades que han suscrito declaraciones en las que se comprometen a incorporar la sostenibilidad en la formación que ofrecen. Entre las más veteranas están la Declaración de Talloires (1990), firmada por 375 instituciones de 50 países, o la Carta Copernicus (1993) de la Conferencia de Rectores Europeos. También se han ido configurando diversas redes de universidades para mantener vivas las declaraciones e ir intercambiando experiencias. Entre ellas se pueden citar la GHESP (Global Higher Education for Sustainable Partnership), la AGS (Alliance for Global Sustainability), la C2E2 (Campus Consortium for Environmental Excellence), o incluso la OIUDSMA (Organización Internacional de Universidades por el Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente) a la que pertenece Comillas. Algunas son extensas redes que incluyen un gran número de instituciones 39


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y otras son grupos más reducidos, típicamente de universidades de prestigio y con objetivos y planes de acción más concretos. En España cabe mencionar que la CRUE (Conferencia de Rectores de las Universidades Españolas) ha creado un Grupo de Trabajo sobre Calidad Ambiental y Desarrollo Sostenible que, entre otras actividades, tiene un Seminario Permanente de Ambientalización. Una idea esencial en todas estas consideraciones es que la universidad no debe limitarse a generar conocimientos disciplinares y desarrollar habilidades, sino que como parte de un sistema cultural más amplio, su papel es también el de enseñar, fomentar, y desarrollar los valores y actitudes requeridos por la sociedad: multidisciplinariedad, visión holística, espíritu crítico, etc. En definitiva, se refiere a la necesidad de avanzar hacia la formación integral del titulado, algo que, por otra parte, es esencial en el Proyecto Educativo de Comillas, figura también en su Declaración Institucional y se refleja en el principio de “formar hombres y mujeres para los demás” enunciado por el Padre Arrupe. La creación del Espacio Europeo de Educación Superior, con su mayor énfasis en el desarrollo de competencias por parte de los alumnos desde un punto de vista integral, ofrece una gran oportunidad para consolidar y avanzar en este objetivo.

Formación en desarrollo sostenible Si lo que se considera es el efecto a largo plazo, el principal instrumento de influencia de la universidad en la sociedad no lo constituyen necesariamente sus publicaciones científicas, las apariciones de sus profesores en los medios de comunicación o las declaraciones públicas de sus autoridades, sino las sucesivas generaciones de titulados que van integrándose, conformando y a veces liderando la sociedad, siempre que todos ellos compartan ciertas señas de identidad. Por ello merece la pena dedicar esfuerzos a ampliar la formación integral de los alumnos incorporando aspectos de sostenibilidad y procurar aprovechar la próxima reforma de los planes de estudios requerida por el nuevo Espacio Europeo de Educación Superior: estos cambios de mentalidad presentan mucha inercia y no parece que los plazos sean muy amplios en lo que respecta a alcanzar un desarrollo sostenible. Una de las tareas fundamentales es la llamada por razones históricas ambientalización curricular, que tal vez debería llamarse con más propiedad “sostenibilización1” curricular. Su objetivo es incorporar la sostenibilidad en los planes de estudios de las titulaciones universitarias. Se trata de incluir en estos planes, y específicamente en los programas de las materias existentes de grado (también de postgrado), los contenidos sobre desarrollo sostenible y medio ambiente que se consideren adecuados para el perfil de los titulados que se desea formar. Esta penetración transversal de las distintas materias del currículo se considera mucho más eficaz que la mera adición de asignaturas específicas dedicadas al desarrollo sostenible, que el alumno puede valorar como menos importantes o cuyos contenidos puede percibir como alejados de su futura profesión, por lo que no los integrará con el resto de sus competencias. La ambientalización curricular puede abarcar distintos aspectos: ❙ Incorporación de contenidos en los programas de las asignaturas y de competencias en sus objetivos: es el componente principal de la sostenibilización, que puede ir desde la mera sensibilización mediante colecciones de problemas y casos hasta la toma de conciencia de las consecuencias de la aplicación de lo aprendido o la evaluación de su impacto, los análisis de ciclo de vida, etc. ❙ Oferta de asignaturas de libre elección, seminarios, etc. que proponen formación complementaria a los alumnos que deseen profundizar en estos conceptos. ❙ Prácticas en empresas sobre temas ambientales o de sostenibilidad que les permitan entender cómo se traducen los conceptos aprendidos en el mundo real. ❙ Másters o cursos de postgrado especializados en sostenibilidad que permitan proseguir estudios en este ámbito que seguramente seguirá cobrando importancia, y también ofrecer un cierto reciclaje a los profesionales cuya formación no incluyó estos aspectos. ❙ Formación de profesorado: labor esencial, puesto que los profesores se convierten en los facilitadores del aprendizaje de los alumnos pero no necesariamente han tenido ellos mismos formación en estos temas. Normalmente necesitan apoyo para incluir aspectos de sostenibilidad en sus asignaturas. 1 Hace algunos años, antes de la extensión del concepto de desarrollo sostenible, el énfasis se ponía en el medio ambiente, y de ahí el nombre que se sigue utilizando.

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El desarrollo sostenible en la universidad | Tema I | Avances de Ingeniería

Puede consistir, por ejemplo, en apoyo vía web que ponga contenidos relevantes a disposición de los profesores: bibliografía, ejemplos, herramientas interactivas, buenas prácticas, etc. Un aspecto formativo de especial interés son los proyectos fin de carrera, tesinas y trabajos de investigación de postgrado. Aunque formalmente sean parte de la formación de grado y/o postgrado, sus características les hacen merecer un tratamiento específico. Como colofón de los estudios, constituyen una puesta en práctica de forma integrada de conocimientos adquiridos por un cuasiprofesional, que resulta adecuada para incluir también aspectos relacionados con el desarrollo sostenible. Por ello, se puede plantear como objetivo que en todo proyecto, tesina o trabajo en que sea razonablemente posible hacerlo, se incorporen explícitamente consideraciones sobre sostenibilidad. Como medio para llegar a tal fin se puede instaurar, para incentivar a los alumnos, un premio al trabajo de fin de carrera que mejor tenga en cuenta estos aspectos. También es necesario prestar apoyo tanto a los alumnos como a los directores de estos trabajos, proporcionándoles guías y bibliografía, o incluso un grupo de profesores con experiencia que les puedan respaldar.

El desarrollo sostenible en la investigación universitaria La universidad no sólo incide en la sociedad a través de sus graduados, sino también mediante la difusión de sus investigaciones. Por ello, también resulta esencial promover la investigación universitaria relacionada con el desarrollo sostenible, tanto para aportar soluciones como para liderar iniciativas de cambio. Conviene realizarlo en colaboración estrecha con las empresas e instituciones, con el fin de garantizar la aplicabilidad y efectividad de las soluciones propuestas. En los siguientes capítulos de este libro se tratará este aspecto con más profundidad, aplicándolo a las distintas disciplinas y áreas de investigación, pero se pueden mencionar aquí dos vías fundamentales: ❙ Fomentar el lanzamiento de líneas de investigación relacionadas con el desarrollo sostenible. ❙ Incorporar aspectos del desarrollo sostenible en las propias líneas de investigación de la universidad, de manera similar a lo citado con respecto a la formación: es decir, procurar una sostenibilización de la investigación que se realiza. Como medidas de apoyo se puede procurar estimular la presentación de propuestas de investigación relacionadas con la sostenibilidad aportando información relevante a los grupos de trabajo acerca de líneas de financiación públicas o privadas, o incluso reservando fondos propios de la universidad para financiar proyectos de este tipo. También puede resultar útil realizar un inventario de la investigación significativamente relacionada con la sostenibilidad en la propia universidad con el fin de coordinar los esfuerzos, pues a menudo estos han respondido a iniciativas personales, típicamente dispersas. Esto permite asimismo divulgar esta componente de la investigación y darle mayor relevancia.

Vida universitaria y sensibilización Difícilmente se puede formar en valores si el alumno no percibe coherencia entre lo predicado y el propio comportamiento de la universidad. Por ello es necesario incorporar los principios y enseñanzas relacionados con la sostenibilidad a la vida diaria y real de la universidad, en sus diversos aspectos. Por otra parte, se trata también de conseguir que el interés y el conocimiento por la sostenibilidad se extiendan a los miembros de la comunidad universitaria y también fuera de ella. Para ello se pueden contemplar actividades tales como jornadas técnicas sobre aspectos concretos, concursos de ideas sobre sostenibilidad o campañas en colaboración con grupos u organizaciones, tanto internos como externos a la universidad, que también contemplen estos aspectos. Conviene tener presente que el verdadero efecto relevante sobre la sostenibilidad que estas acciones puedan tener no será sobre el consumo de energía o agua de la universidad o sobre la gestión de sus residuos, sino sobre la actitud que sus graduados adopten respecto a estos problemas cuando hayan de afrontar sus responsabilidades en el mundo laboral. En este ámbito se pueden emprender múltiples acciones, entre las que se puede incluir: ❙ Establecer un Plan de Gestión Medioambiental de la universidad: se puede seguir el ejemplo de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) que, después de dos planes de medio ambiente, se ha lanzado al plan “UPC sostenible 2015” (http://www.upc.edu/sostenible2015). 41


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❙ Reducir el impacto ambiental de la universidad: un primer paso puede ser determinar lo que se conoce como su huella ecológica y establecer un plan para su monitorización, para conocer la situación real en cada momento. Dentro de este objetivo general se pueden inscribir distintas iniciativas, como desarrollar un plan de minimización y gestión de residuos, o buscar la reducción del consumo energético o de las emisiones de CO2 asociadas. ❙ Mejora de la eficiencia energética de los edificios: el gasto energético de los edificios (y de sus ocupantes) es significativo en cuanto al impacto ambiental de la universidad, y también en cuanto a su cercanía a los alumnos y al personal de la misma. Por tanto, conviene establecer programas de mejora de la eficiencia energética tanto en el proyecto y construcción de edificios nuevos como en la reforma y adaptación de los existentes. Entre los aspectos a tener en cuenta están el aprovechamiento de la luz natural, el aislamiento térmico, la gestión adecuada del uso de los espacios, la automatización de sistemas, las instrucciones a los usuarios y el uso de energías renovables. ❙ Compra verde: criterios medioambientales en la selección de proveedores, compra de productos y contratación de servicios. La universidad es una gran consumidora de bienes y servicios, y este hecho puede permitir extender la preocupación de la universidad acerca de la sostenibilidad a sus suministradores. Así se tiene en cuenta la sostenibilidad en los criterios de selección o pliegos de condiciones, no sólo en la gestión diaria sino también en la realización de obras o mejoras. ❙ Inversión socialmente responsable de los recursos financieros: la universidad mantiene inversiones financieras que pueden canalizarse hacia usos que contribuyan a la sostenibilidad, fondos de inversión “éticos”, etc. ❙ Movilidad sostenible: El transporte y su impacto ambiental asociado tienen un gran impacto en la sostenibilidad. Las universidades, por el elevado número de alumnos y profesores que desplazan, pueden tener un papel significativo en la modificación de los hábitos de desplazamiento y el aumento de su sostenibilidad. Numerosas universidades han establecido ya planes de movilidad sostenible, por los cuales se incentivan el transporte público y modos individuales de transporte sostenible: préstamo de bicicletas, uso de vehículos compartidos, etc. ❙ Sensibilización de alumnos y personal: todas las acciones comentadas tienen una componente de sensibilización, pero también se pueden realizar campañas específicas de sensibilización de los alumnos y personal, que no sólo aumenten en ellos su conciencia de sostenibilidad, sino que complementen su formación. Así, se pueden organizar seminarios, jornadas, mesas de trabajo, concursos, etc. Además de aspectos ya mencionados referidos a usos y costumbres, se puede por ejemplo fomentar el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) para reducir los desplazamientos y el consumo de papel, o elaborar una Guía de buenas prácticas para alumnado y personal. Crear una página web dedicada a todos los aspectos relacionados con el desarrollo sostenible en la universidad con información actualizada y enlaces a sitios de interés también puede ayudar a sensibilizar y a hacer más presente la sostenibilidad en la mente de todos. Por último, otra posibilidad es establecer un voluntariado ambiental para dar salida a las inquietudes de los alumnos y personal más motivados, y que con ello pueden prestar una colaboración nada desdeñable en el desarrollo de todas las actividades citadas.

Recursos en Internet La generalización de la preocupación por el desarrollo sostenible ha coincidido con la explosión de Internet. Como las personas e instituciones activas en este ámbito están convencidas de la necesidad de la expansión de sus ideas, existe muchísima información en la red sobre experiencias relativamente exitosas, guías para “sostenibilizar”, documentación, etc. Se recogen aquí algunas direcciones que pueden resultar útiles cuando se busca apoyo para trabajar en estos temas. La Universidad Politécnica de Cataluña es la pionera en España y se ha convertido en un referente en la preocupación por el desarrollo sostenible en la universidad. Tiene en marcha múltiples iniciativas interesantes e inspiradoras y el portal de su centro para la sostenibilidad (CITIES: http://www. upc.edu/centresostenibilitat) tiene mucha información y enlaces interesantes. En el Reino Unido, la Universidad de Loughborough ofrece una “caja de herramientas” (http:// www.lboro.ac.uk/research/susdesign/LTSN/Index.htm) para introducir conceptos de sostenibilidad en la docencia en ocho bloques temáticos: los primeros de carácter introductorio y los últimos 42


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El desarrollo sostenible en la universidad | Tema I | Avances de Ingeniería

dedicados al ecodiseño. Contiene numerosos recursos para usar en clase: presentaciones en Power Point, actividades, etc. El Centro para el Desarrollo Sostenible de la Universidad de Cambridge conjuntamente con la Universidad de Hertfordshire han desarrollado un portal (http://www7.caret.cam.ac.uk/) haciendo énfasis en la componente medioambiental de la sostenibilidad, con muchos recursos para utilizar en clase: imágenes comentadas, presentaciones en Power Point, casos de estudio, etc. También vale la pena visitar el portal de la EAUC (Environmental Association for Universities and Colleges: http://www.eauc.org.uk) a la que pertenecen las principales universidades británicas: entre otras cosas ofrece un banco de recursos estructurado en diez áreas en las que presenta los recursos, casos de estudio, noticias y eventos relacionados con cada área. La holandesa Universidad Tecnológica de Delft y la sueca Universidad de Chalmers (http://www. chalmers.se/gmv/EN/projects/esd_chalmers) también destacan por su actividad en este mundo. En Estados Unidos, la red Campus Consortium for Environmental Excellence (C2E2: http://www. c2e2.org), que agrupa universidades principalmente de Nueva Inglaterra, tiene un papel activo de apoyo a la gestión ambiental y colabora con Campus ERC (http://www.campuserc.org) que es un centro de recursos medioambientales para la educación superior. El Massachusetts Institute of Technology (MIT), a raíz de una inspección desfavorable en 1998, decidió tomar una actitud proactiva y ha desarrollado múltiples actividades, tanto internas como en colaboración con su entorno, y ofrece a sus estudiantes muchos cursos y líneas de investigación relacionados con el medio ambiente. También ha creado una oficina para el medioambiente, la salud y la seguridad que ha desarrollado un sistema para gestionar estos tres aspectos cuya información, manuales, procedimientos, etc. están publicados en Internet. Toda la información relativa al MIT se puede encontrar en http://web.mit.edu/environment. El Instituto Internacional para el Desarrollo Sostenible (IISD) ha desarrollado una página web específica (http://www.iisd.org/educate/default.htm) para ayudar a los directivos, profesores y estudiantes a implantar el desarrollo sostenible en sus universidades: incluye módulos de aprendizaje, estudios de caso, planes de acción, políticas ambientales y recursos. La UNESCO entre sus múltiples actividades, tiene el programa Teaching and Learning for a Sustainable Future (http://www.unesco.org/education/tlsf/). Es un programa interactivo que incluye materiales, ejercicios y enlaces que ayudan a los docentes a profundizar su comprensión acerca de la educación para la sostenibilidad. La red University Leaders for a Sustainable Future nació a raíz de la Declaración de Talloires y en su página web (http://www.ulsf.org/resources.html) presenta una base de datos de recursos, y muchos enlaces a las universidades activas en sostenibilización de forma estructurada.

Conclusiones Es opinión generalizada que para alcanzar el tan deseado desarrollo sostenible es imprescindible un cambio profundo en las percepciones, las mentalidades y las actitudes en nuestra sociedad. Salvo en el caso de crisis graves y traumáticas, transformaciones tan profundas y duraderas sólo se consiguen mediante la educación. La universidad tiene un papel importante que desempeñar en este ámbito, como centro de reflexión y de avance del conocimiento sin duda alguna, pero también como centro de formación de profesionales que van a conformar –o que ya están conformando, dado que cada día se extiende más el aprendizaje a lo largo de toda la vida– esta sociedad que es preciso transformar. Universidades del mundo entero, y en particular las más prestigiosas, se están moviendo en esta dirección y aportan contribuciones muy enriquecedoras. La Universidad Pontificia Comillas, respondiendo a su identidad jesuítica y por ello asumiendo como misión la defensa de la fe y la promoción de la justicia, proclama su objetivo de formar hombres y mujeres para los demás. El ICAI, por su parte, ha mostrado una preocupación por las causas sociales desde su fundación, y los ingenieros suelen presumir de ser importantes agentes de cambio de la sociedad. ¿No será hora ya de pasar de las palabras a los hechos? |❙| 43


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Referencias [CRUE05] Comité Ejecutivo del Grupo de Trabajo de Calidad Ambiental y Desarrollo Sostenible de la CRUE, Directrices para la Sostenibilización Curricular, Valladolid. abril 2005. [DODD05] Dodds, R. y Venables, R. eds. Engineering for Sustainable Development: Guiding Principles. The Royal Academy of Engineering. London, september 2005. [descargable en http://www.engsc.ac.uk/er/sustainable/index.asp >Related links >Evaluation of approaches with RAEng]. [HEPS04] Higher Education Partnership for Sustainability, Learning and skills for sustainable development: developing a sustainability literate society. Forum for the Future. London, february 2004. [descargable en http://www.forumforthefuture.org/node/432]. [MCKE02] McKeown, R. Manual de Educación para el Desarrollo Sostenible, Centro de Energía, Medio Ambiente y Recursos, Universidad de Tennessee. julio 2007. [MULD07] Mulder, K., ed. Desarrollo sostenible para ingenieros, Edicions UPC. Barcelona, 2007. [NIXO02] Nixon, A. Campus Sustainability Assessment and Related Literature. An Annotated Bibliography and Resource Guide, Environmental Institute, Western Michigan University. february 2002. [UPC_98] Universitat Politècnica de Catalunya. Medi ambient i tecnologia. Guia ambiental de la UPC, Edicions UPC. Barcelona, 1998.

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Capítulo 3. Las enseñanzas sobre sostenibilidad en los estudios de postgrado del ICAI Luis Rouco Rodríguez Javier García González José Casas Marín José Arrojo de Lamo

Palabras clave Postgrado, máster profesional, sector eléctrico, tecnología eléctrica, sistemas ferroviarios, dimensión económica, dimensión medioambiental, dimensión social, plan estratégico de sostenibilidad. En este capítulo se realiza una revisión de cómo se están abordando actualmente las enseñanzas sobre desarrollo sostenible en los estudios de postgrado del ICAI, haciendo un especial hincapié en los programas de máster profesionales orientados al sector eléctrico. Se incluye también la visión de la industria de este tema bajo la óptica de una de las principales empresas del sector eléctrico español y se resumen los aspectos cruciales que deberían guiar el proceso de incorporación o ampliación del tratamiento de la sostenibilidad en los estudios de postgrado. Otras universidades e instituciones ya han dado pasos previos en este proceso y en este artículo se realiza una breve revisión de los mismos. Finalmente, teniendo en cuenta el diagnóstico inicial, la perspectiva de la industria y las experiencias de otras Universidades, el artículo concluye con unas propuestas concretas sobre cómo incorporar los conceptos de desarrollo sostenible en los estudios de postgrado del ICAI.

Introducción Desde los inicios del desarrollo tecnológico hasta el momento presente, la ingeniería ha ido extendiendo sus preocupaciones para dar respuesta a las necesidades de la sociedad. Los primeros ingenieros estaban preocupados principalmente por lograr que los sistemas y los procesos implantados fueran técnicamente factibles y permitieran cumplir los objetivos para los que fueron diseñados. Después se preocuparon por la factibilidad técnica y económica de los mismos. Más recientemente, han buscado, además de su viabilidad técnica y económica, la minimización de su impacto ambiental. Hoy en día, se plantea un reto mucho más amplio: la sostenibilidad de los sistemas y procesos concebidos por los ingenieros para que los diversos sectores industriales en los que las empresas desarrollan su actividad, no solo no comprometan, sino que puedan contribuir positivamente al desarrollo a largo plazo de la sociedad y de su entorno natural. Y, aún más allá, en la respuesta a los retos de la sociedad, utilizar palancas, como la innovación, no sólo para hacer cosas “de forma distinta”, más sostenible, sino también para “hacer cosas distintas”, al fin y al cabo se trata de abrir nuevas opciones de futuro y asegurar la propia supervivencia de las empresas por encima de las necesidades sociales que hoy se plantean. Coincidiendo con la extensión de las preocupaciones de los ingenieros, y por supuesto con la realimentación constante de la industria, los planes de los estudios de las diversas disciplinas de la ingeniería fueron incluyendo en sus programas materias como la “Economía y la administración de empresas” y más recientemente asignaturas como “Impacto ambiental”, “Responsabilidad Social 45


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Corporativa”, etc., tanto en los estudios de grado como de postgrado, ámbito este último en el que se centra este capítulo.

El estado actual en los estudios de postgrado del ICAI En los últimos años, el ICAI ha ido configurando y madurando una oferta de estudios de postgrado en la que se pueden identificar dos vertientes. Por un lado, los estudios de postgrado orientados a la investigación que culminan con la realización de la tesis doctoral. Por otro lado, los estudios de postgrado orientados a formar profesionales en diversos sectores industriales, y en particular, en aquellos en los cuales los ingenieros del ICAI han tenido una presencia destacada a lo largo de los años: el sector eléctrico y el sector ferroviario. Los programas de postgrado en el ICAI que se ofrecen en estos ámbitos, son los siguientes: ❙ Máster Universitario en Sector Eléctrico (Erasmus Mundus) [UPCO08a]. ❙ Máster Universitario en Tecnología Eléctrica Endesa-ICAI [UPCO08b]. ❙ Máster Universitario en Sistemas Ferroviarios [UPCO08c]. A continuación se revisa cada uno de ellos, incidiendo en cómo están tratando actualmente el tema de la sostenibilidad en su currículo académico. El Máster Universitario en Sector Eléctrico (Erasmus Mundus) tiene como principal objetivo formar a una nueva generación de profesionales que puedan hacer frente con éxito a los distintos retos que se plantean en la gestión económica, regulatoria y técnica de las distintas áreas de negocio de las empresas del sector eléctrico. Durante el máster, el alumno accede, mediante el contacto directo con los profesionales más destacados del sector, a una información de primera mano sobre cómo se aplican en la práctica los conocimientos adquiridos en las clases, y sobre cuáles son los últimos avances y tendencias que marcan el ritmo de este sector tan importante en el panorama energético. Además, el alumno adquiere una experiencia real mediante la realización de un trabajo personal tutelado –la tesis de máster– en una de las empresas o instituciones colaboradoras, bajo la supervisión de un profesional experimentado. En este sentido, por su propia naturaleza de máster en el sector de la energía, el Máster Universitario en Sector Eléctrico (Erasmus Mundus) cubre muchos de los aspectos que son cruciales en el ámbito del desarrollo sostenible. Sin embargo, en el diseño actual no existe un tratamiento específico de este tema, y únicamente aparece de forma puntual en algunas de las asignaturas. En concreto, la asignatura “Regulación del sector eléctrico” introduce a los alumnos en las iniciativas europeas para lograr un desarrollo sostenible, se aprovechan los trabajos individuales de los alumnos para estudiar este problema y se programan charlas junto con la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible, perteneciente también al ICAI. En la asignatura “Impacto ambiental y energías renovables” se analiza y se evalúa el impacto ambiental del consumo energético, y en particular, del consumo eléctrico, y se revisan las distintas tecnologías de generación renovables y medidas regulatorias. Por sus características, esta última asignatura es una excelente candidata para incorporar los temas relacionados con la sostenibilidad de manera más específica. Del mismo modo, otra asignatura susceptible de incorporar de forma más precisa la sostenibilidad en su programa es “Ética”, donde actualmente ya se presenta la dimensión ética de la empresa y su responsabilidad social. Por otro lado, ya en el segundo semestre, la asignatura “Normativa del sector eléctrico español y de la UE” tiene una sesión dedicada explícitamente a la sostenibilidad del modelo energético. Además, existe otra sesión monográfica sobre el régimen especial en España, donde se recalca la importancia de incluir criterios de protección medioambiental cuando se diseñan los marcos regulatorios. También en las asignaturas centradas en el negocio del transporte y la distribución se explica el impacto sobre las redes eléctricas de una mayor penetración de las fuentes de energía renovables. La discusión de por qué son necesarias estas fuentes renovables a pesar de su posible impacto en las redes eléctricas, sus ventajas, sus inconvenientes, las dificultades que pueden surgir en el futuro, 46


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Las enseñanzas sobre sostenibilidad en los estudios de postgrado del ICAI | Tema I | Avances de Ingeniería

etc., son un buen ejemplo de cómo en asignaturas que en principio pueden parecer alejadas del desarrollo sostenible, existen múltiples elementos que pueden ser utilizados para sensibilizar a los alumnos sobre la importancia de este tema, incentivando su reflexión y quizás, su futura actividad como profesionales en el sector de la energía, Asimismo, la directiva europea del comercio de emisiones obliga a que la actividad de generación eléctrica contemple el coste de los derechos de emisión de gases de efecto invernadero en su política de gestión de la energía, lo que conlleva la consideración de la dimensión ambiental, y en particular el cambio climático, en el proceso de competitividad de las distintas tecnologías existentes para garantizar el suministro eléctrico. El Máster Universitario en Tecnología Eléctrica Endesa-ICAI responde a una creciente demanda en el sector eléctrico de titulados con una formación técnica específica en las tecnologías de la generación y distribución eléctrica, así como en las tecnologías de información que soportan sus distintos procesos técnicos. En este sentido, Endesa, a través de Endesa Escuela de Energía, y Comillas, a través de su Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ICAI), han unido sus capacidades y recursos para ofrecer un programa innovador de postgrado con formato “in company”, impartido en las instalaciones de la sede social de Endesa en Madrid. Los alumnos desarrollan su trabajo fin de máster asignados a unidades de Endesa. El Máster en Tecnología Eléctrica Endesa-ICAI cuenta con la colaboración de Tecnatom y las Universidades Politécnica de Cataluña, Sevilla y Zaragoza. El Máster Universitario en Tecnología Eléctrica Endesa-ICAI ha incorporado los conceptos de energía y sosteniblidad en el ámbito de la asignatura de “Impacto ambiental de la industria eléctrica”. Aborda no sólo el tema del cambio climático, sostenibilidad y política energética, sino también el tema de las emisiones de centrales de producción de energía eléctrica. Respecto al Máster Universitario en Sistemas Ferroviarios, existe un tratamiento específico sobre la eficiencia energética y sobre el impacto en las emisiones de CO2. En particular, en “Gestión de la energía en el ferrocarril” se analizan los consumos y emisiones en el sector ferroviario y se muestran medidas de diseño y operativas para reducir el consumo y las emisiones. En “Electrificación” se estudian diseños de electrificación ferroviaria eficientes energéticamente minimizando pérdidas y, sobre todo, tratando de aprovechar la energía regenerada en los frenados mediante uso de sistemas de acumulación y devolución a la red. En la asignatura “Sistemas avanzados de diseño y control de tráfico” se estudian técnicas de conducción económica, tanto manual como en conducción automática, dirigida a minimizar el consumo de tracción para cumplir un tiempo de recorrido así como el diseño de horarios. Otra asignatura relacionada es “Dinámica y diseño del material rodante”. Dado que este capítulo se centra especialmente en el sector eléctrico, una reflexión más detallada sobre la interacción entre el sector del transporte y el desarrollo sostenible puede verse en el Tema IV de este libro. En resumen, los dos programas de postgrado del ICAI orientados al sector eléctrico sólo abordan la sostenibilidad de forma aislada en algunas asignaturas. Dado que en ambos programas de máster se manejan conceptos que tienen una incidencia clara en el desarrollo sostenible, sería posible realizar un diseño curricular más transversal y aprovechar la riqueza de las distintas asignaturas para remarcar la necesidad de incluir criterios de sostenibilidad a largo plazo en los procesos de toma de decisiones.

La perspectiva de la industria Las empresas vienen desarrollando acciones respecto al desarrollo sostenible desde hace unos pocos años. En particular, las empresas buscan alcanzar una concepción más equilibrada de ellas actuando en varias dimensiones. En efecto, en el pasado la dimensión económica (resultados económicos: rentabilidad y valor para el accionista) de la compañía era la más relevante. Con el paso del tiempo, la dimensión medioambiental (protección del entorno) fue cobrando gran importancia. Más recientemente, la dimensión social (contribución al desarrollo de la sociedad en la que desarrollan su labor) ha aparecido como indispensable. 47


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Hoy en día, la sostenibilidad (la pervivencia a largo plazo) de las empresas está ligada a la actuación completa en las tres citadas dimensiones: económica, medioambiental y social. Todo ello, articulado mediante compromisos en diferentes ámbitos de trabajo de las empresas tales como [ENDE06]: ❙ La calidad del suministro. ❙ La creación de valor y de rentabilidad. ❙ La salud y seguridad laboral y el desarrollo personal y profesional de los empleados. ❙ El buen gobierno y el comportamiento ético. ❙ La protección del entorno. ❙ La eficiencia a través de la innovación. ❙ El desarrollo de las sociedades en las que opera. En conjunto, normalmente se trata de objetivos, actuaciones y compromisos enmarcados dentro de un plan estratégico de sostenibilidad a largo plazo. Dicho plan estratégico se articula en planes anuales, que contienen acciones específicas a desarrollar, donde el diálogo con los grupos de interés suele constituir una herramienta clave. Para valorar de forma más objetiva su actuación en el ámbito de la sostenibilidad, las empresas se someten a evaluación por medio de índices apropiados, generalmente realizados a través del análisis de la información publica contrastable por instituciones (empresas consultoras, universidades, etc.) de reconocido prestigio a nivel global. En conclusión, se puede afirmar que en la sostenibilidad está ya incorporada a la vida de las empresas y que la implantación y seguimiento de planes, programas y acciones de sostenibilidad requiere profesionales con preparación en esta materia.

Las experiencias de otras universidades e instituciones La creciente preocupación en la sociedad sobre el desarrollo sostenible tiene también su reflejo en diferentes programas de Máster que ya incorporan estos conceptos en sus planes de estudio. A continuación se comentan, a modo de ejemplo, tres de ellos: ❙ El Máster en Energía para el Desarrollo Sostenible de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) [UPC_08]. ❙ El Máster en Sostenibilidad y Responsabilidad Social Corporativa de la Universidad Jaume I (UJI) [UJI_08]. ❙ Máster en Desarrollo Sostenible y Responsabilidad Corporativa de la Escuela de Organización Industrial (EOI) [EOI_08]. El máster de la UPC es un máster en energía que incluye un módulo sobre “Energía y sostenibilidad”. Este módulo aborda tanto tópicos novedosos (desarrollo sostenible, desarrollo humano, desarrollo local) y temas más habituales (balances energéticos, políticas y planes energéticos, marcos reguladores, etc.). Los restantes módulos del máster abordan las diferentes tecnologías energéticas renovables y el ahorro y la eficiencia energética. El máster de la UJI tiene una orientación distinta. El objetivo es la formación de profesionales que sean capaces de incorporar en la gestión empresarial aquellas políticas y prácticas que permitan implementar el desarrollo sostenible y la responsabilidad social corporativa (RSC) como una estrategia a largo plazo en las empresas, así como en otras organizaciones públicas o privadas. El máster contiene módulos sobre introducción a la sostenibilidad y la RSC, información y comunicación, relaciones con la sociedad, medio ambiente, derechos humanos y relaciones laborales, finanzas sostenibles y gestión de la RSC. El máster de la EOI tiene por objetivo proporcionar a los estudiantes las habilidades para desarrollar su carrera en organizaciones relacionadas con el desarrollo sostenible y la RSC integrando aspectos económicos, medioambientales y sociales. El máster de la EOI está organizado alrededor de tres grandes módulos: conceptos generales de sostenibilidad, elementos de sostenibilidad y sostenibilidad desde lo global a lo local. Entre los elementos de la sostenibilidad se estudian la protección medioambiental, la ecoeficiencia y ecodiseño, el desarrollo social, etc. En el módulo de lo global a lo local, se parte del estudio de las instituciones internacionales, las políticas de la UE hasta la sostenibilidad por sectores y la responsabilidad corporativa. 48


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Los programas de la UJI y de la EOI muestran que la sostenibilidad y la RSC es un cuerpo de conocimiento asentado, de obligado conocimiento por los gestores de las organizaciones. El programa de la UPC pone de manifiesto como, además de una aproximación a la gestión de las organizaciones (económica, medioambiental y social), la sostenibilidad debe ser incorporada al temario de cada sector específico (la energía en este caso).

Conclusiones La relevancia del tema objeto de este libro ha sido ya percibida por la industria y las empresas en general. En consecuencia, universidades e instituciones ya han tomado la iniciativa dedicando programas de postgrado o máster específicos al desarrollo sostenible. De esta forma se están dando los primeros pasos para satisfacer unas necesidades de la industria que actualmente desarrolla planes, programas y acciones de sostenibilidad. En el caso de la Escuela del ICAI, donde sus diversos programas de máster relacionados con el sector eléctrico constituyen una referencia en el panorama español, los diferentes estudios de postgrado han ido incorporando los conceptos de sostenibilidad a los programas de algunas materias. Sin embargo, para presentar al alumno una visión global sobre los retos que plantea el desarrollo sostenible, será importante realizar una coordinación transversal de las diferentes asignaturas, estableciendo un itinerario que pueda discurrir entre todas ellas. Para apoyar dicha coordinación transversal se recomienda elaborar una memoria sobre cómo los aspectos de sostenibilidad son tratados en las diferentes materias de cada máster. Además, y dado que los conceptos generales y elementos de sostenibilidad forman un cuerpo específico de conocimiento, se recomienda su incorporación a la asignatura de Ética, que es habitual en los programas máster del ICAI. |❙|

Referencias [UPCO08a] Universidad Pontificia Comillas, E.T.S.I. (ICAI), Máster Universitario en Sector Eléctrico (Erasmus Mundus), http://www.upcomillas.es/estudios/estu_mast_sect_elec.aspx. [UPCO08b] Universidad Pontificia Comillas, E.T.S.I. (ICAI). Máster Universitario en Tecnología Eléctrica Endesa-ICAI, http://www.upcomillas.es/estudios/estu_mast_tecn_elec.aspx. [UPCO08c] Universidad Pontificia Comillas, E.T.S.I. (ICAI). Máster Universitario en Sistemas Ferroviarios, http://www.upcomillas.es/estudios/estu_mast_sist_ferr.aspx. [ENDE06] Endesa, Informe de Sostenibilidad, 2006. [UPC_08] Fundació UPC. Universitat Politècnica de Catalunya. Energia per al Desenvolupament Sostenible. Màster. http://www.fundacio.upc.edu/area.php?area=6. [UJI_08] Universidad Jaume I. Máster en Sostenibilidad y Responsabilidad Social Corporativa. http://www.mastersostenibilidadyrsc.uji.es/. [EOI_08] Escuela de Organización Industrial. International Master In Sustainable Development and Corporate Responsability (Madrid) - in English. http://www.eoi.es/nw/publica/CursoDetalle.asp?pmId=82.

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Capítulo 4. Compromiso y aportaciones de la ingeniería a las ONG´s Mercedes Fernández García Juan Pablo García Nieto Andrés González García

Palabras clave Ingeniería, ONG´s, ONGD´s, cooperación al desarrollo, proyectos de cooperación al desarrollo, educación para el desarrollo, modelos de desarrollo, incidencia política, sostenibilidad social, económica y medioambiental, Tercer Sector, sociedad civil. El capítulo1 lleva a cabo un breve análisis del papel de la Ingeniería en el “Tercer Sector”, conjunto de entidades de carácter no gubernamental que, surgidas de la libre iniciativa ciudadana y regidas de forma autónoma en el marco de la denominada “sociedad civil”, promueven modelos y prácticas de desarrollo sostenible (social, medioambiental y económico) en el ámbito local, regional, nacional e internacional. Las ONG´s desarrollan un amplio abanico de actividades, como proyectos de cooperación al desarrollo, educación y camp
Introducción El Tercer Sector es una fuerza emergente en la sociedad española. En los últimos diez años las entidades no lucrativas han crecido espectacularmente en número y movilización de recursos económicos y humanos3. Se entiende por Tercer Sector el conjunto de entidades de carácter voluntario que, surgidas de la libre iniciativa ciudadana y regidas de forma autónoma, buscan a través de la intervención en la política social conseguir un incremento de los niveles de calidad de vida a través de un progreso social solidario. 1 Agradecemos la colaboración y las aportaciones de Isabel Ortiz Marcos (UPM), Julio Eisman (ESF), Pedro Alonso Pereiro (Fundación ICAI para el Desarrollo), Miguel Ángel Pantoja (ISF), Carolina Moreno (Entreculturas), Catalina Parra (Fundación Chandra, Fundación Tomillo) y Ana Moreno (Aula Solidaridad). 2 Ya en 2005, según [CONG07], las ONGD ejecutaron en España un presupuesto de 513,69 millones de euros, el 54% de los cuales provenían de fuentes privadas, mientras el 46% lo aportaron fondos públicos, creciendo a un ritmo de un 20% anual. 3 Según uno de los más recientes estudios [GARC04], en el año 2001, este sector contaba con 164.916 entidades (y 46 cajas de ahorro), con 414.319 trabajadores y 3.990.052 voluntarios. Todo ello suponía un número de 835.409 puestos de trabajo a tiempo completo, que son el 9,7% de los trabajadores del Estado, considerando las cajas de ahorro.

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Ahora bien, la creación y defensa de valores solidarios y éticos pueden y deben ir acompañados por una gestión de calidad. En un futuro próximo, las entidades no lucrativas que no sepan combinar ambos elementos dejarán de ser potenciales agentes de cambio y mejora social. En los últimos años las ONGD´s están realizando un importante esfuerzo para mejorar la gestión y poder acreditarse ante la sociedad. A este respecto es importante destacar el papel de las auditorías de cuentas a las que se someten las organizaciones más grandes, y adicionalmente la promoción de controles de transparencia y buenas prácticas como los realizados por la Fundación Lealtad, a los que acuden voluntariamente las ONG´s. De entre las múltiples clasificaciones que pueden hacerse en el campo del sector no lucrativo, se toma la que diferencia entre las organizaciones no gubernamentales (ONG´s) enfocadas a la ayuda o acción humanitaria y las otras que realizan programas y proyectos de desarrollo (ONGD´s). En el caso de estas últimas, una parte importante de dichos proyectos incorpora temas relacionados con la tecnología: así hay proyectos de cooperación al desarrollo enfocados directamente sobre aspectos tecnológicos de tratamiento de agua, TIC, energía, etc., o sobre asistencia técnica.

El papel del Ingeniero en los proyectos de cooperación para el desarrollo Hace más de 60 años se fundaron las primeras instituciones multilaterales de Ayuda Oficial al Desarrollo en el marco de los acuerdos de Bretton Woods después de la II Guerra Mundial, como los Bancos de Desarrollo (Banco Mundial, Banco Iberoamericano de Desarrollo, Banco Asiático de Desarrollo...), el Fondo Monetario Internacional y otras instituciones en el marco de la Organización de las Naciones Unidas como, el Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo, el Programa Mundial de Alimentos, Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, etc. Sin embargo, a principios del siglo XXI 1.100 millones de personas carecen de acceso al agua potable y 2.400 millones carecen de saneamiento básico. El 85% de las enfermedades en los países de origen africano son de origen hídrico. Más de 1.000 millones de personas viven con menos de un dólar diario. 600 millones de mujeres son analfabetas y 114 millones de niños no acuden a la educación primaria. La Cumbre del Milenio de las Naciones Unidas del año 2000 estableció Ocho Objetivos4 de Desarrollo del Milenio (ODM), con horizonte en 2015, para combatir la pobreza, el hambre, las enfermedades, el analfabetismo, la degradación del ambiente y la discriminación contra la mujer. En conjunto, constituye el principal marco de referencia en la actualidad para los actores de desarrollo, desde los organismos multilaterales y las naciones hasta las empresas y ONGD´s que trabajan para el desarrollo sostenible5. Si bien en un principio las intervenciones de desarrollo, ya fueran multilaterales, bilaterales o privadas, se realizaban desde una perspectiva fundamentalmente disciplinar (finanzas, obras públicas, agricultura, seguridad, justicia...) poco a poco se ha ido imponiendo una visión sistémica del desarrollo. Se ha comprobado que el éxito de la intervención en un área es muy interdependiente de lo que suceda en las demás. Se asume por lo tanto una visión integral del desarrollo social, económico y humano; por disciplinas, por sectores, por regiones... y con dimensión local y global al mismo tiempo.

Objetivo 1: erradicar la pobreza extrema y el hambre. Objetivo 2: lograr la enseñanza primaria universal. Objetivo 3: promover la igualdad entre géneros y la autonomía de la mujer. Objetivo 4: reducir la mortalidad infantil. Objetivo 5: mejorar la salud materna. Objetivo 6: combatir el VIH/SIDA, el paludismo y otras enfermedades. Objetivo 7: garantizar la sostenibilidad del medio ambiente. Objetivo 8: fomentar una asociación mundial para el desarrollo. 5 La Coordinadora de ONG’s para el Desarrollo–España ha publicado un informe [CONG07-2] sobre el estado del cumplimiento de los objetivos a mitad de camino y recomendaciones de trabajo para las instituciones españolas. 4

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Compromiso y aportaciones de la ingeniería… | Tema I | Avances de Ingeniería

Esta complejidad de los procesos de desarrollo debe abordarse necesariamente desde una perspectiva multidisciplinar en la que el profesional juega un doble papel, por un lado en cuanto a su área de conocimiento como ingeniero, y por otro por su capacidad de entender y analizar sistemas complejos interrelacionados. Dentro del ámbito de la ingeniería, los profesionales aportan su conocimiento principalmente en dos ejes de trabajo: ❙ Programas y proyectos de Cooperación para el Desarrollo o de Ayuda de Emergencia en el Sur y en el llamado Cuarto Mundo (en nuestro país). ❙ La formación y la investigación en tecnología para el desarrollo humano, en la acepción integral y multidimensional que da la definición del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo6. Más adelante se da una panorámica de los distintos tipos de programas y proyectos de cooperación en los que la ingeniería juega un papel importante. Sin embargo, conviene destacar primero que el ingeniero desarrolla su labor en un entorno de desarrollo dentro de un sistema social, cultural y económico concreto y que el entendimiento de este sistema es clave para el éxito del proyecto y programa. Asimismo es importante destacar que el desarrollo es un proceso y un fin centrado en la persona, en la satisfacción de sus necesidades, en el fomento de sus oportunidades y en el desarrollo de sus capacidades. El proyecto ha de atender por tanto prioritariamente a esta dimensión humana para enmarcar la importancia de los objetivos concretos que persigue. El acervo en este sentido sobre buenas prácticas y lecciones aprendidas en cooperación para el desarrollo es inmenso. Es necesario siempre partir de la involucración de la comunidad de beneficiarios en la acción de desarrollo, para determinar con ella (o a iniciativa de ella) sus problemas, sus necesidades, sus capacidades y potencialidades. Del compromiso y complicidad de las comunidades beneficiarias y del entendimiento de sus condiciones y de su entorno depende tanto el diseño de la solución y objetivos del proyecto como del proceso utilizado para alcanzar los mismos. En este campo, el ingeniero debe combinar sus conocimientos tecnológicos con su capacidad de comprender procesos económicos y sociales para, a partir de un análisis compartido de los problemas relevantes y de sus posibles soluciones, buscar implantaciones sostenibles en el tiempo, económicamente viables y social y culturalmente adaptadas a la realidad en la que se van a desarrollar. Asimismo, es necesario plantear cada proyecto en coordinación y complementariamente a otras acciones de desarrollo paralelas. El planteamiento de soluciones individuales y aisladas ha llevado en muchas ocasiones a su abandono o posterior destrucción por entrar en conflicto con la realidad local o con otros proyectos o procesos paralelos (no necesariamente de cooperación, también sociales, empresariales, políticos, ...). Buscar así el valor añadido de un proyecto dentro del conjunto de actividades en desarrollo en una zona o región es fundamental para su éxito a largo plazo. Según [ISFD08] “Garantizar el Acceso Universal a los Servicios Básicos supone dar cobertura de agua, energía, y garantizar un medio ambiente sostenible, telecomunicaciones y recursos alimenticios. El papel que juega la ingeniería y la responsabilidad del ingeniero a la hora de ejercer su actividad profesional son claves para garantizar la universalidad del acceso y no generar brechas”. En cuanto a la formación y la investigación sobre tecnologías para el desarrollo humano, resulta importante destacar que el uso y aprovechamiento de cada tecnología en sí misma es también altamente dependiente de las condiciones sociales, económicas, culturales y educativas en las que se implanta. Al respecto de la ingeniería y el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo del Milenio, [ISFD08] expone que “el profesional de la ingeniería tiene en su mano poner la tecnología al servicio de la PNUD: “El desarrollo humano es el proceso de ampliación de las opciones de la gente, aumentando las funciones y capacidades humanas. De esta manera el desarrollo humano refleja además los resultados de esas funciones y capacidades en cuanto se relacionan con los seres humanos. Representa un proceso a la vez que un fin. En todos los niveles del desarrollo las tres capacidades esenciales consisten en que la gente viva una vida larga y saludable, tenga conocimientos y acceso a recursos necesarios para un nivel de vida decente. Pero el ámbito del desarrollo humano va mucho más allá: otras esferas de opciones que la gente considera en alta medida incluyen la participación, la seguridad, la sostenibilidad, las garantías de los derechos humanos, todas necesarias para gozar de respeto por sí mismo, potenciación y una sensación de pertenecer a una comunidad. En definitiva, el desarrollo humano es el desarrollo de la gente, para la gente y por la gente”.

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sociedad. La tecnología es la suma de la técnica que éste emplea, pero además ha de tener en cuenta los rasgos socioculturales del lugar donde implante esa tecnología, porque la tecnología ha de estar al servicio del Desarrollo Humano”. Es inmediato razonar que no son las mismas las condiciones y las necesidades de electrificación que tiene un hogar medio de un barrio de Madrid que las de Soweto en Johannesburgo, o que las de una zona aislada de la Alta Verapaz de Guatemala, y no lo son por tanto las soluciones tecnológicas que se deben aplicar. Se impone por tanto la reflexión e investigación en torno a no sólo las formas adecuadas de introducir tecnologías existentes sino a la necesidad de innovar en tecnologías específicamente adaptadas para el desarrollo humano, en función de las condiciones en que van a utilizarse, y con el fin de maximizar la utilidad para las comunidades beneficiarias, con diseños sostenibles en los ejes económico, social y medioambiental7. Dos ejemplos de éxito en “tecnologías apropiadas” pueden ser la popularización del “Grameen Phone” entre las personas más desfavorecidas de Bangladesh, o la electrificación universal en Sudáfrica en base a extensión de redes de bajo coste. Por último, en cuanto a su capacidad de análisis de sistemas, al igual que en otros sectores, cada vez es más común encontrarse ingenieros trabajando en tareas de regulación, de diseño de políticas, de planes de desarrollo, de campañas políticas y de transformación social tanto en los países del denominado “Sur” como del “Norte”, más allá del campo específico de la ingeniería. Así, se abre un inmenso campo de trabajo en torno a los grandes desafíos del Mundo, desde los Objetivos del Milenio a la lucha contra el cambio climático, pasando por la creación de las regulaciones y estructuras necesarias a nivel nacional y multilateral para poder gobernar procesos de cambio globales que condicionan el desarrollo y la sostenibilidad a todos los niveles. Como se ha expuesto, la ingeniería en diversas formas está presente en casi todo el mundo de la cooperación y de las ONGD’s, al igual que en el mundo empresarial e industrial. En la |Tabla 1| se citan someramente algunas de las aplicaciones de la ingeniería en las áreas de trabajo de las organizaciones no gubernamentales que se describen en el apartado siguiente.

La ingeniería en las ONGD’s Serían necesarios cientos de páginas para describir de forma somera el importante número de ONGD’s que en el ámbito mundial desempeñan proyectos en el entorno de la ingeniería. Incluso concentrándose en las nacionales, dicha labor sería infinitamente superior a las pretensiones del presente capítulo. Este texto, por tanto, se focalizará en siete organizaciones que han sido elegidas bien por su importancia, bien por el nicho específico al que han enfocado su actividad, sobre la base de su vinculación directa por fundación o actividad con el colectivo de ingenieros, y por ser escenarios de colaboración voluntaria y profesional de muchos ingenieros del ICAI.

Fundación Chandra

Creada en 1999 por la iniciativa de dos ingenieros del ICAI, Fundación Chandra es una organización privada sin ánimo de lucro cuyo objetivo es facilitar la participación e interacción de los diferentes agentes sociales (ONG´s, particulares, empresas e instituciones públicas) en proyectos de desarrollo y acción social, utilizando como medio las Tecnologías de la Información y la Comunicación. La intención de esta organización es ser un referente en la aplicación eficaz, eficiente y consistente de las TIC a proyectos que contribuyan a un mundo más justo y sostenible. Sus proyectos se desarrollan en todo momento a través de la red, en forma de portales con contenidos específicos dirigidos tanto a particulares como a empresas y a otras organizaciones. 7 A este respecto, la organización “Ingeniería Sin Fronteras-Asociación para el Desarrollo” publica desde 2004 los “Cuadernos Internacionales de Tecnología para el Desarrollo Humano” [ISFD04-08] que presentan estudios monográficos desde 2004 por sectores, empezando por el agua y saneamiento, las tecnologías de la información y las comunicaciones, los servicios urbanos, la agricultura, la energía y la ayuda de emergencia, hasta el momento.

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|Tabla 1| La ingeniería en la cooperación para el desarrollo 1. Proyectos de cooperación al desarrollo ❙ Equipamientos, infraestructuras y redes de servicios. Especialmente: – Agua y saneamiento. – Energía. ❙ Desarrollo agropecuario, gestión territorial y microempresas. Seguridad alimentaria. ❙ Tecnologías y de la información y comunicaciones. Formación online. Servicios distribuidos. Comunicaciones básicas. Infraestructuras. 2. Proyectos de ayuda de emergencia y humanitaria ❙ Logística de programas de emergencia. ❙ Organización y mantenimiento de infraestructura en campos de refugiados. ❙ Reconstrucción de infraestructuras básicas en situaciones de emergencia: agua, energía, refugio, comunicaciones, sanidad... 3. Productividad y comercio justo ❙ Construcción de infraestructuras productivas. ❙ Mejora de los métodos de producción. ❙ Certificación de productos y procesos. ❙ Control de la calidad. ❙ Formación y capacitación de los productores. ❙ Logística integral. 4. Formación e investigación. ❙ Cursos, seminarios, ponencias y publicaciones. ❙ Proyectos de I+D para el Desarrollo Sostenible, tecnologías apropiadas y sostenibilidad ambiental. ❙ Estudios de viabilidad y transferencia de tecnología. ❙ Formación y capacitación de las contrapartes en países en desarrollo. ❙ Formación y capacitación del personal de las ONGD’s. 5. Incidencia política y trabajo en red ❙ Alianzas público-privadas para el desarrollo. ❙ Desarrollo de herramientas de trabajo colaborativo en red. ❙ Propuestas políticas y regulatorias sobre tecnologías fundamentales para el desarrollo: energía, agua, comunicaciones, saneamiento... ❙ Responsabilidad Social de las Empresas. 6. Campañas y sensibilización

Fundación Energía Sin Fronteras

La misión de la Fundación es extender y facilitar el acceso a los servicios energéticos y de agua potable, de modo continuado, a los que todavía no los tienen, o los tienen en condiciones precarias o por procedimientos primitivos e impropios. Sus principales objetivos son: ❙ Facilitar el acceso a la energía y agua mediante el desarrollo de programas específicos para llevarlas a centros comunitarios y zonas rurales aisladas. 55


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❙ Influir sobre los organismos reguladores de políticas energéticas y los gestores de fondos de desarrollo, para facilitar el acceso de energía y agua a los más pobres. Con un 61% de ingenieros entre sus voluntarios ha desarrollado infinidad de proyectos de potabilización y distribución de agua y de electrificación. Desde su fundación mantiene una fluida colaboración con el Colegio Nacional de Ingenieros del ICAI.

Fundación Entreculturas

Promovida por los jesuitas, defiende el acceso a la educación de los más desfavorecidos, como medio de cambio social, justicia y diálogo entre culturas. Apoya proyectos de educación en las poblaciones más desfavorecidas de América Latina, África y Asia. Busca que la educación llegue al mayor número de personas, pero también que su calidad sea cada vez mejor y se dirija a la transformación social. Desde sus inicios está muy vinculada a la Universidad Pontificia Comillas, contando con muchos profesionales y voluntarios formados en ICAI. Ha realizado varios proyectos en colaboración con el Colegio de Ingenieros del ICAI y en la actualidad forma parte del patronato de la Fundación Ingenieros de ICAI para el Desarrollo.

Fundación Ingenieros del ICAI para el Desarrollo

Esta entidad pretende impulsar la tecnología y la empresa como instrumentos de desarrollo y transformación social. De reciente constitución (agosto de 2007), continúa la labor iniciada por el Colegio de Ingenieros del ICAI a favor de la cooperación para el desarrollo en el VI Congreso de Ingenieros del ICAI de 1999 bajo el nombre de “Ingenieros del ICAI para el Desarrollo”. Entre los años 2000 y 2007 “Ingenieros del ICAI para el Desarrollo” cofinanció 95 proyectos de cooperación en áreas temáticas como agua e infraestructuras, energía y TIC, entre otras, por un esfuerzo total de 1,6 M€.

Grupo de Organización, Calidad y Medio Ambiente (GOCMA)

El Grupo de Cooperación en Organización, Calidad y Medio Ambiente, GOCMA, se constituye en septiembre de 2005, en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Se trata de un grupo multidisciplinar, formado por profesores e investigadores de diferentes departamentos y facultades. GOCMA centra su actividad en torno a dos ámbitos principales: ❙ Proyectos de investigación-acción orientados a la mejora de la calidad de las actuaciones de las organizaciones que trabajan en la cooperación y de sus redes. ❙ Estudios e informes de apoyo al diseño, planificación, gestión y evaluación de políticas públicas y programas de cooperación, especialmente en el suministro de los servicios básicos de agua y energía.

Ingeniería para la Cooperación (ICLI)

La Asociación Ingeniería para la Cooperación–Lankidetzarako Ingeniaritza nace en el Colegio de Ingenieros Industriales de Álava, para colaborar en tareas de cooperación y ayuda al desarrollo. En la actualidad está extendida en todo el País Vasco, aglutinando a más de 300 profesionales. Pretende promover actuaciones para impulsar el desarrollo de zonas desfavorecidas, tratando, al mismo tiempo, de canalizar y fomentar las inquietudes que en esta línea tiene el colectivo de la ingeniería industrial. De hecho, esta asociación se encuentra fuertemente vinculada con el tejido empresarial vasco.

Ingeniería Sin Fronteras–Asociación para el Desarrollo (ISF–ApD)

Ingeniería Sin Fronteras–Asociación para el Desarrollo (ISF–ApD) busca poner la tecnología al servicio del desarrollo, para construir una sociedad mundial justa y solidaria. Cuenta con una especial presencia en dos ámbitos de nuestra sociedad: ❙ En las universidades creando espacios críticos para el debate, la formación y la investigación en cooperación para el desarrollo, con el fin de generar alternativas reales al actual modelo de desarrollo. 56


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❙ En el mundo profesional, colegios profesionales de ingeniería y empresas del ámbito técnico colaboran con ISF brindando apoyo institucional y económico y difundiendo las actividades de la organización entre sus miembros. La red de colaboradores, la cantidad de proyectos, el número de destinos y los objetivos perseguidos son ingentes; de hecho se trata la ONG´s de ingeniería por excelencia en nuestro país. ICAI fue una de las primeras escuelas en crear una delegación de Ingeniería Sin Fronteras, que se mantiene en nuestra Universidad desde 1991. Desde hace años, ISF–ApD y el Colegio Nacional de Ingenieros del ICAI vienen colaborando en proyectos de desarrollo.

World Fair Trade Association–Coordinadora Estatal de Comercio Justo (CECJ WFTO)

Las organizaciones de Comercio Justo, federadas en la red internacional de organizaciones de comercio justo IFAT y en la Coordinadora Estatal de Comercio Justo, son ONGD’s de diferentes orígenes que trabajan en red por el desarrollo sostenible a través del “Comercio Justo”. El comercio justo es un movimiento internacional formado por organizaciones tanto del sur como del norte, con el triple objetivo de mejorar el acceso al mercado de los productores más desfavorecidos, desarrollar sus comunidades y promover la equidad en el comercio internacional. Los criterios de comercio justo se establecen a escala internacional para productores, intermediarios y distribuidores, y garantizan el respecto a los derechos humanos y al medio ambiente.

Conclusiones En una sociedad cada vez más globalizada, el impacto de nuestro modelo de desarrollo plantea importantes incertidumbres en cuanto a su sostenibilidad en lo económico, social y medioambiental: La imposibilidad de generalizar nuestros patrones de consumo a escala mundial, el aumento progresivo del perfil de la desigualdad entre ricos y pobres, la sobreexplotación de los recursos naturales, los desequilibrios de poder entre naciones, países y personas, no son ya sólo fenómenos que afecten a poblaciones marginadas de países del Sur, sino que sus efectos son ya ampliamente observados en todos los ámbitos sociales. Es necesario que la ingeniería integre, como componente central, la perspectiva de desarrollo sostenible en todas sus actuaciones, y que aporte soluciones innovadoras que puedan contribuir a la conservación del medio ambiente, lucha contra el cambio climático, la erradicación del hambre y de la pobreza, la prevención de conflictos, etcétera. La consecución de los Objetivos del Milenio o de los propósitos del Protocolo de Kyoto y la Convención Internacional sobre Cambio Climático son impensables sin la aportación de la ingeniería como agente de cooperación al desarrollo, en la construcción renovadora de las capacidades necesarias para afrontar dichos retos. El lema “pensar globalmente y actuar localmente” supone por un lado la necesidad de comprensión por parte del ingeniero del ICAI de los sistemas y procesos globales que afectan y son afectados por su actividad tecnológica, económica, medioambiental y social en cada momento, y por otro la creación de alternativas prácticas que permitan contribuir a la construcción de una sociedad sostenible en cada actividad diaria, desde el consumo consciente y responsable tanto a nivel personal como desde su desempeño profesional, hasta la participación de actividades directas de desarrollo. Las ONGD’s desempeñan en este ámbito un papel crucial no sólo a través de proyectos de colaboración, sino también y, tal vez más importante, en la concienciación social y la formación. En este contexto, el valor añadido que aporta el know-how de los ingenieros, tanto en la creación de infraestructuras, productos y procesos, como en el desarrollo de estudios, la formación de personas o la creación de plataformas de concienciación social que favorezcan el intercambio de información, está contribuyendo de forma decisiva a la creación de un mundo más justo y solidario. |❙| 57


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Referencias [CONG07] Coordinadora de ONG para el Desarrollo – España. Informe de la CONGDE sobre el Sector de las ONGD 2006. Madrid: CONGD. 2007. [GARC04] García Delgado, J. L. et al. Las cuentas de la economía social. El tercer sector en España. Madrid: Civitas Ediciones. 2004. [CONG07-2] Coordinadora de ONG para el Desarrollo–España. Objetivos de Desarrollo del Milenio. Una mirada a mitad de camino. Madrid. CONGD. 2008. [ISFD08] Ingeniería Sin Fronteras. Asociación para el Desarrollo. Profesionales de la ingeniería y los Objetivos de Desarrollo del Milenio. Madrid. ISF. 2008. [ISFD04-08] Ingeniería Sin Fronteras. Asociación para el Desarrollo. Cuadernos Internacionales de Tecnología para el Desarrollo Humano. Madrid. ISF. 2004-2008.

Páginas web http://www.gocma.com http://apd.isf.es http://www.energiasinfronteras.org/ http://www.fundacionchandra.org/ http://www.icli.info https://www.icai.es/contenidos/secciones.php?seccion=22 http://www.entreculturas.org http://www.comerciojusto.org http:// www.cuadernos.tpdh.org

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Capítulo 5. Contribución de la física y las matemáticas al desarrollo sostenible Estrella Alonso Pérez Santiago Canales Cano Santiago Cano Casanova María Luisa Guerrero Lerma Javier Rodrigo Hitos

Palabras clave Física, matemáticas, ciencias básicas, docencia, investigación. En este capítulo se analiza cómo se puede contribuir a la consecución del desarrollo sostenible desde los diferentes campos de actuación de la física y de las matemáticas. Se justifica la ineludible tarea que estas disciplinas tienen que realizar para lograr tal objetivo y se hace una revisión del aporte de éstas realizado hasta el momento. Se expone cómo dichas disciplinas pueden contribuir a la sostenibilidad desde el punto de vista de la docencia y de la investigación, comentando algunas experiencias e investigaciones realizadas y sugiriendo nuevas actuaciones en este sentido. Se proponen algunos retos y compromisos que deben adquirirse en un futuro inmediato para que la física y las matemáticas puedan colaborar más activamente en la consecución del desarrollo sostenible.

Introducción La física y las matemáticas, como base para otras ciencias, contribuyen a dar a conocer los principales fundamentos de la naturaleza, imprescindibles para lograr el avance en el desarrollo sostenible. En el anuncio del Simposio Internacional “Las Fronteras de las Matemáticas”, organizado por la Fundación Ramón Areces, el CSIC y la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, celebrado en junio de 2007, aparece la siguiente reflexión acerca de las matemáticas: “Las matemáticas constituyen la base para la ciencia y el desarrollo tecnológico; en cierta manera, la podemos considerar como la tecnología básica. Su fortaleza descansa en el conocimiento acumulado durante milenios, proporcionando soluciones a los problemas que se plantean otras ciencias y a los desafíos tecnológicos con los que la humanidad se enfrenta continuamente. Pero tampoco debe olvidarse cómo se analiza a sí misma, examinando sin cesar sus propios límites, y aportando nuevas herramientas capaces de afrontar los nuevos problemas”. Partiendo de esta idea, es obvio que las matemáticas, junto con la física, no han estado ni pueden estar al margen de problemas tan acuciantes como son, entre otros, la consecución del desarrollo sostenible, el cambio climático o el reparto equitativo de los recursos. En este sentido, es imprescindible una enseñanza de ambas ciencias comprometida con dichos problemas. Históricamente, como se indica en [JICA94], la enseñanza de la física y de las matemáticas ha pasado por las siguientes fases: enseñanza para la élite, enseñanza como educación básica y enseñanza para la innovación (fase en estado inicial en muchos países). Haciendo un recorrido por los intentos educativos de aplicar éstas a temas relacionados con el desarrollo sostenible, se puede decir que en general, no se han realizado muchos esfuerzos para introducir de una forma realista contenidos comprometidos en sus programas educativos. Como excepción a esta afirmación, cabe destacar en el ámbito internacional los enunciados de problemas propuestos por la Universidad de Columbia sobre los recursos de fuel y las emisiones de CO2, y en la esfera nacional, el esfuerzo conjunto realizado por la Generalitat 59


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y la Universidad Politécnica de Catalunya para publicar un libro con ejercicios de diferentes áreas de conocimiento, aplicados al desarrollo sostenible. Algunos de éstos se mostrarán posteriormente. Indagando en los antecedentes respecto a la investigación, puede verse que ésta se ha centrado en desarrollar estudios de modelos climáticos, predicción meteorológica, sistemas de detección de CO2 en la atmósfera, medición del nivel de contaminación acústica, radiactiva o electromagnética; es decir, han sido estudiados métodos de detección, medida, valoración y control de los impactos que provoca el desarrollo en la naturaleza. Como puede observarse, en el campo de la investigación físico-matemática existe una cierta preocupación por la protección del medio ambiente, pero ésta contrasta con la escasa voluntad por parte de los países desarrollados de reducir el consumo.

Formación e investigación en desarrollo sostenible La educación en los sistemas de enseñanza académicos desempeña un papel fundamental para que la sociedad tome conciencia de la magnitud del problema al que se enfrenta. Es necesaria una educación solidaria, orientada a una correcta percepción del estado del planeta, que genere comportamientos comprometidos y responsables que den lugar a un desarrollo culturalmente plural y físicamente sostenible. Se necesitan acciones educativas que modifiquen nuestros hábitos, que nos orienten en las acciones a realizar en cuanto a política medioambiental y social. Para ello es fundamental realizar estudios científicos que permitan lograr una precisa comprensión de la situación y crear soluciones adecuadas para fomentar una sociedad viable. En este sentido la física y las matemáticas desempeñan un papel fundamental.

Formación

Para contribuir a la formación en desarrollo sostenible, desde el punto de vista de contenidos, es indudable que por afinidad de áreas unas disciplinas se prestan más que otras a abordar diferentes facetas de la sostenibilidad, pero sin duda, las diferentes disciplinas científicas pueden aportar soluciones técnicas y/o colaborar en la labor de concienciación de los futuros profesionales. Por otra parte, desde el punto de vista de la actuación de los centros educativos en la formación en desarrollo sostenible, para crear en la comunidad educativa una actitud crítica y comprometida es necesario que éstos pongan a disposición de sus integrantes los materiales, estrategias educativas y conocimientos necesarios para lograr tal fin. Claramente existen dos formas diferentes y complementarias de educar de cara al desarrollo sostenible. La primera, mediante una elección adecuada de los contenidos de las asignaturas y de las estrategias didácticas (diseño curricular). La segunda, mediante la convivencia diaria en el centro educativo (educación transversal).

Diseño curricular

El contenido curricular de las ciencias básicas como son la física y las matemáticas, elegido adecuadamente, dota a los alumnos de capacidades tecnológicas y científicas que pueden ser aplicadas al desarrollo sostenible. Por ello, desde el punto de vista del diseño curricular de las asignaturas de estas disciplinas, los docentes deben adquirir el compromiso de realizar trabajos y prácticas que faciliten el contacto con problemas socio-ambientales, para crear de esta forma en el alumnado una actitud crítica y comprometida. Entre otras, algunas actividades formativas en esta dirección podrían ser las siguientes: ❙ Introducir una colección de problemas con enunciados relacionados con el desarrollo sostenible, como aplicación de los conocimientos adquiridos en cada tema de física y de matemáticas. ❙ Proponer a los alumnos de forma periódica a lo largo del curso, la elaboración de trabajos relacionados con el desarrollo sostenible en los que se tengan que aplicar algunos de los conocimientos físico-matemáticos adquiridos. ❙ Puesta en común al final de cada período académico, sobre la idoneidad de las herramientas físico-matemáticas estudiadas hasta el momento, para la resolución de problemas en el ámbito de la sostenibilidad. En este sentido y a modo de ejemplo, comentamos dos actuaciones realizadas en diferentes centros y niveles formativos: 60


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Contribución de la física y las matemáticas… | Tema I | Avances de Ingeniería

1.- En [DMAG00], el Departamento de Medio Ambiente de la Generalitat de Catalunya, en colaboración con varios departamentos de la Universidad Politécnica de Catalunya, incluye colecciones de problemas resueltos y propuestos, de contenido medioambiental, de diferentes áreas de conocimiento como son la arquitectura, la electrónica, la física, la informática, las matemáticas, la mecánica, la química y las telecomunicaciones. Algunos problemas representativos extraídos de la colección de matemáticas son los siguientes: ❙ Como aplicación de técnicas de optimización tenemos el siguiente problema relacionado con las emisiones de CO2 a la atmósfera: – Una empresa tiene tres sucursales situadas en los puntos del plano (0,0), (2,2) y (-2,2). Según la Agencia Europea de Medio Ambiente, se prevé un aumento global de las emisiones de CO2, provenientes del sector del transporte, del 40% para el año 2010, con relación al año 1990. Con el objeto de reducir el consumo energético de los vehículos y las emisiones de CO2, se quiere construir un centro de distribución de mercancías de tal manera que la suma de los cuadrados de las distancias del centro de distribución a cada sucursal sea mínima. Determínese para ello el punto donde debe construirse dicho centro de distribución. ❙ Como aplicación de las ecuaciones diferenciales tenemos el siguiente problema relacionado con la lenta desintegración de los residuos nucleares: – Un reactor transforma el uranio 238, que es relativamente estable, en el isótopo plutonio 239. Después de 15 años, se determina que el 0,043% de la cantidad inicial de plutonio se ha desintegrado. Determínese el tiempo necesario para que se desintegre la mitad de la cantidad inicial, si sabemos que la velocidad de desintegración es proporcional a la cantidad que queda sin desintegrar. ❙ Como aplicación de técnicas de programación lineal tenemos el siguiente problema sobre abastecimiento de recursos: – Se pretende proporcionar agua, gas y electricidad a tres ciudades A,B y C, con características geográficas diferentes, sin exceder ciertas cantidades de los anteriores suministros, con el objeto de tener controlado el consumo de estos recursos en la zona. Se tiene que: -C ada persona de la ciudad A, consume al mes, una media de una unidad de agua, una de gas y dos de electricidad; - Cada persona de la ciudad B, consume al mes, una media de tres unidades de agua, cuatro de gas y cinco de electricidad; - Cada persona de la ciudad C, consume al mes, una media de dos unidades de agua, una de gas y cinco de electricidad. Sabiendo que cada mes hay disponibles 25.000 unidades de agua, 20.000 unidades de gas y 55.000 de electricidad y que estos recursos se consumen al final de cada mes, determínese el número máximo de habitantes que puede vivir en cada una de las ciudades. ❙ Finalmente, como aplicación de métodos estadísticos tenemos el siguiente problema de polución atmosférica: – A causa del aumento de la polución atmosférica en una ciudad, se pretende comprobar si la concentración de dióxido de azufre en el aire, es superior a la máxima permitida de 50 partes por billón (ppb). Por este motivo, se analiza la cantidad de dióxido de azufre de un conjunto de 20 muestras aleatorias de aire y se obtiene que la media es de 53 ppb, con una desviación estándar de 4 ppb. ¿Podemos aceptar, con un nivel de confianza del 95%, que el nivel de polución es superior al máximo permitido? 2.- En [NOMD98] se comenta la experiencia llevada a cabo en un grupo de tercero de BUP del Instituto de Almassora (Castellón), que tuvo como objetivo aplicar las matemáticas a temas relacionados con el Desarrollo sostenible. Dicha experiencia consistió en dividir la clase en ocho grupos, y asignar a cada uno de ellos un tema relacionado con la gestión de recursos (cocinas solares, pesca, incendios forestales, etc.). Los grupos tuvieron que abordar estos temas utilizando varios de los conceptos matemáticos conocidos por ellos. Algunos de estos conceptos fueron: curvas de nivel, pendientes, fractales y optimización de funciones. 61

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Éstas y otras muchas actividades comprometidas con el desarrollo sostenible pueden ser planteadas desde niveles muy básicos de formación, para ser desarrolladas con las técnicas y métodos físicomatemáticos impartidos en dichos niveles de aprendizaje.

Educación transversal

Al igual que en otras disciplinas, junto con el diseño curricular de las diferentes asignaturas de física y matemáticas, otra manera de concienciar a los futuros profesionales de la imperiosa necesidad de lograr el desarrollo sostenible es de forma transversal, mediante ciertos comportamientos, actitudes, principios y valores éticos y ecológicos que se lleven a cabo diariamente en el entorno académico.

Investigación

En todas las dimensiones del desarrollo sostenible hay una necesidad tecnológica esencial, que debe ser apuntalada mediante inversiones en ciencias básicas. La búsqueda de nuevas fuentes de energía, la optimización en la obtención de alimentos, la prevención de enfermedades y catástrofes, el tratamiento de residuos y el diseño de transportes de bajo impacto ambiental, son algunos ejemplos generales, en los que la investigación físico-matemática es la base de la tecnología adecuada que hay que desarrollar. Un modelo físico-matemático es una descripción de un fenómeno del mundo real, que nos permite predecir su comportamiento en el futuro. La investigación y desarrollo de tecnologías se lleva a cabo en muchos casos mediante el modelado físico-matemático del fenómeno a analizar. Por ejemplo: ❙ Un proceso de contaminación ambiental puede simularse matemáticamente y, si bien es cierto que en fenómenos tan complejos como éste el modelo no es exacto, sí es un medio muy válido en la decisión de la planificación y en la adopción de medidas correctoras. ❙ En el análisis de la dispersión atmosférica y la transformación de contaminantes se utilizan modelos matemáticos, como se recoge en [CIMA05]. Como conclusión de la obligada contribución de la investigación físico-matemática en la consecución del desarrollo sostenible, podemos decir que son muchas y variadas las herramientas y técnicas de estas disciplinas que pueden colaborar en el estudio de modelos y en la resolución de problemas del campo de la sostenibilidad, entre otras, las técnicas estadísticas, de optimización, búsqueda, simulación, discretización, etc. (para más detalles ver [HERS06]), pero deben existir la voluntad y los recursos necesarios para aplicarlas.

Retos y compromisos Históricamente la física y las matemáticas han sido, y lo siguen siendo en la actualidad, herramientas fundamentales en la resolución de muchos de los problemas que se le han presentado a la humanidad en diferentes campos (agricultura, economía, producción, etc.). Ya en tiempo de los egipcios, la geometría desempeñó un papel muy destacado resolviendo los problemas planteados como consecuencia de las crecidas del Nilo. Esta actitud comprometida con el desarrollo que ha caracterizado hasta el momento a estas ciencias no puede dejar de lado el problema de la no sostenibilidad. La consecución del desarrollo sostenible no pasa generalmente por la actuación o aplicación aislada de una determinada disciplina, sino por una actuación multidisciplinar. Por ello, desde el punto de vista de la investigación, se necesita una política activa por parte de las diferentes universidades y departamentos, en la creación de grupos de investigación interdepartamentales y multidisciplinares, constituidos por investigadores capaces de aportar soluciones en los diferentes problemas planteados. Asimismo, se necesita que se prioricen las líneas de investigación en desarrollo sostenible y que se incentive la creación de grupos de investigación en estas líneas, debiendo además existir un compromiso internacional en la realización de proyectos I+D en tecnologías sostenibles. En estos grupos y líneas de investigación, la física y las matemáticas desempeñan un papel fundamental. Como reflexión final se destaca el informe de la UNESCO [DELO07] dirigido por Jacques Delors y elaborado por la Comisión Internacional sobre la Educación para el siglo XXI titulado “La educación encierra un tesoro”, donde aparecen las siguientes consideraciones: 62


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Contribución de la física y las matemáticas… | Tema I | Avances de Ingeniería

“Este último cuarto de siglo ha estado marcado por notables descubrimientos y progresos científicos, muchos países han salido del subdesarrollo y el nivel de vida ha continuado su progresión con ritmos muy diferentes según los países. Y, sin embargo un sentimiento de desencanto parece dominar y contrasta con las esperanzas nacidas inmediatamente después de la última guerra mundial. “Podemos entonces hablar de las desilusiones del progreso... Desde luego, la humanidad es más consciente de las amenazas que pesan sobre su medio ambiente natural, pero todavía no se ha dotado de los medios para remediar esta situación... De todas formas, el “crecimiento económico a ultranza” no se puede considerar ya el camino más fácil hacia la conciliación del progreso material y la equidad, el respeto a la condición humana y del capital natural que debemos transmitir en buenas condiciones a las generaciones futuras”.

Conclusiones El reto de conseguir una sociedad en la que se aprovechen los recursos naturales de una forma razonable, y en la que se utilicen fuentes de energía que no dañen el medio ambiente, es prioritario para toda la comunidad científica. En este sentido, la física y las matemáticas tienen un importante papel como ciencias que dan soporte a disciplinas de un carácter más técnico, como la estadística, la meteorología o las distintas ingenierías, encargadas en este contexto de buscar métodos de optimización de los recursos naturales. Por consiguiente, se puede concluir que tanto en la enseñanza de la física y de las matemáticas, como en la investigación en estas disciplinas, se tiene una ineludible, esperanzadora y decisiva labor que realizar de cara a la consecución del desarrollo sostenible. |❙|

Referencias [CIMA05] Consejería de Industria y Medio Ambiente. Dirección General de Calidad Ambiental. Región de Murcia. Modelos Matemáticos aplicables a los Impactos Ambientales. D.L. MU-23762005. [DELO07] Comisión Internacional sobre la Educación para el siglo XXI. UNESCO. La educación encierra un tesoro. París, 2007. [DMAG00] Departamento de Medio Ambiente de la Generalitat de Catalunya, Problemes ambientalitzats de les àrees científiques dels primers cursos, Pla de Medi Ambient de la UPC, Serie “Monografies Universitàries”, vol. 2, pp. 83-101, noviembre 2000. [HERS06] Hersh, M., Mathematical Modelling for Sustainable Development, Serie Enviromental Science and Engineering. Ed. Springer, 2006. [JICA94] Japan International Cooperation Agency, Estudio sobre la Cooperación para el Desarrollo y la Educación, enero 1994. [NOMD98] Nomdedeu Moreno, R., La derivada y la integral a través del desarrollo sostenible, “Revista SUMA”, Nº. 29, pp. 107-116, noviembre 1998.

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Capítulo 6. Hacia un nuevo paradigma económico. Economía ecológica y educación para la sostenibilidad Raquel Caro Carretero Susana Ortiz Marcos Jaime de Rábago Marín

Palabras clave Economía ecológica, nuevo paradigma económico, tercera revolución industrial, educación ambiental, sostenibilidad económica. El concepto de sostenibilidad implica una nueva filosofía de la economía. En primer lugar, porque introduce la compatibilidad medioambiental en la consideración del desarrollo económico y, en segundo lugar, porque cuestiona varios de los supuestos de la teoría económica estándar. Quizá la cuestión estribe en reflexionar sobre cómo se está evolucionando en diferentes áreas económicas y en diferentes aspectos de la vida empresarial y financiera en estos momentos, más allá de los planes a nivel macroeconómico y político. En este sentido, la Universidad ha de contribuir a consolidar definitivamente el modelo de la educación ambiental, desarrollando un modelo educativo transformador de la realidad y al servicio de todos los seres humanos y cuya finalidad sea formar ciudadanos conscientes y comprometidos con la sostenibilidad global del planeta.

Introducción La economía es la ciencia que estudia los métodos más eficaces para satisfacer las necesidades inherentes al individuo y a la sociedad, mediante el empleo de los bienes que ofrece la naturaleza. No hay una única manera de administrar esos bienes planetarios comunes y, una vez más, la diversidad humana ha propuesto distintos modelos a lo largo de su historia. En el mundo desarrollado, el modelo económico se basa principalmente en el crecimiento continuo a través de la competencia, la explotación de los recursos naturales y el consumo. La escasez de los recursos naturales y los impactos ambientales detectados han sido producidos por las prácticas industriales actuales y por una demanda creciente de bienes y servicios por parte de los seres humanos. El concepto de sostenibilidad implica una nueva filosofía de la economía, en un doble sentido: en primer lugar, porque introduce la compatibilidad medioambiental como variable sustantiva en la consideración del desarrollo económico, lo que equivale a propugnar una economía ecológicamente fundamentada. En segundo lugar, porque cuestiona varios de los supuestos de la teoría económica estándar basada en la maximización del beneficio. Pero la filosofía de la sostenibilidad no se reduce a la crítica de la teoría económica estándar, ni siquiera a las consideraciones estrictamente económicas. Va más allá. La idea de que el desarrollo, para ser sostenible, no tiene que comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades [XERC05], cuando se expresa en términos positivos, implica una filosofía de la responsabilidad. Responsabilidad respecto del espacio en que tiene lugar el economizar (uso de los recursos locales disponibles de manera ecológicamente viable) y responsabilidad en el tiempo (lo que se suele llamar distribución intergeneracional de los recursos escasos y no renovables). 65


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Esto último es un reto también para la ética (privada y pública), pues obliga a la filosofía moral (y política) a repensar y valorar las virtudes del individuo y del ciudadano teniendo en cuenta la dimensión temporal, es decir, la proyección de nuestras acciones económico-ecológicas y tecnológicas.

El desarrollo económicamente sostenible Los economistas estaban habituados desde hace tiempo a proponer el objetivo del desarrollo sostenido1, entendiendo por tal un desarrollo que no se viera alterado por desequilibrios y crisis, y acogieron sin problema el término sostenible sin modificar sustancialmente sus puntos de vista. Por otro lado, los conservacionistas veían en este calificativo la promesa explícita de conservar el patrimonio natural, pensando así que sus reivindicaciones habían sido atendidas. Diferentes herramientas, como el análisis del ciclo de vida de la producción o el estudio de las externalidades de las actividades productivas, orientadas a identificar los aspectos ambientales desde un enfoque económico estándar, analizadas en el Tema VI de este libro, permiten obtener información adecuada sobre las consecuencias últimas para el desarrollo de la sociedad industrial. El planeta es el ecosistema global fuente de los recursos naturales necesarios para la sociedad y, al mismo tiempo, es sumidero de todos los residuos originados por la actividad económica. El ecosistema global tiene obviamente límites, tanto como fuente de recursos y capacidad regenerativa, como en capacidad de asimilación. Este concepto de desarrollo sostenible no se refiere a un estado estable, de armonía, sino a situaciones de cambio: enfatiza el carácter dinámico del desarrollo y reconoce la existencia de conflictos y desequilibrios que son en sí mismos reflejo de situaciones cambiantes, dinámicas. Lo primero debe examinarse tanto en su dimensión cuantitativa de velocidad de expansión, (crecimiento del Producto Interior Bruto, aumento del consumo per cápita, etc.), aspecto analizado por las teorías del crecimiento económico, como también en sus dimensiones cualitativas y desde la perspectiva de las condiciones que posibiliten un proceso conducente al mayor bienestar social. En definitiva, el desarrollo sostenible se refiere a un constante proceso de cambio en el cual la explotación de los recursos naturales, la dirección de la inversión y del progreso científicotecnológico, junto al cambio institucional, permiten compatibilizar la satisfacción de necesidades sociales presentes y futuras. Es el crecimiento económico el que provee los medios financieros, científicos, técnicos y organizacionales que permiten la utilización racional y eficiente del sistema natural, base de todo progreso y bienestar social que proporciona los recursos para su logro así como su preservación.

Economía ecológica La posible relación entre las disciplinas ecológica y económica depende del papel que se asigne al medio natural como proveedor de insumos para satisfacer las necesidades humanas. Así, el medio natural es, por una parte, proveedor de insumos para el sistema económico, y por otra parte, asimilador de los residuos generados por los procesos de producción y consumo. Hasta bien entrado el siglo XX se consideró implícitamente que el medio natural tenía una capacidad prácticamente ilimitada de cumplir ambas funciones. En tal tipo de contexto, las posibles interrelaciones entre ecología y economía son muy tenues y tal vez totalmente inexistentes. Ahora bien, en las últimas décadas el medio natural ha comenzado a dar claros síntomas de agotamiento en las dos funciones que se acaba de mencionar. Los planteamientos anteriores reconocen la escasez del medio natural con respecto a las demandas que la sociedad ejerce sobre dicho entorno. Por tanto, la gestión óptima de la escasez del medio natural requiere recurrir tanto a la lógica económica, como a lógica ecológica para, de una manera entrelazada, conseguir su gestión racional. La no aceptación de este tipo de planteamientos puede conducir a contradicciones, así como a planteamientos poco sólidos científicamente y, lo que es más Se emplea la expresión crecimiento sostenido (en vez de sostenible) en el sentido en el que tradicionalmente se venía utilizando en la teoría del desarrollo económico. 1

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Hacia un nuevo paradigma económico | Tema I | Avances de Ingeniería

preocupante, a políticas peligrosas para el equilibrio que necesariamente debe de existir entre el medio natural y el sistema económico. Teniendo en cuenta todo lo anterior, se definiría una situación sostenible como aquélla en la que la capacidad del capital agregado de producir utilidad no disminuye a lo largo del tiempo. Se entiende por capital agregado no sólo el capital hecho por el hombre (máquinas, instalaciones, etc.) de naturaleza económica, sino además el capital natural (componente ecológico). La ecología nos enseña que el hombre no utiliza recursos naturales de manera aislada, sino que utiliza y se apropia de ecosistemas, en el sentido de que existe una interdependencia mutua entre el ecosistema y el sistema socioeconómico que exige, a su vez, una mutua adaptación de ambos sistemas. La economía ecológica se puede entender como la nueva disciplina de “gestión de la sostenibilidad” [CONS90], que aporta el marco metodológico, instrumentos teóricos, técnicos y prácticos que contribuyen a la resolución y revisión sobre las formas de producción, transformación y consumo de los recursos naturales, bajo un enfoque ecointegrador [NARE99]. La economía ecológica ha de preocuparse, en primer lugar, del ciclo de vida del producto [AZQU94], de la naturaleza física de los bienes a gestionar y de la lógica de los sistemas que los envuelven, considerando desde la escasez objetiva y la renovabilidad de los recursos empleados, hasta la nocividad y el posible reciclaje de los residuos generados, a fin de orientar con conocimiento de causa el marco institucional del desarrollo [GREE96]. En segundo lugar, la economía ecológica debería orientarse a suplir la falta de información e interpretación física de las consecuencias del comportamiento económico, y a tenerlas en cuenta para orientar la gestión. Aun con la utilización de herramientas como el análisis de externalidades, la valoración puramente económica de las alternativas resulta muchas veces poco esclarecedora. Que se adopte una u otra solución no dependerá tanto de la discusión meramente racional de las elaboraciones científicas como del clima social propicio a los distintos paradigmas que las orientan, clima que resultará de la influencia de los conflictos sociales y ambientales que la actual civilización ha desatado. En este sentido, numerosos autores están planteando la necesidad de considerar un nuevo paradigma económico, muy ligado al concepto de la economía ecológica y a lo que se ha denominado la Tercera Revolución Industrial [RIFK02]. La |Tabla 1| presenta, de forma resumida y esquemática, cómo los grandes cambios de la humanidad han venido provocados por las dos grandes cuestiones siguientes: ❙ La provisión energética para las crecientes necesidades de la comunidad (lo que podríamos llamar el motor de la revolución). ❙ Y la forma de comunicarnos en el seno de dicha comunidad (o la transmisión de la revolución).

Algunas iniciativas económicas en sostenibilidad En los últimos años, se están dando iniciativas en la dirección antes apuntada de incorporación de criterios de desarrollo sostenible, que pueden interpretarse como elementos de ese nuevo paradigma mencionado. A continuación se desarrollan algunas de ellas. En concreto, se detallan aquéllas que emanan de las autoridades europeas y españolas y que presentan proximidad e impacto en nuestro entorno más inmediato.

Iniciativas europeas

La Unión Europea (UE) incluye en su estrategia de desarrollo sostenible los siguientes objetivos: el cambio climático y energía limpia, el transporte sostenible, el consumo y la producción sostenibles, la conservación y gestión de los recursos naturales, la salud pública, la inclusión social, demografía y migración y la pobreza en el mundo [COMI07]. En junio de 2006, el Consejo de la UE adoptó una estrategia en la que el primero de los objetivos específicos a largo plazo era limitar el cambio climático. Asimismo, se comprometió a presionar para que se cumplan los compromisos del Protocolo de Kyoto. 67


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|Tabla 1| Grandes cambios de la humanidad Época Motor de la Revolución Transmisión de la Revolución 1ª Revolución Industrial Siglo XIX Carbón Imprenta Motor de vapor Alfabetización masiva Barco, ferrocarril 2ª Revolución Industrial Siglo XX Petróleo, gas Telégrafo Motor de combustión interna Teléfono fijo Automóvil, avión, nave espacial Radio, TV 3ª Revolución Industrial Siglo XXI Energías renovables Ordenador personal Hidrógeno y pilas de combustible Teléfono móvil, PDA Automóviles híbridos y eléctricos, Internet, wireless Aviones solares, naves de hidrógeno Comunicación por satélite

Fuente: elaboración propia

Al hilo de las propuestas presentadas por la Comisión en enero de 2007, todos los jefes de Estado y de Gobierno de la UE se han comprometido a reducir las emisiones en un 20% en 2020 con respecto a 1990, o en un 30% si hubiera un acuerdo internacional. Se han comprometido también a que, también para esa fecha, el 20% de la energía primaria proceda de fuentes renovables y el rendimiento energético aumente en un 20%.

Iniciativas españolas

España ha desarrollado una Estrategia de Desarrollo Sostenible (enmarcada dentro de la Estrategia de Desarrollo Sostenible de la UE) con un horizonte a largo plazo para “aspirar a una sociedad más coherente en el uso racional de sus recursos, socialmente más equitativa y cohesionada y territorialmente más equilibrada” [MINI07]. La dimensión económica del desarrollo sostenible se aborda en el Programa Nacional de Reformas (PNR), donde se establece la plena convergencia con la UE como objetivos prioritarios en 2010, en renta per cápita y plantea aumentar la eficiencia energética y reducir las emisiones de CO2 en 2010. Para conseguirlo, el PNR propone la puesta en marcha de actuaciones en torno a siete ejes estratégicos: ❙ Refuerzo de la Estabilidad Macroeconómica y Presupuestaria. ❙ Plan Estratégico de Infraestructuras y Transporte (PEIT) y Programa AGUA. ❙ Aumento y mejora del capital humano. ❙ Estrategia de Investigación, Desarrollo e Innovación (INGENIO 2010). ❙ Medidas para mejorar la competencia, la regulación, la eficiencia de las administraciones públicas y la competitividad. ❙ Mercado del Trabajo y el Diálogo Social. ❙ Plan de Fomento Empresarial. La Estrategia Española de Desarrollo Sostenible plantea retos de gran calado: ❙ En sostenibilidad ambiental: hacer un uso eficiente y racional de los recursos naturales, sobre todo los energéticos, los hídricos, la biodiversidad y el suelo; así como desarrollar políticas activas de mitigación de los posibles determinantes del cambio climático, al que nuestro país es especialmente vulnerable, en todos los sectores productivos, y en especial en la agricultura, la energía y el transporte. ❙ En sostenibilidad social: España debe conjugar crecimiento económico con bienestar social, fomentando la creación de empleo, asegurando la reducción de la pobreza y de las desigualdades 68


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evitando las situaciones de exclusión social, integrando a la población inmigrante y la atención a las personas en situación de dependencia. ❙ En el ámbito global: España, al igual que la mayoría de los países europeos, debe destinar más recursos a países en vías de desarrollo para cumplir con los compromisos adquiridos en la lucha contra la pobreza a nivel mundial, contribuyendo a su sostenibilidad.

Educar para la sostenibilidad Desde los años setenta la educación ambiental viene proponiendo y consolidando un modelo educativo cuyos principales elementos se encuentran en sintonía plena con el paradigma del desarrollo sostenible. Esta trayectoria, cada día más reconocida socialmente, se ha visto potenciada con la decisión de la Asamblea General de las Naciones Unidas de establecer el periodo 2005-2014 como la Década por la Educación para el Desarrollo Sostenible. La década por la educación para el desarrollo sostenible ofrece a los grupos universitarios comprometidos con la educación ambiental una ocasión para redoblar sus esfuerzos docentes e investigadores y reforzar los flujos que permiten la transferencia a la sociedad del conocimiento acumulado en este campo. La universidad, como se ha analizado en otros capítulos del Tema I de este libro, tiene una responsabilidad muy importante como centro de reflexión y de avance del conocimiento y como centro de formación de los futuros profesionales. En especial, por su función social más genuina, que tiene la misión de contribuir a la construcción de sociedades progresivamente más sostenibles; es decir, cada vez más humanas, solidarias, equitativas y justas. Tres son los pilares clave de intervención a los que ha de atender la educación para lograr un desarrollo sostenible: la sociedad, el medioambiente y la economía, con la cultura como una dimensión transversal subyacente. En el área social es preciso lograr un doble objetivo: a) facilitar la comprensión de las instituciones sociales y su rol en el cambio y el desarrollo; y b) propiciar la construcción de sistemas democráticos y participativos en cuyo seno sea posible la expresión de la opinión, la elección de los gobiernos, la forja de consensos y la resolución de las diferencias. Por lo que respecta al área del medio ambiente, el objetivo consiste en proporcionar conocimiento sobre los recursos naturales, pero también sobre la fragilidad de los entornos físicos y los efectos que tanto las decisiones administrativas como la conducta humana producen sobre ellos. Éste es el punto de partida obligado para reforzar el compromiso individual y social con los estilos de vida sostenibles, y para sensibilizar a los ciudadanos sobre la necesidad de incluir los asuntos medioambientales en las políticas de desarrollo económico y social. En cuanto a la economía, se insiste en la necesidad ineludible de sensibilizar a la población sobre los límites del crecimiento económico. El reconocimiento de las potencialidades que la actividad económica brinda al desarrollo de los pueblos no puede ocultar su impacto sobre la sociedad y sobre el medioambiente, y la educación debe sensibilizar a la ciudadanía en la necesidad de evaluar los niveles personal y social de consumo, de extraordinarias repercusiones sobre la sostenibilidad global. Sociedad, medioambiente y economía aparecen atravesadas por un eje transversal: la cultura, puesto que ningún aspecto de la vida cultural queda al margen de los procesos del desarrollo sostenible. La complejidad y la necesaria interconexión de todos los factores en juego exigen un modelo educativo que, como el de la Educación Ambiental, deduce el cómo de la educación de los principios de globalidad e interdependencia y de los postulados del constructivismo pedagógico. Las directrices básicas de la educación ambiental tienen como elementos característicos: ❙ Considerar al medio ambiente, natural y creado por el hombre, en su totalidad, es decir teniendo en cuenta los aspectos ecológico, económico, tecnológico, social, legislativo, cultural y estético. ❙ Ser un proceso continuo, permanente, que se inicie en la escuela y se continúe en la vida social y familiar. ❙ Adoptar un método interdisciplinario. 69


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❙ Enfatizar y estimular la participación activa en la prevención y solución de los problemas ambientales. ❙ Examinar las principales cuestiones ambientales en una perspectiva mundial, considerando, al mismo tiempo, las diferencias regionales. ❙ Basarse en las condiciones ambientales actuales y futuras. ❙ Examinar todo el desarrollo desde el punto de vista ambiental. ❙ Promover el valor y la necesidad de la cooperación al nivel local, nacional e internacional, en la solución de los problemas ambientales. Y el modelo educativo a implementar habría de reunir las siguientes características: ❙ Interdisciplinariedad y globalidad: el aprendizaje para el desarrollo sostenible debe imbuir todo el currículo, no es una materia independiente. ❙ Basado en valores: compartiendo los valores y principios del desarrollo sostenible. ❙ Pensamiento crítico y para la solución de problemas: enfocado en dirección de los dilemas y los desafíos del desarrollo sostenible. ❙ Multi-metodológico: palabra, arte, dramatización, debate, experiencia, etc. En definitiva diferentes procedimientos y técnicas para dinamizar los procesos educativos. ❙ Participación en la toma de decisiones: los estudiantes han de participar responsablemente en las decisiones sobre cómo han de ser enseñados. ❙ Importancia de lo local: la dirección local de las cuestiones, tanto como de la perspectiva global, y la utilización de la lengua que los estudiantes habitualmente emplean en su vida cotidiana.

Conclusiones Se sabe desde hace tiempo que la superación de los límites del planeta en el uso de recursos y en la capacidad de descomponer residuos es la causa de la crisis ambiental. Sin embargo, el sistema económico impuesto por los países industrializados se basa precisamente en el crecimiento ilimitado de la extracción, transformación y comercialización de productos. Y en este momento la situación es preocupante y compleja. Los recursos planetarios muestran su finitud ante un modelo de desarrollo depredador y despilfarrador y los ecosistemas muestran el desequilibrio profundo que sufren por la pérdida de biodiversidad, por la contaminación, la deforestación y el cambio climático. Estos cambios ambientales han sido introducidos por las prácticas industriales y agresivas de una producción voraz de bienes y servicios, más allá de las necesidades reales de los seres humanos. Todo ello al compás implacable de una ciencia económica injusta socialmente, cuya aplicación mantiene en la pobreza a una gran parte de la población mundial y mata de hambre a millones de personas cada año, víctimas de lo que eufemísticamente se denomina “ajustes estructurales”. El concepto de sostenibilidad implica, por tanto, una reinserción de los sistemas humanos dentro de los sistemas naturales, pero también una ampliación de la noción de bienestar que incluya indicadores socioculturales como los ingresos medios de la población, la redistribución de la riqueza, el valor del trabajo doméstico, la adecuación de las tecnologías empleadas, la atención a la biodiversidad y el respeto de los ecosistemas en que se insertan las sociedades humanas. Se puede considerar, pues, que sostenibilidad implica una nueva filosofía de la economía. En un doble sentido: primero, porque introduce la compatibilidad medioambiental como variable sustantiva en la consideración del desarrollo económico, lo que equivale a propugnar una economía ecológicamente fundamentada. Y además, porque pone en cuestión varios de los supuestos de la teoría económica estándar basada en la maximización del beneficio. Y gracias, en parte, a la urgencia que nos ha provocado la amenaza real del cambio climático, estamos a las puertas de una Tercera y quien sabe si definitiva Revolución Industrial: las grandes fuentes de energía tradicionales y contaminantes (petróleo, gas, carbón, etc.) necesitan grandes inversiones políticas y financieras para gestionarse y explotarse. Desde los años setenta la educación ambiental viene proponiendo y consolidando un modelo educativo cuyos principales elementos se encuentran en sintonía plena con el paradigma del desarrollo sostenible. Esta trayectoria cada día más reconocida socialmente, se ha visto potenciada con la decisión de la Asamblea General de las Naciones Unidas de establecer el periodo 200570


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2014 como la Década por la Educación para el Desarrollo Sostenible. Es de destacar la función de la educación ambiental en materia de economía como instrumento estratégico al servicio de la formación de ciudadanos capaces de construir sociedades sostenibles que presta la Universidad a esta meta. |❙|

Referencias [AZQU94] Azqueta, D. Economía, medio ambiente y economía ambiental. “Revista Española de Economía”. Número monográfico sobre Recursos Naturales y Medio Ambiente. 1994. [CARP05] Carpintero, O. El metabolismo de la economía española. Recursos naturales y huella ecológica (1955 – 2000). Colección Economía vs. Naturaleza. Fundación César Manrique. Madrid 2005. [COMI07] Guía para la Estrategia Europea de Desarrollo Sostenible Comisión Europea- Secretaría General. 1049 Bruselas, Bélgica. 2007. [CONS90] Constanza, R. (edit.). Ecological Economics: The Science and Management of Sustainability. New York, Columbia University Press, 1990. [GARC06] García E. Decrecimiento y cambio social: ¿descenso suave o caída al abismo?. 2006, http://axtom.modwest.com/cima/ficpdf/agenda060331f.pdf. [ISTA06] ISTA (Instituto Sindical de Trabajo, Ambiente y Salud). Empleo en PYME del sector de las energías renovables e industrias auxiliares en España. 2006. www.istas.ccoo.es. [MINI07] Ministerio de la Presidencia. Estrategia Española de Desarrollo Sostenible 2007. www.060.es [NARE99] Naredo, J.M., Valero, A. (dirs.). Desarrollo económico y deterioro ecológico. Fundación Argentaria y Visor Distribuidores, Madrid, 1999. [RIFK02] Rifkin, J. (2002). The Hydrogen Economy. Jeremy P. Tarcher/Penguin, New York. [XERC05] Xercavin Josep, Torres-Marín, Gemma. Desarrollo sostenible. Edicions UPC, 2005.

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Capítulo 7. Tecnología y sociedad. La sostenibilidad y la dimensión ético-social de la tecnología Javier Monserrat Puchades Christine Heller del Riego Mª Teresa Sánchez Carazo

Palabras clave Filosofía, ética, sociedad, tecnología, sostenibilidad. La tecnología responde a la esencia humana y es un elemento constitutivo de la sociedad. Sin embargo, la tecnología, siendo una fuente tan grande de posibilidades humanas y de servicio al hombre, no siempre ha sido acogida por la cultura humana. La razón humana ha creado en la cultura una idea filosófica y trascendente del “deber ser” de la vida personal y de la sociedad. Por ello la sociedad ha producido sistemas ético-sociales que condicionan la política y la economía. Pero también la tecnología y el desarrollo sostenible. Sólo un desarrollo tecnológico que responda positivamente a las grandes exigencias ético sociales será en último término posible y sostenible. Cabe decir, pues, que la tecnología –condicionada por la política y la economía– debe diseñar un desarrollo que sólo será sostenible si responde a las exigencias ético-sociales. Si no responde, la sociedad se rebelará ante ese diseño tecnológico, lo entorpecerá de mil maneras y acabará por hacerlo inviable; es decir, no sostenible.

Introducción: la tecnología como dimensión intrínseca del ser humano Los trabajos de investigación de antropólogos, paleontólogos y filósofos ponen de manifiesto que uno de los ingredientes que ha convertido al hombre en ser humano es, precisamente, la tecnología. Es importante señalar que esta convicción no es patrimonio específico del momento actual. En efecto, ya desde tiempos tempranos, los seres humanos han captado que es esta dimensión de la tecnología lo que separa al hombre del resto de las especies. Como se verá a continuación, el ser humano ha dejado constancia en la literatura de que la tecnología –es decir, lo que el propio ser humano hace y fabrica, sin que lo pueda encontrar dado en la naturaleza– es algo que le pertenece de forma intrínseca, y por ello mismo, es algo indispensable para su humanización. Dice Eudald Carbonell: “lo que nos ha convertido en humanos es la tecnología. Los humanos básicamente fabricamos utensilios, y eso es lo que empezó a hacer aquella gente de hace dos millones y medio de años” [VVAA00]. Desde el estudio de la evolución de la especie humana se puede afirmar que el ser humano es ininteligible sin la tecnología. Esto mismo lo pone de manifiesto la reflexión que ha hecho la antropología filosófica. Aquí se podrían recordar los trabajos de Hans Jonas, uno de los grandes filósofos que en el siglo XX reflexionaron sobre toda la problemática que supone el gran avance de la tecnología. Jonas considera que hay tres dimensiones que pertenecen de forma específica y constitutiva a los seres humanos: la tecnología, el arte y lo metafísico-religioso. Éstas han acompañado al hombre desde sus albores. Como dice el propio Jonas, estas dimensiones están presentes en la vida de los hombres “mucho antes que las culturas históricas, que los grandes templos de los dioses y las tablillas de escritura” [JONA98]. 73


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Hans Jonas, para identificar las dimensiones que se han visto, elige instrumentos que las representan. En este sentido, habla de la herramienta, de la imagen y de la tumba para identificar, respectivamente, las dimensiones tecnológica, artística y metafísico-religiosa. En concreto, por lo que se refiere a la herramienta, ésta se interpone como mediación entre un órgano corporal y el objeto extracorporal, al cual tiende la acción. Dice Hans Jonas: “la herramienta es humana precisamente porque en sí misma no tiene que ver con el ser humano, porque no surge de una función orgánica y no está sometida a programación biológica alguna. En este sentido, la telaraña, por «artificiosa» que sea, no es una herramienta, no es realmente «artificial», sino «natural» (lo mismo que los nidos de pájaros o las construcciones de termitas). El medio artificial, por ser ajeno al órgano, es el revés de la libertad de su invención”. Como queda reflejado en el texto anterior, el rasgo principal de estas dimensiones es la distanciación del hombre con respecto al mundo que en ellas se produce. Y es que el hombre, en realidad, en parte es de este mundo, pero también, en parte, no es de este mundo. A esto se refería tantas veces Ortega y Gasset cuando decía que el hombre es un centauro ontológico. Es decir, el hombre, para realizar su vida, no sólo necesita de lo que encuentra en la naturaleza. De la misma forma, el hombre tiene que inventar el mundo en el que quiere vivir. Al hombre no le basta, como al resto de los seres vivientes, con un mero vivir. El hombre necesita vivir bien. Por ello, desde sus comienzos, al hombre le ha sido existencialmente necesario modificar el mundo para hacerlo compatible con el género de vida que él siente que está llamado a realizar. Por ello, el propio Ortega dirá que el hombre es el animal técnico. Como se decía un poco más arriba, estas convicciones no son patrimonio del tiempo actual. Muy al contrario, desde la más antigua literatura, la tecnología se ha entendido como algo necesario en la humanización. Esto queda excelentemente reflejado en el siguiente texto. Pertenece a la segunda tablilla del poema Gilgamés, uno de los textos más antiguos de la humanidad, que cuenta cómo Enkidu, que vivía desde su nacimiento salvajemente, sin contacto con seres humanos, fue atraído por una mujer a la civilización. Así dice: “para él, que acostumbraba mamar leche de los animales, pusieron pan delante de él; con recelo lo mira, y lo examina. Enkidu no conocía el pan como alimento; ignoraba la cerveza como bebida. La cortesana, abriendo la boca dijo a Enkidu: “come pan, Enkidu, es señal de la vida civilizada; bebe cerveza; es la costumbre del país civilizado”. Pan comió Enkidu hasta saciarse. Cerveza bebió hasta seis veces de la jarra. Su corazón se ensanchó. Se puso a cantar alegremente y sus ojos se iluminaron. Se lavó con agua su cuerpo velludo y se frotó con aceite. Entonces se pareció a un hombre. Se puso un vestido, y fue como un esposo” [GILG83]. Así pues, como bellamente lo deja plasmado el autor del poema Gilgamés, el hombre sólo llega a ser verdaderamente humano cuando se integra en la civilización, con todos sus artilugios tecnológicos, que él ha tenido que inventar: pan, cerveza, vestido, aceite.

La tensión entre la innovación tecnológica y las culturas humanas La tecnología, por todo lo que se ha visto hasta aquí, es vivida por el ser humano como algo muy propio, hasta el punto de que puede llegar a identificar su cultura con toda una serie de usos tecnológicos. De esta forma, no es de extrañar que en muchas ocasiones el ser humano haya percibido las innovaciones tecnológicas como un factor profundamente amenazador de su propia realidad existencial. Es lo que pasa cuando se percibe que lo tecnológico no responde al sentido profundo, filosófico, ético social de la vida humana, y defender al hombre supone frenar un cierto desarrollo tecnológico que, por sus mismas deficiencias de diseño, no es sostenible ante la conciencia filosófica y ético-moral del hombre. Un ejemplo paradigmático de esto es lo que Platón transmite al final del Fedro. Platón se refiere, en forma de mito, al origen de la escritura. En este diálogo Sócrates cuenta a su amigo Fedro cómo Theuth (uno de los dioses egipcios) le mostró a Thamus (un rey egipcio) todos sus avances tecnológicos. Cuando llega a la escritura, Theuth le dice a Thamus: “Éste conocimiento, oh rey, hará más sabios a los egipcios y más memoriosos, pues se ha inventado como un fármaco de la memoria y de la sabiduría”. A lo cual Thamus le dijo: “¡Oh artificiosísimo Theuth!... [Al contrario de lo que pronosticas] es olvido lo que producirán [las palabras] en las almas de quienes las aprendan, al descuidar la memoria, ya que, fiándose de lo escrito, llegarán al recuerdo desde fuera, a través de caracteres ajenos, no desde dentro, desde ellos mismos y por sí mismos... Apariencia de sabiduría es lo que proporcionas a tus alumnos, que no verdad. Porque habiendo oído muchas cosas sin aprenderlas, 74


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Tecnología y sociedad. La sostenibilidad y la dimensión ético-social de la tecnología | Tema I | Avances de Ingeniería

parecerá que tienen muchos conocimientos, siendo, al contrario, en la mayoría de los casos, totalmente ignorantes, y difíciles, además, de tratar porque han acabado por convertirse en sabios aparentes en lugar de sabios de verdad...” [PLAT97]. Platón, con su fina sensibilidad, se daba cuenta de la importancia que tiene una revolución tecnológica en la vida humana. Mirando hacia atrás, es impresionante el cambio cultural que trajo consigo la invención de la imprenta. Hoy todo el mundo experimenta la importancia tan grande que están teniendo las tecnologías de la información. No cabe duda que, desde la gran revolución del neolítico, la historia humana ha ido caminando a través de las revoluciones tecnológicas. Y en la revolución actual de la sociedad de la información sigue latente la pregunta sobre si el avance en una “información superficial” no es un freno al verdadero “conocimiento”. Hoy día, sin embargo, el hombre se encuentra ante una situación ciertamente nueva. En primer lugar, desde una perspectiva personal. Como planteaba Ortega en su Meditación de la técnica, hoy la tecnología ha avanzado tanto que el ser humano tiene la impresión de poder hacerlo todo. Y de tanto poder hacerlo todo, en muchos casos el hombre se encuentra en la terrible situación de no saber qué hacer. Y esto lleva a no saber quién es. Pero, en segundo lugar, la tecnología actual tiene una faceta aún más novedosa si cabe: su repercusión colectiva. Hoy día se tiene la conciencia de que las opciones tecnológicas no sólo afectan al hombre actual: afectan a las generaciones venideras. La Tierra es frágil y se debe preservarla para los hombres y mujeres del futuro. Por todo lo anterior, hoy se vive con una especial intensidad esa tensión entre la tecnología y la cultura. Y, ciertamente, para buscar soluciones, tanto para la vida actual, como para hacer posible una tierra habitable para las generaciones futuras, es necesario que se lleve a cabo un verdadero trabajo interdisciplinar, en el que todos colaboren. Es la gran cuestión abierta al diseño tecnológico si quiere ser sostenible: responder a las grandes cuestiones ético-sociales y diseñar un desarrollo “empático” con la cultura filosófica del hombre y de las sociedades humanas.

Sociedad tecnológica y ética La tecnología orientada por la razón ha sido elemento esencial de la sociedad. El conocimiento del mundo ha guiado la acción transformadora de las cosas y esto es lo que se llama tecnología. Los griegos entendieron ya que esta transformación era un “arte” (téchne) puesto al servicio del ser humano. El logos de la téchne era así el conocimiento del arte en la transformación de la realidad.

Hombre, sociedad, cultura

Pero la tarea de la autorrealización humana orientada por la razón no la afronta el hombre en solitario, sino en sociedad. Los hombres en sociedad no sólo han usado su razón para un conocimiento orientado a la tecnología (transformación útil del mundo), sino también para un conocimiento orientado a la esencia metafísica de la realidad. La razón ha guiado a las culturas para construir una idea metafísica de la verdad humana. La cultura, por tanto, no es sólo progreso en la tecnología sino el conjunto de conocimientos que ofrecen al hombre una idea de su posición metafísica última en el universo. La cultura no sólo se fue construyendo desde los orígenes de la historia como tchne sino también como metafísica, filosofía, arte, religión; pero también, en congruencia con todo esto, como política y economía.

Sentido, moralidad, ética, ética-social

La sociedad entendió desde el principio que el fin de la acción humana era el hombre (o, lo que es lo mismo, la sociedad), según “la idea del hombre” que esa cultura había construido; en este sentido lo metafísico-filosófico dictaba la norma e imponía el criterio de lo correcto y de lo incorrecto, estableciendo los fundamentos del sistema social, político y económico. Se buscaba obrar con sentido (esto es, con adecuación a la verdad última del hombre y del universo). Había, pues, acciones con sentido y sin-sentido. El hombre era un buscador de sentido personal y las culturas eran sistemas de sentido. Toda sociedad organizada ha pretendido justificarse ante sus miembros por medio de un discurso filosófico que fundara sus principios ético-sociales. El fin ha sido realizar los principios éticos; el 75


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trabajo y la tecnología han sido medios para alcanzar ese fin. La filosofía social ha reflexionado sobre el logos fundante de la sociedad. En este marco etiológico, de valores éticos esenciales y normativos, todas las sociedades de la historia han decidido cómo actuar en lo tecnológico: desde la polis griega y el imperio romano hasta el Medievo teocrático, los estados de la modernidad y la actualidad. En este marco han surgido las grandes inquietudes ético sociales que condicionan la tecnología y viabilidad humanamente sostenible.

Grandes cuestiones éticas de la tecnología actual

Pero nunca como hasta el presente se había encontrado la sociedad ante dilemas ético-sociales tan importantes. Nunca se había producido un desarrollo científico y tecnológico comparable al de los últimos años. Estos nuevos campos tecnológicos han producido serios dilemas éticos sobre cómo actuar para que lo tecnológico sea un medio que lleve al fin de la autencidad humana y social, y por ello pueda ser sostenible: es la duda sobre cómo actuar personalmente (moralidad) y colectivamente (ética). A continuación se presentan brevemente a los principales ámbitos tecnológicos que plantean hoy problemas ético-sociales son los siguientes. ❙ La tecnología militar. Ha sido desde siempre un requerimiento de la violencia y del conflicto interhumano. Pero, el hombre, cuya conciencia moral-ética le mueve a la fraternidad universal de la especie, se pregunta si el impresionante desarrollo tecnológico actual orientado a las confrontaciones entre pueblos puede considerarse ético. Las argumentaciones para valorar y tolerar la tecnología militar son muy variadas y se construyen desde diferentes filosofías sociales y de la historia. Aun reconociendo los beneficios colaterales producidos por la tecnología militar, es claro que ésta y los proyectos políticos y económicos que la fomentan son hoy un factor de la “mala conciencia” de la cultura y de su tensión frente a lo tecnológico. ❙ La actuación ecológica. El hombre entiende que el sentido de su actuación en el universo debe ser ecológico: esto es, favorecer el enriquecimiento de la naturaleza y evitar su degradación. Este principio ecológico –presente en ideologías, filosofías, religiones, pero también hoy en las ideologías político-económicas– hace que se plantee el sentido ético de tecnologías energéticas e industriales en que surgen problemas como la degradación del medio ambiente, la contaminación, el cambio climático, los riesgos de la energía nuclear, la transformación del medio por grandes obras energéticas, urbanísticas o industriales en ingeniería civil, etc. ¿Qué decisiones ético-sociales deben tomarse? La sociedad está hoy dividida por argumentos divergentes y se paraliza por ello la resolución de los problemas. ❙ La tecnología bio-médica. El sentido lleva también a plantear serios interrogantes al rumbo presente y futuro de las tecnologías bio-médicas. Aquí entran los numerosos problemas bioéticos hoy planteados sobre el alcance y límites de una tecnología sobre la vida que enriquezca al hombre. ¿Cómo avanzar éticamente en la tecnología biomédica? ❙ La tecnología de la información. El uso de las posibilidades abiertas por estas nuevas tecnologías es inmenso. Pero plantean también grandes interrogantes sobre sus consecuencias sobre el control social y manipulación de la opinión, la dependencia psicológica o adicción, los efectos nocivos sobre la personalidad individual y colectiva, la educación, etc. ❙ La tecnología del desarrollo. La forma nacional e internacional (globalizada) de usar la tecnología en orden al desarrollo humano plantea también problemas de gran valor ético como son la solidaridad y la universalidad del desarrollo. Tecnologías que implicaran una idea del desarrollo sólo aplicable a una parte de la humanidad y que dividiera el mundo en ricos y pobres no respondería a las exigencias éticas de las acciones humanas con sentido. Es evidente que estos importantes sectores del desarrollo tecnológico –junto a otros que no se mencionan por brevedad– plantean serios interrogantes a las expectativas ético sociales que, desde ciertos fundamentos ideológicos, filosóficos o religiosos, orientan la cultura. Es verdad que la tecnología depende de decisiones políticas y económicas; pero también es verdad que las actuaciones tecnológicas, de hecho, sólo serán sostenibles a plazo medio y largo si responden a las exigencias ético-sociales y se crean desde una profunda empatía con la cultura.

Los marcos filosóficos normativos

La toma de decisiones ante todos estos problemas éticos-sociales debe darse en las personas como individuos, en las grandes corporaciones que producen la tecnología y en los Estados a través de sus 76


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gobiernos (orientados por criteriologías políticas y económicas). Pero antes de las decisiones éticas debe agotarse siempre el análisis puramente científico-tecnológico, social, político y económico, de los problemas (vg. pros y contras de la energía nuclear, de los transgénicos o de la producción militar). Pero llega un momento en que se deben tomar decisiones ético-sociales. Se necesita entonces un marco filosófico normativo con criterios lógicos para abordar las decisiones. Si la sociedad estuviera regida por principios cristianos, islámicos, marxistas, ecologistas, historicistas o totalitarios de un tipo u otro (vg. el fascismo) –como pasaba en otros momentos históricos– se dispondría de un marco filosófico (o religioso) normativo cuestionable, pero que se sentía subjetivamente como seguro. Pero éste no es el caso hoy día. Además el problema actual es que en las sociedades modernas conviven individuos y grupos de ideologías muy diferenciadas. Aunque se puede hacer aquí una historia de la filosofía política y económica, se sabe que actualmente se ha impuesto la filosofía de la modernidad liberal que se forma desde el Renacimiento, a través del constitucionalismo y el liberalismo económico del XVIII, hasta las democracias modernas y el neoliberalismo. En una sociedad en que los ciudadanos pueden tener legítimamente ideologías filosóficas y religiones diferentes, el Estado debe ser neutro y fundamentado sólo en los principios básicos democráticos que preserven la soberanía popular, la libertad del ciudadano, sus derechos humanos, sus convicciones metafísicas, de forma que permitan la creación de riqueza y prevengan de cualquier actuación nociva para ellos.

La ética de la acción tecnológica actual

Las grandes corporaciones tecnológicas aceptan hoy el marco de la filosofía de la modernidad liberal. No poseen, por tanto, otro tipo de ideologías. Las decisiones éticas y la normativa legal sobre qué, cómo, cuando producir, y en que condiciones económicas y comerciales, debe establecerla el Estado. Esto supuesto se procede por la ley de la oferta y la demanda y por la búsqueda del beneficio económico. Si se responde a las necesidades sociales y se resuelven problemas, la tecnología hallará la mejor vía para el beneficio económico y la prosperidad. Sin embargo, este caminar ciego en la historia bajo la lógica simple de la oferta-demanda-beneficio lleva consigo el riesgo de entrar en colisión con profundas expectativas ético-sociales de la cultura.

¿Una perversión ética de la tecnología?

Son muchos autores y escuelas de pensamiento –Habermas, el anarquismo, Jacques Ellul, Jan Patocka, Hans Jonas, Karl Popper, Heidegger y el llamado republicanismo en filosofía política, entre otros– los que han considerado, sin embargo, la existencia de una perversión ética producida por la tecnología y su gestión económica en la modernidad. Habermas, por ejemplo, en su análisis de la sociedad postindustrial dice que el capitalismo ha creado por el consumo un condicionamiento de los ciudadanos que elimina su misma capacidad de plantear las grandes cuestiones ético-sociales presentes en la historia de la humanidad. Esta sociedad adormilada sólo piensa en consumir y en trabajar, olvidando todo tipo de compromiso ético social. Este tipo de hombre despersonalizado por la masa y el consumo ha sido también estudiado por la fenomenología de Heidegger. El republicanismo político actual dice también que la modernidad liberal democrática ha sido pervertida porque en ella se han organizado “estructuras de dominación” controladas por los grupos minoritarios dependientes del capital tecnológico industrial que impiden el ejercicio de una soberanía popular que permanece alienada.

La responsabilidad ética de la tecnología

En el mundo de las grandes corporaciones tecnológicas, por otra parte, ha nacido una “mala conciencia” y se ha constatado su imagen social más y más negativa. Ha intentado entonces por diversas vías un compromiso ético creciente. A esto responde el concepto actual de responsabilidad social corporativa centrado en el esfuerzo por contribuir a un desarrollo sostenible y en el establecimiento de numerosas fundaciones de ayuda a la cultura y de apoyo a los necesitados, especialmente en el tercer mundo. Todo parece indicar, sin embargo, que el mundo de la tecnología no ha emprendido todavía una reflexión a fondo sobre cómo, con su enorme potencia económica, podría afrontar el compromiso seriamente diseñado en la respuesta a los grandes retos ético-sociales de la humanidad. El mundo tecnológico debe contribuir a la reflexión filosófica, social, política económica, para así hacerlo sostenible a medio y largo plazo. 77


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Un reto tecnológico: no hay sostenibilidad sin respeto al hombre El nuevo milenio es testigo de los efectos de los rápidos avances tecnológicos que bajo la influencia de las “estructuras de dominación” prevé un desarrollo en los próximos 50 años treinta veces más rápido que en el último medio siglo. Algunas muestras de la reflexión que se preguntan si el desarrollo tecnológico es congruente con el desarrollo humano, y si es por ello mismo sostenible son las siguientes.

Sociedad del conocimiento

Uno de los avances más espectaculares es, sin duda, el de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC). La intensa transferencia de información ha modificado las actividades en la sociedad moderna y se reconoce el riesgo de que estas tecnologías deshumanicen al hombre. Otro efecto ha sido reducir distancias entre las sociedades y culturas mediante el proceso de globalización irreversible. De acuerdo con la declaración de principios de la Cumbre de la Sociedad de la Información (Ginebra 2003), “la Sociedad de la Información debe estar centrada en la persona, integradora y orientada al desarrollo, en que todos puedan crear, consultar, utilizar y compartir la información y el conocimiento, para que las personas, las comunidades y los pueblos puedan emplear plenamente sus posibilidades en la promoción de su desarrollo sostenible y en la mejora de su calidad de vida, sobre la base de los propósitos y principios de la Carta de las Naciones Unidas”. Sin embargo, este proceso no ha sido uniforme, ha creado mayor desigualdad (digital-gap), dificultades asociadas a la gestión de la información y es cuestionable su aportación al desarrollo humano. Es importante subrayar que información no es lo mismo que conocimiento. La información es un instrumento del conocimiento; la dignidad humana exige el conocimiento. Pero la información responde a datos indiferenciados sometidos a intereses comerciales. Esto retrasa el desarrollo de la Sociedad del Conocimiento, cuya noción fue utilizada por primera vez en 1969 por Peter Drucker.

Un trabajo humanizador

Peter Drucker [DRUK74] destacaba la necesidad de generar una teoría económica que coloque al conocimiento en el centro de la producción de riqueza. Señalaba que lo más importante es la productividad del conocimiento y no su cantidad. Una sociedad sostenible es una sociedad de la información en la que el recurso básico es el saber, y donde existe la voluntad de aplicar conocimiento para generar más conocimiento. Pero la dramática “destrucción creativa” del hombre por las TIC indica que la productividad viene de la aplicación inteligente de las tecnologías y no de la producción de las mismas. En los décadas de los 80 y 90, los países (UK, SE, DK, FIN, y NL) que activaron sus mercados laborales, sin poner en riesgo el modelo social europeo, consiguiendo incrementar las tasas de empleo, particularmente entre los grupos menos representados de la sociedad. Ahora el nuevo enfoque es la de “activar conocimiento” y esto se consigue activando la capacidad, aceptación de riesgos y preparación a innovar de los individuos y en las estructuras sociales. La Estrategia de Lisboa reconoce el conocimiento y la innovación como el motor del crecimiento sostenible. Según Luc Soete [SOET05] existe una dualidad en la mano de obra entre los trabajadores que sólo realizan trabajo mental o físico (trabajar para consumir) y aquellos que trabajan con “satisfacción” en el ámbito laboral. Estos últimos se suelen denominar knowledge workers y realizan actividades que producen autosatisfacción en términos de reconocimiento, realización y creatividad. La división del trabajo, deshumanizante y alienante, fue identificada ya por Marx [MARX56] como una tendencia inevitable del modo de producción capitalista. La superación de la alienación lleva a la autorealización del individuo en y mediante su actividad vital, que ya no es “trabajo”, sino arte, felicidad, reencuentro consigo mismo, encanto y esfuerzo al mismo tiempo. Por lo tanto, parece que los knowledge workers recuperan parte del valor de la realización mediante su búsqueda de la verdad. Así, personas competentes y creativas son consideradas con mayor frecuencia el recurso más importante de las organizaciones y teniendo en cuenta el ideal de la sociedad del conocimiento, las competencias que buscan las organizaciones en sus empleados tienen que ver con la capacidad de establecer redes, crear vínculos e innovar, más que personas con una formación tradicional. 78


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Robotismo y determinación

La relación estrecha entre tecnología y cambio social explica por qué el desarrollo tecnológico tiene efectos positivos y negativos y se considera un arma de doble filo. Hay que tener presente que ambos están continuamente en un equilibrio dinámico, evolucionando en complejos bucles de realimentación. El desarrollo tecnológico también tiene su lado oscuro. La mayor amenaza de la sociedad en el siglo XX fueron las armas nucleares, biológicas y químicas. En el siglo XXI se identifican la biotecnología, la nanotecnología y la robótica como tecnologías de tal potencia que pueden llevar a abusos y accidentes hasta desarrollarse en la llamada armas de “knowledge-enabled” destrucción masiva [JOY_00] que ponen seriamente en peligro la existencia humana. El conocimiento del complejo funcionamiento genético junto con la enorme capacidad computacional y los avances de las ciencias físicas (la electrónica molecular) hace que se espere que en el año 2029 las máquinas alcancen el nivel de inteligencia humana. El inventor Raymond Kurzweil [NAE _08], predica que la humanidad está a punto de saber cómo implantar robots de tamaño nano (nanobots) en los celebros y cuerpos humanos para que sean más inteligentes y saludables. Cree en una convergencia del hombre y máquina para alcanzar vidas humanas de 200 años. Existe la preocupación del control de estos nanobots, que pueden auto reproducirse, y que eventualmente pueden sumergir el ser humano en una realidad virtual. Ante el reto de transhumanismo, Bill Joy (Cofundador de Sun Microsystems) cree que la única alternativa que existe ante estos peligros es la de limitar el desarrollo de ciertas tecnologías que son demasiado peligrosas para la humanidad, limitando así la búsqueda de ciertas formas de conocimiento. Kurzweil contra argumenta que la limitación de grandes áreas de tecnología sólo haría que se proliferen de forma clandestina. Otra visión [BROW06] es que el límite existe en la naturaleza intrínseca de los robots: los robots no tienen existencia social. Es la vida en sociedad lo que forma la manera que los humanos hablan, piensan aprenden y desarrollan el sentido común. Por lo tanto, aunque los nanobots pueden interaccionar con el organismo humano, no son capaces de ajustarse al nivel de control que exige esta estructura compleja del hombre y la sociedad.

Conclusiones La tecnología se considera motor de progreso y respuesta a un gran número de problemas sociales. Ayuda al hombre a gestionar la compleja organización social y al control de sus herramientas y de su destino. Pero la tecnología podría amenazar cada vez más al hombre y su dignidad convirtiéndose en un factor incontrolado que determinara el curso de la historia, imponiéndose a los valores humanos. Por ello, la planificación de la tecnología debe tener presente no sólo la naturaleza sino la “sostenibilidad humana y social”, valorando hacía dónde se quiere que progrese la humanidad y a qué precio. Una tecnología que no promoviera el desarrollo humano y social no sería sostenible y acabaría derrumbándose por inconsistencia ideológica y probablemente no sin inquietantes convulsiones sociales. |❙|

Referencias [BROW06] John Seely Brown & Paul Duguid. A Response to Bill Joy and the Doom-and-Gloom Technofuturists, Chapter 13 of “Technology and the Future”, Thomson Wadsworth, 2006. [DRUK74] Peter, Druker. La sociedad post-capitalista, 1974. [GILG83] Gilgamés, Documentos en torno a la Biblia, nº 7, Ed. Verbo Divino, Estella (Navarra), 1983, p.16-17. [JONA98] Hans Jonas, Pensar sobre Dios y otros ensayos, Herder, Barcelona, 1998, p. 42. [JOY_00] Bill Joy. Why the Future Doesn’t Need Us, Wired Magazine, August 4, 2000. 79


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[MARX56] Karl Marx, La ideología alemana, 1856. [NAE_08] Grand Challenges for Engineering, National Academy of Engineering’s Report, http:// engineeringchallenges.org/cms/challenges.aspx. [PLAT97] Platón, Fedro, Ed. Gredos, 1997. [SOET05] Luc Soete, United Nations University, Maastricht. Discussion Paper Prepared For The UK Presidency, octubre 2005. [VVAA00] VV.AA. Sapiens. El largo camino de los homínidos hacia la inteligencia, Ed. Península, Barcelona, 2000, p. 59.

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Tema II Energía y Desarrollo Sostenible Coordinación: B eatriz Yolanda Moratilla Soria Capítulo 8. Energía y sostenibilidad Nombre: José Ignacio Pérez Arriaga Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI y Doctor y Master en Ingeniería Eléctrica por el MIT Cargo: Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible. Miembro de la Real Academia de Ingeniería

Nombre: Efraim Centeno Hernáez Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Nombre: Daniel Fernández Alonso Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Nombre: Javier Reneses Guillén Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI y Licenciado en Ciencias Matemáticas Cargo: Departamento de Organización Industrial

Capítulo 9. Recursos y tecnologías energéticas con combustibles fósiles Nombre: Beatriz Yolanda Moratilla Soria Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Directora de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas y Departamento de Ingeniería Mecánica

Nombre: María del Mar Cledera Castro Titulación: Ingeniero Industrial (UPM) y Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Coordinadora de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas. Departamento de Ingeniería Mecánica

Capítulo 10. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de electricidad. Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado en Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas


Nombre: Miguel Tejero Yagüe Titulación: Licenciado en Ciencias Físicas Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Nombre: Aurelio García Cerrada Titulación: Ingeniero Industrial (UPM) y Doctor por la Universidad de Birmingham (U.K.) Cargo: Departamento de Electrónica y Automática

Capítulo 11. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de calor y el transporte Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado de Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas


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Nombre: Miguel Tejero Yagüe Titulación: Licenciado en Ciencias Físicas Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Capítulo 12. Recursos y tecnologías energéticas con energía nuclear Nombre: Luis Enrique Herranz Puebla Titulación: Doctor en Ciencias Químicas (UPM) Cargo: Responsable de la Unidad de Investigación en Seguridad Nuclear (CIEMAT)

Nombre: Germán David Pérez Pichel Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica. Laboratorio Nacional de Fusión (CIEMAT)

Capítulo 13. Contribución del hidrógeno a la sostenibilidad energética Nombre: José Ignacio Linares Hurtado Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Director del Departamento de Ingeniería Mecánica Nombre: Beatriz Yolanda Moratilla Soria Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Directora de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas. Departamento de Ingeniería Mecánica

Capítulo 14. Contribución de la termodinámica a la sostenibilidad energética. Análisis exergético y cogeneración Nombre: José Ignacio Linares Hurtado Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Director del Departamento de Ingeniería Mecánica. Nombre: Federico Ramírez Santa-Pau Titulación: Doctor Ingeniero de Armamento Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica

Capítulo 15. Ahorro y eficiencia energética Nombre: Beatriz Yolanda Moratilla Soria Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Directora de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas. Departamento de Ingeniería Mecánica

Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado en Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Nombre: Estefanía Arbós Rivera Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Cátedra BP de Desarrollo Sostenible Nombre: Íñigo Sanz Fernández Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Capítulo 16. El papel de la electricidad en el futuro modelo energético Nombre: Michel Rivier Abbad Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas Nombre: José Ignacio Pérez Arriaga Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI y Doctor y Master en Ingeniería Eléctrica por el MIT Cargo: Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible. Miembro de la Real Academia de Ingeniería

Nombre: Pablo García González Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Electrónica y Automática Nombre: Tomás Gómez San Román Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI y Doctor Ingeniero

Nombre: María del Mar Cledera Castro Titulación: Ingeniero Industrial (UPM) y Doctor Ingeniero

Industrial (UPM) Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas

Industrial del ICAI Cargo: Coordinadora de la Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas. Departamento de Ingeniería Mecánica

Nombre: Laura González Ruiz de Valbuena Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas. Dirección de Estrategia para España y Portugal (Endesa)


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Nombre: Carlos Mateo Domingo Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica Nombre: Luis Olmos Camacho Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica Nombre: Aurelio García Cerrada Titulación: Ingeniero Industrial (UPM) y Doctor por la Universidad de Birmingham (U.K.) Cargo: Departamento de Electrónica y Automática

Capítulo 17. Acceso universal a formas modernas de energía Nombre: Andrés González García Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI, Master en Cooperación Internacional y EMBA. Cargo: Presidente Coordinadora Estatal de Comercio Justo y Coordination Manager Master Erasmus Mundus en Sector Eléctrico EMIN

Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado de Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Nombre: José Ignacio Pérez Arriaga Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI y Doctor y Master en Ingeniería Eléctrica por el MIT Cargo: Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible. Miembro de la Real Academia de Ingeniería


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Capítulo 8. Energía y sostenibilidad JOSÉ IGNACIO PÉREZ ARRIAGA EFRAIM CENTENO HERNÁEZ DANIEL FERNÁNDEZ ALONSO JAVIER RENESES GUILLÉN

Palabras clave Desarrollo sostenible, energía, cambio climático. La energía, como bien de consumo, está íntimamente ligada a nuestro estilo de vida, y su utilización ha permitido alcanzar el elevado nivel actual de desarrollo de los países industrializados. El incremento del consumo energético guarda una estrecha relación con el crecimiento de la población y del nivel de riqueza per cápita y, a su vez, es el principal condicionante del impacto medioambiental asociado a la energía. Sin embargo, hoy en día es un hecho la falta de sostenibilidad del actual modelo energético. Este artículo presenta brevemente la relación entre la energía y las diferentes dimensiones del desarrollo sostenible –económico, social y medioambiental–. Además, se esbozan las líneas de acción principales que actualmente se consideran prioritarias para adaptar el modelo actual a un uso sostenible de las fuentes de energía, entre las que destacan el fomento del ahorro y la eficiencia energética, la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías, así como la mejora de las existentes y por último la concienciación de la sociedad a todos los niveles.

Introducción La utilización intensiva de los recursos energéticos ha permitido alcanzar el elevado nivel actual de desarrollo en los países industrializados. Pero a nuestra generación se le presenta un gran dilema. Este nivel de desarrollo que disfrutan los países más ricos, que se estima que seguirá aumentando, y al que querría acceder justificadamente el resto de los habitantes del planeta, parece claramente incompatible con las condiciones de sostenibilidad –económicas, sociales y medioambientales– que ya se han expuesto en este libro. ¿Será posible conseguir universalmente un nivel de consumo energético que permita un nivel de vida digno sin agotar los recursos disponibles a un coste asequible y sin exceder la capacidad de asimilación del medio ambiente? ¿Será posible continuar, siquiera unas décadas más, el actual modelo energético sin sobrepasar unos límites, más allá de los cuales se comprometan la estabilidad social y el bienestar de las generaciones futuras? Las implicaciones del futuro modelo energético van mucho más allá de lo meramente tecnológico. La energía está íntimamente involucrada con nuestro estilo de vida: movilidad, trabajo, confort, ocio y comunicación. El nivel de consumo guarda actualmente una estrecha relación con el crecimiento de la población y con el nivel de riqueza per cápita y, a su vez, es el principal condicionante del impacto medioambiental asociado a la energía. Las grandes disparidades en los niveles de acceso a la energía entre los habitantes de distintos países, así como en la distribución geográfica de los recursos energéticos primarios son la causa de fuertes tensiones geopolíticas y sociales. Existe prácticamente unanimidad entre los expertos sobre la falta de sostenibilidad del actual modelo energético. Las principales líneas de actuación disponibles ahora o previsiblemente a medio plazo son también conocidas. Sin embargo, no parece haber una clara percepción de las dificultades que con gran seguridad va a entrañar el drástico cambio que tendrá que realizarse en este modelo para reconducirlo a una senda de sostenibilidad. Por un lado, aquéllos que consumen más energía no querrán renunciar a mantener e incrementar un nivel de vida al que consideran que tienen derecho. Por otro, aquéllos con escaso o nulo acceso a las modernas fuentes 85

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AVANCES DE INGENIERÍA ❘ El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible

energéticas aspirarán a un nivel de desarrollo que va a exigir un fuerte aumento de su nivel de consumo actual. Y será difícil para los líderes y las instituciones políticas adoptar correctas decisiones estratégicas que previsiblemente no van a complacer a los ciudadanos en el corto plazo, sabiendo que las consecuencias de sus actuaciones de hoy apenas van a apreciarse durante el término de su mandato. Afortunadamente, a lo largo de las últimas décadas (y muy especialmente durante la última), el nivel de conocimiento y la concienciación acerca de los problemas que previsiblemente se van a derivar de la falta de sostenibilidad de nuestro modelo energético se han incrementado de forma muy significativa. Además, la compleja red de implicaciones anteriormente citada cada vez va resultando más explícita, en buena parte debido al enorme crecimiento de la población mundial. Puede afirmarse que la existencia del cambio climático y las limitaciones de los recursos fósiles, así como su relación con el modelo energético en términos generales y su naturaleza global, forman actualmente parte de la cultura popular. Este cambio en la opinión pública está acercando las consideraciones de sostenibilidad a la vida diaria, aunque en general los ciudadanos de los países desarrollados aún no sean conscientes de que las acciones necesarias debieran conllevar previsiblemente una modificación muy sustancial de su modo de vida, en línea con una sobriedad energética mucho mayor. Y tampoco las empresas e instituciones del sector energético, tanto de los países industrializados como de los que están en vías de desarrollo, han internalizado en general que en unas pocas décadas habrá que cambiar drásticamente el modelo energético actualmente vigente por otro que aún está por definir.

Energía y las dimensiones del desarrollo sostenible Un modelo energético sostenible debe permitir una coexistencia armoniosa entre una disponibilidad universal, asequible y equitativa de los servicios energéticos para la generación actual, y el preservarlos en análogas condiciones para las generaciones futuras. El término “desarrollo sostenible” fue acuñado por primera vez en 1987 en un informe de la Comisión de Medio Ambiente y Desarrollo de Naciones Unidas. En dicho informe (conocido como “Informe Brundtland”), se definía el desarrollo sostenible como “el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades”. Desde entonces, el término se ha utilizado extensamente y se aceptan las tres dimensiones del mismo: desarrollo económico, desarrollo social y desarrollo ecológico (o medioambiental). Todas ellas están íntimamente ligadas a la energía, de una manera u otra. El desarrollo económico se refiere a la capacidad de los países o regiones para crear riqueza con el fin de promover o mantener la prosperidad o bienestar económico y social de sus habitantes. Es muy importante destacar que este desarrollo no conlleva, necesariamente, crecimiento económico. Es un hecho que, para nuestra sociedad, el desarrollo económico ha estado ligado de manera íntima con la energía, tanto desde el punto de vista de la disponibilidad de recursos energéticos como de la tecnología para su aprovechamiento. Actualmente [IEA_08], el consumo de electricidad per cápita mundial es de 2.659 kWh, mientras que para los países desarrollados este consumo es de 8.381 kWh (en España, 6.213 kWh). Desde la revolución industrial, el consumo de energía por parte de nuestra sociedad se ha incrementado exponencialmente. Esta relación entre el desarrollo económico y la disponibilidad de recursos energéticos no va a modificarse a corto plazo, por lo que resulta de vital importancia analizar si el modelo de crecimiento económico puede mantenerse de una manera sostenida tal y como está planteado. En la actualidad, según el informe [IEA_07] [IEA_08], alrededor del 80% de la energía que se consume procede de combustibles fósiles (el 34,4% del petróleo, el 26% del carbón y el 20,5% del gas natural). Por otro lado, si siguen las tendencias actuales, de aquí al año 2030 se prevé que la demanda de energía se incrementará en cerca del 50% (tres cuartas partes de dicho incremento se deberá a los países en desarrollo, especialmente China y la India). Y la mayoría de los análisis de prospectiva energética indican que será muy difícil reducir apreciablemente la dependencia de los combustibles fósiles durante al menos un par de décadas, muy en particular del carbón y el gas natural, en lo que se refiera a la generación de electricidad y del petróleo en el transporte. 86


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Energía y sostenibilidad ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

En lo que se refiere a la disponibilidad de recursos a largo plazo, existen unas reservas probadas de carbón que podrían satisfacer la demanda mundial al nivel actual por un plazo aproximado de 200 años. En cambio, en el caso de las reservas de gas natural este plazo se estima en unos 60 años bajo iguales condiciones y para el petróleo en unos 40 años. Además, la creciente dificultad en la extracción de petróleo, además de incrementar su coste, no permitirá aumentar la producción diaria al mismo ritmo que la demanda. De hecho, algunos expertos afirman que la producción mundial de petróleo ya ha tocado techo1. El desarrollo social se refiere al desarrollo del capital humano y del capital social en una sociedad. Implica una evolución o cambio positivo en las relaciones de individuos, grupos e instituciones que la componen. Así pues, deben satisfacerse las necesidades básicas de la sociedad, pues si la pobreza es habitual, el mundo estará encaminado a catástrofes de varios tipos, incluidas las ecológicas2. Es un hecho que el desarrollo social y el nivel de bienestar individual están ligados al acceso a las distintas fuentes de energía. No se trata de que cuanto mayor sea el consumo de energía de una persona mayor sea su bienestar, sino de que resulta necesario un nivel mínimo de consumo energético para asegurar un nivel digno de vida. Hoy en día, comenzado el siglo XXI, alrededor de la cuarta parte de la humanidad (unos 1.600 millones de personas en todo el mundo) carece de acceso a la electricidad, y otros muchos lo tienen en condiciones muy precarias. Resulta obvio que esta situación dista mucho de acercarse a la sostenibilidad, tanto por las diferencias sociales que genera (dentro de un mismo país y entre distintos países y continentes), como por la baja eficiencia con que las personas más desfavorecidas aprovechan los recursos energéticos. Las consecuencias son tremendamente negativas, tanto desde el punto de vista ecológico como humano. El desarrollo ecológico implica permitir la recuperación del medio ambiente al menos al mismo ritmo que es afectado por la actividad humana. Al igual que en las otras dos dimensiones del desarrollo sostenible, la relación del desarrollo ecológico con la cuestión energética es muy fuerte. Los impactos medioambientales relacionados con la energía (tanto en su uso, como en el resto de fases del proceso: minería, extracción de petróleo, eliminación de residuos, etc.) son numerosos y constituyen unos de los más importantes de entre los producidos por la actividad humana. Dentro de estos impactos, se podrían destacar la contaminación del aire, tierra y masas de agua, así como el cambio climático. Recientes estudios de toda solvencia ([IPCC07] [STER06]) establecen que alrededor del 65% de las emisiones totales mundiales de gases de efecto invernadero de origen antropogénico están relacionadas con la energía. De éstas, el 26% del total se debe a la generación de energía eléctrica, alrededor del 19% al sector industrial, el 13% al sector del transporte (que es el que mayor incremento está experimentando) y el 8% a los edificios y viviendas. En España [MMA_08], el porcentaje de emisiones relacionadas con la energía asciende al 78%, destacando la generación de electricidad con un 27% del total y el transporte con un 25%. Para hacerse una idea de las diferencias en el nivel de emisiones entre diferentes países, se puede destacar [IEA_08] que las emisiones equivalentes de CO2 per cápita en el mundo son de 4,28 toneladas, elevándose hasta las 10,93 toneladas en los países más desarrollados (en España son de 7,44 toneladas) y siendo de 0,93 toneladas en África. Aunque aún existe un alto grado de incertidumbre respecto al nivel y tiempo de ocurrencia de los impactos que puede provocar el cambio climático a medio y largo plazo, el creciente conocimiento de los procesos climáticos ha llevado a los científicos a señalar el umbral de un incremento de 2ºC

1 El denominado pico de Hubert, véase, por ejemplo la tesis doctoral “Giant Oil Fields - The Highway to Oil”, de Fredrik Robelius, Universidad de Uppsala (disponible en http://publications.uu.se/abstract.xsql?dbid=7625), o bien http://es.wikipedia.org/wiki/Curva_de_Hubbert. 2 “La gente hambrienta no se preocupa de la sostenibilidad”, tal y como se dice en Albert A. Bartlett. Reflections on Sustainability, Population Growth, and the Environment-Revisited, Renewable Resources Journal, Vol. 15, Nº 4, invierno 1997-98, págs. 6-23. Traducción disponible en http://jlbarba.com/energia/sostenibilidad.

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(respecto a la era preindustrial) como la frontera a partir de la cual las consecuencias pueden comenzar a ser extremadamente graves. Asimismo, las proyecciones actuales de escenarios de emisiones muestran que no superar este nivel de 2ºC conllevaría un tremendo esfuerzo por parte de todos los países, tanto desarrollados como en desarrollo. Este esfuerzo no se puede demorar más y supondría actuar simultáneamente en varios frentes. La conclusión que se puede sacar de todo lo anterior es que la gestión que nuestra sociedad realiza de la cuestión energética dista mucho de resultar sostenible en las tres dimensiones analizadas. Se trata de uno de los problemas más importantes al que nos enfrentaremos durante este siglo (si no el que más) y es necesario llevar a cabo cambios drásticos antes de que las consecuencias del actual modelo sean catastróficas. En el siguiente apartado se esbozarán algunas de los aspectos en los que se debería trabajar.

Líneas de acción hacia un uso sostenible de las fuentes de energía El objetivo de este apartado es esbozar muy brevemente algunas de las líneas de acción más relevantes en las que hay que trabajar para hacer nuestro modelo energético más sostenible. Debido a su gran trascendencia, su ámbito global y a que reúne en un tema todas las complejas implicaciones de la energía en la sostenibilidad, la discusión posterior se va a centrar en cómo afrontar el problema del cambio climático y, específicamente, las emisiones de CO2 derivadas de la producción, suministro y consumo de servicios energéticos. Uno de los aspectos en los que más margen de mejora existe es el de la eficiencia y el ahorro energético, que comprende medidas que permiten ir desacoplando la relación entre el consumo de energía y el crecimiento económico, de manera que toda la sociedad se hace partícipe de la búsqueda de la sostenibilidad. En el corto y medio plazo, son una opción óptima para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y así mejorar la sostenibilidad del modelo energético. Las estrategias que se pueden aplicar en este sentido van de la mano de la actividad de cada sector industrial concreto, y son de naturaleza muy diversa: correcto diseño de sistemas de precios de energía, aprobación de normas técnicas y estándares de eficiencia en aparatos y edificios, auditorías energéticas, campañas de concienciación, etc. Los sectores que presentan un mayor potencial son el de la edificación y el del transporte ([UE__05]). Los objetivos de las estrategias de eficiencia y ahorro energético pueden presentar hasta tres vertientes diferentes: a) emplear dispositivos del mayor rendimiento posible, b) no consumir energía por encima de lo necesario (es decir, evitar el derroche) y c) hacer la demanda lo más elástica y gestionable posible (objetivo especialmente vinculado al sector eléctrico). A priori, puede parecer que estas medidas no son realmente significativas a la hora de crear un modelo energético sostenible, pero informes procedentes de las principales instituciones mundiales sobre energía y cambio climático (por ejemplo [IEA_06], [IPCC_07]) consideran al ahorro y al aumento de la eficiencia pilares fundamentales, ya que muchas de ellas son aplicables de forma inmediata y reducen la magnitud del reto al que se tendrá que hacer frente más adelante con innovaciones tecnológicas masivas y más sostenibles. Las energías renovables, en su conjunto, constituyen otra de las grandes líneas de actuación. Como se ha mencionado, desde el inicio de la revolución industrial el panorama energético ha estado casi totalmente dominado por los combustibles fósiles (básicamente, petróleo, carbón y gas natural), que presentan dos grandes desventajas: a) su utilización da lugar a emisiones de gases de efecto invernadero (además de otros impactos medioambientales de carácter más local por contaminación de aire, aguas y tierras) y b) no son renovables, ya que su actual velocidad de uso es muy superior a la de su regeneración. Actualmente [IEA_08], la energía hidráulica supone el 2,2% de la energía primaria total y el resto de renovables alrededor del 0,5%. Estos problemas, junto con las preocupaciones por la seguridad de abastecimiento derivadas de las “crisis del petróleo”, han llevado al fomento, especialmente en los países desarrollados, 88


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de fuentes de energía renovables. En general, su aprovechamiento requiere el uso de tecnologías que no son económicamente competitivas con las más tradicionales, en su mayoría basadas en combustibles fósiles. En buena parte, el motivo es que en los costes de las tecnologías tradicionales no se tiene apenas en cuenta el coste del impacto medioambiental que producen, o el que se trata de recursos limitados. Hoy en día, en la generación de electricidad únicamente las tecnologías hidráulica y –cada vez más cerca– la eólica tienen costes que pueden ser competitivos con las tecnologías establecidas. Por esta razón se necesitan mecanismos públicos de apoyo para crear un terreno de juego más nivelado en el que las tecnologías renovables (hidráulica, eólica, solar fotovoltaica, solar térmica de alta y de baja temperatura, mareomotriz, undimotriz o geotérmica) puedan competir. El potencial de este tipo de tecnologías es inmenso y es vital su correcto aprovechamiento. Otra importante fuente de energía que habría que considerar en el paquete de medidas posibles, es la energía nuclear, que reúne importantes ventajas y graves inconvenientes, lo que la hace especialmente controvertida. Por un lado, el proceso completo de generación de electricidad en plantas nucleares en principio ocasiona muchas menos emisiones de CO2 que las tecnologías fósiles. Además, aunque no es una energía renovable, los recursos parecen ser lo suficientemente abundantes como para ser al menos una tecnología de transición, y están ampliamente repartidos geográficamente. Pero, por otro lado, hay que considerar los potenciales problemas de seguridad de las instalaciones, el peligro de proliferación para usos militares o de terrorismo y la enorme duración de los peligrosos residuos radiactivos (con sus consiguientes consecuencias económicas y medioambientales) para que pueda tener una contribución relevante en la reducción global de emisiones. Se debiera evaluar objetivamente esta tecnología en un debate público, evitando apriorismos y demagogia y valorando sus ventajas e inconvenientes, así como su potencial real en el amplio contexto de la lucha global contra el cambio climático. El lector de los distintos capítulos que integran el “Tema II, Energía” del presente libro podrá comprobar la diversidad de opiniones y percepciones sobre el potencial y el riesgo de las diversas tecnologías –y muy especialmente sobre la energía nuclear– que existe incluso entre profesionales especializados en este sector. Éste es uno más de los desafíos de la actual encrucijada energética. Otro aspecto de vital importancia para alcanzar la sostenibilidad energética es la investigación y desarrollo. Ya se ha comentado su necesidad, en lo que se refiere a las energías renovables, y esta necesidad se puede extender al resto del problema energético. Por citar algunos ejemplos, las tecnologías de captura de dióxido de carbono, el tratamiento de residuos radioactivos, la disminución de emisiones en el uso de combustibles fósiles, las pilas de hidrógeno, etc. La concienciación de la sociedad es, quizás, la piedra angular de toda la cuestión energética. A pesar de que el nivel de concienciación con respecto a los problemas medioambientales ha aumentado de manera muy importante, es fundamental seguir trabajando en esta línea. Resulta imprescindible dar otra vuelta de tuerca a esta concienciación, de manera que todos nos hagamos conscientes de que hay que tomar medidas drásticas y que estas medidas van a afectar ineludiblemente a nuestro modo de vida. Dada la dificultad de que aquéllos a quienes corresponde tomar las grandes decisiones energéticas de un país den prioridad a los aspectos de muy largo plazo, por importantes que sean, es crucial que se lo exijan los ciudadanos mediante sus votos y la presión social. De otro modo la sostenibilidad corre el riesgo de ser utilizada como un mero concepto con el que etiquetar de forma superficial las políticas y decisiones vinculadas a la energía, sin que éstas tengan un verdadero calado en la construcción de auténticas soluciones. Por último, hay que caer en la cuenta de que es en la regulación del sector energético donde se materializan todas las anteriores medidas, al incorporarse al ordenamiento jurídico general. Por poner un ejemplo, es necesario crear mecanismos que hagan que el precio de la energía incorpore todos los costes en los que se incurre para suministrarla, incluyendo los medioambientales, para que los consumidores puedan tomar decisiones económicas acertadas (consiguiendo al mismo tiempo controlar la demanda de un modo efectivo). También es preciso apoyar el despliegue masivo de energías renovables, al menos transitoriamente, mientras se ajustan los precios no especulativos y se mejoran las tecnologías poco maduras. 89


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Una dificultad adicional para este tipo de medidas es que se precisa de acuerdos internacionales para conseguir suficiente masa crítica en el desarrollo tecnológico, y también para coordinar las medidas de apoyo para mejorar su eficiencia y para evitar que un país pueda quedar en desventaja competitiva respecto a otros por su apoyo a las tecnologías renovables. Y a su vez, estos acuerdos específicos deben estar enmarcados en objetivos y mecanismos de carácter global, como es el caso del vigente Protocolo de Kyoto y del que está previsto desarrollar en 2009 a partir de los resultados de la CoP-13 de Bali3.

Conclusiones La energía está fuertemente ligada a nuestro estilo de vida, hasta tal punto que la utilización de los recursos energéticos ha sido indispensable para alcanzar el elevado nivel actual de desarrollo de los países industrializados. Sin embargo, este nivel de desarrollo que disfrutan los países más ricos se muestra claramente incompatible con las condiciones de sostenibilidad, más aún teniendo en cuenta que el resto de los habitantes del planeta tienen pleno derecho a pretender acceder a él. Existe prácticamente unanimidad entre los expertos sobre la falta de sostenibilidad del actual modelo energético. Esta falta de sostenibilidad se concreta en tres aspectos clave. Por un lado, el desarrollo económico no puede continuar durante mucho más tiempo basado en una premisa de disponibilidad ilimitada de recursos energéticos no renovables. En segundo lugar, en lo que respecta al desarrollo social, resulta obvio que hay mucho que mejorar en el acceso de todos los habitantes de la tierra a las fuentes de energía. Finalmente, las consecuencias para el medioambiente de nuestro modelo energético se están revelando insostenibles, ya sea considerando el cambio climático, como la contaminación de aire, tierra y agua. Las principales líneas de actuación para abordar, a corto y medio plazo, esta falta de sostenibilidad son conocidas. Entre ellas, se puede destacar la implantación de la eficiencia y el ahorro energético, así como la investigación y el desarrollo, tanto para mitigar el impacto negativo de las tecnologías ya implantadas como para desarrollar nuevas tecnologías de aprovechamiento energético. Estas acciones están destinadas a topar con multitud de dificultades, tanto por parte de los mayores consumidores energéticos (que no querrán renunciar a su actual nivel de vida), como por parte de los que disponen de escaso o nulo acceso a las fuentes de energía (que querrán acceder, con todo derecho, a dichas fuentes). Las decisiones que habrán de tomar los líderes y las instituciones políticas serán muy complicadas, sabiendo que en general no van a ser bien aceptadas por los ciudadanos y que sus beneficios pueden tardar décadas en desvelarse. A pesar de que el nivel de conocimiento y la concienciación acerca de los problemas derivados de la falta de sostenibilidad de nuestro modelo energético se han incrementado de forma muy significativa, será necesario un gran trabajo para el cambio en la opinión pública, de manera que todos los ciudadanos se hagan conscientes de que resulta necesaria una modificación muy sustancial de su modo de vida, hacia un modelo energético mucho más sobrio. |❚|

Referencias [IEA_06] International Energy Agency, World Energy Outlook 2006, http://www.iea.org/textbase/ nppdf/free/2006/weo2006.pdf [IEA_07] International Energy Agency, World Energy Outlook 2007, http://www.iea.org/ Textbase/npsum/WEO2007SUM.pdf [IEA_08] International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2008, http://www.iea.org/ Textbase/publications/free_new_Desc.asp?PUBS_ID=1199

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Conferencias de las Partes: reuniones anuales de los países miembros de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático, en la que se revisan y discuten estrategias multinacionales para afrontar los problemas derivados del calentamiento global.

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[IPCC07] International Panel on Climate Change, 4th Evaluation Report March 2007, http://www.ipcc.ch/ [MMA_08] Inventario de emisiones de gases de efecto invernadero de España, años 1990-2006, Ministerio de Medio Ambiente, 2008 [PERE02] Ignacio Pérez Arriaga. Energía y desarrollo sostenible, lección inaugural del curso académico 2002-2003 Universidad Pontificia Comillas, http://www.aulasolidaridad.org/ Documentos/MedAmbPDF4 [STER06] Nicholas Stern. Stern Review on the Economics of Climate Change, http://www.hm-treasury.gov.uk/independent_reviews/stern_review_economics_climate_change/stern_review_re port.cfm [UE__05] Libro verde: estrategia europea para una energía sostenible, competitiva y segura, Unión Europea, http://europa.eu/scadplus/leg/es/lvb/l27062.htm [UN__00] Energy and the challenge of sustainability, Naciones Unidas, http://www.energyan denvironment.undp.org/undp/index.cfm?module=Library&page=Document&DocumentID =5037 [WWF_06] World Wild Fund, Living Planet Report 2006, http://assets.panda.org/downloads/ living_planet_report.pdf

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Capítulo 9. Recursos y tecnologías energéticas con combustibles fósiles BEATRIZ YOLANDA MORATILLA SORIA MARÍA DEL MAR CLEDERA CASTRO

Palabras clave Combustibles fósiles, carbón limpio, captura de CO2, emisiones. Ante el panorama energético mundial actual, se debe tener en consideración a las nuevas tecnologías de generación eléctrica con combustibles fósiles, que mejoran sustancialmente los problemas de emisiones. Este capítulo presenta de forma muy sucinta las posibilidades actuales y de futuro que permitan usar de forma limpia los combustibles fósiles, como etapa de transición (mientras duren los recursos) al uso de otras formas de energía.

Introducción ¿Son sostenibles las tecnologías de generación eléctrica a partir de combustibles fósiles? La tecnología evoluciona de forma natural por el ingenio de los ingenieros y científicos, pero la situación actual exige un ritmo de innovación muy superior. El panorama energético presenta restricciones tanto en recursos, siendo muchos de ellos finitos y escasos, como en las condiciones de explotación, en las que se han de controlar no sólo las emisiones tradicionales, sino también los nuevos gases de efecto invernadero. En el presente capítulo se exploran las centrales térmicas de carbón y los ciclos combinados. Todas estas tecnologías son abordadas desde la perspectiva de las innovaciones previstas, ya sea por iniciativas de investigación actuales como por experiencias del pasado que ahora vuelven a tomar auge. Esto debería permitir contestar a preguntas del tipo ¿pueden usarse las abundantes reservas de carbón sin comprometer el medioambiente? ¿a qué coste?, ¿hay aún potencial de innovación en los ciclos combinados?, ¿se puede usar de forma más eficiente el gas natural?

Prospectiva tecnológica a largo plazo Situación actual y perspectiva futura Los combustibles fósiles, base de la economía de los países avanzados durante el siglo XX, no van a poder sustentar el desarrollo mundial durante el siglo XXI, al menos no de forma generalizada. El petróleo ha experimentado diversas crisis en el último cuarto del siglo XX, fruto de las cuales comenzaron las investigaciones en nuevas formas de energía. Sin embargo, dichas crisis fueron superadas con cierta rapidez, lo que provocó el casi abandono de las nuevas formas de energía. En la actualidad el precio del crudo está en una escalada imparable que si bien puede estar acentuada por la devaluación del dólar, no cabe duda de que el progresivo agotamiento de las reservas es la causa fundamental. Muchos son los expertos que indican que se está próximo al pico de la campana de Hubbert, de modo que una vez alcanzado la producción se irá reduciendo inexorablemente. Los estudios indican que existe petróleo para unos 40 años, si bien es posible que el plazo sea algo mayor dado que cada vez son más avanzadas las técnicas y capaci93


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dades de extracción. En todo caso, aunque se puede alargar un poco la duración de las reservas no queda duda que el petróleo será cada vez más caro por el incremento en la complejidad de extracción. Por otra parte, el petróleo se emplea fundamentalmente en el sector del transporte (apenas quedan operativas centrales eléctricas de fuel-óleo), y en aplicaciones químicas para producción de plásticos y fibras sintéticas. A este respecto, cabe destacar que si bien puede y debe desplazarse el petróleo por otros combustibles en el transporte, como el hidrógeno, la electricidad y con precaución los biocarburantes, su sustitución en la industria petroquímica resulta a día de hoy extremadamente compleja. Esto significa que el uso responsable del petróleo que queda debería estar restringido a la industria petroleoquímica, con lo que su horizonte temporal se extendería, dando tiempo a encontrar nuevas materias primas para la industria de los plásticos y derivados sintéticos. Si bien el petróleo puede no incidir de forma directa en la generación eléctrica (la influencia podría ser en la producción de hidrógeno o el efecto en la red de una flota masiva de vehículos eléctricos), no ocurre lo mismo con el gas natural y el carbón. El gas natural, pese a ser fósil, es un combustible bastante limpio. No en vano es el que menos CO2 emite en su combustión, tanto por su bajo contenido en carbono como porque se usa en plantas muy eficientes (ciclos combinados). Es por ello que en Europa, y particularmente en España, se ha hecho una apuesta muy fuerte por este combustible para la generación eléctrica mediante ciclos combinados. Sin embargo, las reservas de este combustible se estiman en 70 años y, aunque se hallan algo menos concentradas que las de petróleo, su nivel de dispersión no es suficiente como para impedir situaciones de presión por parte de los países productores, como ya ocurrió a mediados de la primera década del siglo XXI con el suministro a Alemania por parte de Rusia, o puede ocurrir a España con el suministro desde Argelia. Por otra parte, los precios del gas natural también se encuentran en una escalada alcista, lo que compromete la rentabilidad de muchos proyectos de ciclo combinado y de cogeneraciones, y terminará redundando en un incremento de precios de la electricidad. En cuanto al carbón, la situación es bastante diferente. Su empleo en generación eléctrica está muy extendido, y además se viene utilizando desde principios del siglo XX. La ubicación del recurso se encuentra muy dispersa, con lo que no se crean situaciones de grupos de presión por parte de los países productores. Incluso en España y en gran parte de Europa, la situación sería de autoproductor. Sin embargo, el carbón es generalmente considerado como un combustible “sucio”. Según su procedencia, puede producir gases ácidos y en todo caso es el combustible que más CO2 emite. Para el control de los NOx y SO2 existen soluciones eficaces, tanto a nivel de tratamiento de gases como del propio proceso de combustión, y en cuanto al CO2 existen tecnologías de captura con mayor o menor desarrollo tecnológico que serán analizadas más adelante. En todo caso, quedan reservas de carbón para más de 200 años, y su uso puede ser destinado a la producción de nuevos vectores energéticos, como el hidrógeno o la electricidad, si se consigue utilizarlo con plenas garantías medioambientales a medio plazo. En la medida en que se logren estas garantías medioambientales el carbón permitirá una transición cómoda, sin comprometer el desarrollo, hacia una nueva economía energética basada en nuevas fuentes ahora en desarrollo.

Emisiones Las principales emisiones debidas al empleo de combustibles con contenido de carbono son CO2, NOx, SO2, compuestos orgánicos volátiles (COV), partículas (PM), contaminantes orgánicos (dioxinas, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), etc.) y metales pesados. Estos contaminantes pueden tener repercusión tanto a escala global como local. La repercusión a escala global se centra en el cambio climático, provocado por el efecto invernadero, consistente en que la radiación procedente del sol (espectro ultravioleta) calienta la tierra, que a su vez emite el exceso de energía en forma de radiación, esta vez en la banda infrarroja del espectro. La acumulación en la atmósfera de gases de efecto invernadero (GEI) hace de filtro a la radiación infrarroja, de manera que una fracción de ésta no puede escapar y queda en la Tierra, incrementando su temperatura hasta que se alcance el equilibrio térmico entre la energía entrante y la saliente. 94


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Recursos y tecnologías energéticas con combustibles fósiles ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

Los efectos físicos del cambio climático son el aumento de la temperatura, el incremento del nivel del mar, la modificación en la distribución de las precipitaciones, la desertización de unas zonas y creación de otras zonas de mayor producción agrícola, etc. Este efecto global se ha combatido a nivel internacional con el Protocolo de Kyoto. A escala local los efectos de las emisiones son: ❙ Nieblas fotosensible e invernal, producidas por COV, NO2 y SO2. Producen problemas respiratorios. ❙ Emisión de partículas, que al ser inhaladas provocan también irritación y problemas pulmonares. ❙ Lluvia ácida, provocada por los NOx y SO2, que al precipitarse sobre las plantas y suelo elevan el nivel de acidez del terreno y del agua, lo que dificulta las condiciones de vida de la flora y la fauna. ❙ Eutrofización debida a que las sustancias nitrogenadas provocan en el agua un incremento de la concentración de materia orgánica que reduce el oxígeno de la misma, desequilibrando el medio natural. ❙ Emisión de contaminantes orgánicos, que pueden provocar cáncer. Fugas de transporte y distribución. Los combustibles fósiles líquidos al fugarse por averías o accidentes provocan contaminación de agua y suelos; las fugas de gas natural provocan efecto invernadero al ser el metano un importante GEI.

Nuevas tecnologías de generación Carbón sostenible El carbón es el combustible fósil con más reservas, unos 200 años, pero también el que más CO2 emite en su combustión. Esto plantea que para poder emplear de forma sostenible este extenso recurso es preciso dotarle de medidas que compatibilicen su uso con el cuidado del medio ambiente. El nivel de desarrollo de las tecnologías de captura es desigual, pudiendo estar en su conjunto disponibles comercialmente a medio plazo. Así, hoy día están suficientemente desarrolladas las técnicas post-combustión, existiendo bastante experiencia a escala semi-comercial en plantas GICC (captura pre-combustión mediante gasificación integrada en ciclo combinado). En cuanto a las técnicas de almacenamiento la experiencia en Estados Unidos en la inyección de CO2 para recuperar el petróleo (EOR) de pozos, junto con los estudios geológicos y los avances en el conocimiento de los mecanismos de entrampamiento del CO2 en los lugares previstos para su almacenamiento permiten albergar grandes esperanzas en que esta tecnología esté plenamente implantada en el medio plazo.

Captura de CO2 A nivel de captura de CO2 las tecnologías se clasifican en tres grupos: ❙ Pre-combustión. Se trata de evitar que el CO2 se forme en la combustión, para lo que se gasifica el carbón, separando el CO2 en fase gaseosa. ❙ Durante-combustión. Mediante diversas tecnologías de combustión se consigue que el CO2 tenga una elevada concentración en los humos de combustión, facilitando así su separación. ❙ Post-combustión. Una vez se ha producido la combustión se separa el CO2 de los humos. Independientemente de la tecnología empleada, es preciso trasladar el CO2 capturado a un almacenamiento, donde quedará confinado de forma permanente. Evidentemente, el almacenamiento puede constituirse en el cuello de botella de esta tecnología, pues de nada sirve capturar el CO2 si finalmente no se puede confinar. Este hecho podría suponer que la nueva generación de centrales de carbón eligiese sus emplazamientos no por la proximidad a las minas de carbón, sino a los almacenamientos de CO2, en aras a optimizar la logística del transporte.

Transporte y almacenamiento de CO2 Una vez que el CO2 ha sido capturado por cualquiera de los procedimientos anteriores es preciso transportarlo hasta su lugar de almacenamiento. Para las grandes producciones de CO2 de las centrales (1.000 MW-t de carbón producen al año –6.000 horas– unos 5 millones de toneladas de 95


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CO2) el método más adecuado es la conducción por tuberías, con unos costes entre 1 y 2 €/tCO2 para una distancia de 250 km. En ese margen, el transporte por buques también resulta una alternativa competitiva. El transporte se lleva a cabo en estado supercrítico (fase densa), a presiones entre 100 y 200 bar, con unas densidades en el entorno de 800 kg/m3. En Estados Unidos existe una gran experiencia en transporte de CO2 por tuberías debido a que allí el CO2 es utilizado desde hace muchos años como procedimiento para mejorar la extracción de petróleo, inyectándolo en los pozos (EOR). Las alternativas que hoy día se consideran para el almacenamiento de CO2 pasan todas por el almacenamiento geológico, ya que otras posibilidades, como el almacenamiento en océanos, están descartadas por problemas medioambientales. Así, el CO2 se puede almacenar en yacimientos de hidrocarburos, ya sean agotados o con posibilidad de recuperar los hidrocarburos mediante la inyección del CO2; también se puede almacenar en lechos de carbón no minables y en formaciones geológicas diversas. Finalmente, puede almacenarse en acuíferos salinos profundos. De todas las opciones, el Panel Intergubernamental para el estudio del Cambio Climático (IPCC), en 2005, identificó como las más prometedoras: yacimientos de petróleo y gas, con un potencial de almacenamiento entre 675 y 900 GtCO2; acuíferos salinos profundos, con un potencial entre 1.000 y 10.000 GtCO2; y capas de carbón no minables, con un potencial entre 3 y 200 GtCO2. Por otra parte, según la Agencia Internacional de la Energía IEA, las emisiones de CO2 en 2004 fueron de 26,60 GtCO2, de modo que tomando los valores medios de las capacidades esperadas de almacenamiento se podría almacenar el CO2 producido durante 244 años, tiempo acorde con las reservas de carbón. Evidentemente, como estas cifras son mundiales posiblemente no sería posible el almacenamiento autóctono del CO2 sino que serían necesarios transportes internacionales a grandes almacenamientos, con los consiguientes costes y necesidad de desarrollo de infraestructuras acordes al volumen de CO2 a transportar. En cuanto al almacenamiento en sí, todos los estudios revelan una elevada seguridad en el mismo, ya que se generan una serie de mecanismos tanto físicos (estratigráficos, residuales, hidrodinámicos y de adsorción) como químicos (solubilidad y minerales) que actúan de trampas y que además incrementan el nivel de entrampamiento con el paso del tiempo. Por razones de espacio el CO2 se almacena en condiciones supercríticas, de modo que a 100 bar y 35ºC se tenga un volumen específico de 1,39 m3 por cada tonelada, lo que requeriría un espacio de 6 m3 de roca almacén por cada tonelada de CO2. La sostenibilidad del almacenamiento del CO2 queda asegurada pues en ningún caso se está trasladando en el tiempo un problema actual a las generaciones futuras pues con el paso de los años el CO2 se va quedando confinado cada vez con más fuerza en el almacenamiento, llegando finalmente a mineralizarse. Los fallecimientos registrados en el mundo por escapes de CO2 han sido siempre por descargas masivas en poco tiempo de este gas que han desplazado el oxígeno. La poco probable fuga del CO2 de su almacenamiento sería gradual, sin más riesgo para el ser humano que el asociado al calentamiento global. La situación española indica que las capas de carbón no minable presentan una escasa capacidad; los yacimientos de hidrocarburos son escasos, están lejos de los focos emisores y además se emplean ya como almacenamiento de reservas estratégicas; finalmente los acuíferos salinos profundos presentan una mayor capacidad teórica y parece que están ubicados cerca de los grandes focos emisores, aunque hay un elevado desconocimiento de los mismos dado que hasta el momento no presentaban interés comercial, por lo que es preciso intensificar la I+D sobre ellos.

Aspectos económicos y perspectiva temporal Existe un gran abanico de estimaciones acerca de los costes de captura del CO2, las inversiones adicionales requeridas y el incremento que suponen en el coste de la electricidad, dependiendo de las fuentes consultadas. En todo caso, sí hay consenso en que cualquiera de las tecnologías de captura expuestas produce una pérdida de eficiencia en la central que puede oscilar entre 6 y 10 puntos porcentuales para la gasificación integrada en ciclo combinado (GICC) y en 10 puntos para la oxicombustión y las capturas post-combustión. Esta pérdida de eficiencia, es decir, un incremento de consumo, unida al incremento de la inversión, repercute en un encarecimiento del coste de 96


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producción de electricidad con carbón. Según un estudio de la Plataforma para Plantas de Cero Emisiones (ZEP) en 2006, el coste de producción de electricidad sería similar en las tres tecnologías, entre 55 y 57 €/MWh, siendo el coste de la captura del CO2 de 22 €/tCO2 para la post-combustión, de 21 para el GICC y de 18 para la oxi-combustión. Otros estudios presentan a la tecnología GICC como la más barata tanto en costes de producción (aunque con pocas diferencias) como en inversiones con 1.890 €/kWe; 1.900 para la oxi-combustión y 2.140 para la captura post-combustión. Como conclusión se puede afirmar que las técnicas post-combustión son las más caras, aunque las más fáciles de implementar en centrales ya construidas; por otro lado la tecnología GICC es la más económica, pero seguida a corta distancia de la oxi-combustión, si bien la GICC presenta una mayor madurez, aunque aún precisa de cierto aprendizaje para reducir costes.

Centrales avanzadas de combustible fósil En este apartado se va a realizar un recorrido por las técnicas para controlar emisiones y aumentar la eficiencia en centrales térmicas.

Repotenciación de centrales de carbón Dado que el carbón es el combustible fósil con más reservas, muchas centrales se plantean aumentar su potencia, para lo que existen tres técnicas específicas, que pueden suponer incluso cambiar de combustible. Todas ellas implican transformar el ciclo de Rankine original en uno combinado. La primera opción de repotenciación es la llamada “post-combustión1”. Consiste en aprovechar el exceso de aire en los humos de la turbina de gas para llevar a cabo una combustión en la caldera del ciclo de vapor. Otra técnica de repotenciación pasa por calentar el agua de alimentación del ciclo de vapor con los humos de la turbina de gas. Este procedimiento supone mínimas modificaciones en la caldera de carbón, que continúa quemando este combustible en la misma cantidad, sigue tomando aire y mantiene el precalentador de dicho aire, así como el economizador original. La caldera de recuperación vuelve a ser convectiva, aunque mucho más simple pues sólo se intercambia calor sensible. Esta caldera reemplaza a los calentadores de agua de alimentación cerrados. Finalmente, la última técnica de repotenciación es la transformación de la central en un ciclo combinado clásico, en el que la turbina de gas se adapta al ciclo de Rankine.

Aprovechamiento de focos térmicos de baja temperatura La necesidad de buscar el aprovechamiento de nuevas fuentes de energía y de intensificar la producción eléctrica de las centrales exige que en ocasiones sea conveniente aprovechar calores de baja temperatura <200ºC) como foco térmico. Estos focos no son adecuados para los ciclos de Rankine con agua, por lo que es preciso cambiar el fluido de trabajo habitual (agua) por otro de tipo orgánico, normalmente un refrigerante o un hidrocarburo. A este tipo de ciclos se les denomina ciclos de Rankine orgánicos (ORC). Otra alternativa es el llamado ciclo de Kalina, que emplea una mezcla zeotrópica de amoniaco/agua para que así el cambio de fase en la caldera se produzca con un deslizamiento acusado, logrando así un buen seguimiento de la temperatura de los gases calientes. A la salida de la turbina se diluye la mezcla para reducir el deslizamiento en el condensador, logrando así que la temperatura de rechazo de calor no aumente demasiado. En general, los ciclos ORC se emplean para pequeñas potencias (<1 MWe), mientras que los de Kalina se usan para potencias mayores. Pese a las expectativas que despertó el ciclo de Kalina en los 90, cuando se formuló, hoy día no se considera especialmente, pues con ciclos combinados de tres niveles de presión ya se logran mayores eficiencias. Sí merece algo de atención cuando se plantea hibridado con ciclos de refrigeración en máquinas de absorción de amoniaco/agua.

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La post-combustión explicada aquí supone un diseño específico para operar siempre de esta manera, diferente de algunos ciclos combinados dotados de quemadores tras el escape de la turbina de gas y con los que se consigue aumentar la potencia en horas punta a coste de aumentar también el consumo.

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Refrigeración del aire de admisión en turbinas de gas Es de sobra conocido que las turbinas de gas experimentan una pérdida de potencia importante cuando se incrementa la temperatura ambiente, dando los fabricantes unos ábacos para determinar este efecto. Una manera de compensar esa pérdida es enfriar el aire de admisión mediante una máquina frigorífica de absorción que se active con el calor residual de los humos de escape. De este modo se puede lograr mantener estable la potencia o bien elevarla en las horas punta, si se dispone de un sistema de almacenamiento de frío con el que refrigerar más el aire de admisión en las horas de mayor demanda.

Ciclos Brayton con aportación de agua El aporte de agua en ciclos Brayton es una tecnología que pretende a la vez reducir las emisiones de NOx debido a que reduce la temperatura de combustión y aumentar la potencia neta, al mejorar las propiedades termodinámicas de los gases que atraviesan la turbina de gas. Existen dos tecnologías diferenciadas: saturación del aire (técnica HAT) e inyección de vapor en la cámara de combustión (técnica STIG).

Combustión en lecho fluido El éxito de esta tecnología en el control de emisiones radica en que actúa sobre dos contaminantes: los NOx y el SO2. La reducción de los primeros se logra extrayendo calor del lecho de manera que las condiciones son tales que la combustión se realiza a baja temperatura (por debajo de 900ºC); la reducción del SO2 se logra mediante la adición de sorbentes (caliza principalmente) al lecho que al capturar el SO2 se transforman en sulfato cálcico. Existen variantes de esta tecnología tanto en versión atmosférica (lecho fluido atmosférico) como presurizadas (lecho fluido a presión), presentando éste último la ventaja de que la caldera, presurizada, es más compacta. En la combustión en lecho fluido el carbón pulverizado, junto con la arena y la caliza se mantienen como “flotando” por acción de una corriente de aire, comportándose el conjunto como un fluido. En esta situación las partículas arrastradas en los humos se separan sin dificultad y se mejora el rendimiento de la combustión.

Gasificación integrada en ciclo combinado La gasificación integrada en ciclo combinado (GICC) es una tecnología con variadas aplicaciones. En primer lugar, como ciclo combinado que es, permite obtener electricidad con un bajo nivel de emisiones. De hecho, el primer uso de esta técnica fue lograr un procedimiento para separar de los humos del carbón con más facilidad el SO2 y otros contaminantes, antes de su formación. Recientemente se postula esta tecnología para la producción sostenible de hidrógeno y como metodología de captura de CO2 previa a la combustión. El proceso de gasificación consiste en una combustión con defecto de aire, de modo que el carbón se transforma en un gas de síntesis (básicamente CO e H2). Existen diferentes tipos de gasificadores, pero los más frecuentes operan con oxígeno presurizado como agente gasificante.

Conclusiones La situación actual de generación eléctrica está marcada por un agotamiento de los combustibles fósiles y unas fuertes restricciones medioambientales que condicionan el nuevo escenario de fuentes energéticas y de tecnologías. A corto plazo será preciso el empleo de gas natural pero mejorando mucho la eficiencia, lo que supone su uso en poligeneración (visto en otro capítulo) y emplear las últimas tecnologías en centrales de ciclo combinado para incrementar el rendimiento. En el medio plazo, el carbón está llamado a jugar un papel relevante, pero usado de forma sostenible, con técnicas de captura y almacenamiento de carbono (CAC) que permitirán su uso durante un largo plazo. Las tecnologías CAC permitirán utilizar las elevadas y dispersas reservas de carbón en el futuro, si bien todas ellas suponen reducir la eficiencia energética de la instalación e incrementar los costes de inversión. En las centrales de carbón también es posible llevar a cabo políticas de repoten98


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ciación para transformarlas en ciclos combinados, en las que se puede o no reemplazar el carbón por gas natural. Finalmente, en las centrales de carbón del futuro abundarán los diseños supercríticos, que logran eficiencias superiores al 40%, así como la combustión en lecho fluidizado que logra un adecuado control de emisiones y es adecuada para integrarse con otras tecnologías (CAC, repotenciación, …). En cuanto a los ciclos combinados, la refrigeración del aire de admisión del compresor permite mantener las prestaciones de la turbina de gas pese al incremento de la temperatura ambiente. Además, el aporte de agua al ciclo (antes o en la misma cámara de combustión) mejora el rendimiento del mismo, pudiendo integrarse adecuadamente en la planta. No cabe duda que la actual tecnología GICC se verá extendida en el futuro dada su gran versatilidad: producción de hidrógeno, electricidad y CAC. El empleo del ciclo cerrado permite utilizar nuevos fluidos más adecuados, así como disponer de nuevas fuentes de calor a temperatura intermedia que pueden ser aprovechadas por ciclos termodinámicos adecuados (ORC y Kalina). Finalmente, el empleo de acumulación de aire comprimido permitiría un funcionamiento de las turbinas de gas similar al actual de las centrales hidráulicas de acumulación por bombeo. |❚|

Referencias [HAYW00] Haywood. Ciclos termodinámicos de potencia y refrigeración, Limusa, México D.F., 2000. [PETC03] Petchers. Combined Heating, Cooling & Power Handbook: Technologies & Applications, Fairmont Press & Marcel Dekker, 2003. [SARA01] Saravanamuttoo, Rogers, Cohen. Gas Turbine Theory, Prentice Hall, 2001. [TREV03] Treviño, Tecnología de Gasificación Integrada en Ciclo Combinado, Elcogas & Club Español de la Energía, 2003. [CEBA06] Ceballos. Gas Turbine Power Enhancement with Turbine Inlet Air Cooling, Aula de Tecnologías Energéticas (www.upcomillas.es/catedras/crm), 2006. [LINA08] VV.AA. Captura y almacenamiento de CO2, Universidad Pontificia Comillas e Instituto de la Ingeniería de España (Linares y Moratilla, Coords.), 2007. Disponible en www.upcomillas.es/catedras/crm [LLAM06] Llamas, Romero. Tecnologías de lucha contra el cambio climático. Del carbón al carbono, Universidad de Huelva, 2006.

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Capítulo 10. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de electricidad JULIO MONTES PONCE DE LEÓN Mª DEL MAR CLEDERA CASTRO MIGUEL TEJERO YAGÜE AURELIO GARCÍA CERRADA

Palabras clave Energías renovables, geotérmica, biomasa, hidráulica, marina, eólica, solar. El desarrollo económico que los países industrializados han experimentado en los últimos años ha ido acompañado por un incremento en el consumo de energía, que se ha apoyado fundamentalmente en los combustibles fósiles (carbón y petróleo principalmente), lo que ha provocado un deterioro del medioambiente y una disminución de los recursos naturales. Esta situación no es sostenible. En este capítulo se exponen sucintamente las energías alternativas que pueden contribuir a una mayor sostenibilidad de la generación eléctrica, poniendo mayor énfasis en las tecnologías que, a pesar de no estar totalmente introducidas en el sistema de producción, pueden tener una contribución importante en el futuro.

Introducción La Unión Europea ha realizado un esfuerzo notable para desarrollar energías alternativas que puedan frenar el consumo de recursos energéticos fósiles y disminuir, fundamentalmente en el ámbito de la producción eléctrica, sus impactos negativos. El impulso a las energías renovables en la UE se ha llevado a cabo, entre otros factores, mediante subsidios a la inversión, ventajas fiscales y precios especiales del kilovatio hora producido por estas energías. Estas medidas han dado como resultado una evolución desigual de las energías renovables. Se han impulsado fundamentalmente las que podrían significar un beneficio mayor a los inversores en bienes de equipo o a los generadores de electricidad, como es el caso de la energía solar fotovoltaica o la energía eólica, dejando para un segundo nivel las que no proporcionan beneficios equivalentes como puede ser la energía solar de baja temperatura, la biomasa, la energía geotérmica o la energía de los océanos. Podría ser necesario reflexionar, si desde el punto de vista de la sostenibilidad, la situación existente es la más apropiada. En la ❘Tabla 1❘ se resumen los datos de la Agencia Internacional de la Energía sobre la contribución real de las diferentes energías renovables al ahorro de recursos naturales para la producción de electricidad. No se incluyen datos sobre la producción solar eléctrica de alta temperatura que está en fase de construcción y experimentación. Para poder tener una panorámica de la información de la generación eléctrica en Europa, en el momento actual y su proyección futura, se ha estimado interesante reproducir los datos que la Unión Europea ha proporcionado en un documento [EUR_07]. En ❘Tabla 2❘ se indican numéricamente las ventajas e inconvenientes de los distintos tipos de generación. En este cuadro no aparecen ni la energía geotérmica ni la mareomotriz. Ambas pueden desarrollarse en los próximos años como se indicará en los apartados correspondientes. La primera ya está adquiriendo una 101


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❘Tabla 1❘ Potencia instalada, energía eléctrica generada y relación producción de energía/potencia instalada de las diferentes energías renovables en los países de la OCDE Tipo de energía Geotérmica Biomasa sólida Hidráulica Marina Eólica Fotovoltaica

Potencia instalada MWe

Energía generada GWh

Relación entre producción de energía/ potencia instalada (Wh/MWe)

5.100 20.000 345.600 300 50.800 3.800

37.300 108.400 1.270.500 565 93.700 1.605

7,3 5,4 3,7 1,9 1,8 0,4 Fuente: [OCDE 07]

madurez que aconseja su consideración seriamente por los responsables de la planificación energética, especialmente los españoles. La segunda está en una fase de experimentación cuyos resultados avalan su viabilidad, especialmente en España, como posible alternativa a la energía eólica “off shore”. En este capítulo se les va a dedicar más atención por ser las más desconocidas. Por eso no debe extrañar la exposición desigual que se hace de las diferentes energías renovables.

Energía geotérmica La Tierra tiene almacenada en su interior gran cantidad de energía, energía geotérmica, cuya explotación puede ser un recurso energético alternativo de gran interés. Es una fuente energética renovable, explotable en diversas partes de la tierra que puede ser utilizada para la producción de calor y electricidad. El origen de esta energía es la elevada temperatura (más de 1.000ºC) del interior de la Tierra. Esa temperatura no es constante, sino que aumenta desde la superficie terrestre hasta el núcleo, donde alcanza temperaturas de unos 7.000ºC. Su aumento por unidad de longitud se denomina gradiente geotérmico. Existe un potencial geotérmico confirmado considerable en zonas no desarrolladas de América Latina, África y Asia, en donde ya hay una potencia geotérmica eléctrica instalada, en muchos casos mediante contribuciones de ayuda al desarrollo, equivalente a la indicada en la ❘Tabla 1❘ de los países de la OCDE. Estas instalaciones han proporcionado energía eléctrica a zonas en desarrollo, al mismo tiempo que empleo. En Filipinas la energía eléctrica de origen geotérmico representa ya el 27% de la electricidad total producida. Una de las ventajas de la energía geotérmica es su gran disponibilidad (más del 90%), es decir, puede ser utilizada de forma continua frente a otras energías renovables que tienen un carácter aleatorio, como la eólica o solar. La energía geotérmica se explota para la producción de electricidad mediante la extracción de un fluido, líquido o vapor de agua, de capas subterráneas que están en contacto con rocas de temperatura elevada, debido a la energía almacenada en el interior de la Tierra, mediante su fractura, natural o artificial. Actualmente existe una potencia geotérmica eléctrica instalada de unos 10.000 MW, lo que representa solamente una fracción pequeña de los 240.000 MW de los que se tiene certeza, según la Agencia Internacional de la Energía, que potencialmente se podrían explotar [IEA_08]. Una clasificación de los recursos geotérmicos que van a ser explotados contempla su contenido energético. Esa energía térmica o entalpía se referencia por la temperatura del fluido o de la 102


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Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables… ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

❘Tabla 2❘ Datos comparativos de la energía eléctrica producidos por diversas fuentes Fuente de energía

Tecnología para estimación de coste

Coste 2005 Proyección GEI (g equi. Dependencia €/MWh coste 2030 de CO2) exterior

Eficiencia

Sensibilidad precio combustible

2005

2030

Gas natural

Ciclo abierto Ciclo combinado

45-70 35-45

55-85 40-55

440 400

55%

84%

40% 50%

Muy alta Muy alta

64 años

Petróleo

Generador diésel

70-80

80-95

550

82%

93%

30%

Muy alta

42 años

Pulverizado 30-40 Lecho fluidizado 35-45 Gasificación y ciclo combinado 40-50

45-60 50-65 55-70

800 800 750

39%

59%

40-45% 40-45% 40%

Media

155

40-45

40-45

15

Casi 100% mineral uranio

33%

Bajo

Más 85 años

25-85

25-75

30

30-60%

Medio

35-175 35-110 50-170 60-150

28-170 28-80 50-170 40-120

30

95-98%

10

95-98% 95-98% 95-98%

AIE

Carbón

Nuclear

Agua ligera

Biomasa Eólica

Tierra Mar

Hidráulica

Pequeña Grande >10 MW

45-90 25-95

40-80 25-90

5 20

Solar

Fotovoltaica

140-450

55-260

100

Reservas

Fuente: [EUR 07]

energía almacenada. Existen diversos criterios en la literatura sobre las temperaturas utilizadas para clasificarlos. Para unificar criterios se va a considerar la siguiente relación: ❙ Baja entalpía: <100ºC. ❙ Entalpía media: 100-200ºC. ❙ Alta entalpía: >200ºC. Los recursos geotérmicos de baja entalpía se utilizan para calefacción o refrigeración doméstica, y los de media y alta entalpía para la producción de energía eléctrica y otras aplicaciones industriales.

Aprovechamiento energético de los recursos geotérmicos de alta y media entalpía Los recursos geotérmicos de entalpía elevada, en general, tienen los siguientes componentes: ❙ Un acuífero que contenga agua accesible mediante perforaciones. ❙ Una roca impermeable situada sobre el acuífero para retener el fluido geotérmico. La roca del acuífero geotérmico debe tener una porosidad estructurada de forma que permita un flujo continuo de fluido geotérmico. ❙ Una fuente de calor. ❙ Una estructura de roca cristalina impermeable por debajo del acuífero para retener el agua. El calor proviene usualmente de un cuerpo de magma volcánico (roca parcialmente fundida) que no tiene que encontrarse necesariamente centrado directamente debajo de un campo geotérmico. Existen cuatro tipos de plantas geotérmicas de potencia: ❙ Vaporización súbita (Flash Power Plant). El vapor geotérmico se separa en el separador de vapor y pasa a la turbina. 103


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❙ Vapor seco (Dry Steam Power Plant). El vapor fluye directamente desde el manantial geotérmico a la turbina sin necesidad de separador. ❙ Plantas con ciclo binario (Binary Power Plant). Cuando la temperatura de entrada a la turbina es inferior a unos 200ºC, entalpía media, se puede utilizar un ciclo binario para producir energía. En estas plantas el fluido geotérmico vaporiza en un generador de vapor otro fluido, que tiene una temperatura de ebullición inferior a la del agua, y luego pasa a la turbina. De esta manera, se pueden tener recursos geotérmicos con temperaturas relativamente bajas, de 100 a 150ºC. Los ciclos binarios utilizan un ciclo de Rankine en el que el fluido de trabajo es un hidrocarburo de peso molecular bajo o un hidrocarburo fluorado, como isobutano, isopentano o propano. Estos fluidos tienen la ventaja de que no se licuan al expansionarse en la turbina y son de una gran adaptabilidad a las necesidades de la explotación geotérmica. ❙ Sistemas Geotérmicos Forzados (Enhanced Geothermal System or Hot Dry Rock). Se está experimentando la producción de electricidad geotérmica fracturando rocas calientes para introducir agua que posteriormente se extrae y pasa a un ciclo de potencia. Después de la turbina, el agua se reinyecta en el subsuelo. El coste de la producción de energía geotérmica está determinado por los trabajos de localización de un adecuado emplazamiento, la realización de las perforaciones, la construcción de la central y de la calidad del recurso geotérmico.

Energía de la biomasa El término biomasa abarca cualquier tipo de materia orgánica que haya tenido su origen inmediato en un proceso biológico. La biomasa es la segunda energía renovable más eficiente y tiene una potencia instalada considerable, pero no todo lo que potencialmente puede alcanzar, debido a que muchas veces no se han realizado políticas adecuadas para su implantación. Por ejemplo, en la Unión Europea se ha realizado una Política Agraria Comunitaria que ha subvencionado, en general, los cultivos alimentarios de forma indiscriminada y no la producción. En los próximos años la situación puede cambiar con directrices para abandonar cultivos que eviten los excedentes agrícolas y se subvencionen los cultivos energéticos. Los componentes principales de la biomasa son hidratos de carbono, lípidos y prótidos que tiene energía acumulada en sus enlaces, la cual puede ser liberada en la combustión. Esta energía procede de la energía solar captada por los vegetales en el proceso fotosintético que dio origen a la reducción del carbono inorgánico (CO2) y se transformó en las distintos tipos de moléculas a través de los complejos mecanismos metabólicos de los seres vivos. La materia orgánica integrante de la biomasa puede proporcionar energía de forma directa por combustión, o a través de compuestos originados por transformación de la biomasa en compuestos tales como alcoholes (bioetanol) u otros hidrocarburos (biodiésel). Como fuentes de biomasa para la obtención de energía se puede considerar: la biomasa natural, que se produce espontáneamente en tierras no cultivadas (bosques, matorrales, etc.) y que se ha utilizado tradicionalmente como leña; los residuos producidos en las explotaciones agrícolas (restos de las aceitunas, cáscaras, etc.), forestales o ganaderas; los excedentes de cosechas agrícolas; la biomasa agroenergética producida expresamente para usos energéticos y la fracción orgánica correspondiente a los residuos sólidos urbanos. Las plantas de biomasa son todas de pequeña potencia por la necesidad de disponer de materia prima para su utilización en un radio cercano y así reducir los costes de transporte. Actualmente, se quieren llevar a cabo políticas que fomenten la utilización de la biomasa como fuente de energía primaria como puede observarse en el Plan de Fomento de las Energías Renovables y en el nuevo Real Decreto (661/2007) que establece unos incrementos de retribución mayores que en el antiguo Real Decreto 436/2004. Por ejemplo, para los cultivos energéticos, establece una tarifa de 14,659 c€/kWh y una prima de referencia de 10,096 c€/kWh. 104


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Energía hidráulica La hidroelectricidad es una energía renovable que ha producido electricidad a precios competitivos desde hace más de cien años. Actualmente representa la quinta parte de la producción mundial de la electricidad. La capacidad mundial de generación hidroeléctrica es de unos 630 GW que producen unos 2.200 TWh. Esta energía representa solamente una pequeña fracción del potencial existente. Los diferentes tipos de centrales hidroeléctricas se pueden establecer por: ❙ Las características hidrodinámicas del agua utilizada: – Centrales de agua fluente, en las cuales se coloca la turbina en el cauce del río o en un canal auxiliar que la dirige al generador. – Centrales de agua embalsada, en las que el agua represada posteriormente se utiliza para mover la turbina mediante un paso controlado. Estas centrales pueden ser de regulación o de bombeo. La generación en estas centrales es mayor que en las de agua fluente, y también es más alto su coste inicial. ❙ El tipo de turbina que se emplea, generalmente condicionado por las características de utilización del caudal del agua (Francis, Pelton, etc.). ❙ La potencia de la central. Es difícil establecer un coste de construcción de una central hidroeléctrica de forma general, ya que depende de las condiciones específicas del emplazamiento: su geomorfología, distribución de población, sistema de comunicaciones, sismicidad, etc. La obra civil puede representar una cifra que oscila entre el 30% y el 80% del total del proyecto, dependiendo del emplazamiento. La experiencia existente permite una evaluación muy aproximada del coste de la central cuando se conocen los parámetros del emplazamiento. El coste del kWh hidráulico, en general, es competitivo, ya que los costes de operación y mantenimiento y los correspondientes al elemento generador de la energía, en este caso el agua, son inferiores a los de una central convencional, siempre que los factores de carga sean superiores al 40%. La instalación de nuevas centrales hidroeléctricas está seriamente cuestionada en algunos países por consideraciones ambientales, a veces de dudosa objetividad. Los impactos de estas centrales se podrían resumir en: ❙ Efectos hidrológicos en su zona de influencia tales como alteración de las corrientes subterráneas, modificación del curso de las aguas superficiales, alteración de los regadíos. ❙ Efectos sobre los ecosistemas naturales, tanto en el medio acuático como en el terrestre, así como una posible modificación de la climatología local. ❙ Efectos sociales, por la posible modificación del paisaje y desplazamiento de poblaciones. ❙ Posibles fallos de las presas con consecuencias catastróficas. Es evidente que la hidroelectricidad presenta aspectos positivos que es necesario ponderar adecuadamente, tales como: ❙ Es la única energía renovable que produce el kWh a coste competitivo con respecto a otras energías fósiles. ❙ Permite seguir de forma inmediata las fluctuaciones de la demanda. ❙ Su producción no tiene un carácter aleatorio y permite una planificación de su contribución a las demanda del consumo. ❙ No tiene emisiones de CO2 ni de contaminantes en su operación (aunque sí en su ciclo de vida total, incluyendo construcción de la central, etc.). ❙ Mediante el bombeo, permite almacenar energía para su posterior uso cuando se requiera. ❙ La existencia de presas regula el caudal del río, evitando inundaciones. ❙ La realización de embalses crea zonas de recreo fluviales. Es evidente que la instalación de plantas hidroeléctricas requiere un análisis objetivo que permita una valoración de sus ventajas e inconvenientes antes de tomar la decisión de su construcción. 105


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Existen casos, como la planta hidroeléctrica construida recientemente sobre el Danubio en las proximidades de Viena, que se ha completado solamente después de realizar un estudio exhaustivo de las consecuencias de su instalación, y puede servir de referencia a otras instalaciones de este tipo. La potencia actual hidráulica instalada en España es de 16.657 MW [CNE_07]. Existe dificultad de construir nuevas instalaciones por la controversia sobre el tema suscitada por diversos grupos.

Energía marina La utilización del agua del mar como fuente de energía renovable se ha retrasado con respecto a otras energías alternativas. Actualmente se están desarrollando diversas experiencias para obtener energía de los océanos. Según la Agencia Internacional de la Energía [IEA_08], el potencial energético de los océanos teóricamente podría contribuir significativamente al consumo energético mundial. Existen más de 25 países realizando proyectos para desarrollar este tipo de energías. En los próximos años se tendrán los resultados de los diversos prototipos y se construirán plantas industriales. Algunas de las instalaciones piloto ya han dado resultados muy positivos, como las basadas en el aprovechamiento de las mareas, las corrientes marinas, las olas, los gradientes de temperatura y los gradientes de salinidad. Cada una de las tecnologías tiene que establecerse en los emplazamientos más adecuados. El agua que se desplaza en las mareas se retiene mediante diques móviles o fijos, creando una diferencia de alturas en el agua almacenada que permite su aprovechamiento energético. Existen diversas estaciones experimentales en lugares en donde las diferencias de alturas entre pleamar y bajamar son muy notables (superiores a 6 metros). En principio, la sostenibilidad de estas plantas podría estar cuestionada por su impacto ambiental. La energía cinética y potencial de las olas o undomotriz se puede aprovechar mediante dispositivos adecuados. El mar Cantábrico es una de las zonas mundialmente más apropiada para este tipo de centrales. Se pueden instalar tanto en la costa como en mar abierto, donde el impacto visual es menor. La energía de las olas es una energía renovable con una disponibilidad mayor que otras y de intensidad predecible. Su impacto ambiental podría ser de menor importancia si se estudia adecuadamente su emplazamiento. Existen en desarrollo diversas experiencias. La tecnología OWC (Oscillation Water Column) consiste en un estructura (columna) hueca parcialmente sumergida, abierta en la parte inferior a una altura menor que el nivel del mar de modo que el agua entra en la columna. En la parte superior hay una apertura que comunica la columna con el aire atmosférico. En esta apertura superior hay colocada una turbina Wells acoplada a un generador. Cuando la ola llega, el agua asciende por la columna, comprime el aire y al expulsarlo provoca el giro de la turbina. El Ente Vasco de la Energía (EVE) va a instalar una planta de 480 kW en Mutriku (Guipúzcoa). Otros dispositivos están constituidos por cilindros flotantes. En unos casos existen varios cilindros articulados en los que las olas inducen un movimiento relativo entre ellos. Los módulos de unión obtienen energía de este movimiento mediante pistones hidráulicos. El sistema de boya flotante o PowerBuoy aprovecha en movimiento de una boya anclada en el fondo del mar trasladándolo a una bomba hidráulica situada en la parte inferior. Desde la boya se bombea un fluido que acciona un motor hidráulico colocado en el fondo marino que transmite el movimiento a un generador electromagnético. Se está instalando una central de este tipo en Cantabria. Experiencias en el Reino Unido en los cinco últimos años han confirmado la posibilidad de obtener energía eléctrica de las olas. El dispositivo Pelamis situado en el Reino Unido tiene una potencia de 750 kW. En la costa de Portugal se están poniendo en operación tres unidades Pelamis de 750 kW cada una. La intrusión visual de estas instalaciones puede ser mucho menor que la de las centrales eólicas en el mar. 106


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Se están desarrollando otros sistemas para aprovechar la energía de las olas basados en el movimiento relativo de un volante de inercia situado en un dispositivo giroscópico. Este movimiento se transmite a un generador. El dispositivo giroscópico consta de un volante de inercia que gira por la acción de un motor. Cuando el volante esta en rotación, el cabeceo a que está sometido por efecto de las olas, se transforma, debido al efecto giroscópico, en un movimiento oscilante en el eje longitudinal, que posteriormente se transforma mediante un acoplamiento en un giro unidireccional que alimenta el generador. El dispositivo giroscópico se sitúa en el interior de una estructura alargada que se mantienen alineada con la dirección de avance de las olas. Se va a instalar un convertidor de una potencia entre 500 y 1.000 kW en aguas frente al emplazamiento de la central nuclear no terminada de Lemóniz. Existen tecnologías para utilizar los gradientes de temperatura superiores a 20ºC o de salinidad que puedan existir en los océanos. Japón e India han construido estaciones experimentales de 1 MW de conversión térmica. La diferencia de salinidad que existe entre el agua de los ríos y el agua del mar puede originar una diferencia de presión osmótica energéticamente utilizable. Se están realizando experiencias de este tipo en Holanda y Noruega.

Energía eólica El aprovechamiento energético del viento se ha venido realizando desde tiempos remotos. Desde 1980 se ha desarrollado de forma eficiente la tecnología para la conversión de esa energía en electricidad alcanzando una madurez que la hecho competitiva. La energía que puede producir una turbina eólica depende de la velocidad del viento, de la curva velocidad del viento-potencia del aerogenerador y de la distribución de frecuencias de velocidad del viento. La instalación de un parque eólico tiene que realizarse después de un análisis de las características del emplazamiento. Existe una importante influencia del terreno en torno a la instalación eólica: las masas de aire pierden velocidad en las proximidades del suelo, en mayor medida si este presenta grandes masas forestales o un terreno rugoso. Por este motivo el generador se eleva sobre el terreno. En las gargantas el aire fluye con mayor velocidad respecto al entorno, al igual que en los acantilados donde no existen accidentes geográficos propios. El mar puede ser un lugar óptimo para el emplazamiento de generadores eólicos desde el punto de vista de generación, pero no desde el de montaje. En el presente estado de desarrollo tecnológico, los generadores eléctricos utilizados son de tres palas, de una potencia media de 1 MW, un diámetro medio de las palas de 60 metros y una eficiencia respecto al límite teórico máximo de un 85%. Tienen una velocidad mínima por debajo de la cual el generador no gira (relacionada con los rozamientos y el peso de las aspas) y una velocidad máxima por encima de la cual se detiene el generador para evitar rotura de su estructura. El propio generador constituye un elemento distorsionador de viento creando zonas de sombra para otros próximos o para sí mismo. Para optimizar conviene que la separación física entre los generadores sea máxima (aunque para la realización del tendido eléctrico del parque eólico conviene que sea mínima y debe llegarse a un compromiso). La fuerte variabilidad de la energía eólica obliga al gestor eléctrico a contar siempre con reserva de potencia de otras fuentes de energía. Téngase en cuenta que la eólica se inyecta en el sistema de forma preferente según se genera y no se detiene o regula su producción como en otras fuentes. La determinación de la generación de energía de procedencia eólica con antelación es vital para el gestor del sistema eléctrico. Esto hace imprescindible el avance en la previsión de la dirección y velocidad del aire. Los principales impactos ambientales de la energía eólica son: ❙ El ruido mecánico y aerodinámico que pueden producir puede resultar molesto a poblaciones próximas –genera unos 43 dB (A) a 200 m por término medio–. 107


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❙ Durante el día, el movimiento de las hélices provoca la proyección de zonas de luz-sombra variable que son molestas en poblaciones cercanas. ❙ Interferencia electromagnética. Cuando el generador eólico se sitúa entre el receptor y el trasmisor de radio, televisión o microondas se pueden producir distorsión de las señales. ❙ Intrusión visual. La instalación de generadores eólicos ha sido cuestionada por grupos, generalmente no muy numerosos, aduciendo diversos motivos no siempre fundamentados. Ventajas para la implantación de la energía eólica: ❙ ❙ ❙ ❙

No produce contaminación ambiental como otras fuentes de energía fósil. Existe una amplía aceptación popular, lo que facilita su implantación. Su posible desmantelamiento es sencillo y rápido, sin consecuencias medioambientales. Su explotación es compatible con otros usos del suelo.

Inconvenientes en la implantación de la energía eólica: ❙ La generación eólica no se adapta a la demanda. Es tan impredecible como la dirección y velocidad del viento, por lo que supone un problema para el gestor eléctrico cuando su proporción en el sistema es significativa. ❙ Modifica el paisaje natural significativamente. ❙ Su instalación es menos eficiente a medida que se incrementa el número de emplazamientos al ser las nuevas ubicaciones menos óptimas.

Energía solar De forma experimental se están desarrollando los sistemas de alta temperatura que concentran la energía solar. Los primeros ensayos en España, en los años 70, los hizo el Centro de Estudios de la Energía, en la Plataforma Solar de Almería, instalando una torre de concentración solar para conseguir energía para un circuito de sodio. Posteriormente se hicieron ensayos en Israel y California donde se pusieron en funcionamiento centrales que utilizaban espejos parabólicos para conseguir elevar la temperatura del fluido alrededor de 350ºC. Actualmente se están instalando en España varias instalaciones piloto, como la que se construye en Écija que utiliza sales fundidas. La energía fotovoltaica ha tenido un gran desarrollo en España impulsada por su alta rentabilidad. Existen diferentes materiales utilizados en la fabricación de las células fotovoltaicas; el principal es el silicio y su fabricación es muy elaborada, primeramente se produce un monocristal de silicio controlando su crecimiento, en la ultima etapa se incorpora una cantidad controlada de contaminante (boro o fósforo) a la masa fundida con el fin de que el silicio sea de tipo p o tipo n. Posteriormente se lamina en obleas de un espesor de 0,2 y 0,5 mm. Para mejorar la superficie de corte se procede con un ataque químico, el más utilizado es con hidróxido sódico o potásico, quedando el cristal texturizado por el ataque diferenciado según las direcciones del cristal. Por último se forma la unión p-n para producir el diodo, introduciendo en las obleas contaminantes tipo p o n según sea el material. Esto se realiza por implantación de iones (coste muy elevado) o por difusión (se realiza la difusión térmica de fósforo). Finalmente se realiza un tratamiento antirreflexivo que permite reducir las pérdidas por reflexión. Existen también otros materiales que se utilizan en la fabricación de las células fotovoltaicas, como son las células de lámina delgada (silicio amorfo, arseniuro de galio, teluro de cadmio, diseleniuro de cobre e indio –células CIS–), de menor coste que las de silicio cristalino pero menor rendimiento. Siendo estos materiales ideales para desarrollos futuros. Actualmente, para mejorar la eficiencia y rendimiento se está trabajando con las células multiunión. Construyendo apilamientos monolíticos de manera que se puede cubrir todo el espectro solar. Los costes de los paneles solares fotovoltaicos no se han reducido, a pesar del aumento de la producción, en la proporción que se esperaba, lo que hace no competitivo el precio del kWh 108


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❘Tabla 3❘ Comparación del impacto ambiental del ciclo de vida de las diferentes formas de producir electricidad (en toneladas por GWh producido) Fuente de energía

CO2

NO2

SO2

Partículas

CO

Compuestos orgánicos volátiles

Residuos nucleares

Total

Carbón

1.058,2

2,986

2,971

1,626

0,267

0,102

—

1.066,1

Gas natural (ciclo combinado)

824

0,251

0,336

1,176

trazas

trazas

—

825,8

Nuclear

8,6

0,034

0,029

0,003

0,018

0,001

3,641

12,3

Fotovoltaica

5,9

0,008

0,023

0,017

0,003

0,002

—

5,9

Biomasa

0

0,614

0,154

0,512

11,361

0,768

—

13,4

Geotérmica

56,8

trazas

trazas

trazas

trazas

trazas

—

56,8

Eólica

7,4

trazas

trazas

trazas

trazas

trazas

—

7,4

Solar térmica

3,6

trazas

trazas

trazas

trazas

trazas

—

3,6

Hidráulica

6,6

trazas

trazas

trazas

trazas

trazas

—

6,6

Fuente: [USDE 08]

fotovoltaico en un mercado libre de la energía. En los últimos años se están haciendo desarrollos de dispositivos fotovoltaicos moleculares a partir de materiales de bajo coste. El avance más significativo ha sido logrado [GRAT91], con la utilización de películas mesoporosas de nanopartículas semiconductoras de TiO2 con un gran área superficial donde se absorben monocapas ordenadas de colorantes capaces de captar la luz. La absoción de la luz por las moléculas conlleva la transferencia de electrones del estado excitado del colorante a la banda de conducción del semiconductor. En el año 2001 [SACH01] se consiguió la primera celda fotovoltaica orgánica a partir de una mezcla de un aceptor de electrones y un dador de electrones, generalmente un polímero, llamado hetero-unión masiva. La energía solar fotovoltaica necesita ser tratada con dispositivos electrónicos de potencia para su conexión a la red eléctrica. Este tratamiento ya no es un problema técnico, porque no es necesario manejar potencias muy elevadas, pero su eficiencia siempre se ve comprometida porque la energía solar, a pesar de ser un recurso abundante, es de naturaleza muy dispersa. Por otro lado, a medida que la energía eléctrica de origen fotovoltaico inyectada en los sistemas eléctricos crezca en porcentaje con respecto a otras fuentes de energía, la operación de estos sistemas (al menos con los paradigmas actuales) se complicará, dado que el recurso original no es controlable y tampoco completamente predecible. Para aliviar esta última dificultad, todavía hay que seguir mejorando los sistemas de almacenamiento sobre todo en términos de densidad energética y de eficiencia. Por supuesto, cualquier avance en este aspecto también beneficiaría a otras fuentes energéticas renovables que no sean completamente controlables en origen (la energía eólica, por ejemplo).

Comparación del impacto ambiental de las diferentes tecnologías para la producción de electricidad La sostenibilidad de la generación eléctrica se puede medir por la renovabilidad de sus recursos, tema que se trata extensamente en muchos círculos técnicos y políticos y por sus impactos ambientales. En la ❘Tabla 3❘ se exponen como referencia los impactos ambientales que se generan en la producción de la electricidad mediante diferentes tecnologías; es evidente que el menor corresponde a las energías renovables. En este impacto ambiental hay 109


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que considerar no solamente los gases de efecto invernadero, que es un tema muy importante, sino también otros contaminantes y residuos que producen serios daños a los ecosistemas naturales y a la salud de las personas. El tema de la lluvia ácida ha sido tema de discusión principalmente en Centroeuropa. Existen esfuerzos europeos para limitar estos impactos mediante una legislación adecuada y la introducción de tecnologías apropiadas para disminuir las emisiones. Las directivas comunitarias han sido transpuestas a las correspondientes legislaciones nacionales. Se puede concluir que las energías renovables mejoran el impacto ambiental de la producción de electricidad. No parece posible la sustitución masiva de las actuales fuentes de producción eléctrica por fuentes renovables. El elevado coste de producción de alguna de ellas, concretamente la fotovoltaica, elevaría sensiblemente el coste de la electricidad. Además se tiene la fuerte oposición determinados grupos al incremento en la explotación de los recursos hídricos mediante centrales hidráulicas. Solamente la energía eólica puede ser competitiva en coste y cuenta con una amplia aceptación popular que permite su implantación.

Respuesta española a la necesidad de crecimiento de las energías renovables en la producción de electricidad En la ❘Tabla 4❘ se muestra la evolución de la capacidad eléctrica española desde 2001 a 2006 recogidos por la Comisión Europea [EURO_06], en ella se puede observar la capacidad total instalada y su reparto en la diferentes fuentes de energía. También se reflejan las plantas térmicas convencionales y se observa que no hay datos registrados para el uso térmico de las mismas.

❘Tabla 4❘ Evolución de la producción de energía eléctrica en España en el periodo 2001-2006 2001

2002

2003

2004

2005

2006

55.695 26.915 21.770 1.535 1.181 2.429 7.519 18.017 5.288 3.244 — —

60.195 29.941 21.343 1.755 4.109 2.734 7.577 17.879 5.288 4.798 — —

69.168 69.538 76.514 37.310 35.477 40.799 27.163 29.705 29.705 2.010 1.800 1.800 5.052 5.500 5.500 3.085 3.500 3.500 7.581 7.577 7.577 18.043 18.167 18.220 5.361 5.347 5.347 6.234 8.317 9.918 — — — — — —

78.426 40.799 29.705 1.800 5.500 3.500 7.577 18.314 5.347 11.736 — —

Capacidad eléctrica neta Capacidad total instalada (MW) Térmica convencional Vapor Turbina de gas Ciclo combinado Combustión interna Nuclear Hidroeléctrica Bombeo almacenado Eólica Geotérmica Otras Consumo de combustible en electricidad Plantas convencionales térmicas 1.000 toe

24.978 29.855 28.266 32.292 35.421 35.084 Carbón 14.436 17.007 15.444 16.339 16.463 14.224 Lignito 1.503 1.544 1.391 1.561 1.178 1.357 Derivados del petróleo 5.080 5.685 4.852 5.191 5.249 4.493 Gas natural 2.810 4.501 5.327 7.701 10.798 13.207 Renovables 707 764 937 1.220 1.391 1.480 Fuente: [USDE 08] 110


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Conclusiones Es indudable que la introducción de las energías renovables en el sistema de generación de electricidad va a mejorar su sostenibilidad. Se ha hecho un gran esfuerzo para una integración significativa, pero todavía es insuficiente. La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes ambientales no han sido de la magnitud que se necesitaría para contribuir a los acuerdos internacionales sobre ese tema. Existen energías renovables que todavía no se han introducido de forma sensible en el sistema eléctrico español, como son las energía geotérmica y la mareomotriz. Los nuevos desarrollos de sistemas fotovoltaicos puede significar la reducción de sus costes de forma apreciable. Hay que esperar resultados positivos en los próximos años. |❚|

Referencias [JUAN03] J.M. de Juana. Energías renovables para el desarrollo. Thomson Paraninfo, 2003. [CENE06] Las energías renovables en España. Diagnóstico y perspectivas. CENER. Fundación Gas Natural, 2006. [OSCA06] Óscar López García y otros. Generación eléctrica con energía eólica: presente y futuro, Asociación Nacional de Ingenieros de ICAI y Universidad Pontificia Comillas, 2006. [IEA_08] Ocean Energy, Bulletin 52, 2008. [OECD07] Energy Technologies at the Cutting Edge, 2007. [GRAT91] B. O’Regan, M. Gratzel. Nature, 1991, 353. [SACH01] S.E. Shaheen, C.J. Brabec, F. Pandiger, T. Fromherz, J.C Hummelen, Appl. Phys. Lett. 2001, 78. [EURO06] Energy. Yearly Statistics 2006. EUROSTAT. Statistical boo. [USDE08] US department of Energy, Council for Renewable Energy Education and Woldwath Institute, 2008. [CNE_07] Informe de la Comisión Nacional de la Energía, 2007. [EUR_07] EU Energy Policy Data, Comisión Staff Working Document SEC(2007)12.

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Capi?tulo_11.qxd:11. Capítulo

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Capítulo 11. Recursos y tecnologías energéticas con energías renovables para la producción de calor y el transporte JULIO MONTES PONCE DE LEÓN Mª DEL MAR CLEDERA CASTRO MIGUEL TEJERO YAGÜE

Palabras clave Energías renovables, geotérmica, solar térmica, biomasa, biocarburantes, bomba de calor. El consumo energético en el mundo desarrollado se distribuye equilibradamente entre tres grandes sectores: residencial y de servicios, industrial y transporte. En términos generales, en España el sector residencial y de servicios utiliza energía eléctrica para iluminación y electrodomésticos, y energía calorífica –a partir del gas natural o de la electricidad y en menor proporción el gasóleo y gases licuados– para climatización y agua caliente sanitaria. Es posible reducir el consumo actual de recursos naturales no renovables en este sector, es decir, aumentar la sostenibilidad del sistema, utilizando preferentemente energía solar de baja temperatura, biomasa o energía geotérmica de baja entalpía para la producción de energía calorífica. Los biocarburantes constituyen una alternativa válida para aumentar la sostenibilidad de los transportes.

Introducción Las energías renovables son muy adecuadas para proporcionar calor a baja temperatura en instalaciones de potencia reducida. La utilización de energía solar de baja temperatura ya ha sido introducida en la normativa para la edificación de numerosos países. Es indudable que sus beneficios no van a ser palpables hasta que, mediante una instalación y operación adecuada, se demuestre que realmente representa un ahorro energético. Es difícil pensar que la solidaridad por evitar un cambio climático puede impulsar su aceptación. No es fácil comprender porque su utilización en España ha sido relativamente baja comparada con la de otros países europeos máxime cuando el volumen de edificación en los últimos años ha sido muy elevado. La energía geotérmica ha sido la gran olvidada. En muchas planificaciones estatales y autonómicas no aparece como fuente energética alternativa. Por el contrario su utilización se ha incrementado sensiblemente en otros países del entorno europeo. En algunos casos se han calefactado grande naves industriales utilizando el calor del subsuelo. Sería necesario que se estimulase su introducción en las nuevas obras que se realizasen en el país. En el sector del transporte, los biocarburantes pueden significar un paso muy positivo hacia la sostenibilidad del tráfico rodado. Su introducción se ha realizado con éxito en Brasil y Estados Unidos donde, por una parte, existían excedentes agrícolas, y por otra, era necesario oxigenar las gasolinas sustituyendo los aditivos con plomo. La comprobación de los efectos nocivos del MTBE abocó al uso masivo del bioetanol. El biodiésel se viene ensayando con pleno éxito en diversos países europeos y se dispone de una tecnología comprobada para su introducción en el mercado. Éstos son los biocarburantes llamados de primera generación. Existen otros desarrollos en los que se pretende obtener los biocarburantes a partir de materia prima de forma más económica y sin colisión con la producción agroalimentaria. En el Capítulo 25 se va a tratar el tema más ampliamente, pero se ha 113


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querido dar una introducción es este artículo por la importancia que puede tener en un futuro próximo a pesar de las voces en contra.

Energía geotérmica de baja entalpía Estos recursos no se utilizan para la generación de electricidad por ser su temperatura baja (menor de 100ºC). El agua caliente producida mediante energía geotérmica se emplea para: ❙ Calefacción urbana y agua caliente sanitaria. ❙ Procesos industriales y agroindustriales. ❙ Como fuente de calor en sistemas de refrigeración por absorción. En el año 2005, 72 países estaban utilizando la energía geotérmica para estas aplicaciones, totalizando 28.270 MW instalados y una producción 273.372 TJ/año [LUND05]. Sin necesidad de fluido geotérmico se ha comprobado que la energía almacenada en la tierra se puede intercambiar con la existente en la superficie terrestre mediante bombas de calor, pasando frío de la tierra a un receptáculo más caliente situado sobre ella o bien, por el contrario, pasando calor a un foco más frío. Los primeros 100 metros de profundidad de la superficie terrestre son muy adecuados para almacenar y suministrar energía calorífica. Su temperatura se mantiene prácticamente constante desde los 10 ó 20 metros de profundidad, independientemente de la temperatura ambiente. A profundidades superiores a los 100 metros la temperatura aumenta de acuerdo con el gradiente geotérmico. Esencialmente, una bomba de calor consta de un compresor que impulsa un fluido a un sistema que tiene los siguientes elementos: 1) un intercambiador de calor, evaporador, situado en un ambiente a una temperatura superior a la de vaporización del fluido, donde absorbe calor y se vaporiza; 2) el vapor se comprime en el compresor y se calienta; 3) pasa a un ambiente más frío, condensador, al que cede calor y se licua; y 4) posteriormente se expansiona isoentálpicamente mediante una válvula de expansión, disminuyendo su presión y enfriándose. Esta aplicación puede significar un ahorro de energía significativo, entre el 50 y el 75%, en la climatización de espacios –edificios de viviendas, naves industriales, piscifactorías, etc.– y una disminución notable de los gases de efecto invernadero y otros contaminantes. Los elementos esenciales para instalaciones geotérmicas con bombas de calor son: ❙ El subsuelo, cuyas características habrá que estudiar previamente, constituye el manantial que cede o absorbe calor según el sistema que se utilice para calentar o enfriar los espacios. ❙ Un conjunto de tuberías enterradas, cuyas dimensiones y profundidad de instalación será necesario determinar de acuerdo con la energía que se quiera extraer o disipar del subsuelo. ❙ El sistema del fluido de trabajo, incluyendo entre otros elementos las características del compresor, válvula de expansión de acuerdo con las necesidades de intercambio calorífico. ❙ El estudio del habitáculo que se quiera acondicionar en función de las variaciones térmicas ambientales. Actualmente, constituye una de las posibilidades más económicas de calentar y enfriar una vivienda. La inversión se amortiza en un tiempo relativamente corto, de tres a cinco años, dependiendo de las características de la captación del subsuelo, y garantiza hoy y en el futuro una independencia de los precios de los combustibles fósiles. En algunos países como Alemania, Austria, Suecia y Suiza se ha registrado un incremento grande en la instalación de bombas de calor geotérmicas. Del año 2005 al 2006 se duplicó en Alemania el número de instalaciones. En Suiza un 33% de las casas unifamiliares que se construyeron en 2006 utilizaron sistemas geotérmicos, y en Suecia la cifra se elevó al 90% para el mismo año. Desde la óptica de la sostenibilidad, se puede decir que: ❙ La energía geotérmica, como se ha dicho en el capítulo 10, es una energía renovable cuyo origen es la tierra. 114


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❙ Su conversión en energía eléctrica es una realidad y existen grandes posibilidades de aprovechamiento precisamente en regiones en desarrollo. ❙ Los países desarrollados pueden reducir mediante esta tecnología la factura energética asociada a la climatización. ❙ Su impacto ambiental es mucho menor que el de cualquier otra fuente de energía fósil. ❙ Tiene la disponibilidad más elevada de todas las energías renovables, independiente de las condiciones estacionales o meteorológicas. ❙ El coste de operación es independiente de las veleidades del mercado.

Energía solar térmica La producción energética de calor mediante paneles solares de baja temperatura para usos industriales y residenciales al final del año 2006, según un informe de la Agencia Internacional de la Energía [SOLH08] alcanzaba en los 48 países detallados en la referencia un total de 76.959 GWh (277.054 TJ), lo que supone evitar la emisión de 34,1 millones de toneladas de CO2. De acuerdo con esta información, el calor solar de baja temperatura tiene una contribución a la utilización de recursos naturales no renovables equivalente a la de la energía eólica y muy superior a la energía fotovoltaica. Y una creación de unos 150.000 puestos de trabajo para la producción, instalación y mantenimiento de la potencia antes indicada. Para el año 2007 la cifra anterior se eleva a 154.000 GWh. La potencia total instalada en GWt de paneles planos y con tubos de vacío al final del año 2006 es significativa en los siguientes países: China (61,1), Turquía (6,6), Alemania (5,6), Japón (4,7),

❘Figura 1❘ Potencia instalada en GWe o GWt en el año 2006 y energía generada en TWhe o TWht heat 160 140 120 100 80 60 40 20 0

power

Total capacity in operation [GW] 2006 Produced energy [TWh] 2006

148 128

77

74 52 9

Solat thermal heat

Wind power

7 7,7

Geothermal power

Photovoltaic

0,8 2 Solar thermal power

0,3 0,4 Ocean tidal power

Fuente: [SOLH08]

Israel (3,4), Grecia (2,3), Brasil (2,2), Austria (1,9), USA (1,6) y España (0,7). De forma comparativa se indica la potencia térmica en kW instalados por 1.000 habitantes en diversos países: Austria (230), Grecia (208), Turquía (90), Alemania (68) China (49), Dinamarca (48), Suiza (39), Suecia (16) y España (15). La energía solar térmica utiliza la radiación directa. Por eso las localizaciones óptimas son aquellas que reciben mucha radiación, pero la rentabilidad energética de los sistemas solares de baja y media temperatura los hace aptos para cualquier localización. La captación de energía solar se realiza en una superficie absorbente expuesta a la radiación solar. Esta energía es transferida a un fluido caloportador (agua, aire o aceite), para así transportarla a 115


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su lugar de uso. La temperatura aumenta hasta establecer un equilibrio entre la energía que gana y la que pierde. El porcentaje de pérdidas varía en función del tipo de portador. Cuantas menores sean las pérdidas, mayor será la temperatura y mayor la energía térmica. Se pueden establecer dos sistemas en función de la temperatura de operación: sistema de baja temperatura (hasta unos 90ºC, aplicaciones de agua caliente sanitaria, calefacción, calentamiento de piscinas, etc.), sistemas de media temperatura (entre los 80ºC y 250ºC, se utiliza en refrigeración en máquinas de absorción, procesos industriales, desalinización, etc.). Existen diferentes tipos de colectores, en función de la calidad, rendimiento, materiales y costes. Los más utilizados son los colectores planos, los colectores de tubo de vacío y los captadores de concentración. El rendimiento de un colector se evalúa teniendo en cuenta diferentes factores: un coeficiente global de pérdidas, las dimensiones del colector y su diseño, el espesor del elemento absorbedor, la conductividad térmica o el coeficiente de transferencia de calor del fluido, que puede ser agua u otro fluido térmico. Estos valores junto con el estudio de su ubicación en función de la orientación del sol y de la posición, permiten evaluar el rendimiento final del colector. Unas de las aplicaciones de la conversión térmica de la energía solar con colectores planos son el calentamiento de agua y la calefacción de edificios. Para ello se utilizan diversos elementos como depósitos, sistemas de distribución compuestos por tuberías, sistemas de bombeo, acumuladores, etc. Normalmente se coloca un calentador auxiliar alimentado con energía convencional, que se utiliza cuando la radiación solar no es suficiente. Se sitúa en la misma conducción del suministro del agua. Los sistemas pueden ser directos, es decir, se calienta directamente el agua que se va a utilizar acumulándose posteriormente en un depósito o utilizando dos circuitos que se comunican con un intercambiador. De esta manera, el fluido del circuito de los colectores puede ser el adecuado para mejorar las prestaciones de los colectores, como por ejemplo líquido anticongelante para evitar la congelación del sistema.

Energía de la biomasa Muchos sectores industriales consumidores de energía calorífica, como la industria del cemento, que generan grandes cantidades de gases de efecto invernadero en la combustión de recursos fósiles, podrían ahorrar una fracción notable de estos combustibles utilizando biomasa que se puede producir mediante cultivos energéticos o a partir de la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos.

❘Figura 2❘ Contribución de la biomasa al suministro de calor en los distintos países de la Unión Europea 40% 30% 20% 10% 0 SE FI LT LA EE PT AT SI DK FR GR ES IT PL DE HU IR CZ BE SK UK NL LU CY MT Fuente: Eurostat, European Commission DG TREN 116


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La utilización de la biomasa como combustible para sistemas de cogeneración de vapor y electricidad en el sector industrial, o para el calentamiento de edificios en el sector residencial y comercial, reduce la contaminación ambiental en comparación con otros combustibles. La combustión de biomasa tiene un balance neto de emisiones de CO2 ligeramente positivo pero muy inferior a cualquier energía fósil equivalente. Efectivamente se produce una fijación del CO2 por la fotosíntesis mayor que el que se va a producir por la combustión de la biomasa generada, pues parte del carbono fijado queda en el suelo. Sin embargo, en el ciclo de vida hay que tener en cuenta los gases emitidos en la producción agraria (sembrado, recogida, etc.) de esta biomasa, en su transporte y la preparación (peletizado, etc.). Por otro lado, en la combustión de la biomasa también se producen NOx debido a que la madera contiene nitrógeno. Sin embargo, la proporción de las emisiones es significativamente menor que la que se tiene, por ejemplo, en la generación de electricidad mediante carbón. Por ejemplo, por kW hora generado, las plantas de gasificación integrada de biomasa en un ciclo combinado (BIGCC, siglas en inglés) reducen significativamente la emisión de partículas en un factor de 4,5 en comparación con una central de carbón. Y las emisiones de NOx se pueden reducir en un factor de 6 comparado con la plantas de carbón pulverizado. La principal forma de utilización de la biomasa como biocombustible es su combustión para calefacción, en procesos industriales y como biogás en motores térmicos.

Energías renovables en el transporte: biocarburantes Los biocarburantes –bioetanol y biodiésel– son la única alternativa en el momento actual para aumentar la sostenibilidad del sector del transporte. En un futuro más o menos próximo la electricidad o las pilas de combustible pueden ser una opción muy válida. El transporte es responsable de 25% del total de los gases de efecto invernadero que se emiten mundialmente [IPCC08]. En el Informe del IPCC se señala que “los biocarburantes –utilizados como aditivos o sustitutos de la gasolina y el diésel– podrían jugar un papel importante en la reducción de gases de efecto invernadero dependiendo de sus formas de producción (…) y podrían suponer en el horizonte del 2030 hasta el 10% de la demanda de energía total en el transporte”. Está ampliamente comprobado que los biocarburantes pueden mezclarse con combustibles fósiles –bioetanol y gasolina, biodiésel y diésel– en los vehículos actuales en distintos porcentajes, sin crear problemas mecánicos u operativos. Se ha objetado que el desarrollo de cultivos (cereales, caña y remolacha de azúcar como materia prima de primera generación para producir bioetanol, o aceites vegetales para obtener biodiésel) podría reducir la producción de cultivos agroalimentarios que satisfagan las necesidades nutricionales de la fracción más pobre del mundo. Hasta el momento presente la demanda de biocarburantes se ha satisfecho con los excedentes agrícolas que son un problema para los países más desarrollados. En el futuro, si se racionaliza la producción agraria con la introducción de cultivos agroenergéticos, se podrían evitar subvenciones, contribuir al desarrollo rural mejorando los actuales niveles de renta y empleo en países desarrollados, o ayudar a crear empleo y riqueza en países pobres o en vías de desarrollo. La producción de soja en Argentina ha equilibrado su comercio exterior sin que se afecte la producción agroalimentaria de ese país. El desarrollo de nuevas tecnologías para la producción de biocarburantes –como la hidrólisis ácida de la lignocelulosa o su síntesis a partir de residuos orgánicos, forestales o residuos sólidos urbanos o de microalgas– puede representar una alternativa de producción válida para solventar los problemas de materia prima que existen para satisfacer la demanda creciente del mercado, sin que se pueda argumentar esta producción que puede afectar a la necesidades agroalimentario. Los biocarburantes son recursos naturales sostenibles que pueden reducir el impacto ambiental en el sector del transporte, aunque existe el riesgo de que un aumento indiscriminado de abonos 117


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y pesticidas pueda producir efectos adversos. Algunos sectores claman por la pérdida de biodiversidad que su cultivo pueda producir, especialmente en países en desarrollo. Tanto la UE como otras organizaciones están elaborando directivas para evitar que esto pueda suceder, lo que sería lógico en una política de desarrollo sostenible. Los costes de producción de los biocarburantes, obtenidos a partir de cereales y semillas oleaginosas, eran superiores a los de las gasolinas y diésel a los que sustituyen. Las fluctuaciones de los precios en el mercado del petróleo no permiten establecer una comparación válida. Sin embargo, habría que señalar que la mezcla de gasolina con bioetanol se debería hacer reemplazando –como se ha hecho en Estados Unidos– los aditivos que actualmente se utilizan para aumentar el octanaje, ETBE o MTBE, que tienen un precio superior a la gasolina. Como beneficios potenciales por la utilización de biocarburantes se tienen: ahorro de recursos naturales; disminución de los gases de efecto invernadero; disminución de la emisión compuestos orgánicos volátiles con efecto cancerígeno mayor; desarrollo agrícola en general y en especial en zonas no desarrolladas. Y como aspectos negativos, la posible competencia con la agroalimentación con repercusión en los precios. La producción de los biocarburantes de segunda generación –como la de bioetanol a partir de la lignocelulosa y la obtención de biodiesel a partir de las microalgas–, así como las bio-refinerías, pueden representar una disminución de los aspectos negativos que actualmente presentan los biocarburantes, por lo que contribuirían en mayor medida a la sostenibilidad. Actualmente se esta procediendo a la síntesis de biocarburantes a partir de la materia orgánica descompuesta por plasma en CO y H2.

Conclusiones Basándose en los datos expuestos, la situación actual del sistema energético para la producción de energía térmica no es sostenible, tanto por el consumo de materias primas como por el impacto medioambiental. Es cierto que una política de ahorro energético razonable puede moderar la situación, pero esa medida aislada no es suficiente, ya que la población no va a renunciar a los niveles de vida que ha conseguido, en los que la energía es un elemento básico. Por otra parte el mundo no desarrollado requerirá suministro de energía para salir de su estado actual. Las energías renovables pueden representar una contribución importante a la sostenibilidad de este consumo energético. Algunas, como la energía geotérmica de baja entalpía, que en algunos países ha demostrado su operabilidad, todavía tienen espacio para jugar un papel muy importante en el ahorro energético. No deja de ser extraño que este tipo de energía renovable haya sido frecuentemente olvidada en los planes promovidos por las autoridades energéticas. Otras, como la energía solar de baja temperatura, paradójicamente, tienen una importancia relativa menor en países de una irradiación solar mayor, como son los casos de España e Italia. Parecería aconsejable hacer un examen crítico de esta realidad para determinar las causas de la situación real existente y para averiguar cómo se pueden subsanar los errores cometidos en la planificación y su ejecución, tanto a nivel institucional como operacional. Por otro lado, la introducción de energías renovables es una fuente de empleo de bajo y de alto nivel tanto para la fabricación de los componentes como para su instalación y puesta en operación. El desarrollo de los proyectos, adecuados en cada caso a las características del emplazamiento y de los habitáculos donde se van a ejecutar, requiere el esfuerzo multidisciplinar de ingenieros y técnicos capacitados. Su instalación y puesta en operación exige una supervisión técnica y unos instaladores competentes. La fabricación de componentes de calidad es esencial para que las nuevas tecnologías puedan ser aceptadas. La experiencia actual de la introducción de bioetanol en el sistema de transporte de Brasil y Estados Unidos ha sido muy positiva. Las alteraciones especulativas de los precios de las materias primas no pueden servir de excusa para frenar su empleo. La utilización del biodiésel en Europa se ha venido haciendo de forma paulatina desde los años 80 y hay países, como Francia y Alemania, que tienen una gran experiencia acumulada que permite la introducción de este biocarburante en 118


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la UE sin dificultades técnicas. Es cierto que no puede existir materia prima en Europa capaz de satisfacer una demanda que se prevé creciente el los próximos años, pero existen extensas zonas de la Tierra en las que, sin alterar la biodiversidad, se pueden cubrir las necesidades futuras. Los países desarrollados tienen la responsabilidad de no producir distorsiones en el mercado que puedan crear alteraciones en los ecosistemas. Los biocarburantes de segunda y tercera generación salvan las objeciones que se esgrimen a los que se emplean actualmente. |❚|

Referencias [JUAN03] J.M. de Juana. Energías renovables para el desarrollo. Thomson Paraninfo 2003. [IPCC08] Bates, B.C., Z.W. Kundzewicz, S. Wu and J.P. Palutikof, Eds. Climate Change and Water. Technical. Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC Secretariat, Geneva, 210 pp., 2008. [LUND05] J.W. Lund, D.H. Freeston, T.L. Boyd. Geothermics, 2005, 34. [IEA_08] IEA Open Technology Bulletin Nº 52, 2008. [SOLH08] Solar Heat Worldwide, IEA Solar and Heating Programme 2008. [EURO07] European Commissión Energy Policy Data 2007.

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Capítulo 12. Recursos y tecnologías energéticas con energía nuclear LUIS ENRIQUE HERRANZ PUEBLA GERMÁN DAVID PÉREZ PICHEL

Palabras clave Fisión nuclear, fusión nuclear, confinamiento magnético. Este capítulo sintetiza las principales contribuciones de la tecnología nuclear a la generación sostenible de energía y, particularmente, de electricidad. Se analizan aspectos específicos de la actual producción núcleo-eléctrica de fisión y sus prospectivas de futuro, como sus dimensiones medioambiental, económica y social. Finalmente, se discute la potencialidad de la fusión nuclear para reforzar el carácter sostenible de la futura cesta energética, cuya demostración será viable tan pronto como esta nueva forma de energía sea una realidad.

Introducción El carácter innovador del concepto de desarrollo sostenible [BRUN87] reside en su aproximación global, su proyección temporal y la integración de tres dimensiones fundamentales: protección medioambiental, bienestar social y crecimiento económico. El equilibrio entre estos tres aspectos es imprescindible para que un determinado modelo de desarrollo sea calificado como sostenible. El suministro energético es esencial para promover el desarrollo económico y aumentar el bienestar social. No obstante, la producción y el uso de cualquier forma de energía podrían conducir a efectos negativos sobre la salud y el entorno. Conseguir un modelo sostenible de desarrollo supone reducir las posibles cargas sociales y medioambientales.

Dimensión medioambiental La dimensión medioambiental de la energía nuclear implica numerosos aspectos: el recurso natural, la seguridad, la protección radiológica, la gestión del combustible tras su paso por el reactor y la emisión de gases de efecto invernadero.

Recurso natural El uranio es el elemento químico utilizado como combustible en los actuales reactores comerciales de producción de energía eléctrica. Compuesto por tres isótopos distintos (U-234 –0,0058%–, U-235 –0,72%– y U-238 –99,274%–), es la fisión auto-mantenida de su isótopo U-235, la principal fuente de energía en el reactor: 1

0

n+235 U → fa+fb+2.5 10n+200MeV 92

fa y fb son fragmentos o productos de fisión, 10n representa el neutrón incidente y/o resultante de la reacción y los 200 MeV es la energía media liberada en cada fisión. El U-238 es el isótopo más abundante, pero manifiesta una baja probabilidad de fisión (i.e., no es fisible). No obstante, su capacidad de transformarse en isótopos fisionables del plutonio (i.e., Pu239 y Pu-241) mediante reacciones nucleares que tienen lugar en el reactor, lo convierten en una 121


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fuente de material combustible (aproximadamente, 30% de la energía generada en el reactor procede de Pu-239 y Pu-241). Debido a este comportamiento se dice que U-238 es un isótopo fértil. Esta misma cualidad es compartida por otros materiales de la corteza terrestre, como el Th-232, cuya transformación genera el isótopo fisible del uranio,U-233. Las reservas actuales conocidas de mineral de uranio aseguran el suministro de combustible durante décadas al ritmo actual de consumo [NEA_00]. No obstante, el uranio es abundante en la corteza terrestre y se estima que las reservas convencionales podrían durar unos 250 años al ritmo actual de consumo. Su distribución no es uniforme, siendo particularmente abundante en Australia (27%), Kazajstán (14%), Canadá (13%) y Sudáfrica (7%). Otras reservas no convencionales, como los fosfatos marinos y el agua del mar, podrían elevar esa cifra en más de dos órdenes de magnitud. El reciclado del combustible nuclear y la utilización de óxidos mixtos de uranio y plutonio (MOX), es una capacidad tecnológica ya desarrollada y adoptada en diversos países. Su aplicación masiva podría suponer una extensión del 30% del horizonte temporal del recurso, aproximadamente. En la actualidad se están investigando nuevos sistemas nucleares con capacidad de producir más material fisible del que consumen, son los denominados reactores reproductores. Su efecto sobre los recursos disponibles sería triple: la energía específica producida por una determinada cantidad de uranio es 60 veces superior; aprovecharían el combustible irradiado en los reactores nucleares de agua ligera actuales como recursos; y, finalmente, podrían utilizar torio como material fértil. El resultado sería la extensión del horizonte temporal del recurso al orden de miles de años.

Seguridad nuclear Los fragmentos resultantes de la fisión del uranio y del plutonio emiten radiaciones, algunos instantáneamente y otros a lo largo de períodos temporales cuya extensión varía desde minutos hasta decenas y centenas de miles de años. El objetivo de la seguridad nuclear es proteger a las personas, la sociedad y el medio ambiente creando y manteniendo una defensa eficaz contra el “peligro radiológico” potencial de una liberación incontrolada. El principio fundamental sobre el que se sustenta se denomina “defensa en profundidad”. Éste consiste en el establecimiento de varios niveles y barreras de protección que impidan la interacción radiactividad-medio ante cualquier fallo humano y/o mecánico de sistemas y/o componentes. Las liberaciones radiactivas desde una central nuclear en operación normal son despreciables y se hallan monitorizadas y controladas en todo momento. El mayor riesgo (i.e., riesgo = probabilidad x daño) de las centrales nucleares está asociado a condiciones accidentales. Se trata, por tanto, de garantizar que, a pesar del peligro potencial de un reactor nuclear, la probabilidad de ocurrencia de un accidente sea extremadamente pequeña. En los reactores actuales la frecuencia de un accidente con daño al núcleo (CDF, Core Damage Frequency) es inferior a 10-4/reactor-año y el de una liberación radiactiva incontrolada es menor que 10-5/reactor-año (LERF, Large Early Release Frequency). La ❘ Tabla 1❘ muestra estos dos indicadores en el caso de los reactores españoles [ALON06]. A través de la experiencia adquirida en los más de 50 años de operación de reactores nucleares, así como del análisis de causas y consecuencias de los dos únicos accidentes ocurridos en la industria nuclear eléctrica (i.e., Three Miles Island en 1979 y Chernobyl en 1986), los niveles de seguridad de las centrales han sido sustancialmente mejorados. Más allá de la optimización acaecida en las centrales de segunda generación, los nuevos diseños de reactores actualmente en construcción en el mundo (Generación III) y los futuros sistemas nucleares (Generación IV) están alcanzando cifras de riesgo muy inferiores a las establecidas para los reactores actuales. Baste citar algunos valores de uno de los índices anteriores (CDF): EPR, 1,28·10-6/reactor-año [MCCL05]; AP1000, 5.1·10-7/reactor-año [MATZ08]; ABWR, 2·10-7/reactoraño; ESBWR, 3·10-8/reactor-año [HIND06]. La sustancial mejora que estas cifras representan en materia de seguridad ha de atribuirse a múltiples factores: ❙ La adopción de las lecciones aprendidas y la actualización de las tecnologías empleadas en la anterior generación. 122


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Recursos y tecnologías energéticas con energía nuclear ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

❘Tabla 1❘ Frecuencia de daño al núcleo y liberación masiva en centrales españolas Central

Potencia (MW1)

Año de operación

CDF (año-1)

LERF (año-1)

1.381 2.739 2.941 3.237 2.941 3.010

1971 1982/1984 1985/1986 1985 1988 1988

1,89·10-6 5,12·10-6 2,92·10-5 1,27·10-6 3,51·10-5 3,86·10-6

5,26·10-7 3,76·10-7 6,40·10-7 7,04·10-9 3,96·10-7 1,72·10-7

Garoña Almaraz 1 & 2 Ascó 1 & 2 Cofrentes Vandellós 2 Trillo

❙ La consideración en el diseño de medidas preventivas y/o mitigadoras de fenómenos sólo esperables en situaciones más graves que las planteadas en la base de diseño (i.e., accidentes severos). ❙ El aumento de fiabilidad de los sistemas de seguridad mediante el uso de una aproximación pasiva (i.e., el funcionamiento se basa en la utilización de fuerzas naturales, como la gravedad o la circulación natural). ❙ El diseño de reactores donde situaciones tales como la fusión del material radiactivo y/o la pérdida de refrigerante sean inconcebibles. Esta disminución en la probabilidad de sucesos indeseables permite, entre otras cosas, elevar el número de reactores en el mundo sin incremento alguno del riesgo que supone la producción núcleo-eléctrica. Antes de concluir esta sección, y con objeto de dar cierta perspectiva a las cifras anteriores, conviene subrayar que industrialmente el riesgo que supone la generación nuclear de electricidad (en términos de disminución de expectativa de vida) es 100 veces inferior al resultante de caídas, 200 veces menor que el debido a la contaminación del aire y más de 2.000 veces más pequeño que el de padecer cáncer [COHE90]. En cuanto a los fallecimientos producidos por unidad de energía eléctrica producida entre 1970 y 1992 por diversas tecnologías, las cifras son aplastantes: la energía nuclear fue responsable de 100 veces menos decesos que la energía hidráulica, 40 veces menos que el carbón y 10 veces menos que el gas natural [HERR08].

Protección radiológica La radiación ionizante es inherente a la propia reacción de fisión y al decaimiento de los fragmentos de fisión resultantes. Su capacidad de desnaturalizar la materia orgánica (con los consiguientes efectos para salud y medio ambiente), así como algunas de sus características (i.e., invisibilidad, complejidad conceptual y efectos asociados a probabilidad) suscitan particular preocupación. Las medidas de protección radiológica ampliamente aceptadas en el mundo son las recomendadas por la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) [VALE99]. Tres son sus principios fundamentales: justificación de la actividad que suponga cierto riesgo radiológico, limitación de las dosis individuales por debajo de umbrales prescritos, y optimización (ALARA, As Low As Reasonably Achievable). La ❘Figura 1❘ demuestra la efectividad de las medidas y los niveles adoptados a partir de estos principios [UNSC94]. En ella se observa que la contribución relativa de la generación nuclear a la dosis total promedio que el público recibe, es más de 300 veces menor que la resultante del fondo radiactivo que existe en la naturaleza. Asimismo, otro indicador adicional es la exposición de los profesionales de las centrales nucleares. Su disminución en el tiempo ha sido continua, subrayando las buenas prácticas adoptadas, hasta el punto de que la dosis en 2005 fue menos de la mitad de las registradas en 1987, en cualquiera de los dos tipos más abundantes de centrales nucleares [NEA_07]. 123


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❘Figura 1❘ Contribución de diversas fuentes a la exposición a la radiación

Aplicaciones médicas 11,1%

Centrales nucleares 0,4%

Rayos cósmicos 14,5% Radón 48,2%

Corteza terrestre 25,6%

Gestión de combustible El desarrollo sostenible supone el confinamiento y eliminación de los materiales residuales, de modo que su impacto sobre seres humanos y entorno sea mínimo. En este sentido, el principal desafío de la tecnología nuclear está asociado a isótopos de alta actividad y larga vida, la mayoría de los cuales son generados en el reactor nuclear o derivan de su tratamiento. Su radio-toxicidad decae en el tiempo, pero no desaparece hasta pasadas decenas o centenas de miles de años, según la opción adoptada en su gestión (i.e., ciclo cerrado o ciclo abierto, respectivamente). Los radioisótopos de vida corta (i.e., aquéllos cuya desintegración radiactiva reduce su inventario a la mitad en un período inferior a 30 años) se almacenan y gestionan actualmente en repositorios al efecto. España cuenta con este tipo de instalaciones en las estribaciones de la Sierra Albarrana (Córdoba). En España se generan anualmente 160 toneladas de combustible irradiado y unas 2.000 toneladas de residuos radiactivos. Estas cantidades son una fracción minúscula de los residuos tóxicos y peligrosos liberados a la biosfera en nuestro país, y su efecto potencial, además de disminuir con el tiempo, está lejos del asociado a elementos químicos cancerígenos como el berilio, el cadmio o el arsénico, todos ellos liberados en la combustión del carbón. La mayoría de los reactores actuales utilizan dióxido de uranio (UO2) ligeramente enriquecido (4-5% U-235) como combustible. En el seno del reactor el U-235 se fisiona mayoritariamente. El U-238 genera Pu-239 mediante absorciones neutrónicas y subsiguientes desintegraciones. Aproximadamente, la mitad del Pu-239 formado se fisiona y la otra mitad da lugar a los denominados actínidos minoritarios, AM (americio, curio, neptunio). Todos ellos, Pu y AM, tienen isótopos de larga vida que dominan el impacto radiológico a partir de unos 200 años (a pesar de suponer apenas un 1% en peso del combustible irradiado). Tras su paso por el reactor, el combustible es almacenado temporalmente en piscinas o en contenedores donde evacuan el calor de decaimiento de los productos de fisión. Tras un cierto período, se presentan varias opciones para su gestión: ❙ Ciclo abierto. Después de un período de almacenamiento temporal, el combustible irradiado se acondiciona para su almacenamiento geológico a gran profundidad (300-400 m). ❙ Ciclo cerrado. A diferencia del anterior, el combustible irradiado se considera un activo energético del que se extraen el uranio y el plutonio fisible para su uso en la fabricación de nuevo combustible (reproceso). 124


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Nuclear

Eólica

Biomasa

Hydro

Solar PV

Gas + captura CO2

Gas

Carbón + captura CO2

Carbón

1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0

Límite máximo Límite mínimo

Lignito

Emisiones de CO2 (Ton-eq/GWh)

❘Figura 2❘ Emisiones de gases efecto invernadero según las tecnologías de generación de electricidad

❙ Ciclo cerrado avanzado. Aún en investigación, añade al anterior la separación de los AM y su transmutación en isótopos estables o de vida sustancialmente más corta. Su establecimiento es uno de los objetivos de algunos de los sistemas nucleares de Generación IV y requiere el desarrollo de métodos de separación de los AM, bien vía acuosa o bien mediante sales fundidas, y la identificación de los regímenes neutrónicos más eficientes en su transformación. El reproceso reduce el intervalo temporal de radio-toxicidad en casi un factor 100, mientras que la separación y transmutación de los AM reduciría el período a unos 300-400 años. Científicos y expertos consideran que la tecnología para el almacenamiento geológico profundo ya está disponible. Mediante ella se puede asegurar la manipulación segura y el aislamiento durante miles de años, e incluso más, de los isótopos de larga vida. La seguridad se garantiza mediante barreras múltiples. Es decir, entre el material responsable del impacto radiológico y la biosfera se interponen barreras sucesivas de distinto tipo que impiden el fácil acceso de este material a las cadenas tróficas y al medio ambiente. No obstante, la opción más adecuada al concepto de desarrollo sostenible es la del ciclo cerrado avanzado, cuyas ventajas son múltiples: mejor aprovechamiento energético del material fisible; disminución del espacio necesario para el almacenamiento geológico profundo; y, reducción del período de radio-toxicidad.

Emisiones de gases efecto invernadero La tecnología nuclear ostenta uno de los menores niveles de generación de gases efecto invernadero, como puede apreciarse en la Figura 2 [WEC_04]. El cese de la operación de las centrales nucleares de los países de la OECD y su sustitución por las tecnología fósiles actualmente en operación añadiría 1,2·109 toneladas de CO2 a las emisiones anuales [NEA_02].

Dimensión económica La generación núcleo-eléctrica aumenta la diversidad técnica y de combustible y da lugar a la competitividad con fuentes alternativas en los mercados eléctricos. Estos hechos apuntan a la posibilidad de mejorar la eficacia y la eficiencia global de los sistemas energéticos, así como la seguridad en el suministro de energía.

Competitividad La competitividad económica ha de basarse en un análisis comparativo de los costes totales de cualquier tecnología de generación, incluyendo los sociales y los medioambientales. La mayoría 125


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Coste total de producción (€/kWh)

❘Figura 3❘ Desglose del coste de producción eléctrica (tasa de descuento 5%) Instalación Combustible O&M

30 25 20 15 10 5 0

Central nuclear

Ciclo combinado

de las plantas nucleares actuales son competitivas, tanto en mercados regulados como liberalizados, debido a que sus costes marginales de producción son bajos respecto al de cualquier combustible fósil alternativo. Esta característica alcanza un relieve singular dado que el coste de la energía nuclear internaliza costes externos, incluyendo aspectos sociales y medioambientales, como la seguridad, los seguros contra accidentes, el desmantelamiento de instalaciones y la gestión del combustible irradiado. Además, el coste del combustible nuclear representa un pequeño porcentaje del coste de la energía electro-nuclear. Este hecho hace que el coste nuclear sea predecible y dependa muy débilmente del precio de la materia prima, hechos que le otorgan gran estabilidad. La ❘Figura 3❘ muestra las contribuciones al coste total de producción de una central nuclear y una central de ciclo combinado de gas natural [FORO 03]. Los grandes costes de capital de las centrales nucleares suponen riesgos financieros, particularmente en mercados liberalizados, y hacen que su competitividad sea muy sensible a la tasa de descuento. Varias circunstancias podrían influir en buena medida a mejorar esta situación: la investigación en curso para reducir los costes de capital, la valoración medioambiental efectiva de aspectos tales como el cambio climático o la calidad del aire, y objetivos sociales tales como la diversidad y seguridad del suministro energético.

Dimensión social La dimensión social del desarrollo sostenible implica capital humano y social en valores tales como el conocimiento, las oportunidades de empleo, el bienestar social, la igualdad y la participación en decisiones sobre el presente y el futuro de la sociedad.

Proliferación armamentística El riesgo de proliferación nuclear es uno de los argumentos más esgrimidos contra el uso pacífico de la energía nuclear. Ha de destacarse que la mayoría de los países que han optado por poseer un arsenal nuclear, lo han desarrollado a través de instalaciones militares específicas, a menudo clandestinas, y no mediante material ligado al uso civil de la energía nuclear, que se haya sujeto a las salvaguardias internacionales de control de la Agencia Internacional de Energía Atómica. Es claro, por tanto, que la no proliferación es esencialmente un asunto político. No obstante, el diseño de futuros sistemas nucleares contempla como uno de sus objetivos evitar la generación de materiales atractivos para usos militares en cualquiera de las etapas del ciclo de combustible. Asimismo, es indispensable subrayar que la producción de armas nucleares es sustancialmente más viable por otros medios que a partir del combustible irradiado en un reactor convencional de producción núcleo-eléctrica. El contenido de material fisible en un combustible descargado del reactor es más 126


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de 90 veces inferior al necesario en tales dispositivos y, además, su separación del resto de compuestos es difícil, compleja y costosa.

Conocimiento La tecnología nuclear se basa en los grandes desarrollos científicos logrados en el siglo XX. El conocimiento científico y técnico, la experiencia industrial y el marco regulador desarrollado constituyen un capital humano y social que la presente generación legará a las futuras para la satisfacción de sus necesidades.

Participación social La extendida preocupación social sobre de los riesgos nucleares exige dos acciones: hacer llegar a la sociedad información veraz y fiable sobre esta tecnología y contar con el público en el proceso de toma de decisiones relacionadas con ella. La transparencia permitirá a la sociedad lograr una percepción correcta del binomio riesgo/beneficio de la generación núcleo-eléctrica. De este modo se evitarán situaciones paradójicas, como la dicotomía existente entre el excelente historial de seguridad de las centrales nucleares y su percepción social, y se permitirá una comparación equilibrada con otras tecnologías desde perspectivas diversas como el cambio climático o la escasez de recursos energéticos. Éstas y otras iniciativas están teniendo una repercusión positiva en los últimos tiempos. Los resultados del denominado euro-barómetro indican que actualmente existe el mismo porcentaje de apoyo que en contra de la energía nuclear (44% y 45%, respectivamente), mientras que en 2005 estas cifras eran 37% a favor y 55% en contra [EURO08].

Fusión nuclear Una reacción de fusión consiste en la unión de dos núcleos ligeros que da como producto un núcleo de mayor tamaño y partículas más ligeras como protones o neutrones [MART05]. La reducción de la masa total del sistema va acompañada de una gran liberación de energía en forma de energía cinética de los productos de la reacción. Para conseguir que los núcleos reaccionen, es necesario que se encuentren y que superen la repulsión electrostática. En las estrellas, alimentadas por la energía de fusión desde que nacen hasta que mueren, este problema se soluciona mediante altas temperaturas. El gas suficientemente caliente se convierte en un plasma, donde los electrones están completamente separados de los núcleos atómicos (iones), de manera que cuando estos últimos se encuentran, lo hacen con la suficiente energía como para fusionarse. Los núcleos, bajo estas condiciones, tenderían a dispersarse, lo que implica que apenas se encontrarían unos pocos. Surge así la importante idea de confinamiento: debe haber algún sistema que mantenga agrupadas las partículas durante el suficiente tiempo para que puedan encontrarse y reaccionar. En el sol, la enorme presión gravitatoria permite que las reacciones se produzcan aproximadamente a una temperatura de 15 millones de grados Celsius. A presiones mucho más bajas, se requieren temperaturas por encima de los 100 millones de grados Celsius mediante el tipo de reacción de fusión más sencilla que se puede producir en la Tierra: la de los isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio). En ella, se produce una partícula alfa (núcleo de helio) y un neutrón, teniendo en conjunto una energía cinética de 17,6 MeV (energía liberada). La partícula alfa recoge aproximadamente el 20% de la energía liberada, mientras que en el caso del neutrón se trata del 80%. D + T → 4He + n + 17,6 MeV Visto desde un punto de vista más tecnológico, en el llamado confinamiento magnético las partículas cargadas quedan atrapadas por líneas de campo magnético de modo que se establece una vasija magnética que mantiene al plasma suficientemente alejado de las paredes mientras se calienta el plasma fundamentalmente mediante sistemas de microondas. Existen dos conceptos según cómo se generen esos campos: Stellarator y Tokamak. Sin entrar en la diferencia entre ambos, ha de decirse que a pesar de su naturaleza pulsada y de que es más 127


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inestable durante la operación, el Tokamak ha sido el dispositivo que más éxito ha cosechado gracias a sus menores exigencias constructivas, habiéndose conseguido ya potencias de fusión de 16 MW en JET (Joint European Torus, Culham, UK). También un Tokamak será la máquina del proyecto de fusión más grande y ambicioso que existe en la actualidad: ITER. Iniciada ya en el año 2008 su construcción en Cadarache (sur de Francia), ITER será la primera instalación de fusión nuclear suficientemente grande como para estar en disposición de demostrar la viabilidad científica y tecnológica de este tipo de energía. Para lograrlo, colaboran activamente la Unión Europea (representada por EURATOM), Japón, la República Popular China, India, la República de Corea, la Federación Rusa y USA. Fundamentalmente consistirá en un Tokamak capaz de realizar pulsos largos (limitados por la saturación del solenoide central responsable de la inducción de la gran corriente que debe circular por el centro del plasma para que se establezca el confinamiento), con un plasma alongado y una configuración magnética con divertor. Está diseñado para que durante su operación nominal inductiva se produzca una potencia de fusión de 500 MW. Aunque hasta ahora todas las máquinas de fusión son experimentales, incluso ITER está destinado a serlo, la intención es que en unas pocas décadas se pueda construir un auténtico reactor de tipo Tokamak que pueda producir energía eléctrica. Es por ello que, después de todo, debe plantearse la sostenibilidad de esta fuente de energía. Así, se encuentra un gran atractivo en la enorme cantidad de energía liberada por cada reacción, significando esto que una pequeña masa de combustible lleva consigo una gran liberación de energía (según [SANC08], un gramo de D-T equivaldría a ocho toneladas de petróleo). No obstante, cabe preguntarse por la disponibilidad de los dos “ingredientes” necesarios. Mientras que el deuterio es abundante y fácilmente extraíble del agua (se estima que hay 33 gr por cada tonelada de agua [ONGE06]), el tritio es un isótopo radiactivo con un período de vida media de 12,3 años, lo que implica que no existe en cantidades apreciables en la naturaleza. La solución se encuentra en el litio gracias a las reacciones: 6

Li + n → 4He (2,05 MeV) + T (2,73 MeV)

7

Li + n → 4He + T + n - 2,47 MeV

Como el deuterio, el litio es muy abundante en la naturaleza, de manera que se puede situar un manto de litio alrededor de las paredes del reactor para que reaccione con los neutrones que vienen del plasma. Ese tritio sería recogido y separado del helio producido en la reacción D-T (el núcleo de helio tiene carga, por lo que queda atrapado en el campo magnético cediendo su energía al plasma hasta que se extrae de las inmediaciones del antes mencionado divertor, junto con otras partículas de deuterio y tritio no aprovechadas, dirigiendo todo ello al sistema de procesado de combustible) y en la reacción Li-n. La extracción de energía se realizaría mediante un intercambiador de calor situado en el mismo manto donde se sitúa el litio [SANC08]: los neutrones, al no ser atrapados por los campos magnéticos (no tienen carga), depositan su energía en el manto debido a su frenado, siendo esta recogida como calor en el intercambiador, para finalmente introducirlo en el conveniente ciclo de potencia. En definitiva, el reactor consumiría deuterio y litio (reservas del orden de las decenas de millones de años) y produciría electricidad y helio. Teniendo en cuenta el combustible y los productos de la reacción de fusión, se puede decir que es un reactor limpio, pues ni el deuterio, ni el litio, ni el helio son radiactivos y además no contaminan la atmósfera. Por otra parte el tritio es un isótopo fundamentalmente radiotóxico por inhalación e ingestión, por lo que precisa medidas de seguridad apropiadas que formarían un escudo biológico con el fin de aislar al reactor y no permitir escapes de tritio ❘ Figura 4❘. Como consecuencia, este se produciría y consumiría internamente. Así, aunque no hay que almacenar tritio, es importante mantener un continuo inventario de tritio en la máquina, teniendo en cuenta que se depositaría en ciertos componentes internos del reactor que podrían ser 128


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❘Figura 4❘ Esquema simplificado de reactor de fusión nuclear

reemplazados. Éstos además, aunque no sean ni combustible ni producto de reacción, habrán estado expuestos a alto flujo de neutrones, por lo que se habrán activado. Su radiación, debe ser tenida en cuenta a la hora de sustituirlos y almacenarlos adecuadamente durante los años que permanezcan activos. Se ve que en cualquier caso no existen deshechos radiactivos generados directamente, y que con los controles adecuados, tanto el tritio como los materiales activados no tienen por qué suponer un grave inconveniente. Analizada la seguridad de este tipo de reactores desde un punto de vista medioambiental (en cuanto a combustible y residuos), sólo queda preguntarse por el riesgo de un eventual accidente grave. En primer lugar, interesa notar que la cantidad de combustible contenido en el reactor en cada instante es suficiente sólo para mantener las reacciones durante unos pocos segundos, al contrario de los reactores de fisión. Por otra parte, las extremadamente complejas condiciones exigidas para mantener las reacciones hacen que ante cualquier fallo, estas simplemente se extinguen [SANC08] (no existe la reacción en cadena). Se dice, por lo tanto, que se trataría de instalaciones intrínsecamente seguras. Llegados a este punto, se está ya en disposición de analizar las virtudes de la fusión en cuanto a los aspectos económicos y sociales, ambos importantes al evaluar la posible sostenibilidad de esta energía. Desde una perspectiva económica, no resulta fácil hacer estimaciones de costes reales de unos sistemas que serán puestos en funcionamientos dentro de unas décadas. Sin embargo, estudios recientes [ONGE06] prevén que el alto coste de inversión debido a la complejidad de los sistemas, se verá compensado con el bajo coste del combustible (motivado por dos factores ya comentados: su abundancia y la poca cantidad necesaria para producir mucha energía). Por último, cabe concluir comentando los aspectos sociales, ya que estos se desprenden por sí solos de lo aquí comentado hasta ahora. Por una parte, las reacciones de fusión no van acompañadas de la producción de materiales físiles útiles para armamento nuclear, por lo que en principio, toda inversión en esta fuente de energía por parte de cualquier país sólo podría estar vinculada a intereses no militares. Además, la abundancia del combustible, clave una vez más, y su homogénea distribución por todo el mundo (se encuentra fundamentalmente en el agua), podría ayudar a eliminar las inestabilidades políticas, económicas y sociales que produce la fuerte dependencia del petróleo hoy día.

Conclusiones No existe mejor acreditación sobre el carácter sostenible de la energía nuclear de fisión que las manifestaciones de aquéllos que, conociendo sus aspectos más cuestionables, declaran abierta y 129


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contundentemente la necesidad de su contribución en una “cesta energética” sostenible para un futuro a corto y medio plazo. Tal es el caso de reconocidos ecologistas como James Lovelock [LOVE04] y Patrick Moore [MOOR05]. El análisis riguroso de aspectos tales como la durabilidad del recurso, los excelentes historiales en materia de seguridad y protección radiológica, o el estado actual de la tecnología disponible para la gestión del combustible irradiado (cuya optimización se está investigando), subrayan la madurez de la producción nuclear de energía y su continua mejora hacia estándares aún más ambiciosos en un futuro próximo. Es esta realidad, junto con el esfuerzo de los tecnólogos en explicarla, la que está provocando un cambio en la opinión pública, que en muchas partes del mundo ha comenzado a manifestar cambios esperanzadores a favor de esta tecnología. Tienen que ser consideraciones técnicas y no políticas las que, finalmente, decidan la contribución de esta forma de producción de energía en un país como España, cuyas importaciones en materia energética superan ya el 80% de los recursos consumidos. En lo referente a la energía de fusión, es evidente que aún le queda un largo recorrido de investigación antes de llegar a venderse el primer kWh. Sin embargo, sería sin duda una irresponsabilidad no insistir en su desarrollo con el convencimiento de que sólo es posible imaginar un futuro necesariamente sostenible, en el que además podría jugar un gran papel la fusión nuclear. |❚|

Referencias [ALON06] Alonso, A. La seguridad de las centrales nucleares españolas, ponencia de la sesión de clausura de la Mesa de Diálogo sobre la Energía, MITyC, 2006. [BIRR06] Birraux Cl. Relatif à la gestion des matières et des déchets radioactifs, Rapport 3003 de l’Assemblée Nationale, 2006. [BRUN87] Bruntland, G. (Ed). Our Common Future, The World Commission on Environment and Development, Oxford University Press, 1987. [COHE90] Cohen B.L. The Nuclear Option, Plenum Press, 1990. [EURO08] European Commission, Attitudes Towards Radioactive Waste, Special Eurobarometer 297, June 2008. [FORO03] Foro Nuclear, Coste de generación de la energía nucleoeléctrica, “El núcleo” 5, Junio 2003. [HERR08] Herranz L.E. Aproximación a la seguridad nuclear en las generaciones II, III y IV de Sistemas Nucleares, conferencia pronuncia en el Aula de Tecnologías Energéticas de la Escuela de Ingenieros Industriales ICAI, Abril 2008. [HIND06] Hinds D., Maslak C. Next-Generation Nuclear Energy: The ESBWR, “Nuclear News”, January 2006. [McCAR04] McCarthy M. James Lovelock: The Man Who Changed The World, “The Independent”, May 2004. [MATZ08] Matzie R.A. AP1000 Will Meet The Challenges Of Near-term Deployment, to be published in “Nuclear Engineering and Design”, 2008. [MCCL05] McCloskey M., Butlet J., Barber K. Comparisons Of AREVA’s EPR With a Conventional 4-Loop PWR, Transactions of the American Nuclear Society, 93, 118. [NEA_00] NEA (OECD Nuclear Energy Agency). Uranium 1999–Uranium Resources, Production and Demand, OECD, París 2000. [NEA_02] NEA (OECD Nuclear Energy Agency). Nuclear Energy and the Kyoto Protocol, ISBN 92-64-18486-4, 2002. [NEA_07] NEA (OECD Nuclear Energy Agency). Occupational exposures at Nuclear Power Plants: Fifteenth Annual Report of the ISOE Programme, OECD, ISBN 978-92-64-99010-4, 2007. 130


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[UNSC94] UNSCEAR. Ionising Radiation: Sources and Biological Effects, UNSCEAR, New York, US, 1994. [VALE99] Valentin J. Generic Reference Levels Of Existing Annual Dose For Intervention In Prolonged Exposure Situations, Annals of the ICRP, 29, 1-2, pp. 45-51, 1999. [WEC_04] World Energy Council. Comparison Of Energy Systems Using Life-Cycle Assessment, Special Report, 2004. [GOLD03] Goldston, R.J., Rutherford, P.H. Introduction to Plasma Physics, Institute of Physics Publishing, 2003. [MART05] Martín Solís J.R. Física de reactores de fusión, Apuntes del programa de doctorado de Plasmas y Fusión Nuclear, CIEMAT-UCM-UC3M, 2005. [ONGE06] Ongena, J., Van Oost, G. Energy for Future Centuries. Prospects For Fusion Power As a Future Energy Source, “Transactions of Fusion Science and Technology”, vol. 49, Febrero 2006. [SANC08] Sánchez J. Perspectivas de la energía nuclear de fusión como fuente sostenible, Simposio Internacional: Energía y Sostenibilidad, CIEMAT/Fundación Ramón Areces, Junio 2008.

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Capítulo 13. Contribución del hidrógeno a la sostenibilidad energética JOSÉ IGNACIO LINARES HURTADO BEATRIZ YOLANDA MORATILLA SORIA

Palabras clave Obtención de hidrógeno, pilas de combustible, economía del hidrógeno, análisis pozo-ruedas. Desde hace unos años el hidrógeno se plantea como una solución a la crisis energética actual, hablándose de la “economía del hidrógeno” frente a la actual “economía de los combustibles fósiles”. En este trabajo se analiza hasta qué punto es posible este cambio, así como cuales serían los principales cuellos de botella. El trabajo se articula en dos partes: producción y aplicaciones. En la producción se comienza analizando la intensa imbricación entre fuentes y tecnologías de generación de hidrógeno para dar luego un repaso a los principales procedimientos de almacenamiento finalizando con la infraestructura necesaria y aspectos legislativos. En la segunda parte de aplicaciones se pone el peso en las pilas de combustible, describiendo someramente su tipología, pasando luego a los sectores de uso: estacionario, transporte y portátil. Se hace un especial énfasis en el transporte, pues seguramente sea el de más proyección. Sobre él se explica el concepto de los estudios “pozo-ruedas” que analizan tanto el consumo energético como las emisiones de CO2 no sólo en el vehículo (aplicación final), sino desde el proceso productivo del hidrógeno, incluyendo su almacenamiento.

Introducción La crisis actual de los combustibles fósiles hace necesaria la búsqueda de nuevas alternativas energéticas. Una de las que se perfila con más futuro es el hidrógeno, llegándose a hablar de una “economía del hidrógeno” que reemplazará a la actual “economía de los combustibles fósiles”. Esto supondría que el desarrollo tecnológico descansaría sobre el hidrógeno y no sobre los combustibles fósiles como ocurre ahora. Tanto la Unión Europea como Estados Unidos y Japón apuestan firmemente por el hidrógeno debido a tres razones: elevada eficiencia energética, reducción de la dependencia energética y ausencia de emisiones de CO2. Para que esto pueda ser posible es preciso que el hidrógeno se pueda producir a partir de recursos autóctonos, o muy extendidos, de forma económica y medioambientalmente aceptable y que las tecnologías de uso final ganen una cuota de mercado significativa que les permita reducir sus precios. El hidrógeno no es un recurso energético, sino que ha de ser producido a partir de fuentes de energía. Afortunadamente tanto las fuentes como los procedimientos para producirlo son muy variados. Sin embargo, este paso intermedio de la producción se ha de tener en cuenta tanto en el balance económico como en el energético, pues puede ensombrecer considerablemente la elevada eficiencia de conversión de los dispositivos de uso final. Por otra parte, el hidrógeno es un elemento muy ligero, lo que dificulta su almacenamiento, debiendo de considerar en el balance global también los costes económicos y energéticos de dicho almacenamiento (energía para comprimirlo, licuarlo, …). Por último, como combustible que es, el hidrógeno está sujeto a una normativa de seguridad para su correcta manipulación. Desde el punto de vista de las aplicaciones, el hidrógeno puede utilizarse tanto en aplicaciones estacionarias (producción eléctrica y cogeneración), transporte (sin duda de las de más futuro, al permitir llevar a este sector energías como la eólica, carbón y nuclear) y aplicaciones 133


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portátiles. Todas estas aplicaciones mayoritariamente se llevan a cabo mediante pilas de combustible, aunque también es posible el aprovechamiento del hidrógeno mediante la combustión directa en motores alternativos y turbinas de gas. Para profundizar más se puede acudir a [LINA07] para formarse una visión global de los procesos de producción de hidrógeno y de sus aplicaciones, y a [LARM03] para profundizar en detalles sobre pilas de combustible.

Producción de hidrógeno En la actualidad ya se produce hidrógeno, fundamentalmente para la industria química. Si embargo, si se pretende alcanzar una “economía del hidrógeno” es preciso desarrollar procedimientos de producción masiva. Afortunadamente, tanto los procesos como los recursos para producir hidrógeno son muy variados. La Figura 1 resume las principales tecnologías para producir hidrógeno (en columnas), mostrando sobre qué fuentes energéticas se pueden aplicar. Se aprecia que a menudo varias fuentes pueden emplear la misma tecnología para su transformación. De la misma manera, una misma fuente energética puede ser aprovechada por diferentes tecnologías. Por otra parte, el hidrógeno puede obtenerse a partir del agua, rompiendo su molécula por acción de la electricidad (electrólisis), calor (termólisis), luz (fotoelectrólisis) y acción biológica (biofotólisis); también puede obtenerse el hidrógeno a partir de sólidos (carbón, biomasa o residuos) sobre los que se llevan a cabo transformaciones para obtener un gas de síntesis (CO y H2, fundamentalmente) que luego es transformado en H2 y CO2. En este caso es preciso aplicar técnicas de captura y almacenamiento de CO2 para garantizar la soste-

❘Figura 1❘ Fuentes y tecnologías para producir hidrógeno. Los cuadros coloreados representan la fuente sobre la que se aplican ciertas tecnologías. La letra “C” indica la necesidad de captura de CO2

Renovables

Fósiles Nuclear

C C

Fermentación

Reformado, pirólisis, gasificación

Fotoelectrólisis

Biofotólisis

Reducción de óxidos metálicos

Sólidos

Plasma

Eólica Biomasa Solar térmica con concentración Solar FV Luz solar Combustibles fósiles Nuclear Gen. II y III Nuclear Gen. IV

Ciclos termoquímicos

Fuentes y tecnologías

Electrólisis de alta temperatura

Electrólisis ambiente

Agua

C

C

C C Fuente: elaboración propia 134


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Contribución del hidrógeno a la sostenibilidad energética ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

nibilidad (si bien con la biomasa no sería preciso, si estas técnicas se aplican se tendrían emisiones de CO2 negativas). La energía solar puede ser aprovechada de forma inmediata mediante electrólisis fotovoltaica, si bien no es la tecnología más adecuada salvo para aplicaciones aisladas. La solar térmica de concentración comparte con la nuclear los procedimientos para producir hidrógeno, siendo la principal diferencia los costes previstos de producción, menores en el caso nuclear. Así, la energía solar puede recurrir a la termólisis del agua mediante ciclos termoquímicos y óxidos metálicos, a electrólisis de alta temperatura y a descarbonización de combustibles fósiles, requiriendo en este caso captura de CO2. Finalmente, la luz solar puede ser convertida en hidrógeno directamente mediante algas (biofotólisis) o semiconductores adecuados (fotoelectrólisis), si bien estas experiencias se encuentran aún a escala de laboratorio. La biomasa puede integrarse tanto en procedimientos químicos (gasificación y pirólisis), que son de tipo centralizado o en procesos biológicos (fermentación), de carácter descentralizado y más lento. Incluso pueden revalorizarse los residuos sólidos urbanos mediante su descomposición con antorchas de plasma, de modo que se produce un gas de síntesis y un inerte vitrificado. En cuanto a la energía eólica, puede ser empleada para producir hidrógeno a partir de electrólisis de baja temperatura. Si dicho hidrógeno se pretende integrar en la red eléctrica mediante una pila de combustible apenas se logra recuperar un 45% de la energía eléctrica producida por el generador eólico. En este sentido, es mucho mejor que el hidrógeno eólico se aplique a vehículos con pila de combustible, como se verá más adelante. Respecto a las energías fósiles el gas natural es una tecnología madura, siendo mayoritaria para la producción de hidrógeno actualmente. Sin duda es la tecnología que permitirá desarrollar la investigación de las aplicaciones del hidrógeno y que será sustituida necesariamente por otras formas de producción cuando las aplicaciones sean maduras y el mercado demande grandes cantidades de hidrógeno. En cuanto al carbón, es una opción muy interesante, sobre todo integrando la gasificación en ciclo combinado (GICC) y evidentemente con captura de CO2. Presenta un reducido coste de producción aunque demanda grandes inversiones (similares a una central nuclear de segunda generación) y es capaz de obtener tanto electricidad como hidrógeno. Por otra parte, el recurso presenta grandes reservas (aproximadamente 200 años), permitiendo así establecer una transición cómoda hacia nuevas fuentes y procedimientos. La energía nuclear entrará en la producción de hidrógeno a partir de la IV generación. Los reactores que la integran presentan como ventajas unas menores inversiones (1.000 a 1.500 $/kWe), mayor seguridad, menor producción de residuos y eliminación de la posibilidad de proliferación armamentística. Comparte con el carbón la posibilidad de llevar a cabo cogeneración (producción de hidrógeno y electricidad), presentando la ventaja de no requerir de sistemas de captura de CO2. Se puede implantar bajo diferentes procedimientos: electrólisis de alta temperatura, ciclos termoquímicos (especialmente SI) y reformado con vapor de agua de moderada temperatura. La ❘Tabla 1❘ recoge una estimación de los costes de producción según las fuentes y procedimientos, reflejando de alguna forma la secuenciación en cómo deberían de ir integrándose las diferentes fuentes/tecnologías para la producción de hidrógeno, ya que los costes más elevados se irán reduciendo a medida que madure la tecnología, indicando simplemente que esas opciones serán las que más tarde se integrarán en los procesos productivos. Se aprecia que el recurso más económico es el gas natural, seguido a corta distancia del carbón. La gasificación de la biomasa ocupa el segundo escalón, seguida de cerca por los ciclos termoquímicos activados por energía nuclear, siendo la opción más cara la activación de esos ciclos por energía solar. La ❘Tabla 1❘ deja patentes las elevadas incertidumbres a la hora de estimar el coste de producción en procesos actualmente en investigación, como aquellos que requieren captura de CO2 o están basados en IV generación. 135


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❘Tabla 1❘ Estimaciones de costes de producción de hidrógeno según tecnologías Tipo

Origen

Margen de costes de producción ($/MWh)

Centralizado Descentralizado Centralizado Centralizado Descentralizado Centralizado Centralizado Centralizado

Solar ciclo SI Electrólisis Nuclear ciclo SI Gasificación de biomasa Gas natural (no CCS) Carbón (CCS) Gas natural (CCS) Gas natural (no CCS)

92 ± 17% 69 ± 31% 54 ± 41% 51 ± 7% 45 ± 20% 33 ± 11% 27 ± 19% 24 ± 23% Fuente: IEA 2005, [GONZ06]

Almacenamiento de hidrógeno El hidrógeno es un elemento muy ligero, lo que supone que la energía que almacena por unidad de masa es muy elevada, mientras que la almacenada por unidad de volumen es muy baja. Esto representa un problema, especialmente en aplicaciones de transporte y de tipo portátil. La técnica más sencilla de almacenamiento es como hidrógeno comprimido, en fase gaseosa. En la actualidad se almacena a 200 bar, llegando los equipos avanzados a 700 bar. El consumo para lograr esas presiones es elevado, aunque no tanto como en el procedimiento de licuefacción. Así, a 200 bar se consume un 10% de la energía almacenada, mientras que a 700 bar un 15%. Hoy día es común trabajar a 350 bar en aplicaciones de transporte, recurriendo a depósitos de materiales compuestos. El hidrógeno líquido requiere temperaturas criogénicas a presión ambiente (-253ºC). A esas temperaturas la manipulación se complica, por lo que su uso está reservado hoy por hoy a fines industriales. Por otra parte, su consumo energético es muy elevado: el 30% de la energía contenida en el hidrógeno almacenado, aunque es el procedimiento que produce mayores densidades. Los hidruros metálicos son unos compuestos químicos que funcionan según el proceso de adsorción-desorción. Así, en la fase de adsorción el compuesto se carga de hidrógeno, para lo que disipa calor y reduce su temperatura. En la fase de desorción se suministra calor al compuesto y se produce la liberación del hidrógeno retenido, aumentando la temperatura. Si el calor aportado es de origen residual el consumo energético es del 13% de la energía química del hidrógeno. Aunque los hidruros en general son muy pesados este procedimiento presenta la ventaja respecto al hidrógeno comprimido de operar a presiones mucho más bajas, con lo que se reducen los riesgos. Dentro del nombre genérico de estructuras porosas se aglutinan varias tecnologías, como los nanotubos de carbono, que requieren también de temperaturas criogénicas (80 K), el carbón activado, los clatratos (2.000 bar y -24ºC) y ciertas estructuras nanoporosas de moléculas órgano-metálicas a temperatura ambiente. En general todas ellas son técnicas aún en proceso de investigación.

Infraestructura y seguridad Si se pretende que en el futuro la energía se asiente sobre la base de la “economía del hidrógeno”, es preciso crear una infraestructura de distribución de éste para poder abastecer las demandas de la sociedad. Hoy en día, está en discusión la logística más adecuada, planteándose diversas alternativas en función del uso final del hidrógeno. Así, el mercado masivo de vehículos privados 136


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podría recurrir a “hidrogeneras” que suministrasen hidrógeno presurizado, sirviéndolo licuado y encartuchado para motocicletas. Para aplicaciones estacionarias podría resultar rentable recurrir a canalizaciones, similares a las actuales de gas natural. Para aplicaciones de vehículos de mucho uso y en aviación el hidrógeno comprimido se podría servir en balas. Un mercado muy interesante es el de las aplicaciones portátiles, constituido por pequeños equipos electrónicos (radios, reproductores de MP3, ordenadores portátiles, PDAs, teléfonos móviles, …). En estas aplicaciones sería fundamental el desarrollo de pilas de combustible de metanol directo, de modo que en lugar de suministrar hidrógeno se cargase metanol, que sería empleado de forma directa por la pila, siendo el procedimiento de carga similar al de algunos mecheros actuales, o bien empleando cartuchos de metanol de “usar y tirar”. En la medida en que este tipo de pilas de combustible logre su penetración en el mercado pueden ser empleadas también en el transporte, resultando unas “hidrogeneras” muy similares a las actuales gasolineras, donde se repostaría metanol en fase líquida y condiciones ambiente. El hidrógeno no deja de ser un combustible, lo que supone que es preciso manejarlo con arreglo a unos ciertos protocolos y normas de seguridad. Eso no significa que sea extremadamente peligroso, sino que ha de tratarse con el mismo cuidado con el que se manipulan este tipo de productos. De hecho, al ser un elemento tan ligero, resulta especialmente seguro en espacios abiertos, pues la tendencia a fugarse hacia arriba resulta espectacular, alejando el posible incendio de la zona ocupada por las personas. Por otra parte, el régimen de uso previsto para el hidrógeno está muy lejos de las condiciones de concentración, presión y temperatura necesarias para entrar en régimen detonante. Los inconvenientes que presenta el hidrógeno están relacionados con su empleo en espacios cerrados, su compleja manipulación en fase líquida debido a la existencia de temperaturas criogénicas, su facilidad de fugas dado su pequeño tamaño molecular y su baja energía de activación.

Aplicaciones La energía química del hidrógeno puede transformarse de forma indirecta, a través de una combustión, o de forma directa, a través de un proceso electroquímico. En el primer caso los dispositivos de transformación pueden ser motores alternativos o turbinas de gas; en el segundo las pilas de combustible. El uso del hidrógeno en vehículos con motores alternativos no resulta atractivo en un sentido global, es decir, evaluando toda la energía consumida desde el pozo (recurso) hasta las ruedas (uso final), como se verá más adelante. Por este motivo, si bien ha sido una tecnología estudiada, hoy día está abandonada por los fabricantes de automóviles. En cuanto a su uso en turbinas de gas pasa por su empleo en mezclas de gases, cuya principal ventaja es la reducción de emisiones al permitir el empleo de mezclas pobres. El empleo exclusivo de hidrógeno como combustible no parece, con la tecnología actual, un camino viable; por el contrario, existe una amplia experiencia de turbinas de gas operando con mezclas de hasta el 40% de hidrógeno, especialmente en refinerías y plantas GICC. En una pila de combustible el aprovechamiento de la energía química del hidrógeno se realiza sin recurrir a un ciclo termodinámico, por lo que no está sujeta al límite de Carnot. La conversión de energía en una pila de combustible se realiza de forma electroquímica, de modo que el combustible se reduce en la superficie del ánodo, fluyendo los protones (H+) hacia el cátodo a través del electrolito, donde reaccionan con el comburente (oxidante) produciendo agua. Como parte de la reacción anódica se producen electrones, que a través de un circuito externo (carga) son suministrados al cátodo, dando lugar a la reacción catódica. El electrolito tiene como misión impedir el paso de los electrones y separar el combustible del comburente, de modo que la reacción de combustión se reemplaza por reacciones redox en los electrodos. Las pilas suelen clasificarse por el electrolito empleado. Así, las PEMFC utilizan una matriz polimérica conductora de protones; las AFC emplean un electrolito alcalino, de modo que son los grupos hidroxilos los que se trasladan por el electrolito; las PAFC recurren al ácido fosfórico; las MCFC utilizan una mezcla bifásica de carbonatos metálicos contenidos en una matriz cerámica porosa y finalmente las SOFC emplean un material cerámico (óxido sólido). Cada electrolito impone unas condiciones de operación (temperatura) esencialmente diferentes, dotando a las pilas de diferentes prestaciones. 137


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Las aplicaciones estacionarias de las pilas de combustible pasan por la generación distribuida y la cogeneración. Normalmente se destinan a este uso las pilas de alta temperatura (SOFC y MCFC), y se puede intensificar la producción eléctrica recurriendo a ciclos híbridos donde se acopla una pila con una microturbina de gas. En el sector residencial y terciario las pilas más extendidas son las PAFC [NREL03]. Las aplicaciones al transporte son una de las más interesantes de las pilas de combustible al permitir luchar de manera eficaz contra la emisión de gases de efecto invernadero, al menos los emitidos de forma directa por el propio vehículo. Desde el punto de vista tecnológico la mayoría de diseños pasa por PEMFC alimentadas con hidrógeno comprimido, si bien se estima que la solución de futuro serán las pilas de metanol directo DMFC, aunque hoy día requieren más nivel de desarrollo. Por lo que respecta al tren de potencia es posible un montaje “fullpower”, donde toda la potencia sale de la pila de combustible o los montajes híbridos (pila de combustible-batería), tanto en modalidades serie como paralelo. Para evaluar correctamente si los vehículos con pila de combustible suponen un ahorro de energía y de emisiones de CO2 es preciso analizar la cadena completa, desde la producción hasta el uso final. Este tipo de análisis se denomina de “pozo-ruedas”, pudiendo descomponerse en “pozo al tanque” y “tanque a la rueda”. La ❘ Figura 2❘ resume los resultados en [CONC04], desde el pozo a las ruedas tanto en consumo energético como en emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Si el hidrógeno se emplea en motores alternativos el consumo energético es máximo, siendo máximas además las emisiones de GEI si el hidrógeno procede de gas natural. Si el hidrógeno procede de gas natural y se emplea en una pila de combustible la situación es similar a la que se tiene con vehículos convencionales avanzados si el hidrógeno se suministra licuado, y algo mejor si se suministra comprimido. Por el contrario, si el hidrógeno que se emplea en la pila procede de renovables los resultados son óptimos: mínimo consumo de energía y emisiones nulas de GEI, independientemente de que el hidrógeno se suministre comprimido o licuado. Finalmente, la opción de motores alternativos alimentados con biocarburantes, si bien es excelente desde el punto de vista de las emisiones de GEI, presenta un consumo energético elevadísimo, muy cerca de la peor opción.

❘Figura 2❘ Análisis pozo-ruedas de diferentes tecnologías de tracción en vehículos (MEC: motor diésel; MEP: motor de encendido provocado; PC: pila de combustible; ID: inyección directa; CH2: hidrógeno comprimido; LH2: hidrógeno licuado)

Fuente: adaptado de [CON04]

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Los estudios comentados indican que los vehículos de pila de combustible presentan unas perspectivas de futuro excelentes, pero aún no están disponibles, ni mucho menos las infraestructuras necesarias. Por ello, antes de que llegue este tipo de vehículos, y como escenario de transición, se debe prestar atención a los vehículos híbridos (motor térmico-batería), que sí están disponibles hoy día y para los cuales las infraestructuras son las mismas que para los vehículos convencionales [GRANO06].

Conclusiones De los apartados anteriores se deduce que el hidrógeno puede contribuir a la sostenibilidad del modelo energético siempre que se produzca a partir de energías renovables o nucleares. En tanto se alcanza la madurez de estas tecnologías es posible recurrir a recursos fósiles, como el gas natural en un escenario inmediato o el carbón para un escenario a largo plazo (en ambos casos con tecnologías de captura de CO2). Esto hace que el hidrógeno sea una tecnología de largo recorrido, aplicable desde ahora y con una introducción gradual que permita atemperar los costes de producción, de manera que no frene el desarrollo económico. Como cualquier alternativa energética, el hidrógeno no está exento de inconvenientes, siendo preciso contabilizar todo el proceso productivo, desde su producción hasta su uso final, pasando por su almacenamiento. El hidrógeno puede plantearse para diversas aplicaciones energéticas. Así, en generación eléctrica se integraría en un esquema de cogeneración y generación distribuida, siendo ambas tecnologías muy adecuadas para el desarrollo sostenible. También será aplicable a soluciones portátiles, evitando los residuos de las actuales baterías y obteniendo mayores tasas de autonomía. Pero sin duda es en el transporte donde el hidrógeno está llamado a contribuir de forma más clara a la sostenibilidad al conseguir por una parte eliminar las emisiones en le punto de uso y además llevar al transporte energías primarias hasta ahora impensables en automóviles como el carbón, al eólica o la nuclear. De nuevo el desarrollo económico será posible realizando una transición a los vehículos con pila de combustible a partir de vehículos híbridos, maduros tecnológicamente en la actualidad y listos para su despliegue por parte de los principales fabricantes. En resumen, el hidrógeno puede contribuir al desarrollo sostenible si se produce de forma racional a partir de energías renovables, nuclear o carbón y se emplea integrando los procesos de forma adecuada a partir de estudios de ciclo de vida. En este desarrollo será preciso tener en cuenta la madurez tecnológica de las diferentes soluciones, de modo que la “economía del hidrógeno” se desarrolle con un escalado en el tiempo. De esta manera el hidrógeno permitirá dar una solución para las generaciones futuras sin poner en peligro el desarrollo económico de las presentes y habiendo sido respetuoso con el medio ambiente. |❚|

Referencias [CONC04] CONCAWE, EUCAR, JRC. Well-to-Wheel Analysis Of Future Automotive Fuels And Powertrains In The European Context, 2004. Puede hallarse en: http://ies.jrc.cec.eu.int/ fileadmin/Documentation/Reports/Emissions_and_Health/EUR_2006-2007/EUR_ 22342_EN.pdf [GONZ06] González, A. Ilusión y realidad del hidrógeno: la plataforma europea del hidrógeno. Aulas de conocimiento de la energía “Ciclo del Hidrógeno”, Club Español de la Energía, 14 de febrero de 2006. [GRANO06] Granovskii. M., Dincer, I., Rosen, M.A. Environmental Aspects Of Conventional, Hybrid, Electric And Hydrogen Fuel Cell Vehicles, Proceedings of ASME-ATI International Conference on Energy: production, distribution and conservation, Milan, Italy, May 14-17, 2006. [LARM03] Larminie, J., Dicks, A. Fuel Cell Systems Explained. John Wiley & Sons. Chichester. 2003. [LINA07] Linares, J.I., Moratilla, B.Y. El hidrógeno y la energía. Asociación de Ingenieros del ICAI y Universidad Pontificia Comillas. Madrid. 2007. [NREL03] NREL, Gas-Fired Distributed Energy Resource Technology Characterizations, NREL/TP-620-34783, November 2003. 139


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Capítulo 14. Contribución de la termodinámica a la sostenibilidad energética. Análisis exergético y cogeneración JOSÉ IGNACIO LINARES HURTADO MARÍA DEL MAR CLEDERA FEDERICO RAMÍREZ SANTA-PAU

Palabras clave Exergía, cogeneración, termodinámica, irreversibilidad, eficiencia energética. En estos tiempos de crisis energética no dejan de buscarse soluciones encaminadas a lograr un nivel suficiente de autoabastecimiento energético. Una de ellas es el ahorro y la eficiencia energética. Para mejorar la eficiencia de las instalaciones, la termodinámica brinda una herramienta excepcional: el análisis exergético. Este trabajo está dividido en dos partes: análisis exergético y cogeneración. En la primera parte se introduce el tema con un brevísimo recorrido histórico para pasar luego a obtener su formulación de forma “natural” a partir del ejemplo de una central térmica de producción de energía eléctrica. Una vez se han analizado las ventajas del análisis exergético sobre el convencional se plantea otro ejemplo: la integración de procesos en la producción de agua caliente para calefacción. La solución que brinda la exergía ante este problema sirve para introducir el concepto de cogeneración, del que se analizan sus principales ventajas y aplicaciones, haciendo hincapié en la necesidad de un marco económico que garantice su rentabilidad para poder explotar al máximo sus elevados potenciales de ahorro.

Introducción La sostenibilidad del modelo energético pasa por aprovechar al máximo los recursos disponibles. Para lograrlo es preciso que las instalaciones energéticas trabajen con la máxima eficiencia posible de modo que se pueda obtener un ahorro de energía primaria que contribuya a reducir la dependencia energética de los países, favoreciendo así el desarrollo y respetando el medioambiente al hacer más con menos. Para lograr que una instalación energética trabaje de la forma más eficiente, es preciso disponer de una herramienta que localice los funcionamientos poco eficientes y permita compararlos entre sí, de modo que se puedan tomar decisiones sobre las mejoras a aplicar. Esta herramienta la aporta la termodinámica a través de la exergía. La exergía permite identificar los puntos de mejora de una instalación energética de un modo real al tener en cuenta el mejor funcionamiento posible que se puede obtener en un sistema. Frecuentemente, estas mejoras pasan por llevar a cabo una correcta integración de los procesos térmicos. En esta sección se hará un recorrido por las posibilidades que brinda la exergía para mejorar los procesos energéticos, desembocando de manera natural en una de las soluciones a la integración de procesos: la cogeneración, tanto en sus variantes de ciclo de cabeza como de cola. 141


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Primer y Segundo Principio de la Termodinámica La palabra termodinámica procede etimológicamente de los términos griegos therme (calor) y dynamis (fuerza), lo que pone de manifiesto el origen de esta ciencia en el siglo XIX durante la Revolución Industrial, cuando se hacían denodados esfuerzos por mejorar las primitivas máquinas de vapor surgidas a partir de los motores atmosféricos de vapor de Savery en 1685 y de Newcomen en 1712. Es hacia 1850 cuando se formulan conjuntamente el Primer y Segundo Principios de la Termodinámica, a partir de los trabajos de Rankine, Clausius y Thomson (Lord Kelvin). Así, el término termodinámica es empleado por primera vez por Thomson en 1849, escribiendo Rankine el primer tratado sobre la materia en 1859 [ÇENG96]. Hoy en día, la termodinámica va más allá del estudio de la transformación del calor en trabajo, siendo aplicables sus conceptos a las transformaciones energéticas en general, llegándose al acuerdo de que la termodinámica es la ciencia de la energía, y la ingeniería térmica tiene que ver con el mejor uso de la energía disponible en los recursos [DINC01]. En cuanto a los contenidos, también está admitido que la termodinámica hoy día es fundamentalmente el Segundo Principio, dedicándose los mayores esfuerzos a su explicación y a la investigación sobre sus consecuencias. De hecho, es tal la complejidad del Segundo Principio que su formulación llevada a cabo por Carnot en 1824 [CARN24] pasó casi inadvertida para sus contemporáneos hasta que Clapeyron lo tradujo a gráficos y un lenguaje más claro 10 años más tarde [BEJA97]. El Primer Principio de la Termodinámica establece que en un sistema aislado, por ejemplo el Universo, la energía permanece constante. Eso significa que en todas las interacciones de un sistema con su entorno el balance neto de los intercambios de energía es nulo. Por tanto, el Primer Principio establece una metodología para contabilizar la energía intercambiada en las transformaciones energéticas, pudiendo hablarse de un “balance de energía”, resultado de una evaluación cuantitativa de la energía. Aparentemente el Primer Principio es muy poderoso, pero en cuanto se pretende obtener información de él salen a la luz sus limitaciones. La que más interesa en este análisis tiene que ver con su incapacidad para establecer límites a los procesos perfectos, como se va a mostrar seguidamente en un ejemplo. Supóngase una central térmica de carbón que opera según un ciclo de Rankine. La combustión del carbón produce unos humos que son enfriados en la caldera desde 1.850ºC hasta 350ºC para producir vapor. Este proceso de aporte de calor en la caldera se puede modelar por un foco térmico a temperatura Tc de 1.223 K, mientras que el ambiente, sumidero final del calor desechado, se puede representar por un foco a temperatura To de 298 K. El balance energético de esta instalación lo da la ecuación (1) donde Qc es el calor aportado por el carbón, Qo el desechado al ambiente y W en trabajo neto producido por la central. Asumiendo un rendimiento para la central del 38% y una potencia de 500 MWe resulta que el calor aportado por el combustible es de 1.316 MW, de los que 816 se disipan hacia el ambiente, como se ilustra en la Figura 1a. El Primer Principio tan sólo establece el reparto de la energía del combustible. Si la ecuación (1) se expresa en términos relativos se llega a la (2), donde se pueden identificar unas pérdidas al ambiente del 62% de la energía primaria. Qc = W + Qo

(1)

Qo 1 = η + ––– Qc

(2)

Visto de este modo, el Primer Principio detecta unas pérdidas al ambiente que aparentemente podrían ser reducidas, lo que permitiría alcanzar el 100% de rendimiento. De hecho, si se anula el calor disipado al ambiente, el Primer Principio seguiría cumpliéndose, resultando que todo el calor del combustible se podría convertir en trabajo. Es ahí donde entra en juego el Segundo Principio de la Termodinámica, cuya misión es calificar la energía desde el punto de vista cualitativo. A la luz del Segundo Principio las diferentes formas de energía no presentan el mismo valor. Así, el trabajo es íntegramente convertible en calor (por ejemplo mediante efecto Joule), pero sólo una parte del calor es convertible en trabajo. Precisamente la parte del calor que, como máximo, puede convertirse en trabajo mediante un ciclo termodinámico viene determinada por el llamado 142


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Contribución de la termodinámica a la sostenibilidad energética ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

factor o rendimiento de Carnot, que establece que el máximo trabajo que se podría obtener en la central del ejemplo sería el dado por la ecuación (3).

共

兲

To Wmax = 1 – ––– Qc Tc

(3)

La ecuación (3) es una consecuencia del Segundo Principio, que emplea la entropía como variable para formularlo. Así, el balance de entropía en el ejemplo de la central resultaría en la ecuación (4), que pone de manifiesto que la entropía no se conserva, sino que existe una generación de la misma (Sgen) debida a las irreversibilidades del proceso. Qo Qc ––– + Sgen= ––– To Tc

(4)

En efecto, eliminando el calor disipado al ambiente entre las ecuaciones (4) y (1) se llega a la ecuación (5), según la cual, para maximizar el trabajo que se podría obtener a partir del combustible es preciso evitar la producción de entropía, lo que supone eliminar las irreversibilidades tanto internas como externas al ciclo. En términos relativos la ecuación (5) se expresa como la (6) donde se ve que el rendimiento real de la central proviene del máximo posible (el de Carnot) una vez se le ha restado una cantidad proporcional a la producción de entropía.

共

兲

To W = 1 – ––– Qc – To Sgen (5) Tc Sgen η = ηmax – To –––– Qc

(6)

Es decir, el Segundo Principio pone un límite a las mejoras a introducir en la central térmica, indicando que en el mejor de los casos (Sgen = 0) el rendimiento no sobrepasaría el de Carnot, con lo que el trabajo máximo sería el dado por la ecuación (3), unos 995 MW en el ejemplo. De este modo, la central como mínimo habrá de disipar 321 MW, es decir, el 24% de la energía primaria.

Exergía El análisis del Segundo Principio permite establecer los límites al funcionamiento de los sistemas energéticos, pero lo hace de una manera en general compleja, resultando a menudo difícil interpretar sus resultados, ya que las irreversibilidades se expresan en unidades de entropía y no de energía. Así, en el ejemplo de la central las irreversibilidades provocan una generación de entropía de 1.662 kW/K, lo que resulta complicado de comparar en términos energéticos. Para solventar estas dificultades se ha desarrollado una herramienta, la exergía, que no es más que una combinación del Primer y Segundo Principio y que por tanto no introduce restricciones adicionales pero sí facilita la interpretación física. El término exergía procede del latín ex (desde) y del griego ergon (trabajo). Este sentido etimológico pone de manifiesto que la exergía representa el “trabajo potencial”, o más exactamente el máximo trabajo útil que se puede extraer de un sistema que evoluciona hasta quedar en equilibrio con el ambiente, intercambiando calor a lo sumo sólo con él. Este concepto parece contradecir a los libros elementales de Física que suelen definir la energía como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo. Para que esa definición de energía sea correcta es preciso que se especifique que el proceso ha de transcurrir sin intercambio de calor; además, ese trabajo obtenido a partir de la energía no es necesariamente el máximo trabajo útil que se puede obtener del sistema. Así, es la exergía y no la energía la que identifica el máximo trabajo útil que se puede obtener de un sistema. Fue Rant en 1956 quien empleó por primera vez el término “exergía” [RANT56]. Términos equivalentes son “disponibilidad” y “energía utilizable”. Se sale del alcance de esta sección definir todas las ecuaciones relativas a la exergía, que pueden consultarse en cualquier texto de Termodinámica, como [ÇENG96]. Sin embargo, sí pueden mostrarse a partir del ejemplo de la central térmica algunas de las ventajas del análisis exergético. Para 143


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este ejemplo puede comprobarse nuevamente el proceso de obtención de la ecuación (5), verificando que basta con multiplicar la ecuación (4) por To y restársela a la (1), es decir, que el balance exergético se forma mediante una combinación lineal del Primer Principio, ecuación (1), y del Segundo, ecuación (4). La ecuación (5) se puede reordenar como la (7), que expresa que la exergía del calor suministrada a la central se aplica a producir el efecto deseado (el trabajo), junto con unas pérdidas (la exergía del calor disipado al ambiente) y una destrucción de exergía (la asociada con las irreversibilidades y expresada mediante la generación de entropía).

共

兲

共

兲

To To 1 – ––– Qc = W + 1 – ––– Qo + To Sgen Tc Tc

(7)

El balance exergético dado por al ecuación (7) pone de manifiesto que las diferentes formas de transferir energía no son equivalentes. Así, cada cantidad de calor va afectada por el factor de Carnot, expresado en función de la temperatura a la que aquélla se transfiere, lo que provoca que la exergía del calor cedido al ambiente sea nula. Es decir, un calor transferido a baja temperatura presenta muy poca exergía (poca capacidad para producir trabajo, poco valor). Esto quiere decir que los 816 MW disipados al ambiente en la central del ejemplo carecen de valor en sentido exergético y por tanto no merece la pena actuar sobre ellos. De este modo, el análisis exergético no pone la atención sobre el calor disipado al ambiente, que carece de valor, sino sobre la generación de entropía, que adquiere un valor energético al multiplicarla por la temperatura ambiente, resultando 495 MW en el caso de la central. La ecuación (7), en términos relativos, ecuación (8), revela la importancia de la exergía destruida (I) y las posibles pérdidas (L) en su contribución a la eficiencia exergética (ε), que se define de forma genérica como el cociente entre el producto obtenido (W en este caso) y el recurso aportado (F, la exergía del calor obtenido en la combustión del carbón en el ejemplo). La Figura 1b muestra el análisis exergético de la central térmica tomada como ejemplo. L I I L 1 = ε + –– + –– = <==> ε = 1 – –– – –– F F F F

(8)

Por tanto, para aumentar la eficiencia exergética ␴erá preciso reducir la generación de entropía actuando sobre los equipos de la instalación y los procesos de transferencia de calor y reducir las pérdidas de calor al ambiente, por ejemplo condensando a una temperatura que resulte útil para producir agua caliente que sea aprovechable, como se hace en los sistemas de cogeneración que se verán más adelante. La eficiencia exergética integra en sí misma las limitaciones impuestas por el Segundo Principio, haciéndolo mucho más intuitivo. De este modo, en el caso de la central resulta la ecuación (9) que indica que el valor máximo de la eficiencia exergética siempre sería el 100%, en contraposición con el rendimiento energético cuyo máximo siempre sería el rendimiento de Carnot. De esta manera, los rendimientos dados por esta eficiencia resultan más intuitivos. Así, en el caso de la central resulta una eficiencia exergética del 50%, indicando que el trabajo de la misma sólo podría verse incrementado en 495 MW, y no en los 816 MW que aparentemente indicaría el Primer Principio en su balance. W η ε = ––––––––––– = –––– To ηmax 1 – ––– Qc Tc

共

兲

(9)

Integración de procesos El análisis exergético no sólo tiene aplicación a procesos en los que se produzca trabajo, sino que permite calificar la calidad de los procesos con carácter general, como aquellos en los que se requiere una transferencia de calor a una cierta temperatura, por ejemplo para producir agua caliente para calefacción a 90ºC. Una solución para producir ese agua caliente suele ser recurrir a calderas de combustible fósil, que pueden producir unos humos a 900ºC y que son enfriados hasta 110ºC en el proceso de calentamiento del agua. El rendimiento de estas calderas suele ser elevado, en torno al 144


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❘Figura 1❘ Análisis energético y exergético de una central térmica para producción de energía eléctrica 1.223 K 1.316 MW

1.223 K 995 MW

Central eléctrica de carbón

Central eléctrica de carbón 495 MW (exergía destruida)

500 MW (electricidad)

816 MW 298 K

500 MW (electricidad)

0 MW 298 K

(a) Análisis energético

(b) Análisis exergético

95%, tal como se ilustra en la ❘Figura 2a❘. Ese rendimiento tan elevado sería indicativo de un proceso muy eficiente. Sin embargo, cuando se aplica el análisis exergético la situación se torna diferente, como se muestra en la ❘Figura 2b❘. El análisis exergético de la producción de agua caliente a una temperatura de uso Tu a partir de un foco a Tc, con unas pérdidas de calor al ambiente aparece en la ecuación (10). Con las cifras dadas para la caldera resulta una eficiencia exergética del 29%, lo que indica que el proceso es manifiestamente mejorable.

共共

兲兲

共共

兲兲

To To 1 – ––– Qu 1 – ––– To To To Tu Tu 1 – ––– Qc = 1 – ––– Qo + 1 – ––– Qu + I ⇒ ε = –––––––––––– = ––––––––– η Tc To Tu To To 1 – ––– Qc 1 – ––– Tc Tc

共

兲共

兲共

兲

(10)

Como se deduce de la ecuación (10), la eficiencia exergética se aproxima al rendimiento energético en la medida en que la temperatura a la que se suministra el calor se aproxima a la de uso de éste. Para conseguirlo se pueden seguir dos estrategias: la cogeneración y el aprovechamiento de calores residuales. Con la cogeneración se emplearía un ciclo termodinámico que tomase el calor de alta

41 kW

(a) Análisis energético

(b) Análisis exergético

17 kW

ε = 29%

90ºC

Caldera calef.

η = 95%

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58 kW

900ºC

90ºC

Caldera calef.

95 kW

100 kW

900ºC

5 kW

❘Figura 2❘ Análisis energético y exergético de la producción de agua para calefacción mediante una caldera

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❘Figura 3❘ Aplicación de la cogeneración para producir agua caliente de calefacción

200 kW

1.227ºC

20 kW

5 kW

100 kW

Motor

CR

95 kW 80 kW

90ºC

ε = 58%

η = 88%

temperatura y lo transformase en trabajo, cediendo el calor a un foco de temperatura adecuada (la de uso), para que la exergía de dicho calor fuese la requerida para la calefacción, tal como se ilustra en la ❘Figura 3❘; el aprovechamiento de los calores residuales supondría disponer de un calor a la temperatura de uso, procedente por ejemplo de los humos de combustión de un horno industrial que saliesen aún a una temperatura adecuada para su uso en calefacción. En esta situación se ha visto como nuevamente la información dada por el balance energético podía llevar a concusiones erróneas, mientras que el análisis exergético valora mejor el proceso, detectando la integración de procesos más favorable que contribuya a un mejor aprovechamiento de los recursos. Es de destacar que la exergía, con su aparente complicación, resulta un concepto que inadvertida e instintivamente se ha venido usando desde hace tiempo. Así, no son pocos los libros e incluso las leyes [BOE_81] que plantean soluciones para la “conservación de la energía”, cuando el Primer Principio ya garantiza tal conservación. Lo que realmente abordan esos textos es la conservación de la exergía, que es destruida en los procesos reales, de manera que en la medida en que el proceso se perfeccione la destrucción de exergía será menor y por tanto se tenderá hacia la conservación de la exergía (eficiencia exergética del 100%).

Cogeneración Como se ha visto, la cogeneración surge de forma natural como solución a la integración de procesos. En el ejemplo de la caldera de calefacción, si se intercala un ciclo de potencia entre el foco equivalente a la caldera y la temperatura de uso la eficiencia exergética dada por la ecuación (10) pasaría a ser la expresada por la (11), que podría alcanzar el máximo ideal del 100% y que en la práctica usando un ciclo combinado que tomase el calor de un foco a 1.500 K, convirtiese en electricidad el 40% de la energía primaria y en calor útil otro tanto, y tuviese un rendimiento del 95% en la caldera de recuperación superaría el 58% de eficiencia exergética, el doble de la obtenida inicialmente con la caldera convencional.

共

兲

To W + Qu 1 – ––– Tu ε = –––––––––––––––– ≤ 100% To Qu 1 – ––– Tc

共

兲

(11)

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La cogeneración, o como más modernamente se habla, la poligeneración, es la producción de energía eléctrica (o trabajo) conjunta con otras formas de energía a partir de una única fuente de energía primaria. Estas otras formas son, mayoritariamente, energía térmica (calor o frío), pero también pueden ser energía mecánica, aire comprimido… Desde el punto de vista de nomenclatura es común la designación de “cogeneración” para la producción simultánea de electricidad y calor y “trigeneración” para la producción de electricidad, calor y frío. Puede hablarse de “cuatrigeneración” si también se aprovecha el CO2 (por ejemplo para nutrir las plantas de un invernadero), etc. Según el lugar de donde se extraiga la energía térmica puede hablarse de “ciclos de cabeza” o “ciclos de cola”. En los primeros la energía térmica se toma de los calores residuales de los dispositivos encargados de producir la energía eléctrica (sería el ejemplo de la caldera de calefacción explicado previamente); en los segundos la energía térmica constituye el primer uso de la energía primaria, siendo sus calores residuales los que activan el equipo encargado de producir la energía eléctrica (por ejemplo, el empleo de los humos de un horno para activar un ciclo de potencia). La cogeneración supone un ahorro de energía primaria en la medida en que resulta más eficiente la producción simultánea de calor y electricidad en vez de producirlas de manera separada. En este sentido se reduce la dependencia energética, así como las emisiones por unidad de energía producida. Por otra parte, la forma natural de operar la cogeneración es en régimen de generación distribuida, donde los distintos cogeneradores se conectan a una red, de manera que se acerca la generación al usuario, lo que permite descongestionar las redes de transporte eléctrico y reducir sus pérdidas. Desde un punto de vista económico, la cogeneración requiere un análisis de viabilidad que considere el período de retorno en el que se recupera la inversión adicional considerando los ingresos netos en electricidad, el incremento en el consumo de combustible y los nuevos gastos en personal de operación y mantenimiento. Por otra parte, la cogeneración requiere de un marco legal específico (el llamado Régimen Especial en España) que facilite los contratos de compraventa de energía eléctrica y una cierta rentabilidad al inversor. En este sentido, tras el despertar de la cogeneración en España en los años 90, con importantes tasas de crecimiento, se produjo un estancamiento en la instalación de nuevas unidades y en la operación de las existentes desde el año 2000 debido a que el incremento de los precios del combustible truncaba la rentabilidad de las instalaciones. Afortunadamente España se ha dado cuenta de que la cogeneración es una medida muy potente de eficiencia energética y a partir de 2007, con la entrada en vigor del RD 661/2007 [RE__07], se lleva a cabo una actualización automática de las tarifas y primas según la inflación y el precio del combustible. Este tipo de medidas, junto con otras similares [LINA08], son las que permitirán despertar el mercado para que el país se beneficie de esta forma de integración de procesos. Desde el punto de vista de las tecnologías, existen tecnologías probadas para el sector industrial y gran terciario basadas en motores alternativos, turbinas de gas, de vapor y ciclos combinados [EPA_02]. Para la producción de frío (trigeneración) se recurre a máquinas da absorción que transforman en frío el calor procedente de los motores. Desde hace unos años se vienen desarrollando pequeñas unidades, por debajo de 1.000 kWe, para la llamada cogeneración de pequeña escala, e incluso por debajo de 50 kWe para la denominada micro-cogeneración [LINA08]. Tales unidades son pequeños motores alternativos, microturbinas de gas, motores Stirling e incluso pilas de combustible, encontrándose ya opciones comerciales de todos ellos. Estas pequeñas unidades se destinan al sector terciario de tamaño pequeño e incluso al sector residencial. En cuanto al potencial de la cogeneración, el IDAE estima que para 2020 será de 27.291 MWe, correspondiendo aproximadamente la tercera parte al sector residencial y terciario. En el año 2004 la cogeneración sólo había penetrado un 3% de su potencial en el sector residencial y terciario, siendo la penetración media de todos los sectores del 32% [LINA08]. Esto indica que aún es posible desarrollar la cogeneración en España, y que debería tener un especial desarrollo en el sector residencial y terciario, para lo que es preciso desarrollar nuevas formas de calcular, considerando sistemas de almacenamiento térmico y estimación horaria de demandas, que por otra parte ya exige el nuevo Reglamento de las Instalaciones Térmicas en Edificios [RITE07]. Además, el desarrollo de la cogeneración en estos sectores requiere de las empresas de servicios energéticos (ESCOS), que ya comienzan a operar, y que tendrán un papel decisivo como instaladores, gestores y mantenedores de las instalaciones de cogeneración en sectores no industriales. 147


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Conclusiones De lo visto en los apartados anteriores se desprende que la termodinámica, con el enfoque dado en las escuelas de ingeniería a través de lo que se ha venido en denominar “ingeniería térmica”, reclama su papel como disciplina capaz de contribuir al desarrollo sostenible en la medida en que aporta una herramienta, el análisis exergético, que permite optimizar el uso de los recursos para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad. Esto debería asegurar el futuro de la termodinámica en la formación de cualquier ingeniero, contribuyendo de manera cuantitativa y objetiva a la formación de su conciencia en el desarrollo sostenible. A un nivel más tecnológico-empresarial, la aplicación del análisis exergético conduce a la cogeneración como una forma de lograr una adecuada integración de procesos, consiguiendo ahorros de energía primaria y reducción de emisiones, además de ventajas derivadas de su esquema de producción en generación distribuida. Para que un país pueda sacar partido de esta tecnología es preciso, hoy por hoy, contar con un marco regulatorio adecuado que garantice la rentabilidad de los inversores y que aplique unas primas acordes con los beneficios medioambientales y de sostenibilidad de esta tecnología. |❚|

Referencias [BEJA97] Bejan, A. Advanced Engineering Thermodynamics, John Wiley & Sons, New York, 1997. [BOE_81] Ley 82/1980, de 30 de diciembre, sobre conservación de la energía. Boletín Oficial del Estado de 27 de enero de 1981, Núm. 23, pág. 1863 a 1866. [CARN24] Carnot, S. Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a développer cette puissance. Bachelier, París, 1824. [ÇENG96] Çengel, Y.A., Boles, M. A. Termodinámica. McGraw-Hill, México, 1996. [DINC01] Dincer, I., Çengel, Y.A. Energy, Entropy And Exergy Concepts And Their Roles In Thermal Engineering, Entropy, vol. 3, pp. 116-149. 2001. [EPA_02] Environmental Protection Agency (EPA), Catalogue Of CHP Technologies, 2002. [LINA08] Linares, J.I., Moratilla, B.Y. (Coords.). Eficiencia energética en la edificación. Universidad Pontificia Comillas e Instituto de la Ingeniería de España, Madrid, 2008. [RANT56] Rant, Z. Exergie, ein neues Wort für technische Arbeitsfähigkeit, Forsch, Ingenieurwes. Vol. 22, 36-37. 1956. [RE__07] RD 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial. Boletín Oficial del Estado, núm. 126, 22846 a 22886, 26.5.2007. [RITE07] Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (RITE). RD 1027/2007, de 20 de julio.

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Capítulo 15. Ahorro y eficiencia energética BEATRIZ YOLANDA MORATILLA SORIA JULIO MONTES PONCE DE LEÓN ESTEFANÍA ARBÓS RIVERA ÍÑIGO SANZ FERNÁNDEZ

Palabras clave Ahorro energético, eficiencia energética, cogeneración, ciclos combinados, ciclos combinados con gasificación integrada, intermodalidad, congestión. El consumo creciente de energía que se constata en las estadísticas existentes podría y tendría que ser frenado mediante una política de ahorro energético y una mayor eficiencia en la utilización de los recursos. Estas medidas tienen que ser adoptadas de forma individualizada en cada uno de los principales sectores responsables del consumo energético: transporte, edificación e industria incluyendo la generación de electricidad. En este capítulo se resumen los temas más significativos en relación con el ahorro y la eficiencia energética en los mencionados sectores.

Introducción El crecimiento económico experimentado en los últimos años por los países desarrollados ha ido acompañado de un aumento paralelo del consumo energético basado fundamentalmente en la utilización de recursos naturales fósiles. Esto ha supuesto, por una parte, un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y por otra su posible agotamiento en un plazo más o menos largo. Es necesario romper el paralelismo entre el crecimiento económico y el consumo energético, tratando de que la población no tenga que renunciar a las cotas de bienestar alcanzadas. La Cumbre del Milenio de las Naciones Unidas del año 2000 estableció ocho objetivos de desarrollo del Milenio (OMDs) cuyo cumplimiento necesita la disponibilidad de energía para satisfacer las necesidades básicas y lograr un nivel de vida digno en zonas no desarrolladas. Consecuentemente la demanda de energía puede experimentar en un futuro un crecimiento importante en zonas del planeta que hasta ahora no necesitaban grandes recursos energéticos, lo que agudiza el problema de la escasez de recursos. Las fuentes energéticas alternativas presentadas en otros capítulos de este Tema II, pueden contribuir positivamente a paliar la demanda de recursos que el planeta necesitaría en un plazo más o menos próximo. Pero son precisas otras soluciones para remediar este problema. La eficiencia y el ahorro energético, con medidas que permitan disminuir la relación entre el consumo de energía y el crecimiento económico, son una opción óptima para reducir simultáneamente las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la sostenibilidad del modelo energético. Las estrategias que se pueden aplicar dependen de cada sector consumidor o productor concreto, y son de naturaleza muy diversa: introducción de nuevas tecnologías o modificación de las existentes, correcto diseño de sistemas de precios de energía, aprobación de normas técnicas y estándares de eficiencia en aparatos y edificios vigilando su cumplimiento, auditorías energéticas, campañas de concienciación, etc. 149


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Los objetivos de las estrategias de eficiencia y ahorro energético pueden presentar hasta cuatro vertientes diferentes: ❙ Emplear dispositivos de uso final del mayor rendimiento posible. ❙ Transformar la energía con una eficiencia total superior, si fuera posible, a la que se obtendría por la simple aplicación del principio de Carnot. ❙ Evitar la disipación no controlada de la energía utilizada. ❙ Conseguir que la demanda sea lo más elástica y gestionable posible (objetivo especialmente vinculado al sector eléctrico). Los sectores susceptibles de conseguir una mayor eficiencia y ahorro energético pueden ser, por su importancia en el consumo, la edificación, el transporte y el industrial incluyendo la producción de electricidad. En ellos se va a centrar el desarrollo de este capítulo.

Sector de la edificación El consumo de energía en los edificios comerciales y residenciales representa una fracción muy importante del balance energético de un país. La climatización, iluminación y equipos eléctricos y electrónicos son los responsables de este consumo. La Figura 1 indica la distribución de consumo energético en el sector de la edificación en los países de la OCDE [OCDE 08]. Más del 50% se invierte en climatización, alrededor del 20% en agua caliente sanitaria, una cantidad equivalente en equipos electrónicos y eléctricos y solamente un 5% en iluminación. Estos porcentajes señalan dónde se puede incidir para conseguir un ahorro y una eficiencia energética en los edificios. Los edificios se proyectan y construyen para varias décadas. Las consideraciones sobre su eficiencia energética adoptadas en la fase de diseño son más importantes, y posiblemente menos onerosas, que las que se puedan realizar una vez finalizada la construcción. Existen diversas barreras que obstaculizan la consecución de edificios nuevos energéticamente eficientes. Una de las más importantes es la de considerar este tema como secundario frente al resto de los problemas de la construcción, tales como costo de las obras, terminaciones, distribución de servicios, etc. La factura energética que se deba satisfacer durante la ocupación de la vivienda y la amortización de los equipos relacionados con este tema son considerados (erróneamente) temas menores y de largo plazo, frente al coste total de la edificación. El ahorro y la eficiencia energética “no se ven” en el momento de adquirir y ocupar la vivienda. Es difícil

EJ

❘Figura 1❘ Evolución del consumo energético en el sector residencial

16 Climatización 14 12 10 8 Equipos eléctricos 6 y electrónicos 4 ACS 2 Iluminación Cocinado 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Climatización

Equipos eléctricos y electrónicos

ACS

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Iluminación

100% 80% 59%

54%

15%

20%

18%

17%

4% 4%

5% 4%

60% 40% 20% 0% 1990 Cocinado

2004 Fuente: [OCDE 08]

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Ahorro y eficiencia energética ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

encontrar en el pliego de calidades de una vivienda su cumplimiento con la normativa energética existente. Sin embargo puede contribuir a crear un modelo energético más sostenible beneficiando a la sociedad. Las autoridades internacionales y nacionales, conscientes de las necesidades de aumentar la eficiencia y ahorro energético, han promovido códigos y estándares para la edificación. La Directiva de la Unión Europea sobre consideraciones energéticas en edificios aborda este tema y recomienda que sea efectivo desde enero de 2006. Adicionalmente, impulsa un plan de acción para un código de la edificación que incorpore estándares que puedan actualizar las normas ISO. En el Tema III se analizan con más detalle las necesidades energéticas de la vivienda y las condiciones generales de ahorro y eficiencia energéticos, así como la normativa existente para el ahorro de energía en la edificación, Se puede tener la confianza de que las nuevas edificaciones pueden mejorar energéticamente si se vigila de forma efectiva el cumplimiento de los códigos y normas vigentes, capacitando a profesionales para mejorar los diseños y comprobar el efectivo cumplimiento de la normativa. La dificultad puede surgir cuando se pregunta por el margen de ahorro y eficiencia energética de las construcciones terminadas hace algunos años, cuando no existían los códigos de edificación actuales o la observancia de su cumplimiento era muy lenitiva. Esta situación corresponde a un porcentaje muy elevado de los edificios existentes en cualquier ciudad. Según los valores estimados en la referencia de la OCDE citada anteriormente, se podría lograr una reducción del 50% de las emisiones de CO2, introduciendo medidas correctoras, tales como mejora del aislamiento térmico de la edificación, renovación del sistema de climatización con la introducción de fuentes alternativas de energía, disminución de la irradiación solar en verano y potenciación en invierno. El potencial de reducción existe, el problema es la financiación de la inversión necesaria para realizarlo y la concienciación de la población, así como la reducción de las barreras que dificultan la puesta en acción de estas iniciativas. Es imprescindible que las autoridades tomen conciencia del problema y lo pongan en práctica con sistemas de subvenciones, por ejemplo equivalentes a los que se han utilizado para promover las energías renovables. Las campañas de concienciación de la ciudadanía para estimular el ahorro energético deben venir acompañadas de medidas económicas para que se realice.

Sector transporte Problemática Según las estadísticas de la OECD [OECD08] el consumo energético en el sector del transporte aumentó un 37% desde 1990 a 2005, alcanzando la cifra de 75 EJ1 a nivel mundial, lo que representó un incremento de las emisiones de CO2 hasta alcanzar un valor de 5,3 GT. El transporte por carretera, de mercancías y de personas, es responsable del 89% de este consumo. El de personas, en un grupo de 18 países indicados en la referencia, consumió 30 EJ, mientras que el transporte de mercancías sólo es de 13 EJ. El ahorro y la eficiencia energética en el sector del transporte tiene dos aspectos: la disminución del consumo de combustible, utilizando motores con un rendimiento mayor o la modificación de los modos de transporte, que implica por una parte la utilización prioritaria del tipo de transporte que menos energía consuma por unidad de referencia, pasajero o kilogramo de mercancía, y por otra la modificación de las infraestructuras que permita un tráfico fluido con un consumo mínimo por kilómetro recorrido. Los fabricantes de vehículos se han esforzado por aumentar la eficiencia de los motores, disminuir el peso de los componentes y modificar otras características que mejoran su impacto ambiental ❘Figura 2❘.

1

E (exa) equivalente a 1018.

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❘Figura 2❘ Evolución del consumo medio de combustible en litros por 100 km de recorrido

Litres of gasoline equivalent per 100 vehicle-km

13 12 11 USA Australia Canadá Japón

10 9

Países europeos

8 7 6

1990

1995

2000

2005

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

El cumplimiento de la otra premisa, modificación de los modos de transporte, entraña más dificultad. El transporte de personas se realiza en una proporción muy importante por carretera. Su reparto se indica en la ❘Figura 3❘.

❘Figura 3❘ Uso de energía en el transporte de pasajeros en diferentes modalidades

Automóvil Aéreo Autobuses Ferrocarril Barco

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

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También las mercancías se transportan predominantemente carretera, lo que tiene como consecuencia un fuerte consumo de petróleo, serios problemas de congestión y de contaminación y un consumo energético elevado. Estos efectos pueden ser ponderados con respecto a otros medios de transporte por la evaluación de sus costes externos [INFR02], que se pueden desglosar en los correspondientes a los accidentes (29,4%), a la contaminación atmosférica (25%), al cambio climático (23%), al ruido (6,9%) y a la congestión a causa de la densidad del tráfico (10,7%), que representan un gran coste económico indicado en la ❘Tabla 1❘.

❘Tabla 1❘ Valores comparativos de los costes externos de los diferentes medios de transporte de pasajeros más utilizados en Europa

Costes externos por pasajero € por 1.000 pasajeros km

Coche

Autobús

Ferrocarril

87

34

38 Fuente: [INFR02]

Existe otro hecho que es preciso analizar: el nivel de ocupación, en pasajeros o toneladas/ por unidad de transporte, de los diferentes vehículos utilizados en el transporte por carretera. Un estudio europeo [TREN99] analiza estos niveles para diferentes países ❘Tabla 2❘.

❘Tabla 2❘ Factores de carga de los distintos medios de transporte por carretera Coche Moto Autobús Vehículo de carga Vehículo de carga Pasajero/veh Pasajero/veh Pasajero/veh ligero T/veh pesado T/veh Media EU-17

1,74

1,12

17,2

0,30

5,62 Fuente: [TREN99]

Se han efectuado diversos estudios sobre el coste del trasporte de personas en coche privado y transporte público [ROBU00]. Los valores obtenidos para el área metropolitana de Barcelona están indicados en la ❘Tabla 3❘. La combinación de esta información permite deducir el ahorro que se obtendría traspasando pasajeros del vehículo privado al público.

❘Tabla 3❘ Coste comparativo por persona y kilómetro del transporte público y privado

En e/km por persona

Transporte privado

Transporte público

0,80

0,52 Fuente: [ROBU00]

Otro de los problemas asociados al tráfico rodado es la congestión, que produce lentitud en la circulación y un consumo mayor de carburante. Se define la congestión como la condición de tráfico en la que se pierde tiempo y se reduce velocidad por la interacción de otros vehículos. El coste de la congestión en Madrid y Barcelona ha sido estimado [ROBU95] entre 260 € y 490 € por persona. En la Unión Europea se estima que anualmente se pierden alrededor de un millón de euros, 1% del PIB por la congestión [COM_07]. 153


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Finalmente, se va a resaltar el aumento del consumo energético que representa el desplazamiento a una velocidad inadecuada, reproduciendo la gráfica del estudio europeo Tremove [TREM02].

❘Figura 4❘ Variación del coste en función de la velocidad en un recorrido de 200 km

Coste € 20 15 10 5

20

40

60

80

100

120

140

km/h Fuente: [OCDE 08]

Objetivos de la política de transportes El diseño de una política de transportes adecuada conlleva establecer un equilibrio entre crecimiento económico, bienestar social y protección del medio ambiente. Como se ha visto anteriormente, el transporte europeo y también el español, se realiza esencialmente por carretera. Este hecho indica que los costes energéticos y consecuentemente los costes monetarios del sector del transporte están lejos de ser óptimos. Parecería razonable asumir los principales objetivos generales de la política de transportes propuestos por la Comisión Europea [COEU06], que son los siguientes: ❙ Optimizar las posibilidades específicas de cada modo de transporte. ❙ Fomentar la propulsión no contaminante y el uso de transportes más ecológicos, seguros y eficaces desde el punto de vista energético. ❙ Promover la comodalidad, es decir, el uso eficiente de diferentes modos de transporte por separado y en combinación, para un uso óptimo y sostenible de los recursos. El Libro Verde de la Comunidad Europea [COM_07] sobre movilidad urbana señala tres puntos importantes para lograr un transporte más eficiente: ❙ Ciudades con circulación más fluida. ❙ Ciudades más ecológicas. ❙ Un transporte urbano más inteligente.

Principales medidas para lograr el ahorro y la eficiencia en el sector transporte Los objetivos propuestos por la Comisión son muy ambiciosos y su consecución implica la necesidad de adoptar diferentes medidas tanto técnicas como administrativas para fomentar el ahorro y la eficiencia energética. La AIE [AIE_01] ha propuesto una serie de medidas de carácter técnico y económico para reducir el consumo de carburantes y las emisiones de CO2. 154


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Una medida simplista para reducir el tráfico por carretera podría ser la de incorporar los costes externos a los propios costes del transporte. No parece razonable que sea este sector el único al que se aplique esta medida, cuando otros sectores energéticos no la contemplan. Por otra parte puede resultar muy impopular y difícil de ejecutar por los poderes públicos. Pero sí existe la necesidad de poner en marcha medidas destinadas a reducir los costes externos, tales como fomentar un transporte público eficiente; regular el tráfico en las ciudades con medidas disuasorias y alternativas razonables; introducir transportes menos contaminantes y con un consumo energético menor como tranvías, metro o ferrocarril; impulsar la utilización de nuevos carburantes, mejorar las infraestructuras evitando la congestión, etc. Según un documento de la UE [COM_07], “los ciudadanos esperan que el transporte público satisfaga sus necesidades desde el punto de vista de la calidad, la eficacia y la disponibilidad. Para ser atractivo, el transporte público tiene que estar disponible y ser también frecuente, rápido, fiable y cómodo. La experiencia demuestra que un obstáculo para el cambio modal del transporte privado al público suele ser la baja calidad del servicio, la lentitud y la falta de fiabilidad del transporte público”. El papel de las administraciones públicas es muy importante y, en esa línea, en España se aprobó la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética para el periodo 2004-2012, que incluye las siguientes medidas enfocadas en el sector transporte y que se encuentran agrupadas en torno a una serie de conceptos concretos: ❙ Cambio hacia sistemas de transporte más eficientes, con medidas como planes de transporte para empresas con más de 200 trabajadores, transferencia de cargas de carretera a ferrocarril, aumento de la utilización del transporte público en las ciudades… ❙ Uso más eficiente de los medios de transporte, como el desarrollo de medidas para fomentar una mejor conducción (instrumentos de navegación, control de velocidad…), uso más eficiente de transporte de mercancías por carretera (implantación de centros logísticos de transporte, reducción, reducción de los límites de velocidad en áreas urbanas…) y medidas relativas a la mejor utilización de los modos de transporte (programas de “coche compartido”, carriles VAO…). ❙ Mejora de la eficiencia energética en los medios de transporte, renovando la flota e impulsando económicamente la adquisición de vehículos energéticamente más eficientes, como por ejemplo beneficios fiscales para los coches de categoría A, promoción de la adquisición de coches más eficientes, obligatoriedad de la etiqueta del consumo, etiquetado energético para los vehículos industriales, programas de sustitución de aeronaves, mejora de la eficiencia de las unidades de tracción ferroviaria. ❙ Utilización de nuevas energías: implantación de biocarburantes, implantación del gas natural, implantación del hidrógeno.

Intermodalidad y redes transeuropeas Merece una mención especial la intermodalidad, definida como la capacidad de realizar un desplazamiento en distintos y sucesivos modos transportes, puesto que es capaz de conseguir un uso más adecuado y eficiente de los recursos existentes. La intermodalidad está especialmente recomendada para el transporte de mercancías y por ello es importante integrar en la cadena logística el transporte marítimo de corta distancia, el transporte ferroviario y el transporte fluvial. Pero puede ser muy interesante su aplicación a los pasajeros, como existe en otras capitales europeas. En Madrid se ha iniciado un plan de grandes dimensiones con los intercambiadores de transportes. A pesar de las múltiples y reconocidas ventajas de la intermodalidad, la explotación del transporte combinado, tanto en España como en el resto de Europa, es deficitaria. El principal problema se encuentra en la falta de conexión a tres niveles; infraestructuras, explotación y utilización de las infraestructuras, y servicios y reglamentos de cada uno de los modos. Hace falta una red coherente de infraestructuras a escala europea que cuente con sus correspondientes interconexiones y nodos de valor añadido. De igual forma se requiere que se establezca un libre acceso a las infraestructuras, así como principios comunes de tarificación e imputación 155


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de costes. Por último, se deberían de poner al servicio de la intermodalidad las tecnologías de la información y las comunicaciones, de forma que el usuario final disponga de información en tiempo real sobre las posibilidades de transporte intermodal y de la situación y posición de la mercancía. En esta línea se han desarrollado los programas europeos Marco Polo [MAPO03], que tienen como objetivo el desviar las mercancías del transporte por carretera a otros modos más compatibles con el medio ambiente.

Sector industrial Por sector industrial se entiende en este capitulo tanto el que utiliza energía en forma de calor y electricidad, como el que produce electricidad a partir de combustibles fósiles. El consumo total de energía en el primero, en el año 2005, fue de 116 EJ, con unas emisiones asociadas de CO2 de 9,9 Gt. El sector eléctrico utilizó en el mismo año combustibles fósiles que representan un total de 132 EJ, con una emisión de 10,9 Gt de CO2 El ahorro y eficiencia energética representaría un coste menor del kWh utilizado o producido y una reducción de las emisiones. La energía eléctrica generada por combustibles fósiles o nucleares tiene una eficiencia en la generación como máximo del orden del 40%, es decir pasa al ecosistema un 60% de la energía primaria consumida, generalmente como calor a baja temperatura. Muchas veces es necesario consumir una energía adicional para reducir su impacto térmico. La cogeneración, los ciclos combinados, las centrales supercríticas y el aprovechamiento del calor residual mediante ciclos de Ranking con fluidos orgánicos pueden ser los ejemplos más significativos de aumento de la eficiencia y el ahorro energético. El sector industrial consumidor de energía ha incrementado sensiblemente su eficiencia energética y puede reducir aún más la energía primaria consumida. Es el caso de sectores como el del hierro y el acero, cemento, químico y petroquímico, en los que se estima podría aumentarse la eficiencia entre el 18 y el 26% [AIE_08]. En los últimos años se ha fomentado la cogeneración para aumentar la eficiencia en la utilización de la energía primaria en sectores industriales. La cogeneración representa un ahorro de energía primaria y una eficiencia mayor en su utilización. Existen numerosos instalaciones en los que se puede utilizar la energía eléctrica producida en la planta y el calor residual del proceso de producción como pueden ser: viviendas, industrias del papel, hotelera, de cementos, de alimentación, láctea, cerámica, neumáticos, piscifactorías, invernaderos, etc. El Dictamen del Comité de las regiones de la UE sobre el fomento de la cogeneración subrayaba en el año 2003 la necesidad de incrementar la cogeneración en Europa, pasando del 9% al 18% en 2010, ya que es un elemento fundamental contra el cambio climático y representa un ahorro de energía primaria. Como conclusión recomendaba fomentar la cogeneración “utilizando todo tipo de combustible pero especialmente los renovables, con especial énfasis en la biomasa”. La Directiva 2004/8/CE del Parlamento Europeo y del Consejo para el fomento de la cogeneración establece que los estados miembros tienen que estimular la cogeneración mediante: ❙ ❙ ❙ ❙

Ayuda a la inversión. Exenciones fiscales. Certificados ecológicos. Ayuda a los precios.

Y define la eficiencia, ante la multiplicidad de interpretaciones, como la suma anual de la energía eléctrica, mecánica y del calor útil dividida por la energía primaria consumida. Una legislación y reglamentación adecuadas han permitido que en 2004 existiese una producción de electricidad por cogeneración en España superior al 15% del total de energía generada. En muchos sectores se consideraban los ingresos por venta de la electricidad excedentaria como una fuente adicional de negocio. Modificaciones posteriores de la normativa inicial han frenado el ritmo creciente de la cogeneración, ya que una nueva legislación más restrictiva no permite 156


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obtener los mismos beneficios empresariales que se podían conseguir anteriormente. Los cogeneradores pueden vender en la actualidad su electricidad en el mercado liberalizado o bien pueden acceder a la tarifa regulada. La cogeneración ha conseguido un ahorro superior al 10% en el consumo energético total en el sector industrial donde ha sido instalada. Por otra parte, ha permitido la utilización de combustibles alternativos al gas natural o gasóleo tales como biogás, procedente de depuración de aguas residuales, vertederos controlados, residuos ganaderos o biomasa sólida, procedente de residuos sólidos urbanos, residuos agrícolas, residuos forestales, residuos de la industria de la madera. Por el interés que pueda tener para España, se van a mencionar dos tipos de industrias: la del cemento, que consume anualmente 8 EJ de energía y la del papel, cuyo consumo es de 6,4 EJ anuales. España tenía en el año 2006 una producción de cemento de unas 54 Mt/año. La producción española de papel y cartón es de 6,4 Mt/año. Se podría reducir su consumo energético en primer lugar utilizando combustibles alternativos y en segundo lugar aprovechando mejor los calores residuales. Es difícil cuantificar la magnitud del ahorro porque su magnitud depende de las características de cada proceso de producción y de la instalación existente. En el sector eléctrico, la Unión Europea ha venido desarrollando, desde los años 90 el programa Thermie, para utilizar los combustibles fósiles de forma más eficiente y menos contaminante [THER96]. En todos los casos se han construido prototipos de centrales más eficientes que han servido de referencia para desarrollos posteriores. Es un ejemplo de impulso tecnológico al aumento de la eficiencia energética para aumentar la sostenibilidad de los sistemas. En las centrales de ciclo combinado, de las que ya se ha hablado en este mismo Tema II, coexisten dos ciclos termodinámicos en un mismo sistema, uno cuyo fluido de trabajo es un gas que acciona una turbina en un ciclo de Brayton y otro que aprovecha el calor residual del primero para suministrar energía a otro cuyo fluido de trabajo es agua. El principio sobre el cual se basa es utilizar la entalpía residual de los gases de escape a alta temperatura de la turbina de gas para aportar calor al generador de vapor de un ciclo de Rankine, donde se produce vapor de agua a presión para la turbina de vapor. Las centrales de ciclo combinado son las más eficientes de las que utilizan combustibles fósiles ya que su rendimiento puede alcanzar el 60% y presentan grandes ventajas medioambientales que se describen a continuación: ❙ El gas natural es un combustible fósil notablemente más limpio que el fuelóleo y el carbón, por lo que son más adecuadas para cumplir con los objetivos del Protocolo de Kioto, que obliga a sus firmantes a reducir sus emisiones en dióxido de carbono. ❙ Las emisiones de dióxido de azufre son inapreciables cuando se utiliza el gas natural como combustible. ❙ Consumen un 35% menos de combustible que una central convencional. ❙ Tienen un consumo de agua reducido frente a las centrales convencionales (1/3 de lo que consume una central de ciclo simple de fuel o carbón). Una variante de los ciclos combinados con gas natural son los Ciclos Combinados con Gasificación Integrada, CCGI. En España está funcionando satisfactoriamente la planta de Elcogás en Puertollano. El gas que mueve la turbina de gas se consigue mediante la gasificación coke de petróleo y carbones de baja calidad existentes en la zona. El proyecto fue financiado parcialmente por la Comunidad Europea y realizado por un equipo internacional liderado por Endesa. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, el sistema aumenta la eficiencia energética comparada con la combustión directa del carbón o del coke y además los sistemas de depuración de gases reducen notablemente la contaminación ambiental. Al ser un prototipo, la inversión de capital en su construcción fue elevada. El coste del kWh producido en este sistema podría ser superior a la combustión directa de los combustibles empleados. Pero los costes externos de la producción energética son menores, razón que ha servido posteriormente para justificar las tarifas especiales para la producción eléctrica con otras energías. De forma esquemática, en la ❘Figura 5❘ se representan las eficiencias de las distintas plantas de las que se ha hablado y las emisiones correspondientes de CO2. 157


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❘Figura 5❘ Variación de las emisiones de CO2 con la eficiencia Emisiones CO2 (t/MWh) 1,6 Planta típica de carbón 1,2

GICC 0,8

Turbinas de gas NGCC

0,4 Eficiencia % 20

40

60

80 Fuente: elaboración propia

Los ciclos de Rankine de baja temperatura se han visto potenciados utilizando como fluido de trabajo un líquido orgánico con puntos críticos inferiores al del agua. Esta tecnología es muy apropiada para determinadas industrias con una gran cantidad de calor residual de baja entalpía y un consumo energético elevado. El aprovechamiento del calor residual puede incrementar su eficiencia energética. Los fluidos orgánicos seleccionados tienen la propiedad de que al expansionarse en la turbina no se condensan, evitando de ese modo los problemas de erosión. Este tipo de ciclos se ha empleado con éxito en las centrales geotérmicas y puede encontrar aplicación y en otros sectores industriales. A pesar de las innumerables ventajas de otras fuentes de energía, el carbón sigue siendo el principal proveedor de la energía necesaria para el desarrollo y no va a desaparecer. Por lo tanto es importante que la tecnología de carbón limpio continúe mejorando. En esta línea, las centrales supercríticas de carbón son de especial importancia puesto que pueden llegar a un rendimiento del 45% (frente al 36-38% del parque actual). Este tipo de instalaciones son las que se acercarían más a la eficiencia de las centrales de ciclo combinado. El siguiente paso serán las centrales ultra supercríticas, que teóricamente con presiones y temperaturas de vapor de 300 bar y 700ºC podrían llegar al 53% de eficiencia. No están de momento disponibles en el mercado aunque están en fase de estudio.

Conclusiones El ahorro en la energía que se consume y el aumento de la eficiencia energética en su utilización y producción son elementos esenciales para mantener, primero el nivel de vida existente en el mundo desarrollado y segundo permitir que se incorporen sin distorsiones los que todavía no tienen acceso a esos niveles de bienestar. Desde hace casi tres décadas se ha tomado conciencia de que hay adoptar una política que incremente el ahorro de los recursos naturales y la eficacia en su utilización. En los últimos años, los organismos internacionales especializados en la gestión económica y energética mundial están elaborando análisis y propuestas cada vez más concretos. Existen unas directrices claras, ahora es menester que las entidades responsables de hacerlas realidad pongan los medios necesarios para que sea así. 158


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El despegue de los llamados países emergentes ha despertado la conciencia de la humanidad. No se pueden utilizar los recursos fósiles con el mismo ritmo y consecuencias ambientales de cómo se estaba haciendo en el mundo desarrollado y tampoco seguir utilizando carbón con las tecnologías existentes de bajo rendimiento y gran contaminación porque necesariamente se llegaría a límites insostenibles. Éste es un tema en el que la tecnología y los tecnólogos pueden tener un gran protagonismo. El ejemplo de los programas de investigación y desarrollo para la utilización limpia y eficiente del carbón que han soportado tanto Estados Unidos como la Comunidad Europea representan un esfuerzo común muy significativo para aumentar el bienestar de la comunidad. Los resultados obtenidos por la inserción de sistemas de cogeneración, fundamentalmente en el sector industrial, han demostrado su eficacia para lograr un ahorro energético efectivo. El esfuerzo de los ingenieros y la promulgación de una legislación adecuada han permitido esta realidad. Todavía existen sectores, como el residencial, en los que la penetración ha sido muy reducida No se puede seguir con un sistema de transportes como el actual. Es necesario impulsar el desplazamiento de mercancías y personas hacia formas y modos energéticamente más eficientes: por ejemplo, del transporte por carretera al transporte por ferrocarril, del transporte privado a un transporte público de calidad, accesible para todo tipo de personas, fiable e inteligente que evite la congestión en las ciudades. La concienciación de las personas en ese sentido es muy importante pero hay que ser conscientes que si la alternativa que se ofrece no es la adecuada el discurso es inútil. El mayor consumo energético en el sector residencial corresponde a la climatización de los edificios. La utilización de energías renovables, solar de baja temperatura y geotérmica puede contribuir significativamente al ahorro de combustibles fósiles en este sector. Los esfuerzos normativos para aumentar la eficiencia y ahorro energéticos en la edificación pueden resultar estériles si no se consideran seriamente en el sector de la construcción y no se vigila adecuadamente su estricto cumplimiento. Las campañas de concienciación de la población para fomentar el ahorro energético en las viviendas ya construidas deberían ir acompañadas de medidas legislativas y económicas que fomenten la adaptación de los edificios existentes a las normativas vigentes. |❚|

Referencias [OCDE08] Energy Efficiency Requirements in Building Codes, Energy Efficiency for Policies for New Buildings. IEA, Lautsen, J 2008. [TREN99] TRENDS 1999. Development of a Data Base System for the Calculation of Indicators of Environmental Pressure Caused by Transport. Thessaloniki, 1999. [ROBU00] Robusté, F. et al. Els Comptes del Transport de Viatgers a la Regió Metropolitana de Barcelona, 2000. [ROBU95] Robuste y Monzón. Traffic Congestion Cost in Madrid and Barcelona. Spanish Congress of Economy, 1995. [TREM02] TREMOVE. Modal Specifications And Data Collection Plan 2002. [COEU06] Comisión Europea 2006. Por una Europa en movimiento - Movilidad sostenible para nuestro continente. Revisión intermedia del Libro Blanco sobre la política de transportes de la Comisión Europea de 2001. [AIE_01] Agencia Internacional de la Energía. Saving Oil and Reduction CO2 Emissions in Transport 2001. [AIE_08] Agencia Internacional de la Energía. Worldwide Trenes in Energy Use and Efficiency, 2008. [THER96] Thermie. Solid Fuels Technology Projects 1996. [MAPO03] Reglamento (CE) n° 1382/2003 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 22 de julio de 2003, relativo a la concesión de ayuda financiera comunitaria para mejorar el impacto medioambiental del sistema de transporte de mercancías. [COM_07] Hacia una nueva cultura de la movilidad. 159


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Capítulo 16. El papel de la electricidad en el futuro modelo energético1 MICHEL RIVIER ABBAD JOSÉ IGNACIO PÉREZ ARRIAGA PABLO GARCÍA GONZÁLEZ TOMÁS GÓMEZ SAN ROMÁN LAURA GONZÁLEZ RUIZ DE VALBUENA CARLOS MATEO DOMINGO LUIS OLMOS CAMACHO AURELIO GARCÍA CERRADA

Palabras clave Electricidad, mix de generación eléctrica, seguridad de suministro, operación de sistemas eléctricos, gestión de la demanda, coches híbridos, generación distribuida, microrredes, redes inteligentes, FACTS. Este capítulo reflexiona sobre la contribución que puede tener la electricidad en un futuro modelo energético sostenible. Sus características le convierten sin duda en uno de los vectores energéticos con mayor capacidad de atender la creciente demanda de energía, con un impacto medioambiental asumible, una seguridad de suministro suficiente y unos costes razonables. Su enorme versatilidad permite extender su uso a prácticamente todos los sectores intensivos en consumo energético, incluido el transporte rodado con el enorme potencial de los coches híbridos enchufables. El capítulo repasa someramente los retos tecnológicos y organizativos que va a ser necesario superar para alcanzar esos objetivos, y que afectan a la forma de generar electricidad, al papel que han de jugar las redes que transportan y distribuyen la energía eléctrica, a la forma en la que se han de operar y explotar estos sistemas, y al papel radicalmente distinto que han de asumir los consumidores.

Introducción La electricidad es una más entre las formas de energía que se utilizan hoy en día y que se examinan en este libro. Sin embargo, su uso se ha extendido espectacularmente, debido a su gran versatilidad y a su limpieza como energía de uso final, siendo escasa su presencia solamente en el sector del transporte2. En la medida en que se consiga producir abundantemente la electricidad a partir de fuentes de energía primaria limpias y renovables, su papel adquirirá una relevancia aún mayor, al convertirse en un vector energético indispensable para conseguir un desarrollo sostenible, ya que podría sustituir a los combustibles fósiles en casi todas sus aplicaciones de transformación energética. El hidrógeno podría ser un vector energético complementario, pero no a corto y medio plazo, ya que requiere desarrollos tecnológicos y de implantación significativos y costosos. 1 El título de este capítulo está inspirado en un excelente informe elaborado por Eurelectric (la asociación europea que reúne a la industria eléctrica [EURE07]), que aborda de forma integral el papel que puede jugar la electricidad en un futuro que estará claramente marcado por la necesidad de conseguir formas de consumo energético más limpias, seguras y eficientes. 2 Exceptuando el transporte ferroviario.

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El reto está en: ❙ Producir esta electricidad con muy bajas emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), con fiabilidad y a un precio asequible. ❙ Responder como consumidores de un modo mucho más activo y “oportunista” aprovechando las horas de precios bajos /exceso de oferta (acoplada a un suministro de carácter mucho más intermitente como es el que proporcionan la mayoría de las fuentes renovables), llevando de un modo natural a formas de consumo que ahora no son habituales (utilización de la electricidad en calefacción, o almacenamiento eléctrico y generación en las baterías de los coches, etc.). ❙ Saber adoptar nuevos modos de operación y control del sistema eléctrico adaptados a estas nuevas formas de producción y consumo. Se han identificado y descrito con profusión en capítulos precedentes las posibilidades tecnológicas de las fuentes renovables y de los mecanismos de ahorro y eficiencia energética. En este capítulo se muestra cómo deberían evolucionar tecnológicamente los sistemas eléctricos, tal y como se conciben hoy en día (con su complejidad de monitorización, control, operación y gestión) para permitir (y no impedir) la incorporación eficiente de una producción y consumo mucho más sostenibles de la electricidad. Así, en primer lugar se expone expone las posibilidades de extensión del uso de la electricidad en el futuro. A continuación reflexiona sobre el “mix” de generación y la seguridad de abastecimiento en ese contexto. Más adelante se discute el impacto que la penetración masiva de energías renovables y distribuidas tendrá sobre la operación del sistema eléctrico. A continuación se analiza la transformación del concepto de redes de distribución hacia un concepto de redes inteligentes preparadas para una gestión efectiva de la demanda y la incorporación masiva de pequeña generación distribuida. Por último, se plantean las posibilidades tecnológicas que la electrónica puede aportar para facilitar y aprovechar mejor las infraestructuras de transporte de energía eléctrica.

El futuro del consumo de electricidad Se estima que el consumo energético mundial crecerá de manera importante en los próximos años (un 55% de 2005 a 2030, según [AIE_07]). Mientras tanto, la proporción de energía que se suministra mediante electricidad aumenta continuamente, al utilizarse formas más avanzadas de energía. Para que dicho crecimiento sea sostenible es necesario emplear técnicas de uso final más eficientes. Son numerosas las áreas en las que el uso de técnicas más avanzadas permitiría conseguir ahorros energéticos significativos. Así, por ejemplo, en iluminación, las lámparas compactas fluorescentes y los LEDs son mucho más eficientes que la ya obsoleta lámpara incandescente, que debería ser reemplazada. Más recientemente, se están desarrollando los OLEDs, diodos orgánicos, que pueden implantarse sobre superficies muy amplias, y que podrían convertirse en una de las principales fuentes de luz en el futuro, siempre que se consiga mejorar su eficiencia, duración y luminosidad. En el hogar, aunque todavía con altos costes de inversión, el uso de secadoras por bomba de calor permitiría reducir el consumo eléctrico de las secadoras convencionales a prácticamente la mitad. Del mismo modo, los calentadores de agua basados en bomba de calor son una tecnología nueva y prometedora, basada en extraer el calor de la atmósfera o de la tierra para transferirlo al agua del tanque y permitiendo reducciones del consumo (en el entorno del 70%). El caso del transporte es especialmente relevante. Se trata de un sector de enorme dimensión que hasta el momento permanece ajeno al uso generalizado de la electricidad, y que mantiene una altísima dependencia del petróleo. En el futuro esto podría cambiar con los vehículos híbridos enchufables (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV). Este tipo de vehículos suponen un paso intermedio hacia un futuro coche eléctrico puro. Así, disponen de un motor de combustión interna que para grandes distancias permite seguir utilizando un carburante líquido, de modo que el coche no se vea limitado a distancias cortas. Sin embargo, estos coches disponen también de una batería de gran capacidad que sería cargada conectando el coche a la red eléctrica. De este modo, una vez cargada la batería sería posible recorrer con el coche distancias de unos 50 km, con las tecnologías actualmente disponibles, empleando únicamente la energía obtenida desde la red. 162


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El papel de la electricidad en el futuro modelo energético ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

En el caso de que finalmente se consiga una elevada penetración de este tipo de vehículos en el mercado, tendrían un enorme impacto sobre el sistema eléctrico. Por un lado, supondrían un aumento muy significativo del volumen de energía eléctrica a suministrar, por lo que serían necesarias nuevas plantas generadoras. Por otro lado podrían aumentar drásticamente la actual capacidad de almacenamiento de energía. En el caso más favorable, los coches podrían no sólo tomar energía sino también devolverla, en caso necesario, a la red, pudiendo aprovechar de este modo la variabilidad de los precios del mercado eléctrico en tiempo real. Esto permitiría enfrentarse mejor a la producción intermitente de las fuentes de energía renovables. Al mismo tiempo, podría permitir aplanar la curva de consumo eléctrico, consiguiendo un mayor aprovechamiento de las redes de transporte y distribución de energía eléctrica. Dichas redes están en parte diseñadas para soportar la demanda pico de energía, la cual actualmente sólo se produce durante unos cuantos cientos de horas al año (en torno al 5% del tiempo). Con el aplanamiento de las curvas de carga, dichas redes podrían pasar a estar utilizadas una mayor parte del tiempo. Esto permitiría alimentar esta nueva demanda de electricidad, sin requerir un refuerzo excesivo de dichas redes. En concreto, según algunos autores [KINT07], en un país como Estados Unidos sería posible alimentar al 73% de los vehículos de pasajeros, empleando la infraestructura de redes ya existente.

Mix de generación y seguridad de abastecimiento Para afrontar el crecimiento de dicha demanda de electricidad, será fundamental disponer de una mezcla diversa de tecnologías de generación3 que sea compatible con un modelo energético sostenible. Este mix de generación debe estar en línea con los compromisos plasmados en la resolución del Parlamento Europeo de marzo de 2007 [UE__07] y en el Paquete Verde de enero de 2008 [CE__08], es decir los Objetivos 20-20-20, ya asumidos por España en su planificación de las redes de transporte [MITC07]. El mix de generación eléctrica, como parte del modelo energético sostenible, debe evolucionar para dar respuesta a los siguientes requerimientos: ❙ Garantizar la seguridad de suministro a corto y largo plazo. Para ello es fundamental, por un lado, un desarrollo adecuado de las infraestructuras y los mercados y, por otro, la diversificación de las fuentes de abastecimiento y la disminución de la dependencia energética. ❙ Reducir el impacto sobre el medio ambiente a un nivel aceptable. ❙ Proporcionar energía a un precio competitivo, para permitir el desarrollo económico del país. Las diferentes tecnologías disponibles en la actualidad para la generación de electricidad presentan ventajas e inconvenientes según los criterios previamente citados que se resumen en la ❘Tabla 1❘: ❙ Las energías renovables no tienen en general un impacto negativo sobre el medio ambiente (comparativamente, su impacto es mucho menor que el de otras tecnologías), muy particularmente en lo que respecta al cambio climático, y además reducen la dependencia energética. Sin embargo, las energías solar y eólica son fuentes menos seguras en cuanto a la disponibilidad de su producción en un momento dado, por lo que es necesario disponer bien de almacenamiento a gran escala, bien de centrales de apoyo, o bien de una demanda más flexible para satisfacer el consumo con un nivel de seguridad aceptable, por lo que su integración en la operación del sistema eléctrico no está totalmente resuelta. Adicionalmente, a día de hoy, son tecnologías caras que en el actual paradigma económico requieren de un sobreprecio para resultar rentables para los inversores. ❙ Las energías térmicas (basadas en combustibles de origen fósil o nuclear) aportan mucha más seguridad de suministro, en el sentido de que son controlables y se puede disponer de ellas en el momento en que la demanda así lo exija. Como desventaja, estas tecnologías presentan diferentes comportamientos en cuanto a impacto sobre el medio ambiente, seguridad de abastecimiento a largo plazo y competitividad:

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Lo que se entiende en el argot del sector como el “mix” de generación.

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❘Tabla 1❘ Características de las distintas tecnologías de producción de electricidad en relación a los requerimientos exigidos por un desarrollo sostenible Seguridad de suministro Garantía de Dependencia energética suministro eléctrico en UE 2030 punta Gas natural (ciclo combinado)

Carbón (pulverizado)

Nuclear Eólica (on shore)

Biomasa Solar (fotovolt.) 1 2

3

Impacto en el medio ambiente

Competitividad Reservas/ producción (años)

Sensibilidad al precio del combustible

Coste 2030 (€/MWh)1

Eficiencia

Emisiones GEI (kg CO2 eq/MWh)2

84%

Alta

64

Muy Alta

40-55

50%

400

59%

Alta

155

Media

45-60

40-45%

800

0%3

Alta

85

Baja

40-45

33%

15

0%

Baja

ilimitado

Nula

28-170

95-98%

30

0%

Alta

ilimitado

Media

25-75

30-60%

30

0%

Baja

ilimitado

Nula

55-260

—

100

Proyecciones AIE, suponiendo 20-30 €/ton CO2. Incluye costes de inversión, O&M y combustible para centrales operando en base. Se consideran las emisiones totales del ciclo de vida. Si se considerasen únicamente las emisiones durante la operación de las centrales, con el criterio de cómputo de emisiones de Kioto, la nuclear, la eólica, biomasa y solar no emitirían GEI. A pesar de que el combustible nuclear en la UE es 100% importado, según la metodología AIE, en el balance energético se considera la nuclear como autóctona a la hora de determinar la dependencia energética. Fuente: Comisión Europea SEER [UE_07] y elaboración propia

El gas natural, dentro de los combustibles fósiles, tiene unas menores emisiones de CO2 y un mayor rendimiento, si se utiliza en centrales de ciclo combinado. Sin embargo, sus reservas son limitadas y se encuentran en manos de unos pocos países, la mayoría en zonas de inestabilidad política. Esto implica un riesgo económico y de seguridad significativo, acentuado por el hecho de que aproximadamente el 70% del coste de la electricidad producida por los ciclos combinados es debido al coste del combustible. El problema se alivia algo en términos de seguridad de abastecimiento si se dispone de plantas de regasificación de Gas Natural Licuado (GNL) y buques, lo que permite diversificar el suministro. El carbón es un combustible con reservas más abundantes y diversificadas. Su coste supone un 50% del coste total de la electricidad producida por las centrales de carbón, por lo que el riesgo económico es menor que en el caso del gas. Su principal inconveniente son sus altos niveles de emisiones de CO2. En la actualidad, se está investigando para desarrollar tecnologías de combustión mucho menos contaminantes y de cero emisiones, con captura, secuestro y almacenamiento de CO2, que reducirían apreciablemente este problema. La energía nuclear presenta ventajas e inconvenientes: las reservas de combustible a precio asequible están razonablemente diversificadas, en países con estabilidad política (el 45% del combustible de la UE viene de Australia y Canadá) y parecen suficientes, por lo que el riesgo de abastecimiento y precio es limitado, más aun considerando que el coste de combustible supone un porcentaje muy reducido, del orden del 10%, del coste total de producción de elec164


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tricidad con estas centrales. A lo largo del ciclo de vida de las plantas nucleares las emisiones de GEI ocasionadas son sustancialmente inferiores a las de las centrales térmicas convencionales (de hecho estas centrales no emiten GEI al producir electricidad). Pero persisten graves problemas, en los que se ha avanzado escasamente: la gestión de los residuos, la protección radiológica ante el riesgo de accidentes, el desmantelamiento de las centrales agotadas y la posible proliferación nuclear4. Recientemente se ha reabierto en la UE el debate sobre un posible resurgimiento de la industria nuclear, permitiendo que cada estado miembro adopte el criterio que considere más conveniente. Dados los altos costes de inversión que requiere esta tecnología (en contraste con sus bajos costes de operación) parece que la reanudación de un programa nuclear generalizado en Europa exigiría un apoyo regulatorio explícito que reduzca los riesgos financieros de los inversores. Aparte de las tecnologías de generación anteriormente citadas, hay que destacar el papel que pueda jugar la cogeneración. En principio presenta los mismos pros y contras que las centrales térmicas que utilicen el mismo combustible (fundamentalmente, gas natural), pero tiene claras ventajas adicionales asociadas: se incrementa notablemente la eficiencia (lo que ayuda a reducir el consumo) y se puede situar próxima a la demanda (ahorrando en infraestructuras de transporte y distribución). En síntesis, todas las tecnologías de generación existentes en la actualidad aportan ventajas e inconvenientes, y ninguna de ellas parece ser capaz de resolver el problema por sí misma, por lo que a día de hoy es necesario dejar abiertas todas las opciones, lo que no implica que se deban establecer prioridades entre ellas. En el futuro se espera conseguir un modelo energético mucho más sostenible, a medida que las líneas de investigación y desarrollo actuales vayan dando sus frutos: nuevas tecnologías y materiales que permitan reducir los costes de las renovables y mejorar sus posibilidades de gestión e integración en el sistema eléctrico, tecnologías limpias de carbón con captura y secuestro de emisiones de GEI, nuevas generaciones de reactores nucleares con menores residuos (transmutación) y, a más largo plazo, el desarrollo de la tecnología del hidrógeno y los sistemas de almacenamiento masivo de energía.

Impacto en la operación de los sistemas La generación renovable (eólica y solar fundamentalmente) es sin duda una de las bases fundamentales en las que tendrá que asentarse un modelo energético sostenible. Este tipo de generación presenta ciertas características que hacen que su integración masiva en las redes eléctricas pueda tener un impacto muy significativo en el funcionamiento del sistema. Estas características son la variabilidad e intermitencia de su producción, su impredecibilidad a medio y largo plazo y su distribución geográfica específica. Plantea por ello retos tecnológicos y de organización de la operación que hay que abordar y superar cuanto antes. Efectivamente, la potencia producida por la generación eólica y solar puede variar significativamente, en cortos espacios de tiempo, de manera ajena al control de los operadores de estas plantas. A título de ejemplo, el sistema español ha sufrido, para una potencia eólica generada máxima de unos 8.000 MW en 2007, unas variaciones de hasta 1.000 MW (a subir o a bajar) en 1 hora y de hasta casi 2.000 MW en 2 horas. Estas cifras podrían dispararse con la penetración a escala masiva de este tipo de generación en el futuro. Otro factor relevante es el carácter intermitente de estas fuentes. Obliga a disponer del respaldo de otro tipo de tecnologías de generación o de una respuesta masiva y adaptable de la demanda para poder afrontar los momentos en los que su producción disminuye mucho. Además, el error cometido a la hora de estimar con antelación la energía que van a producir es bastante alto (incluso para horizontes de predicción de unas horas).

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Ciertos tipos de reactores (los de agua ligera y uranio enriquecido) no contribuyen a este riesgo.

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Finalmente, la integración de generación renovable y distribuida5 provoca una variación en la distribución espacial de los recursos de generación disponibles en una región. Esta variación puede producirse tanto en el corto plazo (como consecuencia, por ejemplo, del cambio en las condiciones meteorológicas), como en el largo plazo, debido al incremento del grado de penetración de determinados tipos de generación renovable y distribuida. Con el objeto de hacer frente a estos problemas es preciso introducir cambios cambios en la forma de operar los sistemas eléctricos. En efecto, las variaciones en la potencia producida por la generación intermitente, hayan sido o no previstas en el despacho, deben ser corregidas mediante: ❙ El aumento de la flexibilidad de la generación disponible (incluyendo la generación de electricidad a partir de energía previamente almacenada, como el bombeo, pilas de combustible con hidrógeno o el caso de los coches híbridos ya comentado). ❙ La implantación de mecanismos de gestión de la demanda que puedan ser activados mediante señales económicas (reacción de la demanda al precio horario o en tiempo real de la energía) o mediante la acción directa del operador del sistema sobre esta demanda (contratos bilaterales de interrumpibilidad, etc.). El nivel de gestión de la demanda dependerá, en buena medida, de su flexibilidad (capacidad de almacenamiento de energía, consumos aplazables, etc.). ❙ El aumento de las reservas de regulación y la utilización que el operador del sistema hace de las mismas. Con objeto de reducir el error de predicción de estas fuentes, debería reducirse también el tiempo de antelación con que se calcula el despacho para cada hora. En el futuro, los cambios masivos en la distribución geográfica de la generación disponible harán aconsejable la construcción de nueva capacidad de transporte entre las distintas zonas de una misma región. Esto permitirá aprovechar la complementariedad intrínseca existente entre la capacidad de producción disponible en cada una de las zonas. Así mismo, la posible aparición de congestiones de red, fruto de la variabilidad en los flujos de potencia en una región, probablemente aconsejará la adopción de precios de la energía con diferenciación espacial (nodal/zonal), que proporcionen incentivos a los agentes para paliar los desequilibrios generación/demanda que se puedan producir a nivel local. Esto precisará del aumento de la flexibilidad de la generación y demanda locales. Muchos de los problemas asociados a la integración de generación renovable y distribuida podrían desaparecer o, al menos, reducirse sustancialmente, si el nivel de controlabilidad de esta generación aumentase (utilización de esta generación en combinación con dispositivos de almacenamiento locales, etc.). Esto permitirá, en un nivel superior de desarrollo, que la generación renovable y distribuida incluso pudiera suministrar también ciertos servicios al sistema para facilitar la operación segura del mismo.

Redes inteligentes y generación distribuida Como se ha expuesto previamente, en el contexto energético actual, los sistemas eléctricos tienen mucho que aportar de cara a la sostenibilidad del modelo: mejorando su eficiencia, facilitando la integración de energías renovables, aprovechando más y mejor los recursos naturales propios, e incrementando e incentivando las medidas de ahorro y respuesta eficiente del consumo. En los últimos tiempos ha proliferado significativamente la generación distribuida (GD), ya comentada. En España a finales del 2007, el 20% de la electricidad provenía de este tipo de centrales. Este porcentaje se incrementará al menos hasta el 35% en el año 2020 según previsiones conservadoras. Los grupos de emergencia situados en edificios privados o públicos también podrán jugar un papel relevante como parte de la GD.

5 Se entiende por generación distribuida aquellas centrales de poca potencia que utilizan fuentes de energía renovables o combustibles fósiles que combinan la producción de electricidad con el aprovechamiento energético del calor (cogeneración), y que se conectan directamente a las redes de distribución.

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❘Figura 1❘ Red inteligente del futuro incorporando recursos energéticos distribuidos

Acumuladores, pilas de combustible, etc.

Red de distribución activa

Interfase suministro/demanda

Red de distribución Fuente: [FUTU08]

La integración de grandes cantidades de GD, acompañada por nuevos sistemas de almacenamiento de energía (incluidos los coches eléctricos), junto con el control del consumo de electricidad por parte incluso de los aparatos electrodomésticos, permiten concebir en un futuro no muy lejano un sistema eléctrico radicalmente distinto del actual. Todo ello va apoyado en buena medida en el espectacular desarrollo de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC). Es muy probable que los cambios más profundos en las redes eléctricas tengan lugar en los niveles más bajos de tensión, con la aparición de microrredes o de plantas virtuales como nuevas entidades. Estas estructuras darán paso en un futuro a un concepto más general que se ha dado en llamar redes inteligentes. Las microrredes son redes de baja tensión que interconectan un conjunto de recursos energéticos distribuidos (generación distribuida, sistemas de almacenamiento de energía y cargas controlables, por ejemplo coches eléctricos) y que con un control adecuado se comportan como entidades únicas. Normalmente se conciben como redes que interconectan hasta centenas de clientes con demandas globales de energía de hasta varios cientos de kWh por día. Una microrred funciona conectada al resto del sistema, aportando o consumiendo energía y, en caso de emergencia, trabaja de forma autónoma, alimentando a sus propias cargas desde su propia generación. Las microrredes ofrecen la posibilidad de aumentar la eficiencia del suministro eléctrico, así como la fiabilidad y la calidad del mismo. También son una alternativa para suministrar energía de forma eficiente en zonas donde la conexión a la red eléctrica no es económicamente viable. Tras diversas pruebas reales efectuadas y evaluado el estado del arte, se piensa que este concepto estará plenamente desarrollado e integrado en las redes en el horizonte 2020. Las redes virtuales se definen como redes distintas de las redes físicas y se configuran mediante la interconexión virtual de los recursos energéticos que componen la red. En la práctica, el concepto que tiene más futuro es el derivado de la agregación virtual de los recursos de generación que permite crear plantas virtuales, típicamente con un mix compuesto por varias tecnologías que se complementen entre sí. Las plantas virtuales participarán en el mercado de electricidad como 167


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una entidad única que gestionará el reparto de la energía total a suministrar entre los diferentes recursos agregados. De esta manera, siguiendo el nuevo paradigma del sector, se independiza la conexión física de los recursos energéticos controlada por el distribuidor, de la energía suministrada, gestionada por un agregador que bien pudiera ser el comercializador. Este concepto podrá desarrollarse plenamente en un plazo de varios años. Por ejemplo, los actuales centros de control que integran diversas energías de generación renovable representan ya un embrión de lo que aquí se denomina redes virtuales. Las redes inteligentes serán redes automatizadas que dispondrán de las tecnologías eléctricas, de control y de comunicaciones necesarias para permitir una mayor flexibilidad en su gestión y operación. Estas redes permitirán la comunicación bidireccional y en tiempo real entre los recursos energéticos distribuidos, el operador del sistema, el distribuidor y el comercializador. Para ello se necesitan dispositivos para gestionar de forma remota los recursos energéticos, una red de comunicaciones con protocolos estándar incluyendo la conexión plug and play de los recursos, y una estructura de control para coordinar las acciones de todos los agentes implicados. Se dispondrá, en suma, de una red flexible y automatizada, de manera que pueda reconfigurarse para adaptarse localmente a los diferentes escenarios de generación y consumo con un nivel de fiabilidad muy superior al actual [FUTU08]. El concepto de Red Inteligente (“Smart Grid”) se está convirtiendo en un paradigma del futuro, si se entiende en su alcance más amplio. El profesor Rifkin de la Universidad de Pensylvania [RIFK07] lo considera una de las tres columnas, junto con el uso de las energías renovables y el desarrollo de la economía del hidrógeno, de lo que él llama tercera revolución industrial necesaria para crear un modelo sostenible. Para posibilitar esta transformación tecnológica y el desarrollo pleno de los conceptos previamente definidos, es necesario un marco regulatorio que proporcione las señales adecuadas a los diferentes agentes involucrados. Una vez identificados costes y beneficios, la regulación juega un papel relevante e imprescindible para compartirlos e identificar los pasos para su progresiva implantación. ❙ Las empresas distribuidoras como negocio regulado deben recibir las compensaciones adecuadas y los incentivos correctos para moverse en la dirección deseada. Su papel es relevante a la hora de facilitar una integración eficiente de los miles de generadores distribuidos que están pidiendo conexión a sus redes. Los aspectos ligados a la inversión eficiente en redes, la automatización y control de dicha generación y el impacto sobre las pérdidas de energía son temas que deben ser tratados adecuadamente por el marco regulatorio de la actividad de distribución. La implantación de sistemas de medida masiva y telegestión de los mismos suponen un reto para estas empresas del que pueden verse beneficiadas a la hora de mejorar la operación de la red y la calidad del suministro. El marco regulatorio debe prever cómo repartir los costes asociados a las inversiones necesarias y permitir también a las distribuidoras beneficiarse de las mejoras de eficiencia conseguidas. El diseño de tarifas de uso de red que reflejen los costes incurridos es otro aspecto clave para promover eficiencia en el aprovechamiento de las instalaciones existentes. ❙ Los promotores y operadores de generación distribuida deben ser incentivados para incrementar sus ingresos por proveer nuevos servicios al sistema: control de tensiones, garantía de suministro en horas punta, reservas de potencia, funcionamiento en isla o arranque en negro6, lo que contribuirá a una mayor evolución de estas tecnologías. ❙ Los comercializadores jugarán un papel decisivo en la introducción de fórmulas imaginativas ligadas al diseño de precios. Estos nuevos productos deben tener como base el consumo horario de sus clientes, e incluso intervalos de tiempo menor, de forma que su demanda, tradicionalmente pasiva, pueda gestionarse activamente. ❙ La demanda dará una respuesta todavía más adecuada si se diseñan e implantan campañas de 6

Capacidad de arrancar de forma autónoma, sin depender de la energía proporcionada por el sistema, y con la que es imprescindible contar para ser capaz de energizar de nuevo el sistema tras un cero (caída de todo o parte del sistema).

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concienciación para un consumo responsable de la energía, conjuntamente con desarrollos tecnológicos que promuevan una gestión inteligente del consumo (incluso a nivel de electrodomésticos). Todo ello conducirá a conseguir un sistema más eficiente y sostenible.

Mejor utilización de las redes. La electrónica al servicio de las tecnologías de transporte y distribución La tendencia actual de las redes eléctricas hacia una mayor automatización y flexibilidad requiere la utilización de las últimas tecnologías de transporte y distribución. En este contexto la electrónica tiene un papel muy relevante. Los dispositivos FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) están basados en electrónica de potencia y tienen la capacidad de controlar el flujo de potencia de una línea o compensar potencia reactiva, armónicos, etc. Se concibieron para aumentar la capacidad efectiva del sistema de transporte, evitando los desequilibrios entre líneas y escogiendo en cada momento el camino más adecuado para la circulación de corriente eléctrica. En el futuro, debido en gran medida a la necesidad de la integración masiva de Generación Distribuida (GD), se prevén redes de distribución de configuración mallada e interconectadas con otras redes de distribución. En este contexto, los dispositivos FACTS pueden ser de gran utilidad para aprovechar al máximo la capacidad de la red. Se abren posibilidades que habrá que explorar, como puede ser la explotación y operación de la red con determinadas mallas en los niveles más bajos de tensión.

Conclusiones La electricidad es uno de los vectores energéticos fundamentales para conseguir atender las tres premisas básicas que deben definir un modelo energético sostenible: impacto medioambiental asumible, seguridad en el suministro y eficiencia en los costes. Para conseguirlo es necesario abordar, conocer, desarrollar e incluso cambiar sustancialmente tanto las estrategias de planificación y operación como las tecnologías que abarcan toda la cadena del suministro eléctrico (generación, transporte, distribución, comercialización, consumo, etc.). La apuesta por la mezcla futura de tecnologías de producción (penetración a gran escala de las fuentes renovables, el carbón limpio, el debate nuclear, el papel del gas) deberá ineludiblemente ajustarse a parámetros de sostenibilidad. La participación activa y comprometida del consumo y el carácter muchas veces distribuido e intermitente de las fuentes renovables de producción, requerirán una evolución importante de las prácticas actuales de planificación y operación del sistema, y van a revolucionar el papel y diseño de las redes de distribución y su operación (manejándose conceptos como los de microrredes, redes virtuales, redes inteligentes, etc.). La aparición masiva de coches híbridos (en su caso enchufables) extenderá el uso de la electricidad al sector del transporte rodado y presentará retos y oportunidades (capacidad de almacenamiento, por ejemplo) para el sistema eléctrico muy interesantes. Son retos que es necesario abordar cuanto antes. La presencia de ingenieros del ICAI en el sector eléctrico ha sido tradicionalmente muy significativa y el ICAI mantiene un papel muy activo en este sector. Por ello, y por todo lo estudiado en el capítulo, la incorporación de estos enfoques en las tareas de formación e investigación de la Escuela es sin duda de gran utilidad, contribuyendo así a encaminar a la sociedad hacia unos modos y hábitos de generación y consumo de la electricidad sostenibles. |❚|

Referencias [AIE_07] Agencia Internacional de la Energía. World Energy Outlook 2007. [CE__08] Comisión Europea. Green Package. Enero, 2008. 169


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[EURO07] The Role Of Electricity, Informe de Eurelectric. [FUTU08] Futured, 2008. Visión Estratégica de FUTURED. Plataforma española de redes eléctricas FUTURED, disponible en www.futured.es [GOME07] Gómez, T., J. Rivier, P. Frías, S. Ropenus, A.v.d. Welle, and D. Bauknecht. Guidelines For Improvement On The Short Term Of Electricity Distribution Network Regulation For Enhancing The Share Of DG. DG-GRID Project, final report, 2007. [KINT07] Kintner-Meyer, M., K. Schneider, and R. Pratt. Impacts Assessment of Plug-in Hybrid Vehicles on Electric Utilities and Regional US Power Grids, Part 1: Technical Analysis. Pacific Northwest. National Laboratory. Disponible en: www.pnl.gov/energy/eed/etd /pdfs/phev_feasibility_analysis_combined.pdf, 2007. [MITC07] Ministerio de Industria Turismo y Comercio. Planificación de los Sectores de Electricidad y Gas 2008-2016. Desarrollo de las Redes de Transporte. Mayo, 2008. [RIFK07] Rifkin, J. Leading The Way To The Third Industrial Revolution. A New Energy Agenda For The European Union In The 21st Century. Disponible en: http://www.ectp.org/ documentation/Conference2007/JeremyRifkin-EnergyVisionPlanandThirdIndustrialRevolutionforEU-English.pdf [SMAR06] Smartgrids, 2006. European Technology Platform SmartGrids: Vision and Strategy for European Electricity Networks of the Future. European Technology Platform for the Electricity Networks of the Future SMARTGRIDS, European Commission, disponible en www.smartgrids.eu [UE__07] Resolución del Parlamento Europeo. Strategic EU Energy Review. Marzo, 2007.

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Capítulo 17. Acceso universal a formas modernas de energía ANDRÉS GONZÁLEZ GARCÍA JULIO MONTES PONCE DE LEÓN JOSÉ IGNACIO PÉREZ ARRIAGA

Palabras clave Ingeniería, desarrollo sostenible, energía, electricidad, acceso universal, sanidad, educación, agua potable, energías renovables, biomasa, regulación. La Cumbre del Milenio de las Naciones Unidas del año 2000 estableció ocho objetivos de desarrollo del Milenio (OMDs), con plazos definidos, para combatir la pobreza, el hambre, las enfermedades, el analfabetismo, la degradación del ambiente y la discriminación contra la mujer. Sin disponibilidad de energía en general y de la energía eléctrica en particular es imposible la realización de las infraestructuras prioritarias necesarias para la consecución de estos objetivos. El acceso a la energía es esencial tanto para mejorar la satisfacción de necesidades básicas como para permitir lograr un nivel de vida digno en zonas no desarrolladas. Éste se deberá proporcionar mediante el empleo de combustibles limpios, el uso de energías renovables de la máxima disponibilidad y el incremento de la eficiencia energética y de la eficacia en su uso para el desarrollo, con las consecuentes posibilidades de mitigar impactos medioambientales en los ámbitos local, regional y global. En los proyectos de cooperación y desarrollo, las comunidades locales desempeñan un papel estratégico a la hora de llevar a cabo con éxito dichos proyectos. Asimismo, es necesario dotarse de una regulación energética adecuada que posibilite el objetivo del acceso universal, en coordinación con otras políticas (sanitaria, educativa, alimentaria, industrial…). Por último, en este capítulo se revisan sucintamente las diferentes fuentes energéticas disponibles para posibilitar el abastecimiento energético, poniendo énfasis en la utilización de la biomasa y otras energías renovables.

Introducción Alrededor de 2.700 millones de personas (casi la mitad de la población mundial) viven por debajo del umbral de la pobreza severa, con menos de 2 $ diarios de ingresos, sin posibilidad de disponer de servicios mínimos de salud, agua potable o nutrición adecuada. Un total de 1.600 millones de personas, entre ellos el 45% de la población rural de los países en desarrollo, no tiene acceso a electricidad. Un vistazo al mapa nocturno del planeta ❘Figura 1❘ nos da más información que “mil palabras”. El consumo de electricidad per cápita es desigual entre las distintas regiones, desde los 8.900 a 10.900 kWh/hab. en Norte América al rango de 500 kWh/hab. a 2.600 kWh/hab. en el que se sitúan los países africanos, latinoamericanos o asiáticos. Los líderes del mundo convinieron en la Cumbre del Milenio de las Naciones Unidas del año 2000 establecer ocho objetivos de desarrollo del Milenio (OMD´s), con plazos definidos para combatir la pobreza, el hambre, las enfermedades, el analfabetismo, la degradación del ambiente y la discriminación contra la mujer. Los objetivos persiguen desde la reducción de la pobreza extrema a 171


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❘Figura 1❘ NASA. Earth at Night, 27/11/2000

Fuente: C. Mayhew & R. Simmon (NASA/GSFC), NOAA/NGDC, DMSP Digital Archive

la mitad, hasta la detención de la propagación del VIH/SIDA y la consecución de la enseñanza primaria universal para el año 2015. En conjunto, constituyen un plan convenido en el marco de la ONU por todas las naciones y las instituciones de desarrollo más importantes a nivel mundial para ayudar a los más pobres1. Los OMD´s no plantean metas específicas sobre el derecho a la energía, pero sin disponibilidad de energía en general y de la energía eléctrica en particular, en condiciones de coste y calidad apropiados, es imposible la realización de las infraestructuras prioritarias necesarias para la consecución de los objetivos, como son: ❙ Infraestructuras agropecuarias adecuadas para poder satisfacer las necesidades nutricionales y eventualmente energéticas de los países en desarrollo. ❙ Infraestructuras sanitarias adecuadas para combatir las enfermedades endémicas, la mortalidad infantil y, en general, proporcionar a la población un mínimo sistema de salud. ❙ Infraestructuras de educación para erradicar el analfabetismo e incluso lograr formación profesional que permita el mantenimiento de los servicios de los núcleos habitacionales y eventualmente de los centros de transformación de materias primas que se vayan creando. ❙ Infraestructuras para el suministro de agua potable y de tratamiento de aguas residuales. ❙ Infraestructuras de comunicaciones y acceso a información, con especial atención a los vectores de desarrollo derivados de la sociedad de la información (mejoras productivas, logísticas, sanitarias, educativas, buen gobierno, etc.). ❙ Infraestructuras productivas para la creación de fuentes de ingresos y puestos de trabajo. Sin embargo es importante tener en cuenta que los programas de electrificación para tener un impacto positivo sobre los ingresos, la educación o la salud de los beneficiarios han de ir acompañados de otras medidas que incidan directamente sobre dichos aspectos, como la creación de empresas, la mejora del sistema educativo o los programas sanitarios. Otro aspecto a tener en cuenta es que la distribución de los beneficios de la electrificación no va a ser en general equitativa. La introducción de energía en una comunidad va a beneficiar en

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Un reciente informe [CONG07], evaluando el estado de los ODM´s en 2007 a mitad del período planteado por la ONU, presenta datos demoledores: 1.200 millones de personas viven con menos de un dólar diario, 1.100 no tienen acceso a agua corriente, el agua en mal estado es la segunda causa de mortalidad infantil en el mundo, además uno de cada seis niños muere de enfermedades curables como diarrea, neumonía o sarampión.

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Acceso universal a formas modernas de energía ❘ Tema II ❘ AVANCES DE INGENIERÍA

mayor medida a los hogares y negocios que estén en mejores condiciones para sacarle provecho, que en general serán aquéllos que estaban ya de partida en una mejor situación. Sin embargo, este aumento de la desigualdad relativa va a ir acompañado también de un incremento global de los indicadores de desarrollo humano y una disminución de la línea base de pobreza de la comunidad.

Enfoque de desarrollo El acceso universal a la energía se puede contemplar desde la perspectiva de los derechos humanos. Éstos se han clasificado tradicionalmente en derechos de primera generación (derechos civiles y políticos) derivados de la Declaración Universal de los Derechos Humanos (1948), derechos de segunda generación (Convenio Internacional sobre Derechos Económicos, Sociales y Culturales de 1966) y de tercera generación, basados en la interdependencia y la solidaridad, que buscan la satisfacción generalizada de necesidades básicas. La energía subyace en la satisfacción de multitud de necesidades humanas, por lo que se convierte en irrenunciable desde el enfoque de derechos, al tiempo que la explotación de los recursos energéticos en un escenario de creciente escasez acentúa la interdependencia y la necesidad de una regulación que promueva la equidad en el acceso a la energía.

❘Figura 2❘ Mapa de la producción eléctrica mundial en 2002

Fuente: Worldmapper 2006 SASI Group (University of Sheffield) and Mark Newman (University of Michigan)

En la ❘Figura 2❘ el tamaño de cada territorio es proporcional al porcentaje de electricidad que se produce en él. Resulta muy llamativo por un lado el tamaño de Japón, muy superior al de la India y de alguna manera comparable al de la propia China. Además, los datos indican que el crecimiento anual de la producción de energía está directamente relacionado con la potencia instalada, presentando el mapa de tasas de crecimiento un aspecto muy similar al anterior. En cambio, parece interesante compararlo con el mapa de la población mundial de la ❘Figura 3❘, donde podemos comparar en este caso también la relevancia de China e India respecto de Japón, o el peso de África y América Latina. 173


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❘Figura 3❘ Mapa de la población mundial en 2000

Fuente: Worldmapper 2006 SASI Group (University of Sheffield) and Mark Newman (University of Michigan)

Proyectos de desarrollo energético para la lucha contra la pobreza En los archivos de los diferentes organismos de Naciones Unidas pueden encontrarse abundantes referencias acerca de qué proyectos diseñados para mejorar las condiciones sanitarias de zonas no desarrolladas no han podido realizarse por falta de energía eléctrica, o por la inexistencia de una red adecuada al funcionamiento de los equipos necesarios para el ejercicio de una medicina moderna en esos países. Incluso dotaciones para hospitales han tenido que ser desviadas de su destino inicial por carecer de las condiciones adecuadas de suministro eléctrico. La potabilización de las aguas utilizadas para el consumo humano y el tratamiento de las aguas residuales es una necesidad urgente en grandes zonas del mundo donde se padecen enfermedades endémicas por utilización de agua contaminada. Los procesos de extracción de aguas, comprobación y adecuación de sus características no se pueden realizar ni controlar adecuadamente sin la existencia de un suministro de energía eléctrica. La globalización de las actividades humanas exige un mínimo de interconexión con otras zonas para extender los conocimientos, mejorar la educación, prevenir catástrofes meteorológicas o al menos mitigar sus consecuencias. Esta comunicación, de la que se habla extensamente en el Tema V, no se puede establecer si no existe energía eléctrica. Su introducción es esencial para la evolución de las condiciones de vida de las zonas no desarrolladas. Aunque el objetivo primordial es el suministro energético, en la medida de lo posible y a la vista del gran incremento futuro estimado del consumo energético en los países en desarrollo, el acceso a la energía debiera proporcionarse mediante el empleo de combustibles limpios, el uso de energías renovables de máxima disponibilidad y el incremento de la eficiencia energética, con las consiguientes posibilidades de mitigar impactos medioambientales en los ámbitos local, regional y global. Las condiciones climatológicas, la orografía de la zona, la velocidad del viento, el precio de los combustibles, la existencia de biomasa, el coste de conexión a una red cercana y el precio de la electricidad son, en general, las características determinantes para decidir la fuente energética que debe considerarse en el proyecto. Se debería evitar la introducción de sistemas eléctricos de disponibilidad limitada o funcionamiento aleatorio cuando no se dispone de las medidas compensatorias correspondientes. Las instalaciones esenciales de una población no pueden estar sometidas a vicisitudes imprevisibles. 174


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El tipo de fuente energética que se seleccione (hidráulica, geotérmica, solar, eólica, biomasa, combustibles fósiles, etc.) dependerá de las condiciones que, localmente, la hagan más viable. Preferentemente, esto incluye la posible conexión a una red eléctrica si ésta se encuentra en las cercanías, pues en ese caso esta opción resulta ser habitualmente más económica. Como parte de la toma de decisiones y unido a la consideración anterior, en cualquier intervención propuesta sobre un territorio, se requerirá un diagnóstico previo en que se analicen los elementos y recursos locales disponibles. Es importante que el análisis de los elementos disponibles abarque la mayoría de los factores que son necesarios para conseguir la mayor eficacia en la intervención propuesta. Se recomienda que la lista de datos a recopilar y evaluar se organice en torno a los siguientes apartados: ❙ Recursos energéticos locales. Es imprescindible el análisis de los recursos energéticos autóctonos, a los que en principio debe darse prioridad sobre los foráneos, tras el análisis de su viabilidad y de su sostenibilidad. Es necesaria, también una evaluación de los combustibles utilizados y de la energía consumida antes y después de llevar a cabo una intervención. ❙ Recursos humanos locales. Se recomienda conocer y analizar el potencial de los recursos humanos de las poblaciones y comunidades en donde se intervenga, de manera que se puedan considerar adecuadamente las posibilidades de su empleo, tanto en la implantación de soluciones como en el futuro mantenimiento de las mismas y en la organización de su funcionamiento y gestión. El conocimiento apropiado del potencial humano sirve también para poder establecer posibles estrategias de desarrollo que estén unidas o relacionadas con estrategias de implantación y mejora de los servicios energéticos. ❙ Patrones de consumo y empleo de la energía de forma local. En el momento actual y previsiones futuras, teniendo en cuenta el “efecto llamada”, el desarrollo y el consiguiente aumento de necesidades energéticas que la propia instalación de suministro eléctrico en mejores condiciones puede suponer. ❙ Recursos sociales e institucionales locales. Las soluciones que se adopten requieren del liderazgo de las comunidades locales y del concurso de las redes sociales que existan para promover y facilitar su intervención en la selección de tecnologías, formas de pago, gestión del mantenimiento, etc. Las instituciones locales deben ser tenidas en cuenta tanto si deben ser los interlocutores de los organismos nacionales encargados de la extensión de los servicios energéticos (comisiones nacionales de energía, institutos de electrificación rural, etc.) como si forman parte de alguno de estos organismos. ❙ Recursos y posibilidades de financiación. Deben ser conocidos y analizados en sus cuantías, mecanismos de solicitud y relación con las estructuras de las comunidades beneficiadas por las intervenciones. ❙ Los planes estratégicos de actuación en las comunidades locales. Para conseguir las mayores sinergias entre las actuaciones energéticas y los objetivos de desarrollo local, es importante conocer los planes estratégicos de actuación en los ámbitos sociales y económicos de las autoridades nacionales y locales. Cualquier integración de los planes de acceso a la energía en planes de extensión o creación de infraestructuras ha de servir para favorecer todavía más su implantación y las condiciones en que ésta puede llevarse a cabo (financiación, prioridades, etc.). También se constata que la falta de suministro energético es más apreciada cuando su ausencia se nota por no poderse cumplir otros objetivos de carácter productivo. Por ello se debe dar prioridad a aquellas intervenciones que se hayan elaborado como componentes energéticos de planes estratégicos de actuación de las autoridades locales y que tiendan a cumplimentar iniciativas de integración regional. Una última cuestión importante a conocer para considerar la posible intervención y su prioridad es su grado de alineamiento con las directrices y planes estratégicos de la cooperación internacional.

El importante papel de las comunidades locales En la mayoría de los proyectos de cooperación y desarrollo las comunidades locales desempeñan un papel estratégico a la hora de llevar a cabo con éxito dichos proyectos. En el caso de la energía, dadas 175


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sus condiciones específicas, el papel de la comunidad es primordial. Los comentarios que se expresan a continuación son aplicables fundamentalmente al caso del suministro de electricidad a poblaciones dispersas con sistemas no conectados a la red general. Es conveniente que la selección de los proyectos sea llevada a cabo con la colaboración de las poblaciones afectadas de manera que éstas puedan expresar sus necesidades y prioridades e identificar y elegir las soluciones técnicas y económicas más adecuadas, teniendo en consideración los recursos existentes. Hay que implicar a los beneficiarios en la toma de decisiones, de forma que se consiga el mayor sentido de pertenencia al proyecto y se evite que los consumidores se sientan simplemente usuarios del sistema. La población debe participar, en la medida de lo posible, en la selección objetiva de la tecnología, y también en el diseño y puesta en marcha de las formas de gestión y mantenimiento, así como en las fórmulas de pago, recaudación, gestión de averías, asesoramiento a otros miembros de la comunidad o comunidades vecinas, etc. Aparte de ser su derecho, es una condición imprescindible para garantizar la eficacia y permanencia del proyecto. Por otra parte, para que la comunidad pueda involucrarse con conocimiento y criterio suficiente en la planificación, sería conveniente una formación previa en conocimientos energéticos. De esta forma se conseguirá que las poblaciones rurales conozcan las potencialidades de las nuevas y modernas tecnologías y se facilite su contribución en el proceso de planificación de una forma significativa. Esto ayudará también a crear usuarios que entienden los conceptos básicos y que pueden dialogar con su proveedor. Una vez seleccionada la necesidad y la alternativa energética, sigue siendo necesaria la implicación activa de la población local en la fase de desarrollo de los proyectos –no sólo en la ejecución de los mismos–, y esto debe ir acompañado por la creación de organizaciones que garanticen la sostenibilidad económica y técnica a largo plazo. Los proyectos implantados van a necesitar operación y mantenimiento y para ello la comunidad se tiene que responsabilizar de establecer un sistema que atienda los costes y la formación de personal especializado que pueda desempeñar con garantías dichas tareas.

Enfoque de política energética Al abordar los programas de electrificación, hay que evaluar en qué medida la electrificación puede contribuir a la satisfacción de necesidades inmediatas y directas como la salud, la educación o sencillamente la alimentación. La electrificación es así una herramienta horizontal que incide en numerosos vectores de desarrollo, y debe por tanto ser complementaria y coordinada con otras políticas (sanitaria, educativa, agrícola, industrial…) y analizada de forma sistémica con ellas. La creación de la infraestructura necesaria para el abastecimiento de las comunidades desfavorecidas, ya sean rurales o urbanas, puede darse en líneas generales en dos situaciones: ❙ Que exista una intervención pública que cree las condiciones necesarias para atraer la inversión, la financiación y las capacidades necesarias. Esto hace que sea necesario un marco regulatorio estable y sostenible, a la hora de abordar el objetivo del servicio universal a escala local y nacional. ❙ Que se trate de zonas rurales, en las que la expansión de la cobertura eléctrica y la mejora de la calidad tienen que superar retos con un perfil diferente a los de la electrificación de zonas desarrolladas o urbanas. La baja densidad de población, la insuficiente generación de ingresos, así como factores culturales y sociales, suponen barreras que carecen de una solución única. Diferentes países han desarrollado estrategias exitosas que han supuesto un incremento muy notable del servicio eléctrico y el acompañamiento de un mayor crecimiento económico y de desarrollo humano. Tailandia y Túnez, partiendo de un acceso de sólo el 20% de la población rural en 1980, alcanzaron en 2000 a la práctica totalidad de su población. Experiencias similares se han dado en Filipinas, Sudáfrica, Costa Rica o Bangladesh, con un amplio abanico de marcos y medidas aplicadas, desde el enfoque regulatorio tradicional a la creación de cooperativas para la electrificación, pero 176


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en general manteniendo un marco estable durante esos años, que ha permitido la creación de la infraestructura y su sostenibilidad en el tiempo. Es un proceso dinámico de solución de problemas en largos períodos de tiempo que implica la adaptación de las estrategias a diferentes momentos y situaciones combinando flexibilidad con reducción de la incertidumbre regulatoria. Según Reiche [REIC06] los principios sobre los que debe basarse la regulación pueden resumirse en dos reglas de oro: ❙ La regulación es un medio para un fin. Lo que importan finalmente son los resultados (electrificación sostenible) y no el desarrollo regulatorio. ❙ Los beneficios de la regulación deben superar a sus costes. Que se traducen en cuatro principios: ❙ Regulación simple y ligera, optimizando la facilidad de su aplicación. ❙ Debe permitir al regulador subcontratar o delegar las tareas a otras entidades públicas o privadas. ❙ El regulador debe adaptar la regulación a la naturaleza de las entidades reguladas. Es interesante el ejemplo de Sri Lanka donde la electrificación off-grid pasa por el consejo de una cooperativa que fija los precios de la electricidad independientemente del regulador o el ministerio. En este caso las tarifas son más bien “cuotas de socio”. ❙ La calidad de servicio debe ser realista, financiable, controlable y garantizable. Es importante la existencia de criterios transparentes y estables, limitar la dependencia de los cambios políticos, minimizar los costes de inversión y operativos y desarrollar un sistema de tarifas y de subsidios eficaz, buscando fondos estables en programas nacionales o internacionales a largo plazo y acompañándolo de medidas que promuevan el aumento de los ingresos de las comunidades beneficiarias. Este tipo de actuación regulatoria debe replantearse supuestos habituales en la electrificación de zonas desarrolladas al determinar aspectos clave como las tarifas o la calidad de servicio. La electrificación en zonas rurales se realizará a menudo por empresas pequeñas y medianas, de difícil viabilidad económica a no ser que reciban un subsidio inicial. Asimismo, las tecnologías de producción y distribución de electricidad variarán grandemente por tanto el diseño del sistema de gestión debe hacerse de tal forma que promueva (y no entorpezca) una electrificación sostenible, rápida y eficiente. Las tarifas deberían cubrir el valor actual neto de la inversión más los costes de operación y mantenimiento, en forma de una tarifa de conexión y tarifas de servicio periódicas. Las tarifas subsidiadas se minoran con la cuantía determinada para la subvención tanto de la instalación como del servicio. Sin embargo el modelo de financiación debe revisarse igualmente para garantizar su viabilidad y sostenibilidad a largo plazo en este marco particular. Es interesante considerar distintos tipos de usuarios en función del nivel de ingresos, de forma que exista una gradación en los subsidios en función de la necesidad de la instalación y de la capacidad de pago de los beneficiarios. Los subsidios pueden ser mecanismos efectivos de redistribución de renta, de expansión de la cobertura y de aseguramiento del acceso a los servicios por parte de las poblaciones con menos recursos, así como un importante instrumento de política social. Desde este punto de vista, es importante determinar en qué medida los subsidios contribuyen a la reducción de la pobreza, y no en detrimento de otros usos, como programas de protección social o sanitarios.

Fuentes para el acceso universal a la energía Al igual que en otros usos, en la utilización de recursos energéticos para el abastecimiento universal de energía tanto para colectivos desfavorecidos de zonas urbanas como para el servicio en zonas rurales aisladas es necesario considerar el “mix” de generación óptimo en función de los recursos disponibles y de las condiciones y necesidades sociales y económicas. Sin embargo, estas características aportan una perspectiva fundamental a la consideración de las diferentes tecnologías en el suministro de energía eléctrica. En primer lugar los aspectos de coste y disponibilidad adquieren mucha mayor importancia dada la escasez de recursos con que cuentan 177


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estas comunidades, al tiempo que los usos de la energía son necesariamente más básicos y por tanto la necesidad de calidad y seguridad de suministro son diferentes.

Un recurso de especial consideración: la biomasa La biomasa –toda materia orgánica, vegetal o animal, que ha tenido su origen inmediato mediante un proceso biológico– se ha revelado como la fuente de energía renovable con mayor potencial para satisfacer las necesidades energéticas de los países en desarrollo. Actualmente, en estos países la biomasa constituye el mayor recurso energético alternativo; en África asciende al 47,6% y a nivel mundial supone el 10%; en conjunto, supone el 78% de la energía renovable en el mundo. La leña es la principal fuente de energía para cubrir la demanda para cocinar y para calefacción de las comunidades con menos recursos en los países menos desarrollados. No parece razonable pensar que las cantidades mínimas empleadas para cubrir esta demanda puedan producir una deforestación masiva y sistemática. Es necesario encontrar formas más eficientes de consumir la biomasa, con objeto de aprovechar su enorme potencial. Ya sea por la utilización de recursos boscosos, agrícolas o ganaderos, o por la cogeneración asociada a procesos agroindustriales, las alternativas que ofrecen las formas modernas de la biomasa para dotar de servicios energéticos a zonas rurales son muy amplias, y pueden satisfacer todo tipo de necesidades en función de las características del área geográfica, empleando recursos autóctonos, con tecnología sencilla y económicamente viable. A la hora de pensar en servicios eléctricos, existen tecnologías, como puede ser el uso de biogás, que permiten satisfacer las necesidades a micro escala. El biogás se puede generar a partir de la digestión de residuos animales o por gasificación de la biomasa, con lo que se obtiene un gas rico en metano que puede quemarse con facilidad de forma eficiente, bien para la generación de electricidad por medio de motores alternativos o para alimentar motores para el transporte y la propia maquinaria agrícola. En resumen, la biomasa, bajo todas sus formas y tecnologías, debería considerarse en la selección de alternativas para dotar de servicios energéticos modernos a zonas rurales, especialmente zonas aisladas, ya que en su conjunto reúne una serie de características que la hacen potencialmente atractiva: ❙ ❙ ❙ ❙ ❙

Se puede generar energía en diferentes formas para diversos usos. Es un recurso autóctono que no implica un cambio sustancial de actividad. Permite el almacenamiento. La tecnología es sencilla y es un sistema barato. Las necesidades de biomasa natural se pueden satisfacer mediante cultivos energéticos.

Aparte de estas ventajas intrínsecas, el empleo de biomasa también puede tener un impacto local muy positivo, como puede ser la creación de estructuras agrarias desarrolladas, el acceso a nuevas tecnologías sencillas y transferibles, la creación de empleo, la mejora de infraestructuras, el fomento de la capacitación y la diversificación de actividades económicas. A través de su utilización en proyectos pequeños, de carácter local, o incluso regional, la biomasa puede ser un recurso autóctono que satisfaga las necesidades energéticas de muchas comunidades de forma sostenible, siendo necesario contemplar que el desplazamiento del uso del suelo entre los cultivos alimenticios y los energéticos no plantee conflictos a escala local o regional. Un adecuado estudio del contexto y una prudente valoración de los recursos de la zona pueden contribuir a que los propios beneficiarios generen una energía sostenible y creen un modelo autosuficiente, contribuyendo así al mantenimiento de las poblaciones indígenas en sus zonas tradicionales y evitando el indeseable proceso de su emigración a zonas urbanas.

Hidráulica Aún existen en el mundo amplios recursos todavía no aprovechados en las regiones en desarrollo, conformados por centrales de capacidades muy pequeña (minicentrales), pequeña, mediana y 178


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grande. Esto hace de esta tecnología madura un componente indispensable del mix de generación necesario para el abastecimiento universal de energía tanto en red como en zonas rurales aisladas.

Solar Si bien la disponibilidad de sol como energía primaria es muy abundante en muchas zonas en desarrollo, tanto en África, Asia, América Latina u Oceanía, el elevado coste y la escasa madurez actual de las tecnologías es una barrera substancial para la utilización extendida de este recurso para la generación eléctrica. Sin embargo, la energía fotovoltaica se ha hecho muy popular en programas de electrificación de zonas rurales aisladas en países de condiciones orográficas escarpadas, como Perú, Costa Rica o Nicaragua.

Eólica Al igual que en el caso anterior, el recurso eólico está aún por explotar en la mayor parte de los países en desarrollo, pero su aleatoridad lo hace desaconsejable cuando representa una fuente única de suministro eléctrico. Sin embargo se trata de una tecnología ya muy madura y cada vez más competitiva en relación a las fuentes no renovables.

La geotermia en las zonas de actividad sísmica Existen zonas en la región andina de América Latina, África y sureste del continente asiático donde el potencial geotérmico de media y alta entalpía es notable. La explotación de ese potencial de energía renovable en Filipinas, Costa Rica y otros países de América Central ha permitido el desarrollo de grandes zonas mediante el suministro de energía eléctrica. El Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) y el Banco Interamericano de Desarrollo (BID) han contribuido notablemente a la explotación de los recursos geotérmicos en Latinoamérica.

Fuentes de energía no renovables No es posible actualmente plantear una estrategia para el suministro energético sin considerar la utilización de fuentes de energía no renovables. Hay que mantener un compromiso entre la sostenibilidad medioambiental y las sostenibilidades económica y social. Mientras existan limitaciones de carácter económico o técnico, y en ausencia de una estrategia energética universal consistente, la inmediatez del derecho a la alimentación, la salud o el trabajo en los países en desarrollo debe tener prioridad sobre consideraciones de más largo plazo como la utilización de recursos renovables o limpios.

Conclusiones El coste de satisfacer las necesidades energéticas básicas de 2.000 millones de personas podría representar menos del 2% de la energía comercial mundial. Asimismo se calcula que las inversiones necesarias para alcanzar el servicio universal serían de 22.000 millones de euros a lo largo de 30 años. En comparación, para subsidiar su agricultura los países desarrollados destinan actualmente 300.000 millones de euros. El acceso universal a formas modernas de energía supone un reto fundamental para nuestra sociedad que, por una fracción del coste total del sistema, mejoraría radicalmente las condiciones de vida y oportunidades de desarrollo de casi el 50% de la población mundial. La mejora del acceso a servicios modernos de energía viables económicamente, seguros y sostenibles financiera, social y medioambientalmente, supone un impacto positivo en la erradicación de la pobreza y en la mejora del desarrollo humano, así como en el crecimiento económico. Esto debe ir de la mano con el desarrollo e implantación de tecnologías más avanzadas, limpias, eficientes y eficaces para aumentar la cuota de generación a partir de fuentes renovables, pero combinando el uso de energías fósiles con el objetivo prioritario de satisfacer las necesidades de la población en situación de pobreza. Para que el acceso a la energía tenga un efecto positivo en el desarrollo, debe ir acompañado de programas específicos de apoyo a las actividades productivas, la promoción de la salud y la educación, y el consumo responsable. |❚| 179


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Referencias [EISF08] J. Eisman, A. Fernández-Curto, L. Izquierdo, A. Moreno, M. Molina, L. Antolín, B. Monge, J.L. Riesgo. Estrategia para promover el acceso a los servicios energéticos en países en desarrollo y su asequibilidad por los colectivos de menores ingresos. Energía Sin Fronteras e Ingeniería Sin Fronteras, 2008. [BARN07] D. F. Barnes. The Challenge Of Rural Electrification. Strategies For Developing Countries. Ed. Resources for the Future, 2007. [REIC06] K. Reiche et al. Electrification And Regulation: Principles And A Model Law. Banco Mundial, 2006. [MART00] E. Martinot, K. Reiche. Regulatory Approaches To Rural Electrification And Renewable Energy: Case Studies From Six Developing Countries. Banco Mundial, 2000. [BRAD06] A. Bradbrook, J. Gardam. Placing Access To Energy Services Within A Human Rights Framework. Human Rights Quarterly. Johns Hopkins University Press, 2006. [CONG07] Touza P. et al. Objetivos de desarrollo del Milenio: una mirada a mitad de camino. Coordinadora de ONG para el Desarrollo – España, 2007.

Más información http://www.un.org/esa/sustdev/sdissues/energy/enr.htm http://www.energiasinfronteras.org/ http://www.cuadernos.tpdh.org/ant_indice.php?id=16

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Tema III Vivienda y Desarrollo Sostenible Coordinación: A ntonio Arenas Alonso Capítulo 18. Sostenibilidad en la vivienda Autor: Antonio Arenas Alonso Titulación: Doctor e Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Autor: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado en Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Capítulo 19. La energía en la vivienda: ahorro y eficiencia Autor: Rafael T. Montilla Cobo Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Director de Expansión Territorial (Sonnegex) Autor: Susana Ortiz Marcos Titulación: Doctor Ingeniero Industrial (UPM) Cargo: Departamento de Organización Industrial Capítulo 20. Sostenibilidad y ciclo integral del agua de consumo Autor: Mariano Ortega de Mues Titulación: Doctor en Filosofía (UPComillas) Cargo: Departamento de Organización Industrial. Senior Technical Utilities Spain. Manager Indra Sistemas S.A.

Capítulo 21. Edificación y urbanismo, sistemas, métodos y tecnologías Autor: Jesús Guardiola Arnaz Titulación: Arquitecto e Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica. Dtor. Proyecto (Dpto. Arquitectura & Construcción de El Corte Inglés)

Autor: Carlos García Lorente Titulación: Arquitecto ETSAM. Urbanismo Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Autor: Ángel Luis García Guerrero Titulación: Ingeniero Aeronáutico Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Capítulo 22. Nuestros residuos, nuestra responsabilidad Autor: Agustín de la Villa Cuenca Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI y Doctor en Matemáticas

Cargo: Departamento de Matemática Aplicada y Computación

Autor: Carmen Amador Guerra Titulación: Licenciada en Ciencias Químicas (UCM) Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica

Autor: Alexis Cantizano González Titulación: Doctor Ingeniero de ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Autor: Luis Mochón Castro Titulación: Doctor Ingeniero de ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica

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Capítulo 18. Sostenibilidad en la vivienda Antonio Arenas Alonso Julio Montes Ponce de León

Palabras clave Vivienda sostenible, ahorro y eficiencia energética, hábitos en el consumo doméstico, residuos urbanos. En el presente trabajo se pretende plantear algunas preguntas y ofrecer algunos datos para la reflexión, ya que en bastantes ocasiones se identifican optimistamente soluciones que debidamente aplicadas nos pueden acercar a un mundo bastante sostenible, pero si bien las soluciones son conocidas, su implantación no es fácil debido a la existencia de dos grandes inercias y una singularidad: ❙ Las viviendas, en las que se va a desarrollar la vida de la inmensa mayoría de los ciudadanos en un período largo de vida (seguramente más de 50 años), ya están construidas y por tanto ubicadas y no son fácilmente modificables en el corto y medio plazo (poco las viviendas, y claramente nada su ubicación). ❙ La incidencia que en el desarrollo sostenible tiene la vida en la vivienda responde en gran medida a actitudes culturales, cuyo cambio es generalmente lento, necesitando a veces de más de una generación para alcanzar cambios sustanciales. ❙ La singularidad consiste en que el comportamiento global del sector es la suma de muchos comportamientos individuales (sector difuso) y privados, por lo que son muy difíciles de aplicar normativas y reglamentos.

Introducción La aplicación del concepto de sostenibilidad [BRUN87] al entorno de la vivienda y el lugar de trabajo plantea tres áreas de incidencia: ❙ La ubicación y construcción del edificio: lugar, agrupación, orientación, diseño bioclimático, materiales, etc. ❙ Los consumos necesarios para su uso: energía, agua y alimentos, distancias y medios de transporte, etc. ❙ Las emisiones consecuencia de su uso: residuos sólidos, líquidos y gaseosos. Ninguna de estas áreas son independientes de las otras, están todas ellas relacionadas, más aún encadenadas, condicionando la primera a la segunda y ésta a la siguiente en cuanto a su incidencia en el desarrollo sostenible.

Ubicación de los edificios La edificación ha de responder a las necesidades de la población, tanto en su ubicación como en sus características y está condicionada por las decisiones de los planificadores. Antes de analizar estas necesidades, es conveniente, en el caso de España, conocer el colectivo que abarca. La población española [INE_07] se reparte bastante desigualmente entre las 52 provincias: ❙ Tres provincias con más de dos millones de personas concentran el 31% de la población. ❙ Trece provincias con más de un millón de personas tienen en total el 60% de toda la población. 183

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Entre 1995 y 2007 la población española ha crecido en 5,5 millones de personas pero su reparto ha sido también bastante desigual entre las provincias: ❙ Únicamente 16 provincias crecieron por encima de la media. ❙ De estas 16 provincias, cinco de ellas absorbieron el 60% del incremento de éstas. ❙ Diez provincias tuvieron descenso de población en valor absoluto. La mayor parte de esta población tiene que optar por viviendas ya construidas con anterioridad y tiene escasas probabilidades de optimizar la sostenibilidad de la vivienda. Son los planificadores urbanos y especialmente los técnicos, ingenieros y arquitectos responsables de los proyectos y de su ejecución, los que tienen que tratar de aumentar la sostenibilidad de los edificios más allá, si es posible, de las normas y códigos vigentes para la construcción. En la búsqueda de mejorar la sostenibilidad en la vivienda, habría que plantearse y dar respuesta a una serie de preguntas. Las primeras son sobre el modelo de ciudad: ❙ ¿La población ha de estar concentrada o distribuida? ❙ ¿Tienen que crearse grandes núcleos urbanos o pequeñas poblaciones, autosuficientes en las necesidades laborales de su población? ❙ ¿Cuál es el tamaño óptimo de la ciudad sostenible? ❙ ¿Grandes edificios o viviendas unifamiliares en urbanizaciones, con gran cantidad de servicios comunes? ❙ ¿Cuál es el tamaño óptimo del edificio de viviendas? Las respuestas no son fáciles, pues cada situación extrema planteada tiene ventajas e inconvenientes desde el punto de vista de la sostenibilidad. El tamaño actual de las poblaciones, y sobre todo la tendencia, ¿responde a un modelo planificado que busca la sosteniblidad?, o por el contrario ¿responde a otros intereses, planificados o no, con posible incidencia negativa en la consecución de ciudades sostenibles?. Se podría terminar preguntándonos sobre el modelo de desarrollo urbanístico y social actualmente aplicado: ❙ ¿Es el correcto para avanzar hacia la ciudad sostenible? ❙ ¿Responde a una planificación para avanzar hacia la ciudad sostenible?

La construcción y los sistemas domésticos En relación con la contribución de la construcción de las viviendas a la mejora de la sostenibilidad, cabe preguntarse: ¿La vivienda y el edificio sostenibles: mito o realidad? En los últimos tiempos se están percibiendo claras mejoras tecnológicas en el diseño y construcción de los edificios así como en los materiales utilizados, en gran medida promovidas por normativas de obligado cumplimiento, pero también por buenas prácticas de quienes participan en el proceso de construcción de las viviendas. Con el Decreto 1490/1975, “…la administración pública adopta las primeras medidas encaminadas a la consecución de un ahorro energético a través de una adecuada construcción de los edificios…”1 [R_D_29] pero es en 1979 con la publicación de la norma básica de la edificación NBE-CT-79 sobre condiciones térmicas de los edificios cuando se sientan las bases para la implantación de importantes mejoras en el aislamiento de las viviendas. Sin embargo el concepto de sostenibilidad va más allá del ahorro de energía, y así es con la Ley 38/1999 de Ordenación de la Edificación cuando se avanza en dicho concepto ya que además de mantener y reforzar los requisitos de ahorro de energía y aislamiento térmico, en su artículo 3º establece entre los requisitos de habitabilidad, “… que éste (el ambiente interior) no deteriore el medio ambiente en su entorno inmediato, garantizando una adecuada gestión de toda clase de residuos”2. Posteriormente todo ello quedará regulado en el Código Técnico de la Edificación (CTE) con vigencia desde marzo de 2006. Exposición de motivos del Real Decreto 2429/1979. En la exposición de motivos de esta Ley, en referencia al cumplimiento de la Directiva 85/384/CEE de la Unión Europea, se dice que “…el proceso de edificación implica siempre un compromiso de funcionalidad, economía, armonía y equilibrio medioambiental…” . 1 2

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Sostenibilidad en la vivienda | Tema III | Avances de Ingeniería

Es de esperar que el parque de viviendas actualmente construidas bajo el CTE y las que se construirán en el futuro se acerquen a un modelo más sostenible, pero cabe preguntarse: ¿Qué fracción de la población vivirá a medio plazo en viviendas sostenibles? El parque de viviendas en España supera los 25 millones con una tasa de 1,5 viviendas por familia y con una antigüedad relativamente baja, pues más del 80% tienen menos de 50 años como se deduce de la |Figura 1|, [INEA-01] al complementarla con datos actualizados a 20073. Ello significa que la inmensa mayoría de la población vive en viviendas que desde el punto de vista medioambiental no están pensadas con las sensibilidades actuales, y siendo desde el punto de vista estructural suficientemente sólidas, habrá que pensar que durante mucho tiempo la vida se desarrollará más en éstas que en las modernas construcciones más amigables con el desarrollo sostenible. Esta previsión se verá potenciada por el hecho de que el 85% [INEA-01] son viviendas en régimen de propiedad, incluso muchas de las familias disponen de más de una vivienda. Como consecuencia, las posibles mejoras que permitan una mayor eficiencia energética y, en general, una mayor sostenibilidad estarán muy ligadas al contexto económico y a la forma de pensar del usuario y a la vez propietario.

|Figura 1| España al comienzo del siglo XXI Distribución de los edificios destinados principalmente a viviendas por año de construcción 1991-2001

16,4%

1981-1990

15,8%

1971-1980 1961-1970

17,5% 12,6%

1941-1960

16,5%

Antes de 1941

21,2% Fuente: INE (Censo 2001)

Consumos Los consumos inherentes al uso de las viviendas se focalizan en dos principales elementos: la energía y el agua, aunque no son éstos los responsables únicos de la sostenibilidad. Los residuos generados tienen incidencia en el desarrollo sostenible.

La energía en la vivienda

La energía consumida en el uso de las viviendas tiene fundamentalmente dos formas finales (eléctrica y gas natural), y dos usos (térmico y esencialmente eléctrico) con la característica de que formas y usos no están debidamente acoplados, empleándose bastante energía eléctrica para usos térmicos con el consiguiente derroche de energía primaria al proceder un alto porcentaje de la energía eléctrica de centrales térmicas, que funcionan evacuando grandes cantidades de calor al medio ambiente (en torno al 50% en los mejores casos). Ello que conlleva no sólo un gran desaprovechamiento de la energía primaria sino un alto valor de las emisiones de CO2 a la atmósfera. 3 El Censo Oficial de 2001 establecía un número de 20.946.554 de viviendas, y estimando una tasa anual de 800.000 viviendas/año hasta 2007, se alcanza y supera la cifra de 25.000.000 que dan algunos medios.

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El consumo de energía en los hogares españoles de acuerdo con los datos del Instituto Nacional de Estadística y del IDAE, indicados en el gráfico adjunto, |Figura 2|, [ENER07] es uno de los más bajos de la UE-15, situándose en 2005 en 1,1 tep/hogar, inferior al valor de 1,65 tep/hogar medio de la UE-15. Aun así cabe la pregunta: ¿Es posible reducir el consumo de energía en el sector doméstico? Al observar la |Figura 2| se ve que los países más desarrollados de la UE y la media de la UE-15 muestran estabilidad o ligeros descensos en el consumo por hogar, mientras que en España va aumentando, siendo este aumento más importante en energía eléctrica que en energía térmica. Por otro lado, si se compara el consumo de energía con el PIB (intesidad energética tep/€), España está aún por debajo de países como Alemania y Francia, pero mientras que en estos países tiende a disminuir [ENER07] en España tiende a aumentar. Esta tendencia es aún más evidente los consumos energéticos de los países en desarrollo. Si estos últimos alcanzaran los consumos por habitante para los países desarrollados no habría recursos energéticos naturales suficientes para todos. Habrá pues que establecer pautas para aumentar el ahorro y la eficiencia entre los que actualmente tienen un mayor consumo.

|Figura 2| Intensidad Energética en el Sector Residencial con correcciones Climáticas (La Energía en España 2007. MICYT) Tep/hogar 2,80 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 0,40 0,00 1990

1991 1992

Unión Europea

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Francia

Alemania

Grecia

Italia

2000 2001 Noruega

2002 2003 2004 2005 2006 España

Reino Unido

Fuente: INE, IDAE

Así a España, por su nivel de desarrollo, le correspondería reducir su consumo y aumentar su eficiencia, aun no estando en el nivel de consumo por habitante muy elevado, y por tanto cabe preguntarse en relación con el consumo en la vivienda (sector residencial): ¿Cuáles son los elementos de actuación para conseguir la reducción de consumo: las infraestructuras, las tecnologías de los elementos de consumo, los hábitos y costumbres? Como se ha dicho anteriormente, los ciudadanos españoles vivirán durante muchos años en viviendas construidas con poca sensibilidad medioambiental, por lo que las medidas sobre calidad en la construcción, que ya son obligatorias para las nuevas edificaciones, no son efectivas para el grueso de la población, y por tanto poco se podrá esperar de la contribución de estas medidas a la reducción del consumo. Por otro lado, la mecanización de la vivienda (electrificación) es creciente, lo que conlleva, como se ha dicho antes, un aumento permanente del consumo de energía eléctrica. Parte de esta electrificación de la vivienda está determinada no por necesidades básicas, sino por cuestiones estéticas, de gusto, decoración u ocio, las cuales están determinadas por cuestiones culturales y de hábitos más que por la 186


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necesidad real. También, como se ha dicho, el consumo de energía doméstico responde a lo que se conoce como elemento o sector difuso, del que resulta relativamente fácil conocer y hacer previsiones con datos agregados, pero del que resulta muy difícil obtener patrones de comportamientos individuales. En el consumo energético de una vivienda concreta influyen numerosos factores que hacen que ninguna vivienda sea idéntica a otra: ubicación, orientación, mobiliario, número de ocupantes, nivel de mecanización y electrificación, y lo más diferenciador, pero de gran importancia, las necesidades de los usuarios, sus usos y costumbres, es decir sus hábitos. Existe un gran vacío en cuanto al conocimiento real de los consumos domésticos asociados a grupos y comportamientos sociales, conocimiento éste imprescindible para poder abordar políticas de concienciación que, con el tiempo necesario, conduzcan a una reducción efectiva del consumo, pero esta toma de conciencia no es ajena a la cultura social y de solidaridad que tengan los individuos. Así, en la búsqueda de los posibles elementos de actuación se pueden identificar dos grandes grupos: los elementos tecnológicos y los culturales. Elementos no excluyentes, más aún, necesariamente complementarios, aunque cada uno tiene sus tiempos y modos. En relación con los elementos tecnológicos cabe observar que actualmente no existe mucho margen de mejora en el rendimiento de los electrodomésticos utilizados, pues los actuales niveles de eficacia son bastante elevados. Sin embargo sí sería posible el ahorro de energía mediante cambios sustanciales en las tecnologías empleadas: lámparas leds en vez de fluorescentes e incandescentes; cogeneración frente a caldera de gas para calefacción, etc. Por otro lado, estando los elementos tecnológicos al servicio del ser humano, su utilización y por tanto el consumo, aun en el caso de elementos de alta eficiencia y de tecnologías eficientes, va a estar determinada por sus hábitos y voluntades, en el fondo por su cultura social y de solidaridad. En este sentido puede servir el testimonio de muchos cabezas de familia al observar como la utilización de lámparas de bajo consumo en la iluminación de los hogares no siempre reduce el consumo de electricidad, pues en muchos se aumenta el número de puntos de luz encendidos simultáneamente ya que “gastan poco”, despreocupándose de apagarlos cuando no es imprescindible. Este mismo ejemplo sirve para numerosos alumbrados públicos que se sobredimensionan con la excusa de que son lámparas de bajo consumo.

El agua en la vivienda

El consumo de agua en los hogares españoles fue en 2005 de 166 litros/hab/día según datos del INE [INEA05a], uno de los más altos de la UE, con unas pérdidas en las redes de distribución de 54 litros/habitante/día [INEA05b] (17,9% del total distribuido en las redes [SALA08]). En términos medios, en Europa el agua captada se emplea [NIXO00] en: ❙ 18% suministro público. ❙ 30% agricultura. ❙ 14% industria (no producción electricidad). ❙ 38% energía eléctrica (hidroeléctrica y térmica) y otros. ¿Es posible reducir el consumo de agua en el sector doméstico? El agua consumida en la vivienda tiene dos usos fundamentales: el alimenticio y el auxiliar para aseo y limpieza. Según datos de 1990 el reparto del agua en los diferentes usos dentro del hogar en Europa es el siguiente: ❙ 16% para alimentación (bebida, cocina y vajilla). ❙ 13% en aseo personal. ❙ 32% en el WC. ❙ 38% restante empleado en limpieza de la vivienda y jardín. ¿Cuáles son los elementos de actuación para conseguir la reducción de consumo: la infraestructura, la tecnología de los elementos de consumo, los hábitos y costumbres, el precio? En relación con el agua caben aquí las mismas consideraciones que se hicieron para la energía, tanto para el ahorro de agua mediante mejoras en los electrodomésticos como para el ahorro mediante el cambio de actitudes y hábitos, cambios culturales. 187


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Las mejoras en los aparatos domésticos presentan poco margen (los lavavajillas y lavadoras han reducido mucho su consumo de agua) si no es mediante cambios tecnológicos sustanciales que eviten el uso de agua para aquellos usos no esenciales. Sin embargo sí hay un elevado margen de actuación en relación con las elevadas pérdidas que actualmente existen en los sistemas de distribución. Corresponden a las entidades responsables del suministro evitar esas pérdidas. Desde el punto de vista de los elementos culturales, existe también una actividad difusa en la que, a pesar de las mejoras tecnológicas, el consumo va a estar determinado por los hábitos y voluntades del ser humano, en el fondo por su cultura social y de solidaridad.

Residuos y emisiones Según datos oficiales, España generó en 2001 por cada habitante 592 kg de residuos sólidos urbanos, ligeramente superior al de países como Alemania, Francia y el Reino Unido. Sin embargo el sistema de recogida de estos residuos es mucho más eficaz que el que existe en esos países. Los hábitos y voluntades del ser humano son nuevamente un factor fundamental en una política de residuos. La segregación de los residuos en origen es esencial para una disminución y posterior eliminación. Es imposible establecer un tratamiento sostenible de los residuos si no existe una segregación inicial que depende fundamentalmente de una educación ciudadana adecuada. Y esa formación se debe realizar en todas las etapas de la vida del individuo, desde la infancia hasta la universidad. Como se verá más adelante, el 50% de los residuos sólidos urbanos están constituidos por materia orgánica, biomasa, que puede ser convertida en energía. Más de la mitad del resto está constituido por material reciclable, cuya utilización puede ahorrar materias primas y también energía. Existe una legislación muy amplia a nivel comunitario, nacional y autonómico para regular el control de los residuos, y especialmente los residuos urbanos. El cumplimiento de esa normativa asegura su eliminación sin riesgos para la salud humana y el medio ambiente. Los debates, no siempre claros en su origen sobre los distintos sistemas de eliminación, deberían centrarse, más que en los procesos, en asegurarse que se cumple estrictamente la normativa existente de acuerdo con las especificaciones de la planta de eliminación. De hecho, ciudades como Viena o Mónaco no han tenido ningún inconveniente en instalar incineradores dentro de su casco urbano. Es evidente que el reciclado y eliminación de residuos urbanos se pueden mejorar tanto mediante tecnología, que tiene que ver con los materiales y características de los elementos que acabarán siendo un residuo de la vivienda, como con las actitudes de los usuarios de la misma mediante su disposición vital para el reciclado. Esto es consecuencia de elementos culturales, y va, más allá de la selección y separación de los residuos, a una visión de su impacto ambiental y sostenibilidad.

Conclusiones Ante la necesidad de mejorar el impacto ambiental de la vivienda para avanzar hacia una vivienda sostenible, no sólo en su ubicación y construcción sino también en su uso, se plantean algunas preguntas y se ofrecen datos para la reflexión. Previamente se ofrecen unas opiniones, que sin pretender ser más que eso, quieren ayudar a conseguir un mundo más sostenible. Estas opiniones dadas por quienes conocen el ámbito de la formación de ingenieros, no pretenden descargar de responsabilidad a la tecnología, pero sí reflejar la idea de que la tecnología está al servicio del ser humano y es una herramienta que manejada por éste puede servir para el bien o para el mal, y por tanto es la formación del ser humano la pieza clave para conseguir dejar a la siguientes generaciones un mundo mejor, o al menos tan bueno, como el que se han encontrado las presentes, y así será sostenible. Opiniones para la reflexión sobre la sostenibilidad en la vivienda: ❙ Necesidad de cambios en las actitudes personales: cambios culturales. – Formación de conciencia social y solidaria. 188


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– Actitudes ejemplarizantes de las administraciones y entes públicos. – Precios desmotivadores para el consumo excesivo pero justos para el consumo prudente. ❙ Cambios tecnológicos relevantes. Ejemplos para la reflexión sobre la sostenibilidad en la vivienda: ❙ Las mejoras tecnológicas no son suficientes, pero sí necesarias: – La reducción significativa de accidentes de automóvil se ha producido por un cambio en las actitudes, acompañado de mejoras tecnológicas en la seguridad. – El consumo del sector automóvil no se ha reducido aunque se han reducido fuertemente los consumos por km en cada vehículo. – ¿Es posible reducir el uso del agua en la limpieza doméstica empleando otras tecnologías? – ¿Es posible mantener confortable el ambiente de una vivienda sin tener que calentar o enfriar la estructura de la vivienda? |❙|

Referencias [BRUN87] Nuestro futuro común. Informe Brundtland para la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente. 1987. [INEA01] Censo de población y viviendas 2001. INE. [R_D_29] Real Decreto 2429/79, de 6 de julio, por el que se aprueba la norma básica de la edificación NBE-CT-79, sobre condiciones térmicas en los edificios. [ENER07] La energía en España. 2007. MITYC [INEA05a] Estudios medioambientales sobre el agua. Estadísticas Europeas 1992-2005. [INEA05b] Indicadores sobre el agua. Serie 1996-2005. INE. [SALA08] Las encuestas del agua en el INE. Revista “Índice”. Mayo 2008. [NIXO00] Nixon, S.C., Lack, T.J., Hunt, D.T.E. ¿Es sostenible el uso del agua en Europa?. Situación, perspectivas y problemas. AEMA. 2000.

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Capítulo 19. La energía en la vivienda: ahorro y eficiencia Rafael T. Montilla Cobo Susana Ortiz Marcos

Palabras clave Consumo doméstico de energía, hábitos de consumo, fuentes de energía final, ahorro y eficiencia energética. En este capítulo se muestra la realidad actual del consumo de energía en el sector doméstico y su más reciente evolución. Una vez expuesta la situación, se describe el proceso energético en el hogar, desde las fuentes de energía final y sus aplicaciones a los hábitos de consumo y los usos que suponen una mayor demanda energética. Por último, se presentan las alternativas más relevantes para el fomento del ahorro y la eficiencia energética en la vivienda, así como una breve pincelada del apoyo institucional que, desde las distintas Administraciones, se otorga a la reducción del consumo energético en la misma.

Introducción El consumo de energía en la vivienda está directamente ligado al nivel de desarrollo de cada país. En un principio, la demanda energética en el hogar se reducía exclusivamente a satisfacer determinadas necesidades básicas como elaboración de alimentos, iluminación o calefacción, pero el incremento de las condiciones de confort en los países desarrollados ha supuesto un crecimiento desmesurado en el consumo energético del hogar. La |Figura 1| muestra claramente la paralela evolución de la demanda de energía final y del producto interior bruto en la última década en España.

PIB

105

550

95

500

85

450

75

400 6 7 8 9 0 1 2 3 5 4 199 199 199 199 200 200 200 200 200 200

65

Ktep

Año

191

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(kTep x 1.000)

600

Energía consumida

PIB (M€1.000)

|Figura 1| Evolución del consumo de energía final y del PIB en España. Período 1996-2005

Fuentes: [MITC08] e [INE_08]

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En este período, la población en España apenas ha crecido anualmente un 0,4%, mientras que el consumo de energía en los hogares ha aumentado a razón de un 2,5%, suponiendo en este momento un 17% del consumo energético total. Este elevado porcentaje sitúa al sector doméstico como el tercer gran consumidor energético español, por detrás de los sectores del transporte y la industria, que representan un 39% y un 31% respectivamente.

|Figura 2| Consumo de energía final por sectores en España. Año 2004

Agricultura y otros Servicios 3%

10%

Hogar

Transporte

17%

39%

Industria

31%

Fuente: [IDAE07] El consumo energético del sector doméstico ha alcanzado este orden de magnitud, debido a la introducción en la vivienda de nuevos elementos como el lavavajillas, la lavadora, el horno, el microondas, la vitrocerámica, el frigorífico, la televisión, el aparato de música, el aire acondicionado en verano y la calefacción en invierno, etc., que han pasado a formar parte indispensable de la vivienda, y cuya finalidad no es otra que incrementar el confort en el hogar. El empleo de estos electrodomésticos no es el único causante del notable incremento del consumo energético en la vivienda, sino que gran parte de éste se debe a la mala utilización de estos aparatos por parte del usuario. Unas veces porque el usuario desconoce las condiciones de uso y otras porque se pretende lograr un confort excesivo, el consumo que el aparato tendría en circunstancias normales se ve considerablemente incrementado. Así, por ejemplo, no regular adecuadamente la temperatura de la calefacción o el aire acondicionado, dejar los electrodomésticos en stand-by en lugar de apagarlos cuando no se usan, no aprovechar el calor residual de la vitrocerámica, utilizar la lavadora sin cargarla completamente, etc. puede llegar a duplicar el consumo energético de una vivienda. Es importante destacar los malos hábitos y la falta de educación en ahorro de energía de la sociedad. Estos hábitos, en España, son el resultado de un período de tiempo en el que han concurrido diversos factores: un desarrollo tecnológico sin precedentes a nivel mundial, un bajo precio de la energía motivado por la creencia de que los recursos energéticos eran ilimitados y un momento de bonanza y crecimiento económicos razonablemente sostenido. No obstante, en los albores del siglo XXI, se hace imprescindible modificar los hábitos de consumo energético de la sociedad, y para ello es necesario formar a la población en esta materia. Esto implica conseguir que cada habitante tome conciencia de que la energía es limitada y de que se ha de aprender a racionarla. Sólo de este modo se conseguirá reducir de manera constante y sostenida el consumo energético global. Así, como comienzo de este proceso de formación, se sintetiza en este capítulo el proceso energético en el hogar, desde el origen de la energía que llega a cada vivienda, pasando por los usos a los que se destina y terminando con algunas pinceladas sobre las alternativas existentes en la actualidad para incrementar la eficiencia energética y reducir el consumo energético en los hogares. 192


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La energía en la vivienda: ahorro y eficiencia | Tema III | Avances de Ingeniería

|Figura 3| Evolución del consumo eléctrico de los hogares españoles. Período 1995-2007

5.000 4.000 (1.000 tep)

Consumo eléctrico doméstico

6.000

3.000 2.000 1.000 0 1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

Año Fuente: [SOEE08]

Fuentes y suministro de energía final Desde tiempos remotos, la naturaleza ha proporcionado al hombre energía de muy diversa índole pero, a día de hoy, las fuentes energéticas necesarias para satisfacer la demanda de energía doméstica han de presentar tres características comunes: ser fácilmente accesibles a los consumidores, garantizar la entrega de la energía final con la calidad apropiada y asegurar la continuidad del suministro a lo largo del tiempo. Las principales fuentes energéticas empleadas en la actualidad para satisfacer la demanda energética doméstica son, para usos térmicos (80% del consumo en la vivienda), el gas natural, los gasóleos, el carbón y, cada vez más, la biomasa. La energía eléctrica se emplea para el resto de necesidades y para determinadas aplicaciones térmicas. El uso de otras fuentes energéticas de origen renovable como la solar o la geotérmica se encuentra actualmente en una fase que aún no es comparable en magnitud con el uso con las primeras. Cada una de las fuentes energéticas mencionadas presenta diferentes particularidades que las hacen más o menos idóneas para unas u otras aplicaciones en la vivienda. El conocimiento de los distintos tipos de energía final disponibles, así como las aplicaciones que mayor rendimiento extraen de ellas puede llegar a suponer un cuantioso aumento en la eficiencia de los procesos domésticos, lo cual implica directamente un ahorro energético y económico.

Energía eléctrica

La electricidad es la fuente energética más extendida en los hogares españoles debido a su fácil utilización y a la existencia de una muy desarrollada red de distribución que brinda una accesibilidad total e inmediata a toda la sociedad. Para hacer un correcto uso de la electricidad es necesario ser conscientes de que en nuestro país más del 40% de la energía eléctrica proviene de centrales térmicas en las que la energía calorífica obtenida de la combustión de carbón, fuel o gas es transformada en energía eléctrica mediante procesos que implican inexorablemente pérdidas energéticas. En consecuencia, se deduce que la conversión de electricidad en calor para los consumos térmicos del hogar, como calefacción, calentamiento de agua caliente, cocina, etc., supone dar un paso atrás y multiplicar las ineficiencias. Por el contrario, para el resto de consumos energéticos cuyo objeto principal no sea la generación de calor, como iluminación, algunos electrodomésticos, equipos electrónicos, etc., la electricidad representa, sin duda, la fuente más accesible y limpia. 193


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Combustibles para usos térmicos

La utilización de combustibles en la vivienda, ya sean de origen fósil o renovable, se ha centrado, como debe ser, en satisfacer la demanda energética de los procesos térmicos. El gas natural es el combustible cuya utilización se encuentra más extendida en ciudades de tamaño medio y grande, pues a su precio moderado y al elevado rendimiento de su combustión se añade la liberalización del sector y la existencia de redes de distribución de gas ciudad que permiten al consumidor disponer de un punto de acceso en su hogar de forma fácil y segura, sin necesidad de un almacenamiento individual. De cerca le sigue el gasóleo C, que es la fuente energética más empleada en Europa para usos térmicos en el hogar, pues existe un buen sistema de distribución y la dosificación de combustible a la caldera es automática. Presenta el inconveniente de la necesidad de una ubicación para su almacenamiento, así como un mayor precio y nivel de emisiones de CO2 con respecto al gas natural. Por otro lado se encuentra el carbón, muy sucio en su manipulación, que requiere de la atención del usuario para alimentar continuamente la caldera de combustible, siendo además el número de empresas dedicadas a la distribución de carbón considerablemente menor que el del gasóleo o el gas. Por último, la combustión de pellets (biomasa tratada y comprimida en elementos de pequeño tamaño homogéneos en dimensiones y propiedades) está experimentando en los últimos años un gran auge en el sector doméstico, pues la automatización y regulación de la inyección de combustible en la caldera resulta sencilla, incrementando así la eficiencia del proceso de combustión. Las emisiones netas de CO2 procedentes de su quemado se consideran nulas, pues el carbono emitido es el que previamente absorbió la planta de la atmósfera al crecer, resultando un balance de CO2 equilibrado. La principal desventaja de los pellets es que requieren de calderas específicas, lo cual supone un coste adicional en el caso de sistemas ya en funcionamiento. Es en edificios de nueva construcción o en reformas integrales que consideren esta tecnología desde la fase de proyecto donde resultará muy ventajoso el empleo de esta fuente energética, dado el bajo coste del combustible.

|Tabla 1| Principales fuentes de energía final en el hogar. Propiedades típicas. Datos a fecha octubre de 2008 Tipo Electricidad (mix) Gas natural Emisiones de CO2 (kg/kWh) 0,5 0,18 PCI (kcal/kg) 860 kcal/kWh 10.500 Rend. térmico (%) - 90 3 Densidad (kg/m ) - - Coste (c€/kWh) 12 6

Gasóleo C 0,33 9.500 85 890 9

Carbón de hulla 0,85 7.500 71 n.d. n.d.

Pellets 0 4.500 87 700 5


Usos Una vez analizadas las distintas fuentes de energía final en la vivienda, es necesario considerar las necesidades energéticas del hogar e intentar que exista una total adecuación entre fuentes y necesidades, de modo que el aprovechamiento energético sea máximo. El consumo energético en el hogar depende de múltiples factores como son: la zona climática, la ubicación, la calidad constructiva, el nivel de aislamiento, el grado de equipamiento, etc. En general, el consumo energético en los hogares españoles se podría clasificar según los distintos usos como se muestra en la |Figura 4|. 194


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|Figura 4| Consumo energético medio en sector doméstico en España. Año 2003 Aire acondicionado Iluminación 1%

9%

Cocina

Calefacción

11%

41%

Electrodomésticos

12%

26% Agua caliente sanitaria

Fuente: [IDAE07] A la vista del gráfico anterior, resulta evidente que los usos térmicos en la vivienda suponen aproximadamente el 80% del consumo total, por lo que en ellos se han de centrar las principales acciones para incrementar la eficiencia y el ahorro energéticos.

Calefacción

Los sistemas de calefacción de los edificios pueden ser individuales o colectivos. Desde el punto de vista energético y económico, el sistema más eficiente es el de calefacción central colectiva, con medición y regulación individualizadas para cada una de las viviendas. Esto se debe a que el rendimiento de las calderas grandes es mayor que el de las pequeñas, su consumo de energía menor y el coste del total menor que el de las instalaciones individuales. Además, al efectuarse una medición de consumos particular para cada propietario se evita el derroche energético propio de las instalaciones íntegramente centralizadas. Existen diversas alternativas eléctricas, como radiadores y convectores eléctricos, emisores de “calor azul”, hilo radiante eléctrico (análogo al suelo radiante), bombas de calor, etc.; pero tal y como se indicaba en el apartado anterior, desde el punto de vista energético, el empleo de energía eléctrica para usos térmicos es ineficiente, por lo que es más recomendable utilizar gas natural o gasóleo, siendo la mejor opción la biomasa. Aparte de las calderas estándar, existen actualmente en el mercado otro tipo de calderas que mejoran el rendimiento en un 25%: las calderas de baja temperatura y las de condensación. Presentan el inconveniente de que su precio puede alcanzar hasta el doble del precio de una caldera convencional, aunque se amortizan rápidamente con la disminución en el consumo de energía. En cuanto al sistema de distribución del calor, los más extendidos son el de radiadores y el de suelo radiante. El primero ha sido el más habitual en España hasta ahora, pero necesita temperaturas de agua en torno a 70ºC, implicando pérdidas por radiación y emitiendo el calor de forma muy localizada. En cambio, el suelo radiante, sustituye los radiadores de agua caliente por varios circuitos de material plástico a través de los que circula agua caliente a 35ºC aproximadamente. Dichos circuitos quedan embutidos en el forjado de cada planta del edificio, consiguiendo que todo el suelo se convierta en un emisor de calor uniforme a cada estancia. Este sistema se combina perfectamente con las calderas de baja temperatura y posibilita el apoyo mediante sistemas de aprovechamiento de la energía solar térmica. Estudios médicos han demostrado que el sistema de suelo radiante es el que mayor confort térmico proporciona a la persona con una mayor temperatura a la altura de los pies, que va disminuyendo hacia la cabeza. Por último, y aunque la sensación de confort es subjetiva, una temperatura entre 19 y 21ºC durante el día es suficiente para la mayoría de las personas. Por la noche, en los dormitorios, 195


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basta una temperatura de 15ºC a 17ºC, dado el mayor arropamiento. Téngase siempre presente que por cada grado que se incremente la temperatura del termostato, el consumo de energía aumenta aproximadamente en un 7%.

Agua caliente sanitaria (ACS)

El agua caliente sanitaria supone, tras la calefacción, el segundo consumidor de energía en el hogar, representando un 26% del consumo total. Atendiendo al tipo de energía empleada para abastecer esta demanda, es aplicable lo expuesto en el epígrafe anterior, desaconsejando de manera taxativa el empleo de energía eléctrica para el calentamiento de agua sanitaria. Por su modo de trabajo, existen dos tipos de sistemas: los instantáneos y los de acumulación. En los primeros el agua se calienta en el momento en el que se demanda y presenta dos inconvenientes importantes: se desperdicia una gran cantidad de agua y de energía hasta que el agua alcanza la temperatura deseada en el punto de consumo y además, cada vez que se demanda agua caliente, se pone en marcha la caldera o calentador; estos continuos encendidos y apagados deterioran el equipo e incrementan el consumo. En cambio, el funcionamiento de los sistemas de acumulación consiste en tener almacenado un volumen de agua caliente a la temperatura de consumo, de tal modo que el abastecimiento es más rápido, se evitan los continuos encendidos y apagados del calentador y además presenta una gran compatibilidad con las instalaciones de calefacción centralizadas. Asimismo, es idóneo para acumular la energía captada mediante sistemas de aprovechamiento de la energía solar térmica de baja temperatura, que puede proporcionar ahorros energéticos de hasta el 70%.

Electrodomésticos

El tercer elemento a tener en consideración, por su importancia en el consumo energético global de la vivienda, son los electrodomésticos. En general, el consumo individual de energía de cada electrodoméstico es pequeño, pero son muchos los que se emplean en el hogar, alcanzando en conjunto un 12% del consumo total. A día de hoy es obligatorio para los nuevos electrodomésticos poseer una etiqueta energética que permita al consumidor conocer de forma rápida su eficiencia energética. Existen siete clases de eficiencia, identificadas por un código de colores y letras que van desde el color verde y la letra A para los equipos más eficientes, hasta el color rojo y la letra G para los equipos menos eficientes (por ejemplo, el consumo de energía en un electrodoméstico de la clase G puede llegar a ser casi tres veces mayor que en otro de las mismas prestaciones de la clase A). Los electrodomésticos que suponen un mayor incremento de la factura eléctrica son, ordenados de menor a mayor: el frigorífico, el televisor, la lavadora, el lavavajillas, la secadora, la lavadora-secadora y el horno. En la |Tabla 2| se muestra el efecto económico de sustituir un electrodoméstico por otro de clase energética superior.

Iluminación

Representa aproximadamente la décima parte de la electricidad consumida en la vivienda pero es quizás el consumo donde menor es la eficiencia energética: sirva como ejemplo que las bombillas incandescentes emplean en iluminación únicamente un 5% de la energía eléctrica que consumen, el 95% restante se transforma en calor, sin aprovechamiento luminoso alguno. Como alternativa, existen lámparas de bajo consumo muy compactas que caben en los mismos apliques que las lámparas incandescentes a las que pueden sustituir, y que proporcionan un nivel de luminosidad similar con un consumo considerablemente inferior. La principal desventaja de estas lámparas es su elevado coste inicial, aunque se amortizan con facilidad. Presentan la peculiaridad de que la energía que necesitan para encenderse es superior a la de una lámpara convencional, pero una vez encendidas, su consumo es casi despreciable. Por tanto, únicamente han de ser empleadas en aquellas estancias en las que van a estar encendidas durante periodos 196


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más o menos largos. En otros casos, como en los baños o pasillos, su vida útil se ve drásticamente reducida por el incremento de ciclos de encendido y apagado, y lejos de reducirse, el consumo energético podría aumentar.

|Tabla 2| Ahorro obtenido con distintos electrodomésticos a lo largo de su vida útil, al sustituirlo por otro de clase inferior

Consumo de energía (kWh)

Consumo de energía (€)

Ahorro al sustituirlo por uno de clase superior (€)

Clase Frigorífico en 15 años

Lavadora en 10 años

Lavavajillas en 10 años

Frigorífico en 15 años



Frigorífico en 15 años



A++

2.956

-

-

414

-

-

-

-

-

A+

4.138

-

-

579

-

-

165

-

A

5.420

2.508

2.544

759

351

356

345

0

0

B

6.406

2.964

2.784

897

415

390

483

64

34

C

8.130

3.762

3.240

1.138

527

454

724

176

97

D

9.855

4.560

3.720

1.380

638

521

966

287

165

E

10.348

4.788

4.200

1.449

670

588

1.035

319

232

F

11.580

5.358

4.680

1.621

750

655

1.207

399

299

G

12.319

5.700

4.920

1.725

798

689

1.311

447

333

Fuente: [IDAE07]

Uso racional de la energía: ahorro y eficiencia Tal y como se ha visto en los apartados anteriores, el consumo energético en el sector residencial representa en torno al 17% del consumo energético total del país. La aplicación de medidas de ahorro y eficiencia energética en esta rama del sector energético puede suponer disminuciones del orden de unidades porcentuales en el consumo energético global español.

Aprovechamiento de las energías renovables

Uno de los métodos más eficientes para incrementar la eficiencia energética en el hogar consiste en reducir el consumo de fuentes energéticas convencionales, mediante el aprovechamiento de determinadas fuentes de energía renovable que, de otro modo, se desperdiciarían. Las más destacables para su aprovechamiento en la vivienda son la energía solar y la energía geotérmica.

Energía solar

La energía solar que incide anualmente en España es equivalente a una capa de petróleo de 10 cm que cubriera toda la superficie nacional cada año. La captación de la energía solar en las viviendas se lleva a cabo mediante colectores solares que transfieren la energía solar incidente a un fluido caloportador que circula por su interior y que, a su vez, transporta esta energía térmica al consumo final, o bien a un almacenamiento en un termoacumulador. La temperatura del fluido caloportador nunca supera, en circunstancias normales, los 100ºC, siendo habitual un rango de entre 60 y 95ºC en función de la época del año. Ésta es la razón por la que a esta energía se la conoce como solar de baja temperatura. 197


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AvAnces de IngenIeríA | el Ingeniero del IcAI y el desarrollo sostenible

Los usos de la energía solar térmica de baja temperatura que mayor ahorro de energía no renovable proporcionan son tres: apoyo al calentamiento de agua caliente sanitaria, apoyo al calentamiento del agua de calefacción y refrigeración solar. El apoyo al calentamiento de agua caliente sanitaria es la aplicación más eficiente, ya que es la que mayor salto térmico presenta entre el agua a precalentar, procedente de la red con una temperatura media comprendida entre 8 y 12ºC, y el consumo de ACS, a 45-60ºC. El sistema solar precalienta el agua de la red, que posteriormente entra al equipo convencional de calentamiento, donde se le aporta la energía térmica restante necesaria para alcanzar la temperatura deseada de consumo. Con una superficie captadora de 1 m2 por persona, la energía aportada en este precalentamiento supone un ahorro medio anual de alrededor del 60% de la energía total necesaria para el calentamiento del agua caliente sanitaria. El calentamiento del agua de calefacción presenta un rendimiento inferior ya que el salto térmico entre el agua procedente del sistema solar y la del retorno del circuito de calefacción es muy inferior. Para sistemas de calefacción con radiadores (Tª ida ~70ºC, Tª retorno ~50ºC), el aporte energético del sistema solar es casi inapreciable. En cambio, para sistemas de calefacción de baja temperatura, como el suelo radiante (Tª ida ~35ºC, Tª retorno ~28ºC), la energía aportada por el sistema solar puede representar el 40% de las necesidades, dependiendo de la ubicación y la superficie captadora. La tercera aplicación de la energía solar térmica en la vivienda es para la producción de frío, mediante el empleo de máquinas de absorción. Dichas máquinas presentan la peculiaridad de que su principal demanda energética es de naturaleza térmica, siendo su consumo eléctrico casi despreciable. Así pues, abasteciendo esta demanda mediante sistemas de energía solar, se elimina prácticamente el consumo de los tradicionales sistemas eléctricos de compresión mecánica. Obsérvese la idoneidad de esta aplicación en España, pues las épocas de mayor radiación solar y de mayor necesidad de refrigeración son absolutamente coincidentes. Desgraciadamente, el rango de máquinas de pequeña potencia es aún limitado, siendo el coste del sistema muy elevado, debido fundamentalmente a la gran superficie de captadores solares necesaria para alimentar la máquina. No obstante, considerando las actuales subvenciones para el sistema de captación solar, el sistema de refrigeración podría llegar a ser económicamente rentable.

|Figura 5| Esquema de principio e. solar

Colector solar

Caldera mural de condensación

Interacumulador bivalente de ACS

Fuente: [VIESSMANN] 198


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La energía en la vivienda: ahorro y eficiencia | Tema III | AvAnces de IngenIeríA

|Figura 6| Esquema de principio e. geotérmica

Bomba de calor

Acumulador térmico

Captadores exteriores

Suelo radiante

Fuente: [ISOFATH]

Energía geotérmica

El aprovechamiento de la energía geotérmica se basa en la propiedad que tiene el subsuelo de permanecer a una temperatura aproximadamente constante durante todo el año. El sistema consiste en conectar a una bomba de calor un circuito cerrado enterrado por el que se hace circular un líquido que absorbe o cede calor de/al subsuelo. La eficiencia de la bomba de calor se incrementa considerablemente, puesto que la temperatura de partida se incrementa hasta los 13 ó 15ºC, en lugar de los 7ºC o menos, a los que se puede encontrar el ambiente en invierno. Asimismo, el consumo energético necesario para mantener los 25ºC de confort en verano es mucho menor considerando los 17ºC del subsuelo, en lugar de los 35ºC del ambiente. Dado que el consumo energético de la bomba de calor es pequeño y su rendimiento alto por la temperatura a la que se encuentra la corteza terrestre, estos sistemas son muy eficientes, aportando ahorros energéticos medios anuales próximos al 60%.

Eficiencia energética

De manera complementaria al aumento del uso de los sistemas de aprovechamiento de las energías renovables es imprescindible reducir el nivel de consumo energético en la vivienda. Para conseguirlo, sin disminuir el confort, la clave radica en incrementar la eficiencia energética de los elementos consumidores, así como en informar al usuario de cómo ha de emplearlos para optimizar el consumo. Con la introducción de la etiqueta energética, que clasifica los electrodomésticos en siete niveles desde la A hasta la G en función de su consumo energético, se ha fomentado que los fabricantes orienten parte de su I+D a reducir el consumo, puesto que supone un nuevo argumento de venta, que además proporciona al consumidor un criterio objetivo para comparar los electrodomésticos. Los más eficientes, pese a su mayor coste inicial, suponen un considerable ahorro económico a lo largo de su vida útil.

Apoyo institucional

La positiva evolución de la conciencia ambiental de la sociedad hacia una cada vez mayor preocupación por el negativo efecto de las emisiones descontroladas de CO2 a la atmósfera, así como 199


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por la proximidad del momento del agotamiento real de los recursos energéticos de origen no renovable, se ha visto reflejada en las políticas y actuaciones de las distintas administraciones públicas, que han promulgado diversa normativa cuyo fin último es la reducción del consumo energético. La Directiva 2002/91/CE del Parlamento Europeo, relativa a la eficiencia energética de los edificios, de obligada transposición para los Estados miembros, ha dado lugar a la aprobación de distintas normas orientadas a fomentar el ahorro y la eficiencia energética, como han sido en España las siguientes: ❙ Código Técnico de la Edificación – Documento Básico HE: Ahorro de Energía (2006). Se promulga con el objetivo de alcanzar un uso racional de la energía en los edificios, reduciendo su consumo energético a límites sostenibles y procurando que una parte de este consumo proceda de fuentes energéticas renovables. Establece directrices a seguir durante las fases de proyecto y construcción, así como durante la posterior utilización y mantenimiento a lo largo de toda la vida útil de los edificios. ❙ Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios (2007). Sustituye al anterior Reglamento de 1998, e incorpora las exigencias establecidas por la directiva 2002/91/CE en lo relativo a requisitos mínimos de eficiencia energética de las instalaciones térmicas de los edificios y a los procedimientos de inspección periódica de calderas y sistemas de aire acondicionado. ❙ Procedimiento básico de certificación energética de edificios de nueva construcción: Real Decreto. 47/2007. Establece la metodología para la certificación energética objetiva de edificios de nueva construcción, así como la obligatoriedad de poner a disposición de los compradores o usuarios el correspondiente certificado de eficiencia energética. Dicho certificado habrá de incluir información objetiva sobre las características energéticas de los edificios, de forma que se pueda valorar y comparar su eficiencia energética, favoreciendo así la promoción de edificios de alta eficiencia energética y las inversiones en ahorro de energía. De manera simultánea, se han promovido planes de ahorro y eficiencia energética, en los que se articulan incentivos económicos, fomento de iniciativas de diversa índole, planes de comunicación, actuaciones de formación, etc. Actualmente se encuentra en vigor el Plan de Acción 20082012 de la Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética en España (E4), con el que se espera reducir el consumo de energía primaria en un 60%, con un presupuesto de 804 millones de euros para las actuaciones correspondientes al sector de la edificación.

Conclusiones El consumo de energía en el sector doméstico supone alrededor del 17% del consumo energético total en España, por lo que una disminución pequeña del mismo supondría un ahorro energético global de magnitud considerable. La característica que diferencia a este sector del resto de sectores consumidores es que engloba a toda la sociedad, implicando a cada ciudadano desde su ámbito más próximo: su vivienda. Como se ha expuesto, son múltiples las alternativas posibles para potenciar el ahorro y optimizar la eficiencia energética, casi todas ellas con un coste inicial bajo que además es íntegramente recuperable con el paso del tiempo dado el importante ahorro energético y económico que proporcionan. Existe, asimismo, un fuerte apoyo institucional para lograr objetivos de disminución del consumo energético, de tal modo que se han promulgado normas, aprobado planes de actuación y otorgado subvenciones que incrementen la conciencia ahorradora del ciudadano. Como se ha mostrado en este capítulo, la energía consumida en el hogar proviene en última instancia principalmente de los combustibles fósiles, muy contaminantes, cada vez más escasos y provenientes en su mayoría de países políticamente inestables. Por tanto, es imprescindible dar un cambio rotundo a esta situación, disminuir la demanda energética en el hogar tanto como sea posible y potenciar que la energía del hogar provenga de fuentes no contaminantes, garantizadas y a ser posible, renovables. 200


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Referencias [IDAE07] Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). Guía práctica de la energía. consumo eficiente y responsable – 2ª Edición. Madrid. IDAE, 2007. [INE_08] Instituto Nacional de Estadística. Series anuales PIB. Online, consultado en septiembre de 2008. Disponible a través de www.ine.es, 2008. [MITC08] Ministerio de Industria Turismo y Comercio La energía en España. Madrid: Centro de Publicaciones del MITYC, 2008. [MPRE07] Ministerio de la Presidencia de España. Estrategia española de Desarrollo Sostenible 2007. Madrid. Imprenta Nacional del Boletín Oficial de Estado, 2007. [SOEE08] EUROSTAT: Statistical Office of the European Communities. Electricity consumption by households. Online, actualizado el 15 de octubre de 2008. Disponible a través de http:// ec.europa.eu/eurostat, 2008.

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Capítulo 20. Sostenibilidad y ciclo integral del agua de consumo Mariano Ortega de Mues Alexis Cantizano González Luis Mochón Castro

Palabras clave Sostenibilidad del agua, uso doméstico del agua, ciudades sostenibles, aguas residuales, eutrofización de las aguas, políticas del agua. Empleando el ciclo integral del agua, se presenta una visión de conjunto de la situación de la sostenibilidad en el uso del recurso hídrico global, centrando el capítulo en el uso del mismo en Europa y haciendo hincapié en el importante papel de las ciudades y los hogares europeos en la creación de una nueva cultura del agua.

Introducción: el agua, en beneficio de todos El siglo XXI será testigo de la ya evidente crisis del agua a nivel planetario. En la Tierra se tratará de librar el equilibrio entre los ecosistemas cada vez más degradados y las demandas, atendidas de forma no igualitaria, de 6.000 millones de seres humanos que quieren y necesitan beber, asearse, producir alimentos y, en definitiva, vivir. En la actualidad, sólo el 54% del agua dulce terrestre está siendo utilizada por la humanidad. Este uso del agua dulce se reparte principalmente en: ❙ La agricultura y la ganadería utilizan un 70% de forma ineficiente, ya que mantienen sistemas de riego con pérdidas de evaporación de hasta el 60% [RIEC03]. ❙ La industria emplea el 22% de los recursos de agua globales. ❙ El uso doméstico y servicios consumen el 8%. Sin embargo, este uso se distribuye de forma desigual por todo el planeta, por lo que la décima meta de la ONU para el milenio es reducir en el año 2015 a la mitad el número de personas sin acceso al agua potable y saneamiento básico. Según datos del año 2008, cerca de 1.200 millones de personas carecen de agua potable, mientras que a 3.000 millones (principalmente en Asia y África) les falta agua para lavarse y no tienen un sistema de saneamiento aceptable [ONU_08]. Como promedio, cada habitante de la Tierra consume 600 metros cúbicos al año, de los que 50 son potables, lo que supone 137 litros al día. Sin embargo, las diferencias entre países son manifiestas: un norteamericano consume más de 600 litros al día y un europeo entre 250 y 350 litros, mientras que un habitante del África subsahariana tan sólo entre 10 y 20 litros [CHEV04]. Si se considera que, de forma global, la población se ha triplicado en las últimas siete décadas y el consumo de agua se ha multiplicado por seis, se puede concluir, como se señala en el Primer Informe de Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos del Mundo [WAPP03], que “de todas las crisis, ya sean de orden social o relativas a los recursos naturales con las que nos enfrentamos los seres humanos, la crisis del agua es la que se encuentra en el corazón mismo de nuestra supervivencia y la de nuestro planeta”. El problema del agua es un elemento central de la actual situación de emergencia [VILC03]. Y su solución –que exige el reconocimiento del derecho fundamental de todo ser humano a disponer de, por lo menos, 20 litros de agua potable diarios– sólo puede concebirse como parte de 203


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una reorientación global del desarrollo tecnológico, de la educación ciudadana y de las medidas políticas. Por lo que toca a la mayor parte de Europa [AEMA00], la cantidad de agua disponible (3.200 metros cúbicos/habitante) es muy superior al volumen que se utiliza (660 metros cúbicos/habitante) y la mayor parte del agua captada retorna al ciclo hidrológico. Sin embargo, la escorrentía anual media en Europa es muy variable, oscilando desde los 3.000 mm de Noruega a los 25 mm del sur de España y la cuenca del Mediterráneo, donde el agua es un recurso escaso, frágil y mal distribuido. Esta zona es una de las más problemáticas ya que, debido a las prolongadas sequías, el abastecimiento se basa principalmente en la explotación de las aguas subterráneas, experimentando un aumento en su demanda debido sobre todo al sector agrícola y a la sobrepoblación costera. La sobreexplotación de las aguas subterráneas, especialmente para regadío, provoca la entrada de agua salada en los acuíferos y pone en riesgo alrededor del 50% de las zonas húmedas del continente. Paradójicamente, aunque Europa cuenta con recurso suficiente, éste se encuentra mal repartido. Además, aunque el uso del mismo se puede considerar universal, en cuanto a abastecimiento y saneamiento en los grandes núcleos urbanos (el 92% de las viviendas europeas están conectadas al suministro urbano de agua y saneamiento), su crecimiento progresivo es uno de los grandes retos. Un 20% de los ciudadanos europeos vive en grandes aglomeraciones urbanas de más de 2.500 habitantes, otro 20% en ciudades de dimensiones medias y un 40% en ciudades de más de 50.000 habitantes (cabría mencionar que Londres o París cuentan con más de 10 millones de habitantes). Estas aglomeraciones requieren gran cantidad de recurso de forma diaria (París consume alrededor de 590.000 metros cúbicos/día) que debe ser tratado, transportado y distribuido hasta los hogares por sistemas que, en ocasiones, tienen más de 200 años y presentan una pérdida media de un 20%. Una vez suministradas y usadas, las aguas servidas deben ser saneadas, depuradas y restituidas al medio (en Madrid, con alrededor de 7 millones de personas, se depuran anualmente más de 700 hectómetros cúbicos) tratando de producir el menor impacto ecológico posible y teniendo en cuenta que las aguas de los ríos suelen ser la fuente de abastecimiento de nuevas ciudades. La importancia de las grandes ciudades en el uso sostenible del agua es evidente. Así, tal y como se recoge en diversos manifiestos [AABO94], las ciudades junto con los ciudadanos que las habitan son los auténticos protagonistas en la transformación de la relación con el agua. La Unión Europea afronta el reto de la crisis del agua bajo el paraguas común de la Directiva Marco del Agua (2000/60/CE), cuyos principios son: el cambio en la gestión hacia una explotación sostenible, la eficacia en las técnicas empleadas y la transparencia informativa alrededor de todo lo que afecte al recurso. Esta última se logrará con iniciativas como el programa WISE (Water Information System for Europe) que contendrá en el horizonte del año 2010 el catálogo de activos de aguas continentales europeas, así como su estado y calidad. A nivel nacional la Dirección General del Agua y el Ministerio del Medio Ambiente y Medio Rural y Marino ultiman para finales del presente año 2008 los servicios telemáticos de información hidrológica aunando la información contenida en sistemas ERP (Enterprise Resource Planning) y la cartográfica en sistemas GIS (Geographic Information System).

Los orígenes del agua El agua que llega a los hogares tiene principalmente dos orígenes: las grandes masas de agua superficial y las reservas subterráneas de los acuíferos. Ambos recursos presentan situaciones distintas de cara a su uso sostenible, aunque ambos se enfrentan a un horizonte similar: para el año 2020 más del 50% de la población en los países desarrollados será urbana y la demanda de agua potable se incrementará cerca del 33%. A la cantidad natural de agua dulce existente en lagos, ríos y acuíferos, se agregan los 8.000 kilómetros cúbicos almacenados en embalses. En el último siglo, más de 45.000 veces se tomó la decisión de construir una represa, según la Comisión Internacional de Grandes Presas (WCD). Para la WCD, a simple vista, los vínculos entre presas y desarrollo parecen evidentes, ya que la energía y el agua son dos requisitos indispensables en el proceso de desarrollo de una nación. Como esos recursos son más escasos justamente allí donde la demanda aumenta con mayor rapidez, las presas 204


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Sostenibilidad y ciclo integral del agua de consumo | Tema III | Avances de Ingeniería

han pasado a ser casi sinónimo de desarrollo. Así, mientras la construcción de presas en los países desarrollados se ha reducido de manera considerable en los últimos diez años, en los países en desarrollo se han emprendido obras de gran envergadura. No obstante, son muy numerosas y variadas las posturas expresadas por diferentes instituciones, ONG’s, gobiernos, profesionales, etc., relativas a las grandes presas como fenómeno de debate social. Además, según las conclusiones del Informe Represas y Desarrollo de la WCD [WCD_00], la construcción de grandes presas como vehículo de desarrollo debe ser revisado. Junto con las captaciones de aguas superficiales, el crecimiento del consumo ha llevado a una explotación de los acuíferos subterráneos tan intensa que su nivel y calidad se ha reducido drásticamente. Controlar la calidad de las aguas subterráneas es más caro y difícil que hacerlo con las superficiales. El principal problema de los acuíferos es el de la contaminación difusa, principalmente por nitratos, fosfatos y por invasión de agua salada. Las contaminaciones puntuales no son un grave problema, exceptuando algunas zonas muy concretas en núcleos industriales o junto a grandes poblaciones. Sensible a este problema, especialmente importante en la cuenca del mediterráneo, la Unión Europea ha establecido un marco (Directiva 2006/118/CE) de prevención y control de la contaminación y deterioro de las aguas subterráneas que incluye tanto medidas de evaluación del estado químico de las aguas como medidas para reducir la presencia de contaminantes y la consideración de los acuíferos como recursos estratégicos. La sobreexplotación y contaminación de las aguas subterráneas puede ser combatida con la recarga de acuíferos, empleando para lo primero los caudales que se pierden por vertidos controlados (necesarios para la conservación de los niveles de resguardo en presas) y para lo segundo aguas superficiales de baja calidad. La recarga contempla dos técnicas complementarias: ❙ La infiltración directa en el suelo, bien a través de balsas, de sondeos, o de sistemas de aspersión del agua de recarga. ❙ La recarga inducida, que consiste en bombear agua subterránea a través de pozos o sondeos situados cerca de cauces superficiales para inducir un descenso del nivel piezométrico, que provoque a su vez una infiltración inducida del agua superficial. Gracias a esta técnica, se logra además depurar el agua según se va infiltrando. La recarga de acuíferos está extendida en el norte de la Unión Europea siendo la pionera en estas técnicas Finlandia, con un volumen total del 18% del abastecimiento urbano. A escala planetaria la distribución del volumen recargado artificialmente es: Estados Unidos (85%); Unión Europea (13%); otros países del mundo (2%). El impacto de la contaminación en la reducción de los recursos de agua dulce es difícil de exagerar. Los desechos son arrojados diariamente en aguas receptoras, incluyen residuos industriales y químicos, vertidos humanos y desechos agrícolas (fertilizantes, pesticidas y residuos de pesticidas), lo que provoca una eutrofización de las mismas. Se estima que la producción mundial de aguas residuales es de aproximadamente 1.500 kilómetros cúbicos. Si se asume que un litro de aguas residuales contamina 8 litros de agua dulce, la carga mundial de contaminación puede ascender actualmente a los 12.000 kilómetros cúbicos, siendo las poblaciones pobres las más afectadas, con un 50% de la población en los países en desarrollo expuesta a fuentes de agua contaminadas. El efecto preciso que el cambio climático produce sobre los recursos hídricos es incierto. La precipitación aumentará probablemente desde las latitudes 30º norte y 30º sur, pero muchas regiones tropicales y subtropicales recibirán posiblemente una cantidad de lluvia inferior y más irregular. Con una tendencia perceptible hacia condiciones meteorológicas extremas más frecuentes, es probable que las inundaciones, sequías, avalanchas de lodo, tifones y ciclones aumenten. Es posible que disminuyan los caudales de los ríos en períodos de flujo escaso y la calidad del agua empeorará, sin duda, debido al aumento de las cargas contaminantes y de la temperatura del agua. Dentro de las fuentes no convencionales de agua se encuentra la desalación. Con ella se sustituyen las extracciones de aguas continentales por un suministro seguro y adaptable a las necesidades. Según la International Desalination Association (IDA) [IDA_06], actualmente existen cerca de 13.600 plantas de desalinización, que producen alrededor de 300 metros cúbicos/segundo de agua abasteciendo a 87.000 personas. En Europa la desalinización se emplea principalmente en los 205


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países mediterráneos como España, Italia, Grecia, Turquía y Chipre, contando con grandes infraestructuras. Las técnicas empleadas suelen depender de los volúmenes a tratar y del acceso a fuentes energéticas. Entre ellas cabe citar: ❙ Procesos de membrana: electrodiálisis y ósmosis inversa. Esta última, dado su bajo coste, consumo energético y eficacia, es el proceso más rentable y generalizado en la obtención de agua a partir de aguas marinas. ❙ Congelación. ❙ Procesos de destilación: por compresión adiabática de vapor, por destilación solar directa o mediante células solares y por destilación térmica para grandes volúmenes (55.000 metros cúbicos) y altas concentraciones de sal (30 gramos/litro). Aunque las técnicas han mejorado mucho y constituye un prometedor campo de investigación, el tratamiento posterior de las salmueras todavía es un debate abierto (concentración superior a 100 gramos/litro de cloruro sódico) así como la optimización del gasto energético necesario en el proceso.

Transformación, transporte y distribución del agua El agua captada de las aguas superficiales, y en menor medida la procedente de reservas subterráneas, debe ser tratada para su consumo humano, transportada hasta los grandes depósitos de las ciudades, controlada su calidad, y distribuida hasta las acometidas de los hogares. Una vez el agua es usada, es necesario realizar su recogida mediante redes de saneamiento, su depuración y su restitución al medio, generalmente a los cauces de los ríos. Dependiendo del régimen legal sobre el recurso hídrico, estas labores de captación, aducción, tratamiento, transporte y distribución, saneamiento, depuración y restitución suelen ser realizadas por empresas de servicio privadas (10%) o de carácter público (90%), principalmente municipal, siendo cuestión abierta la conveniencia de la privatización del sector. El volumen de negocio del sector privado mundial alcanza los 200.000 millones de dólares al año y según las previsiones del Banco Mundial, se alcanzará el billón de dólares para el año 2021. En el panorama mundial, el negocio del agua está dominado por dos grandes empresas, Veolia y Ondeo/Suez, con un total aproximado de 200 millones de personas abastecidas. Son estas empresas, públicas o privadas, las que deben garantizar una gestión responsable del recurso, así como de las infraestructuras empleadas, tratando de optimizar el abastecimiento y el uso energético necesario para el procesamiento del agua. Dos son los principales problemas que es necesario solventar: ❙ La pérdida del recurso por unas infraestructuras anticuadas, mal mantenidas o que carecen de elementos de control y supervisión. La media mundial de pérdida de agua en el transporte y la distribución oscila entre un 40 y un 50%. La eliminación del agua desperdiciada (fugas, robo, etc.) en las grandes aglomeraciones del mundo desarrollado, aumentaría en más del doble la cantidad de agua disponible para el suministro. ❙ El elevado grado de ineficiencia energética en la explotación de las infraestructuras. Según el informe Watergy, de la Alliance to Save Energy (ASE) [BARR07], la energía consumida mundialmente para suministrar agua es de más de 27.437·1015 Julios, lo cual constituye el 7% del consumo energético mundial. Con un conjunto reducido de sencillas medidas, algunas de las cuales se presentan a continuación, la ASE ha constatado un ahorro mínimo del 25%. Entre las medidas encaminadas a lograr una reducción de estos problemas se suelen señalar: ❙ El rediseño del sistema de distribución, la sustitución de los equipos y la modificación en la forma de explotar de red. Este último punto es bastante importante ya que las redes de distribución están inicialmente pensadas para ser operadas en malla a presión. Esta configuración impide identificar el origen del suministro y hace inviable la detección de fugas, escamoteos o problemas de presión. Frente a esta configuración, cada vez más ciudades están sectorizando su red definiendo sectores estancos con pocos puntos de abastecimiento. Estos sectores hidrométricos y el estudio sociológico de la población permitirán el establecimiento de sus patrones de abastecimiento. Las redes de agua se encaminan así hacia el concepto de smart-grid que 206


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comienza a desarrollarse en el mundo de la distribución eléctrica. De todas formas, la sectorización presenta también problemas como la calidad del agua debido a la proliferación de puntos de tubería ciega. ❙ El uso de tuberías de materiales que favorezcan la baja fricción (cloruro de polivinilo) puede suponer el 0,6-0,8% de ahorro energético. El empleo de revestimientos de resina o polímero pueden lograr una mejora del 1 al 3%. ❙ El empleo de motores con variadores. ❙ La mejora en las prácticas del mantenimiento preventivo y correctivo dotándose de sistemas CMMS (Computerized Maintenance Management System) apoyados por inventarios cartografiados en sistemas GIS (Geographic Information System) y técnicas y enfoques de Ingeniería del Mantenimiento como RCM (Reliability Centered Maintenance). ❙ Mejora de los procesos de la depuración ya que el gasto energético supone del 35 al 50% del presupuesto operativo de las plantas. Las mejoras suelen centrarse en el análisis del tratamiento secundario mucho más exigente a nivel energético y pueden ir desde la sustitución de los mecanismos de aireación de burbujas grandes a pequeñas, hasta la instalación de sistemas complejos de control adaptativo. ❙ La Operación Optimizada desde Centros de Operaciones y Control que permitan la integración de datos adquiridos en tiempo real con sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) y simulaciones de redes para el análisis de eventos de incidencia y calidad, modelos de previsión y estimación de la demanda, sistemas de ayuda a la decisión, optimización del abastecimiento mediante técnicas de Investigación Operativa, y planificación y seguimiento de las órdenes de telemando y consigna, así como los trabajos de los equipos en campo. Cabe mencionar en este punto la implantación parcial del modelo EWQMS (Energy and Water Quality Management System) [JENT98] de la AwwaRF/EPRI/CEC en varias empresas de agua (San Diego, Jacksonville, East Bay Municipal Utility District de San Francisco, etc.) que han logrado mejoras cuantificables iniciales de 1,4-2 millones de dólares.

La reutilización de agua Amparado por el Real Decreto 1620/2007 de reutilización de las aguas depuradas, el empleo de agua regenerada va a cobrar una importancia central en la explotación de nuevas fuentes de agua en España. Esta práctica ya está generaliza en la mayor parte del mundo para usos concretos como el agrario. En la actualidad en España, se reutilizan entre 400 y 450 hectómetros cúbicos sobre 3.400 hectómetros cúbicos de aguas depuradas. Esa cantidad se triplicará en el año 2015, cuando se llegarán a reutilizar 1.200 hectómetros cúbicos. Por reutilización de las aguas residuales se entiende el aprovechamiento de los efluentes depurados tras un tratamiento de “regeneración” sin mediar vertido al cauce de dominio público. La regeneración de las aguas residuales consiste en aplicar el tratamiento necesario (terciario) para adecuar la calidad del agua al uso previsto, pudiendo ser estos urbanos, agrícolas, industriales, recreativos y ambientales. Estará permitido en: ❙ Parques y jardines, limpieza viaria, lucha contra incendios, inodoros, lavado de vehículos. ❙ Campos golf o lagos artificiales. ❙ Recarga de acuíferos, lucha contra intrusión marina o preservación de humedales. ❙ Aguas de proceso industrial menos en torres de refrigeración. ❙ Cultivos en crudo, frutales, pastos, cultivos industriales, flores o viveros. Entre los beneficios del agua reutilizada como nuevo recurso para la sostenibilidad, cabe destacar: ❙ Incrementa los recursos disponibles, evitando el uso de masas superficiales o subterráneas de agua. ❙ Es un recurso cuya producción está garantizada, mientras haya efluente de depuración. ❙ Disminuye el impacto del vertido de agua residual depurada a los cauces. ❙ Supone la recuperación de nutrientes importantes para el riego agrícola. ❙ Ahorra energía, ya que muchos procesos industriales requieren que el agua de proceso sea bombeada, calentada, refrigerada o sometida a alta presión. Reutilizando el agua de proceso, las demandas energéticas se disminuyen, logrando ahorros también en los costes de la misma. 207


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El agua y el ciudadano La reducción del consumo de agua, sin merma del nivel de prestaciones de los consumidores, reporta grandes beneficios para éstos, para las empresas que prestan el servicio y también para el medio ambiente. El consumidor experimentará una disminución del gasto y una menor probabilidad de falta de suministro. Las empresas de suministro verán aumentada la capacidad del sistema, lo que evitará, o al menos demorará, inversiones en nuevas instalaciones y equipos. Además, la disminución de la cantidad de agua que fluye a través del sistema reducirá las pérdidas, y con ello el coste de bombeos innecesarios. De cara al medio ambiente, se contribuye a mitigar el impacto al entorno natural por el uso abusivo del agua. Es evidente que los consumidores no obtienen ningún valor adicional por el uso excesivo del agua (descargar completamente un sanitario no obtiene ningún beneficio si en ocasiones es suficiente con una descarga parcial) y sin embargo el beneficio total que se puede reportar es inmenso. Asegurar que cada usuario no consuma más agua de la necesaria ayudará a optimizar la explotación del sistema de abastecimiento de agua, reduciendo los gastos asociados al incremento de la capacidad de la red. El impacto de las medidas relacionadas con la moderación de la demanda puede ser en realidad mucho mayor cuando se llevan a cabo en forma conjunta con acciones relacionadas con el abastecimiento. Por ejemplo, al combinar un programa para disminuir la demanda con la adquisición de bombas nuevas que consuman menos energía, que sean más pequeñas y que requieran menos mantenimiento. En muchos casos, la reducción de la demanda debe darse antes de la modernización del sistema para ayudar a determinar cuál es la línea base real de la demanda de agua del sistema. Existe un gran número de tecnologías comerciales y residenciales que pueden ayudar a lograr ahorros significativos de agua y reducir costes: ❙ Sanitarios de descarga ultrabaja: funcionan perfectamente con tan sólo tres litros por descarga (de 6 a 8 veces menos que los típicos). ❙ Diques para sanitarios u otros dispositivos para desplazamiento de agua: son dispositivos que bloquean parte del tanque, de tal manera que se necesita menos agua para llenar el sanitario después de cada descarga. ❙ Dispositivos de baños de bajo flujo: utilizan menos de 9,5 litros por minuto (más de la mitad que los convencionales) sin ninguna reducción marcada en calidad o servicio. ❙ Aireadores de grifos eficientes: pueden instalarse fácilmente en los extremos de la mayoría de los sistemas de grifos para sustituir a los aireadores existentes. Estos dispositivos pueden ahorrar de 12 a 65 litros diarios. ❙ Lavadoras de ropa eficientes: consumen poca agua y energía. ❙ Jardinería ornamental adaptada al ambiente autóctono: el cultivo de especies nativas de plantas que pueden sobrevivir con la lluvia y condiciones climáticas específicas del lugar, puede ahorrar grandes cantidades de agua de riego. ❙ Riego por goteo: puede ahorrar entre un 15 y un 40% de agua en comparación con otros sistemas de riego. ❙ Otras medidas para el uso eficiente de la energía: existen otras tecnologías que pueden ser de interés para los consumidores, pero generalmente no tienen un impacto importante en las empresas de servicio de agua. Los calentadores de agua que consumen poca energía, el aislamiento de la tubería de agua caliente y sistemas de agua caliente a solicitud, pueden ayudar a ahorrar agua y energía, y el consumidor recibe la mayor parte de los beneficios. Las empresas de abastecimiento pueden llevar a cabo actividades encaminadas a reducción de la demanda en los sectores residencial y comercial: ❙ Educación y acercamiento a la comunidad orientadas a crear una cultura racional en el uso del agua a través de presentaciones en escuelas y en reuniones de organizaciones de barrios y comunidades, organización de talleres sobre el uso eficiente del agua para fontaneros, diseñadores de jardines y constructores, publicidad en radio, televisión y en prensa, creación de comités locales interesados en promover la retroalimentación y la revisión de actividades sobre el uso de agua, preparación de materiales para incluirlos en los planes de estudio de las escuelas, en temas del medio ambiente y ciencias, etc. 208


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❙ Auditorías, dirigidas a la detección de fugas y a la información sobre las oportunidades de ahorrar agua con la aplicación de diversas medidas. ❙ Programas de descuento/instalación, en las que las empresas de abastecimiento de agua ofrecen cubrir parte o todos los costes del equipo para ahorro de agua, así como su instalación. También en el sector industrial pueden aplicarse algunas de las medidas anteriores y otras específicas, como son: ❙ Auditorías de agua para grandes consumidores orientados a instalar sus propios programas de gestión de agua. ❙ Programas de beneficios y retribución por capacidad, mediante los cuales la reducción en el consumo de agua de forma significativa y sostenida supone una disminución significativa del coste del consumo real. ❙ Reutilización de las aguas residuales. Como se menciona en el punto anterior, el sector industrial es un excelente candidato para que los municipios promuevan la reutilización de las aguas residuales en aquellos procesos que lo permitan. Un buen ejemplo de programas e iniciativas promovidas por las empresas de abastecimiento es el programa “Hoy no hace falta regar”, puesto en marcha por Canal de Isabel II en la Comunidad de Madrid en marzo de 2007, orientado al sector residencial y a los ayuntamientos de la Comunidad. Para los primeros, Canal de Isabel II habilitó un servicio gratuito de SMS que partiendo de la información meteorológica disponible en cada municipio notifica al ciudadano la necesidad o no de regar los jardines particulares, añadiendo información práctica para lograr un riego eficiente de los mismos. Para los segundos, Canal de Isabel II diseñó y comenzó a desplegar (el despliegue masivo se ha realizado este año 2008) el SIR (Sistema de Riego Inteligente). El SIR sustituye los programadores de riego convencionales por pequeños terminales conectados con el Sistema de Telecontrol de Canal de Isabel II que controla y analiza las prácticas de riego en cada superficie verde municipal, pudiendo notificar incidencias o modificaciones convenientes mediante SMS, e-mail o acceso web. Adicionalmente SIR es capaz de inhibir el riego cuando las situaciones meteorológicas lo recomiendan. La estimación de ahorro de recurso se fija en 20 hectómetros cúbicos anuales lo que equivale a una reducción global del consumo del 4% [CYII07]. Para promover la eficiencia en el uso del agua, las empresas de abastecimiento tienen la opción adicional de modificar las normas, códigos y estructuras de cobro locales: ❙ Normas y códigos de construcción: además de favorecer la adopción de medidas básicas, se pueden establecer exigencias más severas relativas, por ejemplo, a aparatos electrodomésticos que utilizan agua de forma más eficiente en los edificios nuevos y obligar a la reconversión de edificios antiguos. También pueden formularse requisitos para el diseño de jardines, drenaje y riego en áreas de nuevo desarrollo y espacios públicos. ❙ Precios adecuados y generación de ingresos: las tarifas del agua pueden ser uno de los enemigos más fuertes para el uso eficiente. Si la tarifa está por debajo del coste real del agua, los consumidores reciben una señal incorrecta que induce a una devaluación del agua y a su derroche. Éste es uno de los puntos principales en la directiva europea. Además de las medidas encaminadas a la modificación de los hábitos y las costumbres en torno al agua, es importante mencionar los organismos internacionales que premian y recopilan el conjunto de buenas prácticas en torno a su uso sostenible. Un ejemplo de esta movilización global, es el fondo de Best Practices Database del Dubai International Award for Best Practice auspiciado por la Conferencia de Naciones Unidas sobre Asentamientos Humanos (Serie HABITAT) que en 1998 premió al conjunto de medidas aplicadas en Zaragoza para la reducción del consumo. Durante el año 1997 se planteó en Zaragoza un desafío a toda la ciudad: para luchar contra la escasez de agua se preparó un paquete de medidas para reducir la demanda de agua. La meta inicial era ahorrar 1.000 millones de litros ese año y finalmente se ahorraron 1.176 millones de litros. Con el fin de cambiar la conducta de los consumidores se publicó un catálogo de buenas prácticas para el uso eficiente del agua, agrupadas por sectores: autolavado de vehículos, centros comerciales, centros culturales, centros sanitarios, etc. El Hospital Royo Villanova es un claro ejemplo del resultado de la 209


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aplicación de las buenas prácticas: obtiene un consumo de 382 litros de agua por cama y día que lo sitúan como uno de los más eficientes del mundo. Por otra parte, para sensibilizar a todos los actores implicados y para fijar un precio del agua que fomente su consumo eficiente, se creó una Comisión Municipal en la que participan empresarios, consumidores y una fundación. Gracias a estas prácticas, hoy en día, Zaragoza tiene el menor consumo de agua por habitante de España: 96 litros.

Conclusiones La sostenibilidad del recurso hídrico requiere una modificación de: ❙ La percepción del agua, de recurso en la mano de algunos pocos a un bien universal, que sólo se disfrutará con la responsabilidad de devolverlo en iguales o mejores condiciones de las recibidas. ❙ La gestión del agua, tanto a nivel político donde se cree el marco para una gestión global y equitativa acorde con criterios de acceso universal (un primer intento a nivel europeo es la Directiva Marco del Agua (2000/60/CE)), como de los explotadores en la aplicación de la ingeniería y la tecnología para lograr: – Un forma más eficiente de explotar las redes de agua. – La optimización y mejora de los procesos, en especial la depuración. – El empleo de nuevos materiales y equipos que disminuyan el coste energético. – La intensificación de las políticas de mantenimiento de las redes que logren una reducción en las pérdidas. – El cambio de paradigma en el control hacia Centros de Operaciones que permitan gestionar estas de forma global. – La existencia de políticas de concienciación y educación de la comunidad. ❙ El uso cotidiano del agua, por parte de los ciudadanos hacia una racionalización del mismo y la modificación de hábitos y costumbres desde el conocimiento y la educación: – Programas educativos y de divulgación sobre la importancia de unas buenas prácticas en el uso del agua. – El empleo de dispositivos técnicos sencillos en el hogar (sanitarios de descarga ultrabaja, lavadoras de ropa eficientes, etc). |❙|

Referencias [AABO94] Carta de las Ciudades Europeas hacia Sostenibilidad (La Carta de Aalborg). The European Sustainable Cities & Towns Campaign, 1994. Cabe citar adicionalmente el compromiso Aalborg+10 diez años más tarde y la adopción del Espíritu de Sevilla de 2007. [AEMA00] Agencia Europea de Medio Ambiente. Informe de Evaluación Ambiental. ¿Es sostenible el uso del agua en Europa?, Luxemburgo: Oficina de Publicaciones Oficiales de las Comunidades Europeas, 2000. [BARR07] Barry, J.A. Watergy: Energy and Water Efficiency in Municipal Water Supply and Wastewater Treatment, Alliance to Save Energy, 2007. [CHEV04]. Chauveau, L. Riesgos ecológicos. ¿Una amenaza evitable? México: Ediciones Larousse, 2004. [CYII07] Zubizarreta, J.I. El Sistema de Riego Inteligente del Canal de Isabel II: un nuevo paradigma, Canal de Isabel II, Madrid 2007. Agradecemos tanto a J.I. Zubizarreta Pariente (Director de Sistemas de Información y Telecontrol) como a F.J. Fernández Delgado (Subdirector de Telecontrol) la información amablemente proporcionada sobre el Plan “Hoy no hace falta regar” y el SIR. [IDA_06] The IDA Yearbook 2006. Water Desalination Report, International Desalination Association, 2006. [JENT98] Jentgen, L., et al. Energy and Water Quality Management System, American Water Works Association Research Foundation Press, 1998. 210

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[IPCC08] Bates, B.C., Z.W. Kundzewicz, S. Wu and J.P. Palutikof, Eds. 2008: Climate Change and Water. Technical. Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC Secretariat, Geneva, 210 pp. 2008. [ONU_08] Objetivos de Desarrollo del Mileno (ODM). Informe 2008, Naciones Unidas, New York 2008. [RIEC03] Riechmann, J. Cuidar la Tierra. Políticas agrarias y alimentarias sostenibles para entrar en el siglo XXI. Barcelona: Icaria Editorial S.A., 2003. [VILC03] Vilches, A., Gil Pérez, D. Construyamos un futuro sostenible. Diálogos de supervivencia. Madrid: Cambridge University Press. Capítulos 3 y 10, 2003. [WCD_00] World Commission on Dams. Dams and Development. A New Framework for DecisionMaking. Earthscan Publications Ltd, London and Sterling, VA, 2000. [WWAP03] World Water Assessment Programme (WWAP). Agua para todos. Agua para la vida. Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo, UNESO/ Mundi Prensa Libros, París, Francia, 2003. [WWAP06] World Water Assessment Programme (WWAP). El agua, una responsabilidad compartida. 2º Informe de las Naciones Unidas sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo, UNESO/Mundi Prensa Libros, Paris, Francia, 2006.

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Capítulo 21. Edificación y urbanismo: sistemas, métodos y tecnologías Jesús Guardiola Carlos G. Lorente Ángel Luis García Guerrero

Palabras clave Industrialización, vivienda sostenible, sistema, sistema constructivo, casas pasivas, urbanismo sostenible. Este capítulo se divide en tres partes, en las que se consideran los aspectos fundamentales de la edificación sostenible. En primer lugar se desarrolla un diseño de Unidad de Vivienda, bajo criterios y concepciones “sistémicas”, diseñado mediante herramientas de la Ingeniería de Sistemas, diferente de la metodología tradicional. En segundo lugar se habla de las normas sobre que se fundamentan algunos criterios de edificación sostenible y por último se concluye con los aspectos más relevantes del urbanismo.

Introducción La primera crisis del petróleo, en los años 70, devino en la primera concienciación de que los recursos energéticos no eran ilimitados: el derroche empezaba a estar mal visto. La postura oficial se dirigió a mejorar el rendimiento energético, apareciendo las primeras normativas administrativas que especificaban y limitaban el consumo de energía. Después, con la aparición de la problemática de las emisiones de gases a la atmósfera, se buscaron fuentes alternativas de la energía, además de que los países occidentales, sin recursos naturales del petróleo, buscaban reducir la dependencia de este combustible. Mucho antes, se estaban desarrollando otras preocupaciones en la edificación; por un lado, se buscaba una construcción más racional y moderna, en la línea de la industrialización, y por otro, la carestía y escasez de la vivienda, problema que se viene arrastrando desde la I Guerra Mundial, hacían que los profesionales del sector, arquitectos, ingenieros y técnicos de la edificación, buscaran soluciones. De una parte, la industrialización de la construcción. La prefabricación se ensayó después de la II Gran Guerra Mundial y ahora se mueve en conceptos más abiertos, compatibilizando el desarrollo industrial de sus productos, en una integración con una construcción todavía arcaica y pendiente de actualizar. De la otra, los técnicos como arquitectos e ingenieros, que han revisado los programas y necesidades de los usuarios, familias y ciudadanos en viviendas, lugares de trabajo, comercio, ocio y ciudades, y que vienen proponiendo soluciones más modernas y actuales, entre opciones que buscan la flexibilidad de la vivienda. Todo esto está confluyendo en una orientación generalista, muy relacionada con la sostenibilidad y que, si bien no contempla soluciones nuevas, sí lo hace de forma sistémica e integral. La sostenibilidad se la puede contemplar desde un entorno tecno-biológico, donde la actividad artificial se integre con la vida y los recursos del entorno, en un nuevo sistema ecológico equilibrado.

Edificación En este capítulo se va a desarrollar una propuesta de diseño de Unidad de Vivienda, en el entorno de “desarrollo sostenible”, bajo criterios y concepciones “sistémicas”. 213


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Se propone un modelo de unidad de vivienda diseñado mediante los conceptos y herramientas de la Ingeniería de Sistemas, diferente a la metodología típica de la construcción tradicional y sus hábitos en la arquitectura. Este método de diseño debe permitir, dentro de la disciplina proyectual, integrar la edificación contemporánea en el entorno industrial actual, siguiendo el marco de un “desarrollo sostenible”.

Objetivos de la sostenibilidad en la edificación de viviendas

A lo hora de considerar la edificación en el marco del desarrollo sostenible, se deben tener en cuenta los siguientes conceptos clave para incluir en el diseño propuesto: ❙ Flexibilidad vs. rigidez: facilidad para el cambio. ❙ Reciclaje vs. demolición: aprovechamiento de lo existente. ❙ Construcción abierta vs. cerrada: integrar sistemas industriales del entorno actual. ❙ Renovable vs. permanente: posibilidad de actualizaciones hacia el futuro. ❙ Integración vs. aislamiento: sintonizar con el medio ambiente. ❙ Optimización vs. derroche: obtener máximo rendimiento. Se va a iniciar contemplando la edificación sostenible como un sistema abierto entre la funcionalidad del hábitat y su entorno, donde la infraestructura de los servicios suministrados y los accesos conectados, interactúan, y cuyos objetivos son los siguientes: ❙ Obtener una edificación modulable y flexible. ❙ Optimizar diseños de instalaciones. ❙ Captar recursos naturales al alcance. ❙ Revisar el hábitat, sintonizando con el entorno e integrados con el medio ambiente. En el marco del diseño de unidad de vivienda, los objetivos anteriores se agrupan en dos clases: ❙ De naturaleza constructiva, sobre como diseñar y construir la unidad de vivienda, entre los dos primeros. ❙ Funcionales, referidos a la utilización y servicios incluidos en el programa habitable, con los dos últimos.

Metodología de diseño

En base a lo mencionado anteriormente, este apartado plantea un método de diseño orientado a una ejecución racional, donde lo principal son los criterios industriales de optimización, economía y rendimiento, en un marco de progreso sostenible. Utilizando los principios del pensamiento sistémico se contempla la actividad de la edificación: diseño + construcción + hábitat como un sistema de la siguiente característica:

Sistemas abiertos y dinámicos frente a agrupaciones inertes y herméticas El Sistema General de la Edificación se define como “abierto”, es decir, se concibe en interacción con un entorno próximo. El sistema en su composición incluye subsistemas que se integran en un conjunto equilibrado, donde cada uno se incluye como parte de un todo, con funciones específicas diferenciadas. Por su parte, los subsistemas que se componen a su vez de elementos autónomos, independientes y descomponibles, no se condicionan unos con otros, manteniéndose en una relación de conectividad, sin prioridad entre ellos. El conjunto, como sistema que interactúa con un medio externo, completa su integración con éste, en su relación de “importación”: todo lo que entra, como de “exportación”, todo lo que sale. El medio externo se diferencia en dos grupos: el “natural”, referido al medio más cercano, y lo “artificial”, de referencia remota. El primero se refiere al medio ambiente donde la unidad de vivienda se implanta, y el segundo, son los recursos técnicos que se suministran desde generación lejana. A continuación, se identifican los siguientes elementos de diseño, dentro de un entorno industrial, que respetan los principios de sostenibilidad en las dos clases definidas, constructiva y funcional. 214


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edificación y urbanismo: sistemas, métodos y tecnologías | Tema III | AvAnces de IngenIeríA

Sistema constructivo Los elementos de construcción deben permitir una edificación abierta y flexible en el programa habitacional, que facilite los cambios, reparaciones y modificaciones, así como el crecimiento o involución, sin recurrir a la destrucción o la demolición del edificio. Un sistema se compone de unos elementos, que se caracterizan por categorías, en correspondencia a la naturaleza del sistema y sus relaciones, que le dan la cohesión que requiere para su conformación física. Para esto se proponen desarrollar dos categorías, como elementos del sistema constructivo del diseño de la unidad de vivienda propuesto, y una condición de relación para definir su conectividad.

Componentes autónomos Son elementos independientes en su ejecución, realizados de forma paralela, por especialidades distintas. Estos subsistemas se han de comportar de forma autónoma en su diseño, lo que facilita su concepción especializada y su montaje posterior. Cada subsistema de éstos se caracterizará por su especialidad funcional técnica, correspondiente a una función de diseño. Los subsistemas pueden agruparse en piezas constructivas: cerramiento, cubierta, equipos, etc., que a su vez pueden nuevamente agruparse en módulos de habitación: dormitorio, aseos, cocina, trabajo, etc., que a mayores niveles de desarrollo facilitan mejor los objetivos funcionales |Figura 1|.

|Figura 1| Módulo de servicios


Elementos abiertos Los componentes constructivos se podrán elegir dentro de las opciones existentes en un mercado “transparente”, asequible tanto para especialistas como para usuarios, en la oferta de los fabricantes. La forma de construir será con elementos libres, que permitan resolver una premisa de diseño mediante una gama de posibles alternativas de componentes del mercado, disponibles en la industria. Su modo de montaje, en ensamblado, será exclusivo y especializado para sus características como producto, pero se integrarán sin dificultad en su localización dentro del conjunto constructivo, sin interferir con otros componentes vecinos, como parte del sistema general del edificio. 215


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Conexiones reversibles Ésta es una condición de relación del sistema, entre sus componentes, que define la conectividad física de éstos. Se busca un modo de conexión de los materiales y elementos, que resulte “dócil” y retornable, que facilite el registro para el mantenimiento y permita la flexibilidad del programa del hábitat. Esta composición de piezas requieren de una solución de unión, que permita su ensamblaje, conformando la composición mecánica requerida por “junta seca”: atornillada, “clipada”, etc., |Figura 2|.

|Figura 2| Nudo estructural atornillado


Dinámica de funcionamiento Se analizan otras categorías más, entre las de naturaleza funcional, sobre la actividad de los sistemas.

Ciclo combinado Se integran los sistemas de suministros “artificiales”, de origen remoto, y con garantía de abastecimiento, con sistemas “naturales”, de origen próximo, pero de funcionamiento incierto. Estos sistemas en “paralelo”, uno complementario del otro, abastecen los consumos requeridos y suponen un ahorro por la captación del “medio natural”. Los sistemas se combinan en la continuidad requerida por el consumo y por el grado de la disponibilidad que ofrecen, mediante conexiones en “paralelo”. Aunque el recurso natural es “barato”, es muy difícil de predecir su disponibilidad, por lo que el sistema “artificial”, de mayor fiabilidad, será el recurso de disposición básica, completándose aquel, de disposición incierta, con éste de mayor seguridad.

“Cicleado” Los consumos e insumos poseen distintos niveles de utilización, el agua por ejemplo, se emplea tanto para beber como para el aseo: lavarse o ayudar la evacuación, lo que le confiere hasta cuatro niveles distintos de uso, o grados de calidad: fisiológico (beber), higiénico (lavarse), sanitario (limpieza), riesgo... Consumos e insumos se reutilizan, para su máximo aprovechamiento, desde sus niveles de mayor calidad hasta la de mínima utilizable. Los vertidos, que disponen de un cierto grado de aprovechamiento, se reintegran en la unidad para compensar consumos. Así consumos y vertidos se combinan en posniveles paralelos de utilidad, con lo que ahorrar en nuevos consumos.

Unidad de vivienda propuesta

A continuación se desarrolla la solución a la unidad de vivienda, en base a los criterios de diseño, anteriormente expuestos, y que se orientan a los objetivos inicialmente planteados. 216


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En la solución propuesta los principales elementos de diseño son los siguientes.

Componentes de captación de recursos naturales La captación de recursos naturales se podrá realizar mediante aljibes, terrazas vegetales, invernaderos, donde el agua y el oxígeno se conducen a elementos de transferencia, que los tratan o almacenan, preparándolos para su posterior consumo. Con estos elementos se recuperan recursos naturales al alcance, desde el medio ambiente externo |Figura 3|.

|Figura 3| Aljibes exteriores para captación de agua


Componentes autónomos del programa de vivienda Los componentes autónomos dentro del programa de la vivienda desempeñarán funciones determinadas y diferenciadas: aseo, cocina, dormitorio,… disponiéndose como conjuntos independientes. Estos elementos como “módulos” facilitarán la flexibilidad del funcionamiento de la vivienda, que por su capacidad de intercambio flexibilizan su uso.

Panel de conexiones tecnológicas El panel de conexiones tecnológicas es el conjunto de recursos tecnológicos, suministros de energías y fluidos, de generación remota, a distancia de la unidad de vivienda, que se agrupa en un panel vertical, separado e independiente del programa de la vivienda, dejando un margen de seguridad y accesos para su mejor registro. Se facilita el mantenimiento por disponer de un acceso independiente, y se mejora la seguridad por la distancia a los usuarios fuera del espacio habitable. Este panel de “energías” se situará del lado más próximo a los puntos de consumo dentro de la vivienda, localizado por los aseos, cocinas, puestos de trabajo, etc. Este diseño de los sistemas técnicos optimiza su funcionamiento por su mantenibilidad y su proximidad a los puntos de consumo. Finalmente la composición de la unidad de vivienda se realizará de la siguiente forma: 217


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La composición de la unidad de vivienda se realiza acoplando lo elementos de diseño anteriormente definidos en un soporte que a modo de matriz, facilita su disposición localizada en el ámbito espacial del programa del hábitat, etc. |Figura 4|. Dentro de un contenedor rígido –estructura & instalación básica: infraestructura– se disponen los módulos, ordenados de menor a mayor flexibilidad, que van introduciéndose en el espacio habitable. El panel de conexiones tecnológicas (o plano de energías), que se sitúa junto al “cajón” estructural, facilitará los suministros de agua, electricidad, gas, teléfono, TV, etc., a la unidad de vivienda, configurando un plano autónomo y separado de la edificación habitable. Estos suministros acometen al edificio desde exterior, por el sistema “artificial” de energías y fluidos, que lo proveen, mediante el transporte remoto desde su generación. Junto a este plano de “energías”, se desarrollan los accesos y tránsitos de los usuarios, a través de un sistema de pasarelas, que dejan huecos para transporte e izado de los módulos de “servicio”: cocinas, aseos, etc., para facilitar su intercambio, a lo largo de la vida del inmueble. Estos módulos que, como “mochilas” de equipamiento, se conectan a las unidades de vivienda, quedan del lado más próximo al panel tecnológico. Sus conexiones con los sistemas de infraestructura son muy cercanas, su registro para mantenimiento es inmediato, incluso se realizaría sin acceder al espacio habitable de la vivienda, y su intercambio es factible. Dentro de la unidad de vivienda, su conexión exterior con el entorno del medio ambiente, queda al extremo opuesto al plano de “energías”. En este extremo se dispone la relación con el medio exterior “natural”, del que se obtiene sus afluentes naturales: luz, aire y agua. Estos otros insumos, se obtienen de forma inmediata, cercana y directa, por su carácter próximo, pero se requiere de su almacenamiento, y de su control a modo de filtros. Entre un extremo, del lado tecnológico, y el otro, hacia su apertura con el entorno, se dispone el programa de vivienda, mediante las unidades habitacionales, prevista para el ocio, descanso, relación familiar, trabajo, … El programa queda así dividido por unidades funcionales especializadas, que dejan el espacio habitable, de mayor privacidad y proximidad familiar, independiente pero integrado con sus conexiones externas, tanto “naturales” del medio ambiente exterior, como “artificiales” del medio externo tecnológico.

|Figura 4| Unidad de vivienda propuesta Plano de “energías” & “fluidos”

Acometidas tecnológicas

Módulo de servicios

Programa de hábitat

Ambiente exterior Difusión de instalaciones técnicas

Elementos de entorno

Fuente: elaboración propia 218


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Edificación y urbanismo: sistemas, métodos y tecnologías | Tema III | Avances de Ingeniería

El diseño propuesto contempla la flexibilidad de la vivienda, por un lado, en base a los módulos de servicios, que por piezas funcionales del programa habitable, pueden ser objeto de intercambio o modificación, en un soporte estructural factible a los cambios sin excesivas repercusiones constructivas. Por otro lado, el planteamiento del grupo de sistemas de instalación ténico, exento de la unidad habitable, de fácil acceso, registro y operación, facilita su funcionamiento, y una localización externa holgada e inmediata con las acometidas de fluidos y energías, redundará en un rendimiento mejorado. En cuanto a su integración externa, el diseño se dirige hacia su entorno, en contacto con el medio ambiente, concibiendo elementos de conexión con los recursos naturales al alcance. El programa habitacional se orienta hacia un funcionamiento más flexible y sintonizado con las conexiones del medio externo, artificial y natural, donde el sistema vivienda interactúa. La unidad de vivienda propuesta es una aproximación a la edificación sostenible, desde una más amplia perspectiva dentro de la sostenibilidad y la industrialización de la edificación.

Criterios, normas y estándares Para poder llegar a lo descrito en el apartado anterior se han tenido que identificar muchos estándares, que finalmente han permitido definir el concepto de edificación sostenible. Puesto que el campo que abarca la edificación sostenible es muy amplio, como primera aproximación y a modo de ejemplo, se van a definir las condiciones en climatización, tema bastante más fácil para poder definir estos estándares, por su normalización más desarrollada comparativamente a otras disciplinas. Para este trabajo se considera que las condiciones, de climatización e iluminación, que deben cumplir la vivienda y el lugar de trabajo han de ser similares en la mayoría de los casos. No se tratarán aquí los lugares de trabajo que deban tener condiciones especiales (por ejemplo, almacenes frigoríficos, laboratorios especiales, etc.).

Condiciones de climatización a cumplir para un confort óptimo

Las condiciones que se deben cumplir para tener un adecuado nivel de confort, según [GUIT97], son las indicadas en la |Tabla 1|.

|Tabla 1|

Temperatura

17ºC - 24ºC (invierno)/23ºC - 27ºC (verano)

Humedad relativa

30% - 70%

Corrientes de aire

Menores de 0,25 m/s

Ventilación

Concentración de CO2 menor de 1.000 ppm

Iluminación

500 lux - 1.000 lux. Aprovechar la luz natural

En cuanto al ruido, las limitaciones (en dB) [RD136707] se reflejan en la |Tabla 2|. La pregunta que se deben hacer los ingenieros y arquitectos es: ¿cómo conseguir esos valores ideales de temperatura, humedad, ventilación, iluminación y ruido en nuestras viviendas de forma sostenible, es decir, sin hacer un gasto de energía tal que haga que la vivienda sea insostenible? 219


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|Tabla 2| Uso del edificio Tipo de recinto Índices de ruido 7-19 h 19-23 h 23-7 h Estancias 45 45 35 Vivienda o uso residencial Dormitorios 40 40 30 Hospitalario Educativo o cultural

Zonas de estancia Dormitorios

45 40

45 40

35 30

Aulas Salas de lectura

40 35

40 35

40 35

Exigencias legales actuales

Las directrices de lo mínimo que se tiene que conseguir vienen dadas en el Documento Básico HE Ahorro de Energía [DBHE06], indicadas en la |Tabla 3|.

|Tabla 3|

HE 1: limitación de demanda energética

T ransmitancia térmica máxima U en W/m2K: 0,74 – 1,22 (muros y fachadas), 0,62 - 0,69 (suelos), 0,46 - 0,65 (cubiertas), 3,10 - 5,70 (vidrios y marcos). Condensaciones superf. limitadas (humedad superf. <80%). Permeabilidad al aire <27 – 50 m3/h m2 (para 100 Pa).

HE 2: rendimiento de las instalaciones térmicas

Deben proporcionar bienestar térmico a sus ocupantes.

HE 3: eficiencia energética de las instalaciones de iluminación

V EEI (W/m2) valor límite entre 7,5 y 12. Regulación en función de la luz natural.

HE 4: contribución solar mínima de agua caliente sanitaria

Entre el 30% y el 70% en función de la zona climática de España.

HE 5: contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

La potencia pico mínima a instalar será de 6,25 kWp. Esta exigencia, por el momento, no se aplica a viviendas.

Casas pasivas

Los valores y normas presentados son sólo un mínimo a tener en cuenta en el trabajo de ingenieros y arquitectos. Sin embargo, el verdadero objetivo es responder a la sociedad con mejores soluciones que permitan extender estos valores equilibrando sostenibilidad y confort. Una de estas soluciones novedosas, que se están desarrollando bastante en los últimos años es la iniciativa europea de las “passivhauss” (en alemán es donde se ha comenzado la construcción de estas casas), casas pasivas, cuyo concepto se explica brevemente a continuación, que [CAPA07]. El objetivo del “diseño pasivo” consiste en maximizar las ganancias de calor y minimizar las pérdidas de energía del edificio en invierno, y minimizar las ganancias de calor y maximizar las pérdidas de energía del edificio en verano. 220


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Los estándares propuestos, desarrollados en el proyecto Passive-on financiado por la UE, para los países europeos cálidos, son los de la |Tabla 4|.

|Tabla 4| Criterio de calefacción

<15 kWh por m2 y año

Criterio de refrigeración


Criterio de la energía primaria


Estanqueidad

Confort en invierno

20ºC - 24ºC

Confort en verano

23ºC - 26ºC

Este estándar se consigue con: ❙ Cerramientos altamente aislados. Los muros del edificio tienen un valor de U entre 0,1 y 0,4 W/m2K (según la zona climática en que se encuentre la casa) que normalmente se corresponde con 20 a 40 cm. de aislamiento. Las ventanas son construidas con vidrios triples bajo emisivos (valor de U de 0,75 W/m2K y un factor de transmisión solar del 50%) y marcos altamente aislados (valor de U de 0,8 W/m2K). ❙ Eliminación de puentes térmicos. Mediante la aplicación adecuada de aislamiento, la transmitancia térmica lineal se reduce a valores por debajo de 0,01 W/mK. ❙ Infiltraciones muy reducidas. Las renovaciones de aire por hora son inferiores a 0,6 (valor de estanqueidad 50 Pa). ❙ Ventilación, refrigeración y calefacción aprovechando al máximo la energía del sol o el frío nocturno.

|Figura 5| El calor que es acumulado durante el día, usando materiales de alta capacidad térmica, es liberado por la noche

Fuente: Proyecto de la CEE Passive-On |Figuras 6-7| Refrigeración noche-día Figura 6. Refrigeración por la noche

Figura 7. Refrigeración por el día a través del subsuelo

Fuente: Proyecto de la CEE Passive-On 221


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❙ Orientación de la casa. Para aprovechar la energía solar se construye con grandes ventanales orientados hacia el sur. Esto facilita tanto la iluminación natural como la ventilación.

|Figuras 8-9| Orientación de la casa invierno-verano Figura 8. Iluminación natural en invierno

Figura 9. Control solar y ventilación en verano

Fuente: Proyecto de la CEE Passive-On

❙ Coste económico de una casa pasiva. Se ha calculado, que en España el coste económico de una casa estándar es del orden de 3 al 4% más elevado, pero el ahorro de energía es del orden del 40 al 50%, lo que permite una recuperación del sobrecoste de construcción entre 4 y 5 años.

Urbanismo Cuando se produce una agrupación de edificaciones cuyo ámbito espacial trasciende el uso privado y aparecen espacios de uso público, es el urbanismo la disciplina que se encarga de la planificación y estudio de esos conjuntos. Para poder entender de forma sencilla la relación entre arquitectura y urbanismo, se podría decir que la arquitectura se encarga del diseño de las edificaciones y el urbanismo de las ciudades. Por tanto, el análisis de la sostenibilidad en el urbanismo debe hacerse de forma diferenciada al de la edificación, aunque se intuye que ambos están íntimamente relacionados entre sí.

La planificación urbana y su aportación a la sostenibilidad Con la primera década del siglo XXI casi concluida, el planteamiento urbano debe aportar como demanda social inequívoca la sostenibilidad, ya que cualquier actividad que comporte el empleo de recursos naturales por parte del hombre, se produce mayoritariamente dentro del ámbito urbano. Pero esto no es tarea sencilla, ya que por su naturaleza multidisciplinar el urbanismo no sólo afecta al diseño y planificación de los espacios urbanos, sino que además es un instrumento esencial de distribución de la riqueza con importantes connotaciones económicas, sociales y ambientales. Por ello es tan importante el papel de las administraciones competentes en materia de urbanismo, para que de forma progresiva pero sin dilación adapten los objetivos del planeamiento urbanístico al desarrollo sostenible. Es necesario que se apliquen las últimas tecnologías en ahorro de recursos energéticos, reducción de emisiones y reciclaje de los residuos urbanos.

El diseño de los desarrollos urbanos

Soluciones de sostenibilidad y mantenimiento de los espacios urbanos. Para aplicar la sostenibilidad en las ciudades hay que revisar los modelos de diseño de los desarrollos urbanos. Como se ha visto, en la edificación se emplean soluciones de ahorro energético mediante el aprovechamiento de los recursos naturales. De modo análogo, si se aplicara este criterio al diseño de los trazados urbanos se estaría contribuyendo de forma decisiva a crear ciudades más sostenibles. 222


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Algunas soluciones de diseño sostenible son: ❙ La agrupación de las redes de instalaciones urbanas. Un factor determinante en los desarrollos urbanos, es el trazado y diseño de las redes viarias y de las redes de suministro de servicios (energía eléctrica, gas, telefonía, agua, etc.), así como las redes de alcantarillado (de aguas pluviales y de aguas fecales) y de residuos sólidos urbanos. En este sentido, se podría profundizar en el desarrollo de diseños de galerías de servicios, siempre y cuando se resuelvan los problemas de seguridad, como una solución de sostenibilidad. ❙ La automatización de los estacionamientos públicos. La aparición de los aparcamientos automatizados como solución al problema de la ocupación del espacio por el vehículo puede suponer un ahorro importante de recursos tanto energéticos como de espacio urbano y tiempo para los ciudadanos. Además contribuyen a la disminución de emisiones de CO2 y la liberación del espacio urbano de aparcamiento en superficie se puede destinar a la ampliación de zonas peatonales, trazados para bicicletas y aumento del arbolado urbano. ❙ La movilidad y el transporte público. La mejora de los transportes públicos en las ciudades, contribuye de forma inequívoca a la sostenibilidad. Es inevitable que los ciudadanos usen sus vehículos privados para desplazarse en las ciudades o en los extrarradios si no existen buenas alternativas de transporte público o si existen no tienen la frecuencia adecuada a sus necesidades. ❙ La redistribución de las áreas verdes. Las áreas verdes deberían extenderse por toda la ciudad acompañando a la red viaria en todo su trazado, pues además de contribuir a mejorar el impacto ecológico la ciudad, contribuyen a reducir las temperaturas de las calles, protegen del sol directo y de la lluvia, absorben el polvo y los contaminantes aumentando la calidad del aire urbano con la producción de oxígeno y el aumento de la humedad |Figura 10|.

|Figura 10| Propuesta de desarrolo urbano en la ciudad de Tinh Long An, Vietnam. Esquema de áreas verdes. Las zonas ajardinadas acompañan el trazado de la red viaria. Diseño de GALO (Global Architecture Local office)

Fuente: GALO 223


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❙ La disminución de la contaminación acústica. Para mejorar las condiciones acústicas de las ciudades, existen algunas medidas como por ejemplo: – Mejorar el arbolado que acompaña a la red viaria y que por su morfología, es capaz de absorber gran parte del ruido que genera el tráfico rodado. – La mejora de las pavimentaciones en las redes viarias, también contribuye a mitigar las emisiones acústicas de los vehículos. – La incorporación de vehículos eléctricos y de otros combustibles alternativos en los transportes públicos. ❙ El reciclaje de basuras y del agua. El reciclaje de los desechos urbanos y las basuras es una realidad en nuestras ciudades, aunque todavía queda mucho por hacer, existe una gran conciencia social sobre esta cuestión, modelo absoluto de sostenibilidad. Al igual que ocurre con las basuras, el reciclaje del agua en nuestras ciudades es un aspecto fundamental para el desarrollo sostenible. Ya hay muchas ciudades que riegan sus jardines y zonas verdes con agua reciclada, pero son casi inexistentes las redes independientes de este tipo de abastecimiento, no sólo para las zonas verdes, sino para algunos elementos de las viviendas como son inodoros y vertederos, cuyo consumo es muy alto. Que estos aparatos funcionen con agua potable, es sencillamente “insostenible”. ❙ La disminución de la contaminación lumínica. Ahorro energético. La contaminación lumínica, lleva aparejada una de las mayores sinrazones de nuestras ciudades. Se despilfarran infinidad de kilovatios lanzándolos al cielo en forma de lúmenes que no iluminan a nadie y nos impiden poder ver un cielo estrellado en la ciudad y sus extrarradios. Es necesario contar con una buena red de alumbrado público, pero cuidando mucho el diseño y distribución de las luminarias para garantizar un buen rendimiento y la proyección de luz sólo donde se necesita. Otra medida es el control de las programaciones automáticas de la redes de alumbrado, tanto en las ciudades como en las carreteras metropolitanas, evitando iluminaciones innecesarias en horas de escaso flujo de tráfico. ❙ El urbanismo como soporte de las nuevas edificaciones. El compromiso de las partes integrantes del proceso. La flexibilidad en los criterios de diseño urbano es fundamental para poder incorporar las mejoras tecnológicas que se producen en el ámbito de la construcción. Es necesario incorporar elementos estandarizados de intercambio entre las edificaciones a través de las redes urbanas. Urbanismo y edificación deben ir de la mano en la aplicación de las nuevas tecnologías que aporten sostenibilidad, esto supone que las mejoras que presente un edificio de nueva generación puedan ser compatibles e intercambiables con el resto de la ciudad y de este modo, las ciudades y no sólo los edificios se actualizarán con la frecuencia que demanda la sociedad.

Conclusiones Se espera que el lector que haya tenido la paciencia de leer este capitulo se haya hecho una idea de las últimas tendencias en cuanto a desarrollo de viviendas y urbanismo sostenible. Otra idea a retener es que es posible no perder condiciones de confort para hacer una vivienda sostenible. Es necesaria una referencia sobre lo que se debe entender por un edificio sostenible, y actualmente se dispone de la certificación LEED, que evalúa cada edificio según varios niveles. Otra conclusión que se propone es que, los ingenieros y arquitectos, se deben apoyar en las técnicas de la Ingeniería de Sistemas, contemplando la unidad de vivienda como un sistema artificial en un entorno múltiple y más amplio, con el que se debe integrar. Por último, en cuanto a urbanismo, las soluciones que se proponen en este capitulo deben ser comprendidas y asumidas, no solo por los arquitectos e ingenieros, sino por las administraciones públicas que aprueban las nuevas planificaciones, y las compañías de suministro de servicios (telefonía, electricidad, etc.) cuyas rígidas normas internas a veces hacen incompatibles las galerías de servicios compartidas. 224


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Edificación y urbanismo: sistemas, métodos y tecnologías | Tema III | Avances de Ingeniería

Este capítulo es necesariamente corto, por razones de espacio, el lector que desee profundizar en algunos de los temas que se proponen deberá ir a las referencias que se indican a continuación. |❙|

Referencias [GUIT97] Guía técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la utilización de lugares de trabajo. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales (1997). UNE 72112:85. Tareas visuales. Clasificación. [RD136707] Real Decreto 1367/2007, de 19 de octubre, Ley 37/2003, del Ruido. [DBHE06] Documento Básico HE Ahorro de Energía, publicado por el Real Decreto 314/2006 por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación. [CAPA07] Casas pasivas. 2007 http://www.passive-on.org/es/details.php. Certificación sobre Edificación Sostenible: LEED. www.usgbc.org. Los diseños de la unidad de vivienda, que aparecen en el presente artículo, han sido desarrollados a partir del proyecto presentado al Concurso Nacional INVISO, sobre Industrialización & Vivienda Sostenible, convocado por el Instituto Torroja, 1º Premio, R. Guridi, C. Tartas, Alejandro y J. Guardiola.

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Capítulo 22. Nuestros residuos, nuestra responsabilidad Agustín de la Villa Cuenca Carmen Amador Guerra

Palabras clave Sostenibilidad, residuos, gestión de residuos, tratamiento de residuos, legislación ambiental. La generación de residuos aumenta cada año, convirtiéndose en un problema a nivel mundial. La gestión sostenible de los mismos es necesaria desde el punto de vista ambiental y económico. La Unión Europea promueve como objetivo prioritario el principio de las cuatro “R”: reducción, reutilización, reciclaje y recuperación. La colaboración ciudadana es indispensable para lograr el éxito.

Introducción La sostenibilidad exige que la incorporación de residuos al medio se realice respetando la capacidad de asimilación de los vectores ambientales: aire, agua y suelo. La reflexión sobre la gestión sostenible de los residuos debe hacerse sin la pretensión de obtener una respuesta única. Se requieren planteamientos innovadores e imaginativos, siempre dentro de la legislación y normativa existente tanto a nivel Comunitario, como Estatal y Autonómico. En este capítulo se van a considerar solamente los residuos municipales, es decir, aquéllos que se producen como resultado de las actividades humanas dentro de las agrupaciones urbanas, excluyendo los que se produzcan en los centros industriales.

Definición de residuo y clasificación Se considera residuo a todo material que ha perdido la utilidad para la que fue creado. Los residuos pueden generarse durante la extracción de materias primas, en su procesado y en la utilización de los productos finales. El aprovechamiento integral de los residuos evita una enorme pérdida de recursos tanto materiales como energéticos. La tecnología debe dedicar un esfuerzo primero a minimizar la cantidad de residuos generada y después a su transformación en recursos materiales y energéticos. Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) incluyen casi todos los desechos secos generados en un municipio, como: ❙ Residuos domésticos: los desechos de las viviendas familiares y otros de naturaleza semejante como los generados en comercios. ❙ Residuos industriales, comerciales e institucionales: residuos que se generan en diferentes sectores económicos e instituciones (escuelas, edificios gubernamentales, hospitales). ❙ Residuos voluminosos: electrodomésticos, muebles, colchones, etc. que por su carácter voluminoso necesitan consideraciones especiales para su gestión. ❙ Residuos verdes: conjunto de la basura orgánica generada en las áreas verdes como jardines privados y parques públicos: hierba, hojas, etc. ❙ Residuos de servicios públicos: desechos de servicios de limpieza de las calles, etc. ❙ Fracciones recogidas selectivamente para operaciones de recuperación: papel y cartón, vidrio, etc. 227


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❙ Residuos peligrosos: requieren una especial manipulación y almacenamiento, debido a su peligrosidad para las personas y el medio ambiente. En los hogares y lugares de trabajo, se generan residuos peligrosos como pesticidas, aceites usados, disolventes, desinfectantes, pilas, tubos fluorescentes, etc. Por lo general se suelen excluir los lodos del tratamiento de las aguas residuales, residuos de la construcción y demolición.

|Figura 1| Diferentes clases de residuos y la categoría a la que pertenecen en términos generales

Fuente: www.waste-train.com

Generación de residuos Cada año la cantidad de RSU generados aumenta considerablemente. El crecimiento demográfico es una de las causas, otra es la nueva cultura de “usar y tirar” y, finalmente, las formas de vida de la sociedad actual. La composición de los RSU depende del comportamiento de los ciudadanos, de su situación geográfica e incluso de la época del año.

|Tabla 1| Composición media de los residuos en España Materiales Fracción orgánica Papel Plástico Vidrio Metales férricos

Tanto por ciento 48,9% 18,5% 11,7% 7,6% 2,5%

Materiales Metales no férricos Madera Textiles Mat. complejos Otros

Tanto por ciento 1,6% 0,6% 3,7% 2,0% 2,9%

Fuente: www.waste-train.com 228


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Nuestros residuos, nuestra responsabilidad | Tema III | Avances de Ingeniería

|Figura 2| Esquema de los diferentes procesos de tratamiento de los RSU

Concepto de tratamiento Recuperación

Residuos sólidos urbanos (R.S.U.)

Pretratamiento

Procesos Operaciones de separación

Reciclado

Materiales comerciales

Vertido

Ninguno, o bien, gas y lixiviado

Metanización

Biogas+agua Residual+humus

Compostaje

Compost Olores Rechazos sólidos

Aire en exceso

Incineración

Electricidad y/o vapor Cenizas volantes Escorias

Aire en defecto

Gasificación

Gas sintético (Syngas) Sólidos

Ausencia de aire

Pirólisis

Gas sintético (Syngas) Sólidos

Tratamiento biológico

Tratamento térmico

Producto


Gestión de residuos El mejor residuo es el que no se produce. Por esta razón la reducción de su producción debe ser el objetivo prioritario en una gestión sostenible de los residuos. Pero no siempre los residuos pueden ser fácilmente evitados. La política de su gestión para que sea eficaz se debe establecer siguiendo el principio de las cuatro “R”: reducción, reutilización, reciclaje y recuperación. La gestión de RSU conlleva operaciones de separación de residuos, almacenaje, recogida, transporte, tratamiento y eliminación final. La segregación de los diferentes tipos de residuos es una acción individual que debe realizarse en el lugar donde se originan. Las siguientes etapas: almacenaje, recogida, transporte, tratamiento y vertido, las realizan los ayuntamientos de cada localidad o empresas concesionarias.

Recogida, transporte y almacenamiento

Generalmente existe un sistema de recogida de RSU muy eficaz mediante vehículos especializados. La paralización de este servicio produce grandes trastornos a la vida pública con consecuencias para la salud humana. Existen otros sistemas que evitan el transporte, eliminando el ruido y la contaminación ambiental. Un ejemplo, de los que pueden beneficiar la sostenibilidad del sistema, es la conducción neumática de los residuos previamente segregados a grandes estaciones desde donde se transportan a los lugares de tratamiento. En la actualidad hay en funcionamiento en España alrededor de 50 sistemas de este tipo. Están situados en más de 30 ciudades españolas entre las que destacan las cinco más pobladas: Madrid, Barcelona, Bilbao, Valencia y Sevilla. El total de usuarios asciende a más de 850.000 habitantes. De ellos el 60% disfruta de la posibilidad de deshacerse de la basura en el propio domicilio, mientras que el resto deposita la basura en buzones instalados en las calles (fuente: http://agencia.juntaex.es). 229


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Tratamiento de residuos

El sistema de tratamiento se elige en función de las características de los residuos y del objetivo final a alcanzar. Se emplean sistemas de tratamiento diferentes para las fracciones recogidas por separado y para las fracciones gruesas de mezcla de residuos. Los residuos segregados en origen, como papel y cartón, vidrio, materiales férricos y no férricos, aceites usados, etc. pasan directamente a las plantas de procesamiento correspondientes.

Reciclaje Hay dos niveles de reciclaje: primario y secundario. En el primario, los residuos se reciclan para formar un producto semejante al original, mientras que en el secundario, los residuos se convierten en otros productos. El reciclaje tiene dos objetivos, por una parte la disminución del volumen de los RSU y, por otra, el ahorro y conservación de recursos naturales. Por ello tiene interés tanto desde un enfoque ambiental como económico. Así como los ecosistemas naturales dependen de reciclar sus nutrientes, la sostenibilidad de una sociedad tecnológica necesita el reciclaje y reutilización de los recursos presentes en sus residuos.

|Tabla 2| Reciclaje en España 2007 Material reciclado Plásticos Aceros Aluminio Total metales Madera Envases Brik Papel-cartón Total Brik-papel-cartón Total

Cantidad en toneladas Envases adheridos Porcentaje de reciclado 252.673 777.404 32,50 222.783 14.145 236.927 374.729 63,20 5.742 15.043 38,20 57.476 607.797 665.274 894.231 74,40 1.160.616 Fuente: www.ecoembes.com

Clasificación El tratamiento de los residuos sólidos urbanos es complejo debido a su heterogeneidad y sus características. Los residuos previamente segregados en el lugar de producción pasan a los centros de tratamiento después de su recogida. Allí se realizan diferentes procesos antes de proceder a su eliminación final. La clasificación de los residuos en una planta es el primer paso para extraer recursos de los RSU. La clasificación puede ser manual, mecánica o combinada. Los métodos mecánicos aprovechan las diferentes propiedades físicas y químicas de los residuos para realizar la separación, tal como se muestra en la |Tabla 3|.

Tratamientos biológicos Compostaje Es un proceso de descomposición aerobia de la materia orgánica contenida en los residuos sólidos urbanos en condiciones controladas de humedad, temperatura, pH, etc. 230


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|Tabla 3| Métodos mecánicos de separación de residuos Propiedades de los residuos

Métodos de separación

Tamaño de partícula

uestreo vibracional, trómel. (Puede aplicarse un paso previo de M trituración con martillo o con molinos de corte, breakers, pulpers, etc).

Velocidad de suspensión

Clasificador por aire, clasificador vertical o en zig-zag, clasificador balístico, clasificador hidráulico.

Capacidad de estiramiento o formación de rollos

Separador transportador de rollos, máquina de clasificación inclinada.

Propiedades eléctricas y magnéticas

Separador magnético (para materiales ferrosos) Separador de corrientes inducidas (para materiales no ferrosos).

Características ópticas/visuales

Analizadores de soporte óptico (clasificando, por ejemplo, botellas de vidrio por los colores).

Características físicas o químicas

Analizadores de soporte químico (clasificando mezclas de metal y chatarra). Fuente: elaboración propia

El compostaje puede aplicarse también a los residuos de las explotaciones agropecuarias, y a los lodos obtenidos en la depuración de las aguas residuales urbanas. No obstante, en este último caso, es necesario disminuir la excesiva humedad y aumentar la escasa porosidad. Una de las soluciones es mezclar los lodos con la fracción orgánica de los RSU y realizar el compostaje conjuntamente. Un aspecto importante es evitar la emisión de malos olores utilizando los sistemas de control adecuados en las instalaciones. La obtención de un buen compost depende de la materia orgánica de partida, del proceso biológico de fermentación aerobia y del proceso mecánico de depuración y refino. La depuración y refino se realizan para obtener un compost de calidad, libre de contaminantes y con la granulometría adecuada. Los rechazos que se producen durante el proceso se llevan a vertedero o incineración. El compost obtenido puede aplicarse como enmienda de suelos a los que aporta contenido orgánico, minerales y humedad.

Metanización Es un proceso biológico anaerobio adecuado para el tratamiento de la fracción orgánica de los RSU, residuos agrícolas y ganaderos, y lodos de estaciones de depuración de aguas residuales urbanas. Como resultado del proceso se obtiene: ❙ Aproximadamente 100 m3 de biogás por tonelada de fracción orgánica tratada. El contenido de metano de dicho biogás está entre el 60 y 65%. ❙ Un residuo sólido. Éste se puede destinar a usos agrícolas. En el caso de que tenga un olor elevado, ha de ser sometido previamente a una fase de maduración aireada de compostaje. ❙ Un agua residual que puede ser utilizada como fertilizante. En caso de que no se le pueda dar este empleo, es necesario tratarla antes de ser liberada al sistema de alcantarillado público.

Tratamiento mecánico-biológico Implica varios pasos de pre-procesamiento mecánico (al menos de molienda y/o selección) además de la degradación de la materia orgánica mediante actividad biológica. El resultado es la estabilización de los residuos antes de llevarlos a vertedero, reduciéndose así el potencial de producción de gases en el vertedero. 231


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|Figura 3| Esquema típico de un tratamiento mecánico-biológico de RSU 100% Trituración de residuos (hojas, cartón, etc)

Residuos industriales, voluminosos Clasificación manual

40%

Residuos de hogar

Lodos residuales

Inspección

60% Biológicos 30%

Residuos con alto poder calorífico

Reciclado de materiales selecciones Metales, PET, cartones

25%

Uso energético

Tratamiento biológico

30% (Vol.: 25%)

15%

Uso de los materiales

Vertedero

Fuente: www.waste-train.com

Tratamientos térmicos Incineración La incineración es un proceso de combustión que permite obtener energía de los RSU. En el proceso se forman compuestos gaseosos, cenizas volantes y escorias. Las escorias son los residuos sólidos que salen del proceso. Éstos constituyen aproximadamente un 10% del volumen inicial y un 30% del peso inicial. Las instalaciones de incineración necesitan una cantidad mínima de desechos al día para garantizar su operatividad. La combustión de residuos sólidos libera una gran cantidad de energía. Una tonelada equivale, aproximadamente, a 150 litros de fuel-oil y puede producir de 1,5 a 2 t de vapor de baja presión y 300 Kwh de electricidad. El funcionamiento de los hornos de incineración responde básicamente a tres tipos de tecnologías: incineración en parrillas móviles, hornos rotatorios y lecho fluidificado. No obstante, los hornos rotatorios no se suelen utilizar en la combustión de RSU sino para residuos peligrosos. La incineración con horno de lecho fluidificado es una opción que permite mantener un rango de temperatura homogéneo en el lecho por encima de los 800ºC. Su rendimiento térmico es alto. Además permite neutralizar los gases ácidos en el propio horno mediante la inyección de un reactivo cálcico o sódico. Los requisitos de emisión de contaminantes procedentes de instalaciones de incineración de residuos están establecidos por la correspondiente directiva europea y la legislación española. La eliminación de dioxinas y furanos se asegura manteniendo la temperatura del horno por encima de los 800ºC. El cumplimiento de los mismos garantiza la salud y el bienestar en el entorno de las instalaciones. 232


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La gasificación y pirólisis Son tecnologías diseñadas para obtener un gas de síntesis, es decir, un producto que puede ser empleado para obtener combustibles o productos químicos. Son procesos por los que sustancias sólidas o líquidas con un alto contenido en carbono son sometidas a altas temperaturas. En el caso de la gasificación a baja concentración de oxígeno y en él de la pirólisis en ausencia del mismo. Finalmente se obtiene un sólido rico en carbono (alquitrán) en equilibrio con una mezcla de gases formados por agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano, etano, etc. Su aplicación en el campo de los RSU es escasa. Estas tecnologías no representan una alternativa válida frente a los tratamientos convencionales. Tan sólo se emplean en pequeñas instalaciones en donde se quiere, fundamentalmente, utilizar los gases en motores de combustión interna.

Gasificación por plasma El sistema de convertidor de plasma genera un intenso campo de energía radiante que provoca la disociación molecular de los sólidos, líquidos y gases, presentes en los residuos. A más de 5.000ºC las moléculas orgánicas se desintegran dando lugar a una mezcla de gases, llamada gas de síntesis (principalmente H2 y CO, junto con trazas de otros compuestos) y materia inorgánica vitrificada: cristal de silicato. Si hay presencia de metales en cantidad suficiente, se pueden extraer del silicato, sino se quedan encapsulados en él. Hay que destacar que no se forman cenizas. Esta técnica presenta gran flexibilidad en su aplicación en el tratamiento de los residuos, tanto peligrosos como no peligrosos. Existe una gran variedad de residuos que pueden ser tratados, tales como residuos hospitalarios, residuos industriales, lodos de estaciones de depuración de aguas residuales y RSU. El proceso de gasificación por plasma es un sistema novedoso. Presenta muchas ventajas, que incluyen el cumplimiento de requisitos ambientales más estrictos que los legales, bajas emisiones atmosféricas, sin efluentes líquidos, eliminación de residuos de forma segura e irreversible, generación de mercancías de valor. Es una solución final al problema de los residuos, por lo que se espera que su aplicación tenga un futuro prometedor.

Vertedero La eliminación de residuos sólidos en vertedero es un componente importante en las estrategias de tratamiento integrado. Los RSU, que se depositan en vertederos destinados al efecto, han de cumplir unos requisitos con el objeto de prevenir o reducir los efectos ambientales negativos de este tipo de tratamiento. Tales requisitos incluyen: ❙ Los residuos deben haber sido tratados antes de su eliminación en vertedero, con objeto de reducir y eliminar la materia biodegradable. Esto es debido a que esta materia es la fuente a partir de la que se forma el gas de vertedero, y el lixiviado. ❙ Los residuos líquidos, explosivos, corrosivos, oxidantes, inflamables, infecciosos, tanto clínicos y hospitalarios, y, todo tipo de ruedas usadas no deben ser admitidos en vertederos de RSU por los riesgos que representan para la operatividad de los mismos. La adecuada gestión del vertedero minimiza los posibles efectos negativos en el entorno. De no ser así pueden producirse dos emisiones principales: gas de vertedero, constituido fundamentalmente por metano y, un residuo líquido: el lixiviado. Ambos tipos de emisión (gas y lixiviado) pueden capturarse y tratarse por métodos técnicos. En la |Figura 4| se observa la evolución del tratamiento de los residuos sólidos urbanos en España entre el año 1990 y 2003. Los vertederos controlados aumentan desde 1990, en contra de lo que les sucede a los vertederos incontrolados o descargas ilegales que disminuyen drásticamente. La utilización del compostaje como forma de tratamiento aumenta notablemente. La recogida selectiva crece aunque más despacio. La incineración sin recuperación de energía ha dejado prácticamente de existir, mientras que en los últimos años, apenas aumenta el uso de la incineración con recuperación de energía debido a la fuerte oposición de la sociedad. 233


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|Figura 4| Evolución del tratamiento de residuos en España

22.500 20.000 17.500 15.000 12.500 10.000 7.500 5.000 2.500

0

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Vertido controlado Incineración sin recuperación de energía

Vertido incontrolado Compostaje

Incineración con recuperación de energía Recogida selectiva

Fuente: MMA

Niveles de responsabilidad Responsabilidad europea

La UE ha desarrollado una labor reguladora en materia ambiental: Regulaciones más importantes de la UE relativas a los RSU. ❙ Directiva Marco 2006/12/CE del Parlamento Europeo y del Consejo relativa a residuos, de 5 de abril de 2006. Establece que los Estados miembros deben prohibir el abandono, el vertido y la eliminación incontrolada de residuos y deben fomentar la prevención, el reciclado y la transformación de los residuos para poder reutilizarlos. Esta directiva procede a la codificación de la Directiva 75/442/ CEE y de sus modificaciones sucesivas, a las que sustituye. ❙ Directiva 2000/76/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 4 de diciembre de 2000, relativa a la incineración de residuos. La UE fija una serie de medidas para impedir o reducir, la contaminación atmosférica, de las aguas y del suelo causada por la incineración y la coincineración de residuos, así como los riesgos para la salud humana derivados de esas operaciones. ❙ Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 20 de diciembre de 1994, relativa a los envases y sus residuos. La directiva se aplica a todos los envases existentes en el mercado de la Comunidad, tanto si son utilizados o desechados por las industrias, comercios, oficinas, servicios, hogares, etc., con independencia de los materiales de que estén fabricados. 234


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La directiva establece que los Estados miembros deben adoptar medidas para evitar la formación de residuos de envases, impulsando sistemas de reutilización, devolución, recogida y recuperación. Esta directiva ha sido modificada y revisada por la siguiente: Directiva 2004/12/CE donde se aclara la definición del término envase. ❙ Directiva 99/31/CE del Consejo de 26 de abril de 1999 relativa al vertido de residuos. Tiene por objeto prevenir o reducir los efectos ambientales negativos del vertido de residuos, y en particular, los que afectan a las aguas de superficie, las aguas subterráneas, el suelo, el aire y la salud humana. Esta directiva ha sido modificada por: Reglamento (CE) Nº. 1882/2003. La Decisión 2003/33/CE del Consejo de 19 de diciembre de 2002 establece los criterios y procedimientos de admisión de residuos en los vertederos con arreglo al artículo 1 y al anexo II de la Directiva 1999/31/CE. ❙ Directiva 2006/66/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 6 de septiembre de 2006, relativa a las pilas y acumuladores y a los residuos de pilas y acumuladores, y por la que se deroga la Directiva 91/157/CEE. ❙ Directiva 96/61/CE relativa a la Prevención y Control Integrado de la Contaminación. ❙ Directiva 2000/532/CE que establece la lista de residuos de la UE.

Responsabilidad de las administraciones públicas españolas

La trasposición de las Directivas comunitarias a la legislación estatal española se ha plasmado en la siguiente legislación: ❙ Real Decreto 106/2008, de 1 de febrero, sobre pilas y acumuladores y la gestión ambiental de sus residuos. ❙ Real Decreto 252/2006, de 3 de marzo, por el que se revisan los objetivos de reciclado y valorización establecidos en la Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases, y por el que se modifica el Reglamento para su ejecución, aprobado por el Real Decreto 782/1998, de 30 de abril. ❙ Real Decreto 228/2006, de 24 de febrero, por el que se modifica el Real Decreto 1378/1999, de 27 de agosto, por el que se establecen medidas para la eliminación y gestión de los policlorobifenilos, policloroterfenilos y aparatos que los contengan. ❙ Orden MAM/3624/2006, de 17 de noviembre, por la que se modifican el Anexo 1 del Reglamento para el desarrollo y ejecución de la Ley 11/1997, de 24 de abril, de envases y residuos de envases, aprobado por el Real Decreto 782/1998, de 30 de abril y la Orden de 12 junio de 2001, por la que se establecen las condiciones para la no aplicación a los envases de vidrio de los niveles de concentración de metales pesados establecidos en el artículo 13 de la Ley 11/1997, de 24 de abril, de envases y residuos de envases. ❙ Real Decreto 9/2005, de 14 de enero, por el que se establece la relación de actividades potencialmente contaminantes del suelo y los criterios y estándares para la declaración de suelos contaminados. ❙ Real Decreto 208/2005, de 25 de febrero, sobre aparatos eléctricos y electrónicos y la gestión de sus residuos. ❙ Real Decreto 653/2003, de 30 de mayo, sobre incineración de residuos. ❙ Orden MAM/304/2002, de 8 de febrero, por la que se publican las operaciones de valorización y eliminación de residuos y la lista europea de residuos. ❙ Real Decreto 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero. ❙ Real Decreto 782/1998, de 30 de abril por el que se aprueba el Reglamento para el desarrollo y ejecución de la Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. ❙ Ley 10/1998, de 21 de abril, de Residuos. ❙ Ley 11/1997, de 24 de abril, de Envases y Residuos de Envases. En cuanto a la legislación autonómica sobre RSU existe una gran variedad y diversidad de enfoques.

Responsabilidad de las empresas

Es la integración voluntaria, por parte de las empresas, de las preocupaciones sociales y medioambientales relativas a la gestión de sus residuos. Para ello, la empresa se vale de los siguientes instrumentos: Sistemas de Gestión Medioambiental y Auditorías Ambientales. Existen dos vías en 235


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ambos casos: el Sistema Internacional de Normas (ISO) y el Sistema Europeo de Gestión y Auditoría Medioambiental (EMAS).

Responsabilidad ciudadana

El ciudadano es un importante agente en la gestión adecuada de los residuos: ❙ Adoptando hábitos de separación doméstica de residuos (vidrio, papel, envases, pilas, etc.) facilitando así la recuperación y reciclaje. ❙ Reutilizando los productos mientras sea posible, alargando de este modo su vida útil (por ejemplo, con las bolsas de plástico). ❙ Haciendo reparar o remodelar un producto evitando así la generación de un residuo. ❙ Exigiendo a las autoridades el escrupuloso cumplimiento de los requisitos legislativos en materia de gestión de residuos sólidos urbanos que garantizan la preservación de la salud de los ciudadanos y el cuidado del medio ambiente.

Conclusiones Los problemas ambientales, en concreto la gestión sostenible de los residuos, pueden ser enunciados a diferentes niveles: europeo, nacional, autonómico y local, correspondiendo cada uno de ellos a un rango administrativo de actuación. Cada sector social tiene una función que desempeñar para alcanzar el éxito a medio y largo plazo. Ninguna sociedad humana está exenta de generar desperdicios. La gestión integrada de los RSU tendrá que ofrecer varias opciones para solucionar el problema. No obstante, modificar los hábitos personales es una forma poderosa de alterar el panorama de los RSU. La verdadera gestión comienza en casa y en el lugar de trabajo. Entre los sistemas de tratamiento de residuos, cabe destacar por su novedad y reciente aplicación la gasificación por plasma, que presenta, gracias a sus características, un futuro prometedor. Por otra parte, el estricto cumplimiento de los requisitos técnicos recogidos en las diferentes regulaciones con respecto a los sistemas de tratamiento de residuos minimiza los efectos ambientales negativos de estos tratamientos y hace sostenible la gestión de los residuos. Los residuos que no son sometidos a una adecuada gestión provocan problemas de contaminación, que conllevan degradación del ecosistema y riesgos para la salud humana. |❙|

Referencias [ARIÑ04] Ariño y Asociados Abogados. Guía de Buenas Prácticas Ambientales, Ecoiuris, Las Rozas, Madrid, 2004. [EIVI08] Eivind Sto, Harald Throne-Holst, Pal Strandbakken, Gunnar Vitterso. Review: A Multi-Dimensional Approach To The Study Of Consumption In Modern Societies And The Potential For Radical Sustainable Changes, System Innovation for Sustainability 1, Editores: Arnold Tukker, Martin Charter, Carlo Velozzi, Eivind Sto y Maj Munch Andersen, Sheffield, UK, 2008. [GARC06] García, M. A. La tierra, nuestro hogar. Guía de consumo sostenible, FUHEM, Madrid, 2006. [GOME05] Gómez Antón, M. R. Evolución del concepto de residuo de plástico en el período 19952005, X Jornadas Ambientales: Gestión del Medio Ambiente (1996-2005), Ediciones Universidad de Salamanca y los autores, diciembre 2005. [RAMO05] Ramos Alcalde, B. El consumo sostenible desde la visión de una organización de consumidores, X Jornadas Ambientales: Gestión del Medio Ambiente (1996-2005), Ediciones Universidad de Salamanca y los autores, diciembre 2005. [RAMO05] Ramos Castellanos, P. Residuos, potenciales materias primas, X Jornadas Ambientales: Gestión del Medio Ambiente (1996-2005), Ediciones Universidad de Salamanca y los autores, diciembre 2005. 236


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[STEI08] Steiner, M., Wiegel, U., Villa Cuenca, A. de la, et al. El libro de la basura, Waste-Train, proyecto Leonardo Da Vinci TR/06/B/F/PP/178066, Madrid, septiembre, 2008. [TCHO94] Tchobanoglous, G., et al. Gestión integral de residuos sólidos, McGraw-Hill, Madrid, 1994. [WAST08] Waste-Train: Training And Education In Waste Management, proyecto Leonardo Da Vinci TR/06/B/F/PP/178066, desarrollado de octubre 2006 a septiembre de 2008. [WOLF06] Wolfgang Wagner, Consumo Responsable. Lo invisible y oculto sí importa, Reflexiones sobre Educación Ambiental II (Carpeta CENEAM 2000-2006)

Páginas web http://agencia.juntaex.es http://europa.eu/abc/index_es.htm http://www.ecoembes.com http://www.waste-train.com

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Tema iV Transporte y Desarrollo Sostenible Coordinación: A na María Santos Montes Capítulo 23. El transporte y la sostenibilidad Nombre: Ignacio de Loyola Hierro Ausín Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Cátedra BP de Desarrollo Sostenible Nombre: Estefanía Arbós Rivera Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Cátedra BP de Desarrollo Sostenible Capítulo 24. Planteamientos energéticos en el transporte Nombre: Alberto García Álvarez Titulación: Ingeniero del ICAI, Doctor en C.C. Económicas y Empresariales y Licenciado en Derecho Cargo: Director del Grupo de Investigación de Energía y Emisiones del Ferrocarril (Fundación de los Ferrocarriles Españoles)

Nombre: Eduardo Pilo de la Fuente Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas y Área de Sistemas Ferroviarios del IIT.

Nombre: Antonio Fernández Cardador Titulación: Licenciado en Ciencias Físicas y Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica y Área de Sistemas Ferroviarios del IIT

Nombre: Paloma Cucala García Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos y Área de Sistemas Ferroviarios del IIT

Capítulo 25. Nuevos combustibles: biocarburantes Nombre: Ana María Santos Montes Titulación: Doctor en Ciencias Químicas Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Nombre: Beatriz Ruiz Castello Titulación: Doctor en Ingeniería QuÍmica Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica Capítulo 26. Consideraciones ambientales del transporte. Contaminantes Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias FÍsicas y Diplomado en Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Nombre: Ana María Santos Montes Titulación: Doctor en Ciencias Químicas Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Capítulo 27. Transporte ferroviario Nombre: Antonio Fernández Cardador Titulación: Licenciado en Ciencias Físicas y Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica y Área de Sistemas Ferroviarios del IIT

Nombre: Paloma Cucala García Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos y Área de Sistemas Ferroviarios del IIT

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Nombre: Alberto García Álvarez Titulación: Ingeniero del ICAI, Doctor en C.C. Económicas y Empresariales y Licenciado en Derecho

Cargo: Director del Grupo de Investigación de Energía y Emisiones del Ferrocarril (Fundación de los Ferrocarriles Españoles)

Nombre: Eduardo Pilo de la Fuente Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI. Cargo: Departamento de Electrotecnia y Sistemas y Área de

Capítulo 28. Mejoras a corto plazo de la eficiencia energética de los automóviles Nombre: Ángel de Andrés Martínez Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Nombre: Eduardo García Sánchez Titulación: Doctor Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica

Sistemas Ferroviarios del IIT

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Capítulo 23. El transporte y la sostenibilidad Ignacio de Loyola Hierro AusÍn Estefanía Arbós Rivera

Palabras clave Transporte, aspectos generales, movilidad, impactos medioambientales, impactos económicos, impactos sociales. En este capítulo se realiza una revisión general de la situación del sector en España y de su relación con la sostenibilidad, dejando para los capítulos siguientes un análisis más detallado de otros aspectos que aquí simplemente se bosquejan. El sector del transporte es fundamental para el desarrollo social y económico de un país, pero es necesario tener en consideración sus implicaciones sobre la sostenibilidad del actual modelo de sociedad. El capítulo aborda aspectos generales y tendencias del crecimiento del transporte y de la movilidad, así como las principales repercusiones que el sector tiene sobre las dimensiones medioambiental, social y económica de la sostenibilidad. Por último, se esbozan brevemente las posibles líneas de actuación para conseguir un modelo de transporte en España más sostenible.

Introducción La movilidad eficiente de personas y mercancías es un elemento esencial para el desarrollo económico de los pueblos. Las grandes aglomeraciones urbanas e industriales no podrían existir sin un sistema de transporte adecuado tanto para el desplazamiento de sus habitantes como para el suministro de los bienes que producen y consumen. Múltiples estudios, utilizando distintos enfoques y desde diferentes perspectivas, realizados por instituciones de indiscutible solvencia y desde muy diversas posiciones políticas, coinciden en afirmar que el actual modelo energético mundial, y especialmente el de los países más desarrollados, como España, es insostenible en términos económicos, sociales y medioambientales, [IEA_07], [IPCC07], [PNUD04], [FENC05]. Una de las principales causas es la utilización del petróleo como principal fuente de energía para el transporte, casi la mitad de la producción mundial. Este hecho afecta a la sostenibilidad. Primero, por el agotamiento paulatino de los recursos naturales de esta materia prima, segundo por las emisiones de gases de efecto invernadero; y, tercero, por la emisión de contaminantes al ecosistema que afectan a la salud de las personas y a los espacios naturales. Adicionalmente, hay que tener presente los problemas de gestión del tráfico que implica el desarrollo de las infraestructuras necesarias para disminuir la congestión y los accidentes de circulación. Una estadística del Banco Mundial (2002) [WOBA02] indica cómo se distribuye el consumo energético entre los distintos tipos de transporte, |Tabla 1|. La situación se mantiene según un informe más reciente de la Agencia Internacional de la Energía, [IEA_07]. En la actualidad el modelo energético español adolece de los mismos problemas que la mayoría de los países de su entorno social y económico. Entre otros aspectos, pueden destacarse por su importancia los dos siguientes: 241

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|Tabla 1| Distribución del consumo energético entre distintos tipo de transporte Tipo Vehículos ligeros Vehículos de dos ruedas Camiones pesados Camiones ligeros Autobuses Ferrocarril Transporte aéreo Transporte marítimo Total

Consumo energético (EJ) 34,2 1,2 12,48 6,77 4,76 1,19 8,95 7,32 76,87

Porcentaje (%) 44,5 1,6 16,2 8,8 6,2 1,5 11,6 9,5 100

❙ España cuenta con una fuerte dependencia energética exterior (más del 80%, frente al 50% de media en la UE, [ECEU07] y [MITC08]), y su consumo energético se fundamenta en la utilización masiva de combustibles fósiles (el petróleo, el gas natural y el carbón representaban el 84% del consumo total de energía primaria en el año 2007 [MITC08]). ❙ La actual situación de dependencia energética de España con respecto al exterior viene en buena parte causada por el transporte, [FALT07], que en su gran mayoría se realiza por carretera y este tipo de transporte depende prácticamente al 100% del petróleo. ❙ El incremento de la intensidad energética española –consumo de energía por unidad de Producto Interior Bruto– en el periodo 1990-2005 (un 4% acumulado), unido al aumento de las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en el mismo periodo (un 52%) son especialmente preocupantes, puesto que aumentan la vulnerabilidad energética del país y le aleja del cumplimiento de sus compromisos internacionales en lo referente a las emisiones de GEI [MMA_08]. ❙ En la Unión Europea, más del 60% de la población vive en medio urbano. En las zonas urbanas se genera casi el 85% del PIB de la UE. Las ciudades constituyen el motor de la economía europea, atraen inversión y empleo. Las zonas urbanas constituyen el entorno vital de la inmensa mayoría de la población. Es indispensable que la calidad de vida sea la más alta posible, por ello hay que considerar seriamente la movilidad urbana. El aumento del tráfico en el centro de las ciudades provoca una congestión crónica, con pérdidas de tiempo, aumento de consumo energético y daños al medio ambiente. La circulación urbana es responsable del 40% de las emisiones de CO2 del sector del transporte y del 70 % de las emisiones de otros contaminantes [COM_07]. Los siguientes capítulos de este Tema IV complementan los análisis que se hacen en este capítulo inicial. Se continúa identificando los requerimientos energéticos de cada modo de transporte para proporcionar una determinada movilidad al usuario final. La utilización de nuevos combustibles es una de las vías a considerar como parte de la solución para aumentar la sostenibilidad del sector del transporte. Los biocombustibles pueden ser la respuesta inmediata y ya se están utilizando en Brasil, Estados Unidos y recientemente en Europa. La problemática y características de estos carburantes se exponen en el siguiente capítulo. A continuación, como caso paradigmático de la repercusión del sistema de transporte sobre la sostenibilidad, un capítulo se dedica a las consideraciones ambientales del transporte, abordando en particular las emisiones de GEI y de otros contaminantes. Los dos últimos capítulos del Tema IV abordan dos modos de transporte que juegan roles muy distintos en la actual coyuntura del sector: el transporte por ferrocarril, ya que presenta en general una mayor eficiencia que otros modos de transporte, pero aún tiene un peso relativo muy escaso en el total de la movilidad; y el transporte por automóvil, mayoritario hoy en día, para el que se exponen 242


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El transporte y la sostenibilidad | Tema IV | Avances de Ingeniería

|Tabla 2| Consumo de energía final en el sector del transporte en España, (ktep) 2000-2004

2004

2003

2002

2001

2000

Petróleo Gas Electricidad Biocarburantes Carretera 24.892 0 0 51 Ferrocarril 519 0 362 0 Marítimo 1.418 0 0 0 Aéreo 4.764 0 0 0 Total 31.593 0 362 51 Carretera 26.316 0 0 51 Ferrocarril 561 0 392 0 Marítimo 1.413 0 0 0 Aéreo 4.790 0 0 0 Total 33.081 0 392 51 Carretera 27.516 0 0 121 Ferrocarril 502 0 412 0 Marítimo 1.349 0 0 0 Aéreo 4.277 0 0 0 Total 33.644 0 412 121 Carretera 28.887 0 0 184 Ferrocarril 558 0 441 0 Marítimo 1.511 0 0 0 Aéreo 4.492 0 0 0 Total 35.447 0 441 184 Carretera 30.187 0 0 228 Ferrocarril 468 0 451 0 Marítimo 1.388 0 0 0 Aéreo 5.011 0 0 0 Total 37.054 0 451 228

Total energét. 24.944 882 1.418 4.764 32.007 26.367 954 1.413 4.790 33.524 27.638 914 1.349 4.277 34.177 29.071 998 1.511 4.492 36.072 30.415 919 1.388 5.011 37.733

Total no energét.

Total

320

32.327

312

33.836

320

34.497

307

36.375

339

38.072

Fuente: [IDAE06] diferentes alternativas de reducción del consumo de combustible, de las emisiones de GEI y de gases contaminantes. El aumento de la sostenibilidad en el sector del transporte tendría que basarse en tres premisas esenciales: utilización de recursos energéticos alternativos, reducción de la movilidad de mercancías y personas por carretera desviándolas a otros medios de transporte, fundamentalmente a un ferrocarril eficiente y reducir la movilidad urbana privada estimulando la utilización de un transporte público que tiene que ser eficiente, rápido, puntual y cómodo que facilite su uso.

El incremento de la movilidad y sus razones Durante siglos se ha tendido a identificar la vida con el movimiento. Sin embargo, los niveles tan elevados de movilidad que se han alcanzado en los países más desarrollados como España, están afectando de forma notable al modo de vida de los ciudadanos, especialmente en los núcleos urbanos. 243


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Se pone de manifiesto la existencia de unas limitaciones a este continuo incremento de la movilidad, límites que vienen dados, entre otros factores, por los recursos naturales que se consumen en el transporte, por los impactos medioambientales que el sector produce, o por las limitaciones que las propias infraestructuras de transporte presentan, [FENC08]. Considerando todos los medios de transporte motorizados, cada español recorrió una media de 28,2 kilómetros diarios en 2006, lo que supuso un 30,6% más que en el año 2001. El porcentaje de personas que se desplaza a diario de un lugar a otro aumenta a medida que lo hace el tamaño del municipio de residencia, por lo que la creciente concentración de la población en las áreas metropolitanas y el nuevo modelo de urbanización más sostenible que se va imponiendo en las ciudades españolas, un modelo extenso de baja densidad que incrementará previsiblemente la movilidad en el futuro. La creciente desaparición de los núcleos urbanos de empresas –trasladadas a polígonos empresariales–, de universidades y hasta de algunos colegios segregados de las zonas de residencia, obliga al desplazamiento a zonas muchas veces sólo accesibles a través del transporte privado. Se refuerza cada vez más el vínculo entre desplazamiento –por un lado–, y trabajo o estudio –por otro–. El teletrabajo se plantea como una posible solución, pero en España sigue teniendo una presencia muy escasa. En cuanto a los medios de transporte utilizados en los desplazamientos de personas en España, habría que distinguir entre la movilidad interurbana entre ciudades y la movilidad urbana. En la primera hay que destacar la preponderancia del coche particular sobre el ferrocarril, el avión y el autobús. En la segunda destaca nuevamente el coche privado, seguido a distancia por el autobús urbano, el metro, el autobús interurbano, la moto y el tren de cercanías. La bicicleta ocupa actualmente un lugar anecdótico, muy inferior al de otros países de comparable nivel económico. El clima relativamente benigno de España favorecería la utilización de la bicicleta como alternativa, pero la topografía de muchas de las ciudades españolas representa un obstáculo. El reto por el desarrollo sostenible en zonas urbanas es grande: reconciliar el desarrollo económico de las ciudades y su accesibilidad, por una parte, con la mejora de la calidad de vida y la protección al medio ambiente, por otra [COM_07]. Son varios los factores a los que se puede atribuir el incremento de movilidad en España. Entre ellos, pueden destacarse.

La mayor oferta de medios de transporte por elevación de nivel de vida

El primer factor indicativo del aumento de la movilidad es el incremento del grado de motorización de la sociedad española. Sólo en 11 años el parque de vehículos en España ha aumentado en más de un 50%, al pasar de 18,8 millones de vehículos en 1995 a 28,5 en 20061 [ECEU07]. Este incremento muestra un claro paralelismo con el aumento del nivel de renta en el mismo período considerado (1995-2006), pues el PIB per cápita creció un 92,6% en España. Estas dos variables –nivel de motorización y nivel de riqueza económica– aparecen nítidamente correlacionadas en los procesos de desarrollo económico de cualquier país. Es especialmente palpable en procesos de rápido crecimiento como los que se están viviendo en China o la India. El vehículo privado es el gran protagonista de este aumento del nivel de motorización y, consecuentemente, de la movilidad, especialmente en las zonas urbanas. Es uno de los más importantes índices del progreso económico y social. El vehículo privado se adapta perfectamente al modo de vida de las sociedades avanzadas. Son indiscutibles la utilidad y ventajas del automóvil en multitud de desplazamientos que no cuentan con alternativas reales o de la misma eficacia en otras formas de movilidad. Para disminuir esta tendencia es necesario incrementar la calidad del transporte público, que ha mejorado en los últimos años, pero no tiene aún la puntualidad, fiabilidad, accesibilidad ni fácil intermodalidad para que su uso pueda extenderse más. Sin mejorar sus prestaciones las campañas de concienciación para fomentar su utilización son poco eficaces. En 2005 había casi 220 millones de coches en la UE-25, un 37% más que en 1990, mientras que en nuestro país el incremento en ese mismo periodo se situó en el 69%. 1

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Un ocio más móvil

Es evidente que el aumento del turismo nacional e internacional basado en el transporte por carretera ha contribuido fuertemente al progreso de grandes zonas de España, tanto interiores como periféricas, pero ha obligado a la reforma en profundidad de las estructuras de transporte existentes. La concentración de buena parte de la oferta de ocio en los grandes parques comerciales y en el extrarradio de las ciudades hace que éste se encuentre cada vez más unido a la movilidad y, en particular, al automóvil. Dentro del ocio, adquieren una especial relevancia las vacaciones y los viajes fuera del lugar de residencia habitual los fines de semana, para lo que es necesario un medio de transporte. Un elemento característico de la situación española, que tiene una gran influencia en los desplazamientos, es el de la segunda residencia. El medio de transporte habitual en los viajes turísticos y de fin de semana fue el coche en el 73,6% del total de los viajes de los españoles en el año 2006, [FENC08]. A este respecto, el desarrollo de las líneas ferroviarias de alta velocidad en España ha desplazado el uso del automóvil y del avión en favor del tren. El caso más representativo es el AVE Madrid-Barcelona, que en febrero de 2008 entró en funcionamiento con una cuota de mercado del 12% frente al 88% del puente aéreo, alcanzando en julio de 2008 el 41% de cuota, frente al 59% del puente aéreo, lo que prueba la aceptación que tiene un transporte de calidad.

La ciudad más extensa

Otro factor que ha influido en el aumento de la demanda y en el uso de los medios de transporte ha sido el proceso de expansión que han sufrido las ciudades españolas, primero las más grandes y más tarde también las intermedias2. Las periferias de las ciudades no dejan de crecer y lo hacen conforme a unos modelos urbanísticos ajenos a la tradición europea y mediterránea de la ciudad compacta. Este modelo se desarrolló en Europa a principios del siglo XX como consecuencia de la industrialización y se inició en España en el primer cuarto del siglo XX con un tipo nuevo de urbanización, especialmente en Madrid y Barcelona. En estas periferias, el automóvil es un elemento imprescindible para la vida de sus habitantes. La construcción de vías de alta capacidad en las áreas urbanas determina y estructura en buena medida la expansión de las ciudades y la consolidación del automóvil como medio de transporte mayoritario. Esta dispersión y extensión geográfica de la ciudad coincide con un proceso de concentración creciente de la población en zonas urbanas y periurbanas. Entre 2001 y 2007, la población de las ciudades de 50.000 y más habitantes aumentó en más de 2,5 millones de nuevos residentes, con un incremento del 12,1%. El aumento de la población residente en España fue del 9,9% en dicho periodo. La población residente en ciudades españolas pasó del 50,7% del total en 2001 al 51,7% en 2007. La unión de los dos procesos –aumento de la población en las áreas metropolitanas y urbanización dispersa– ha contribuido a que se eleve la problemática de la movilidad urbana [FENC08]. Este proceso de expansión de la ciudad, frecuentemente no va acompañado de un crecimiento paralelo del transporte público. Incluso, en la segunda mitad del siglo XX en muchas ciudades españolas se sustituyeron los tranvías, menos contaminantes y más eficientes, por flotas de autobuses.

Los precios de los combustibles

Por último, es necesario mencionar, aunque sea brevemente, el tema del precio de los combustibles empleados en el transporte. El precio de venta de los carburantes resulta de su coste de producción y distribución más los impuestos fiscales, que en el caso de España son menores que en la mayoría de los países del entorno europeo. Además, debe añadirse que los precios finales de los combustibles para transporte no reflejan la totalidad de los costes medioambientales que se ocasionan en su producción y consumo. Este hecho también se da en la mayoría de los combustibles empleados en otros sectores energéticos finales. Diferentes factores, como por ejemplo el hecho de que el transporte no se encuentre entre los sectores empresariales afectados por la Directiva 2003/87/CE sobre comercio de derechos de emisión 2

Quizá la especulación urbanística de los últimos años se encuentre entre los factores que han contribuido a este hecho.

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de GEI en la Unión Europea, han podido contribuir a esta situación, que se encuentra bastante generalizada en el conjunto de los sectores de la energía que presentan impactos sobre el entorno, estén o no afectados por la Directiva.

La situación del sector del transporte en España La situación actual del sector del transporte en España se resume de la siguiente forma, [MITC08], [IDAE06], [FENC08] y [ECEU07]: ❙ Influencia económica del transporte: el sector del transporte contribuye al Producto Interior Bruto nacional en un 5,7% en términos de valor añadido (7% u 8%, si se tiene en cuenta el sector del transporte como sector consuntivo). ❙ El transporte por carretera de mercancías y de viajeros es prioritario en España (y en Europa). En el año 2003, más del 90% del transporte de pasajeros (en pasajeros-kilómetro) y cerca del 85% del transporte de mercancías (en toneladas-kilómetro) se realizaron por carretera. ❙ La movilidad de personas y mercancías en España ha crecido notablemente en los últimos años. Así, el transporte de viajeros ha crecido un 89% entre 1990 y 2003, y el de mercancías lo ha hecho en un 99% en el mismo periodo. Se prevé que esta tendencia creciente se mantenga en el futuro. ❙ El parque español de vehículos ha crecido más de un 50% entre los años 1995 y 2006. Cerca del 75% del parque total español de vehículos en 2006 lo constituían los turismos, frente al 55% en 1970. El transporte de pasajeros aumentó en España un 90% entre 1990 y 2005, mientras que la población lo hizo en un 15%. Similares tendencias se observan en el resto de los países desarrollados y, más intensamente aún, en los países en vías de desarrollo, donde la población empieza a tener acceso al transporte motorizado. De aquí se deduce que la movilidad motorizada es un elemento fundamental en el desarrollo económico y social. ❙ España es el país de la UE en el que más crecieron las infraestructuras de transporte desde 19903. ❙ Los precios de la gasolina y del gasóleo para transporte por carretera se encuentran entre los más bajos de la Unión Europea. ❙ La infraestructura existente para el transporte de mercancías intermodal por ferrocarril no es adecuada. ❙ Se ha continuado la construcción de la red de trenes de alta velocidad entre diversas ciudades españolas con una aceptación grande por la población. ❙ Se ha incrementado considerablemente la red de metro en las grandes ciudades y se ha iniciado en otras, habiéndose llevado a cabo diferentes obras para facilitar su accesibilidad. También se han mejorado los servicios de cercanías. Sin embargo, continúan los problemas de congestión en la movilidad urbana.

El transporte y la sostenibilidad medioambiental Más del 95% de la energía primaria que se destina al transporte en España proviene del petróleo, y el sector era el responsable del 27,1% de las emisiones de GEI en el año 2006, [IDAE06] y [MMA_08]. Estos dos aspectos son claros ejemplos del problema de insostenibilidad, en particular medioambiental, que presenta el sector del transporte en España, como ya se expuso en el Tema dedicado a la energía en este libro. Los principales impactos que el sector provoca sobre el entorno, en especial los relacionados con el consumo energético y las emisiones son, [MITC08], [IDAE06], [FENC08] y [ECEU07]: ❙ Consumo de energía para el transporte: el consumo total de energía final del sector del transporte en España ascendió en 2004 a 38.072 ktep, un 4,6% más que en 2003. La participación del sector del transporte en el total del consumo final se encuentra en el 36% del total energético y no energético, y en el 39% de los consumos exclusivamente energéticos. El transporte por carretera es el modo predominante en lo que se refiere a los consumos de energía (81% del total consumido en el sector transporte), seguido a mucha distancia por el transporte aéreo (13,5%), el transporte marítimo (3,7%) y el transporte por ferrocarril (1,3%). Aunque la situación de la que se partía en 1990 en España era inferior en lo referente a dotación de infraestructuras que la que presentaban otros países del entorno europeo. 3

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❙ Intensidad energética final del transporte: el transporte es uno de los principales responsables del incremento de la intensidad energética –consumo de energía entre PIB– que se ha venido produciendo en los últimos años en España. La intensidad energética del sector del transporte mantiene también esa tendencia al alza, es decir, el consumo de energía final para transporte por carretera ha venido creciendo por encima del incremento del PIB en los últimos años, situación provocada por el incremento de la movilidad y a pesar de la mayor eficiencia alcanzada en los motores de los vehículos. ❙ Emisiones de GEI en el transporte: en el periodo 1990-2005, las emisiones de GEI del sector del transporte se incrementaron en un 83%, a un ritmo anual de más del 4%, muy superior al crecimiento del PIB en el mismo periodo, y por encima del incremento del volumen total de emisiones de GEI. El transporte por carretera, tanto urbano como interurbano, genera cerca del 90% de las emisiones del sector del transporte en España. Las emisiones de GEI del sector del transporte (en CO2 equivalente) suponen el 24% del total de las emisiones nacionales y, a su vez, el transporte rodado es responsable de más del 90% del impacto de este grupo. Los avances tecnológicos hasta el momento no ha podido frenar el aumento de las emisiones de GEI en el transporte. ❙ Emisión de gases contaminantes en el transporte: las emisiones contaminantes tienen una notable incidencia en la calidad del aire de las ciudades. La introducción masiva de catalizadores y la eliminación de las gasolinas sin plomo ha provocado la disminución progresiva de ciertas emisiones contaminantes, como las de CO, cuyas concentraciones han descendido durante los últimos años en la mayor parte de las estaciones afectadas por tráfico. No se puede afirmar lo mismo respecto a las concentraciones de partículas en suspensión inferiores a 10 micras (PM10), ozono troposférico, SO2, NO2, CO2 y compuestos orgánicos volátiles COV, cuyos aumentos todavía no se han detenido. ❙ Alteración de los ecosistemas: La necesidad de nuevas infraestructuras capaces de absorber el ritmo creciente del transporte ha obligado a una ocupación grande del suelo en los últimos 13 años. El espacio ocupado por autopistas, autovías y terrenos asociados al transporte ha pasado de 36.749 a 91.427 hectáreas. Se trata del mayor crecimiento de suelo, tanto en valores absolutos como relativos en comparación con otros posibles usos. Hay que exigir que la construcción de las infraestructuras de transporte se realice respetando los ecosistemas naturales minimizando los impactos medioambientales, circunstancia que en algunos casos no ha sido observada rigurosamente.

El transporte y la sostenibilidad social La movilidad es un factor clave para la calidad de vida y un ingrediente vital para la competitividad. Forma la espina dorsal de la economía, el núcleo que enlaza las distintas cadenas de producción, permitiendo que el sector de servicios acceda a sus clientes, además de constituir por sí misma una fuente de empleo. Son alarmantes las cifras de paro que se pueden crear en el sector del automóvil por una recesión económica. La ampliación de las estructuras de transporte para satisfacer las necesidades de la movilidad, tanto la urbana como la existente para las comunicaciones entre ciudades ha necesitado de fuertes inversiones de capital, y ha significado una fuente muy importante de creación de empleo para todos los niveles de capacitación. El aumento de la movilidad en España ha impulsado el desarrollo económico y social del país. Sin embargo, el sector del transporte tiene también impactos negativos sobre la sociedad. Entre ellos, pueden destacarse, [FENC08] y [ECEU08]: ❙ Los accidentes de tráfico constituyen una consecuencia negativa de la movilidad. El número de víctimas mortales en accidentes en España en el año 1990 fue de 9.032. Esta cifra se ha reducido a 4.104 en el año 2006. No obstante el valor sigue siendo muy significativo y España se encuentra ligeramente por encima de la media europea (UE-27) en cuanto a número de víctimas en accidentes de tráfico por habitante, por pasajero-kilómetro o por número de vehículos, ver [ECEU08]. La entrada en vigor en España, al igual de lo que sucede en otros países europeos, del carné por puntos, unido a la mejora de las infraestructuras, podría contribuir a la reducción de estas cifras. ❙ El ruido provocado por el tráfico, sobre todo en los entornos urbanos, se ha incrementado en nuestro país durante los últimos años. Se considera que el 74% de la población española está sometida a niveles sonoros altos, [FENC08], sin que la legislación relativa a los sistemas de 247


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limitación del ruido a los ciudadanos sea efectiva, por ejemplo en relación con la homologación de los materiales para las pantallas acústicas. ❙ Pérdida de capital social: Es otro impacto psicosocial negativo. La movilidad ha transformado las ciudades afectando no sólo a los aspectos espaciales y temporales de la vida diaria, sino también a las dinámicas personales y ciudadanas, debilitando la interacción social en la proximidad, pero mejorando las relaciones sociales en la distancia por la facilidad de desplazamiento. La duración de los desplazamientos, junto a unos horarios de trabajo en España muy distintos a los europeos, ha producido una disminución del tiempo que se dedica a la familia, a los amigos, a los vecinos o a actividades de compromiso ciudadano. ❙ Otros aspectos sociales como la creación y consolidación de ciudades duales, el aumento del gasto en transporte y de sus costes sociales (tiempo, estrés) y económicos (extensión de las infraestructuras urbanas), son también destacables al hablar del impacto social del transporte. El escenario futuro más probable que se maneja refleja un aumento del 40% en los kilómetros recorridos por carretera en áreas urbanas en el periodo 1995-2030. Si no se toman medidas al respecto –como lograr una mayor accesibilidad–, la congestión de las carreteras y los centros urbanos aumentará de forma significativa en los próximos años, dificultándose la movilidad e incrementándose los impactos negativos del sistema de transporte actual.

El transporte y la sostenibilidad económica El número de coches vendidos se ha convertido en uno de los indicadores más fiables de la situación económica de un país. Es importante la contribución del sector del transporte al PIB y a la creación de puestos de trabajo. La importancia de esta dimensión económica del automóvil sólo es explicable a la luz de su éxito social, es decir, el disponer de uno o varios automóviles es símbolo de prestigio social y autonomía. En una sociedad como la española, donde el transporte público no tiene aún las exigencias de calidad exigibles, la vida se ha ido adaptando en buena medida al automóvil particular, y en este proceso el coche ha acabado convirtiéndose para muchas personas en una necesidad. Sin embargo, el aumento de la movilidad ha ocasionado a las familias un incremento en el gasto familiar para transporte. El aumento constante de la movilidad de las personas y mercancías ha convertido al transporte en una de las principales actividades económicas en España. El sector del transporte supone prácticamente el 5% del Valor Añadido Bruto (VAB) de nuestro país; y esa participación no ha dejado de crecer en las últimas décadas. La Encuesta de Presupuestos Familiares (EPF) recoge el gasto que realizan los ciudadanos españoles en actividades ligadas a la movilidad. Los españoles gastaron en transporte en 2006 el 14,3% del gasto total de los hogares. La importancia de estas cifras adquiere perfiles más nítidos para el ciudadano medio si reparamos que por primera vez en 2006 el gasto en transporte superó al de alimentos y bebidas no alcohólicas.

Vías de solución del problema El análisis de las emisiones ligadas al transporte rodado resulta revelador del carácter diferencial del impacto medioambiental de la movilidad en nuestro país. El hecho de que aumenten las emisiones del transporte de manera significativa en el conjunto de los países de nuestro entorno, pone de manifiesto que es el sector más resistente al cambio de pautas respecto a su comportamiento medioambiental. Mientras las grandes industrias contaminantes (eléctricas, cementeras, cerámica, etc.) asumen costes económicos, sociales y políticos para implementar procesos cada vez más respetuosos con el medio ambiente, el transporte rodado parece quedar al margen de este proceso, y el impacto medioambiental asociado al mismo parece no tener límites. Sólo últimamente, y de manera muy tímida, tanto las empresas automovilísticas como los ciudadanos y las autoridades responsables empiezan a otorgar verdadera importancia estratégica al impacto medioambiental del transporte rodado, y comienzan a adecuar sus productos y sus pautas de consumo a esa realidad cada vez menos discutible. Con todo, el momento actual es de transición: existe una sensibilidad cada vez mayor hacia el impacto medioambiental de la movilidad y aumenta la disposición a tener en cuenta este factor a la hora de adquirir un vehículo. 248


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Hay dos líneas de solución a la falta de sostenibilidad del sector del transporte en España en la actualidad: la disminución y racionalización de la movilidad, por un lado; y la mejora tecnológica, por otro, [FALT07]. ❙ La disminución y racionalización de la movilidad urbana e interurbana de vehículos que utilicen combustibles fósiles, manteniendo o mejorando su accesibilidad, fluidez y disponibilidad. ❙ La vía tecnológica se encamina a lograr que disminuyan el consumo energético y las emisiones que se derivan del transporte. Para ello, además de las mejoras en la eficiencia de los vehículos y en la logística del transporte, es necesaria la sustitución de los combustibles fósiles por carburantes que no produzcan emisiones de GEI ni de contaminantes como el SO2, los COV o los NOX, y que presenten una garantía de suministro razonable a precios asequibles. Esto conduciría probablemente a la sustitución de los combustibles fósiles por una mezcla de biocombustibles –preferentemente de segunda generación4-, electricidad y/o hidrógeno. Para lograr reducir el impacto del transporte sobre la sostenibilidad en estas dos líneas de actuación es necesario adoptar una serie de medidas con carácter urgente. Algunas de las posibles actuaciones se presentan a continuación:

Medidas regulatorias

❙ Mejorar los planes de movilidad urbana hasta lograr una circulación fluida, sin congestión. Para ello seria necesario, entre otras medidas, que: – Se fomentase el uso de un transporte público de calidad, rápido, puntual, frecuente, accesible y racionalmente coordinado para facilitar la comodalidad. Para ser atractivo el transporte público tiene que tener un tiempo de recorrido comparable al del coche. – Se estableciesen aparcamientos disuasorios gratuitos en la periferia de los núcleos urbanos, para combinar el transporte privado con el colectivo, y establciendo con tarifa horaria creciente para los del interior. – Se realizase el reparto urbano de mercancías en vehículos pequeños y limpios coordinados con el transporte interurbano, tanto por carretera como por ferrocarril o avión. – Se coordinase la distribución urbana de mercancías por la administración competente dentro de una logística conjunta de pasajeros y mercancías. – No se autorizase ningún desarrollo urbanístico que no contase con una planificación aprobada de movilidad. – No se concediese el permiso de circulación a ningún vehículo cuyas emisiones no sean inferiores a las establecidas en la última norma EURO y cuyo nivel de ruido no sea inferior al autorizado. ❙ Diseñar las infraestructuras de transporte y los vehículos de forma que se reduzcan los consumos energéticos y los accidentes. ❙ Dentro del conjunto de medidas regulatorias, la normativa fiscal es una de las opciones más poderosas cuando se trata de modificar los hábitos de utilización y la promoción de los distintos modos de transporte.

Medidas tecnológicas

❙ Los avances tecnológicos de los medios de transporte han demostrado tener una incidencia positiva en el consumo energético de los mismos. La aplicación de estas medidas corresponde a las empresas que suministran los vehículos o los combustibles, esto es, a la iniciativa privada, bajo un adecuado sistema regulatorio de estándares e incentivos económicos. ❙ La introducción de sistemas inteligentes de transporte puede proporcionar información, asistencia y control dinámico de la movilidad a viajeros, conductores, operadores de flota y los administradores de la red. Ya existen varios sistemas automáticos de conducción de aeronaves o para el ferrocarril. ❙ Introducción de sistemas inteligentes de tarificación como un método efectivo de gestión de la demanda. Producidos, mediante procesos tecnológicos mejorados, a partir de materias primas que no se destinan a la alimentación y que se cultivan en terrenos no agrícolas o marginales. 4

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Medidas de comportamiento

❙ Es necesario crear una cultura de movilidad. Una educación, formación y concienciación de los usuarios es fundamental a la hora de mejorar los indicadores de eficiencia en el transporte. ❙ Las mejoras en los hábitos de conducción y mantenimiento de los vehículos tienen un potencial de ahorro energético relevante. ❙ El fomento de la utilización conjunta de vehículos, la posible modificación de los horarios laborales y el teletrabajo.

Medidas de carácter transversal

❙ Accesibilidad frente a movilidad: desde una visión tradicional que pone el acento en los vehículos, las infraestructuras y cómo mejorar el tráfico, ha de evolucionarse hasta otra perspectiva en la que el punto de partida es el ciudadano y el objetivo principal es facilitar su movilidad. ❙ Y todo esto debe de abordarse, partiendo de la situación actual, desde una necesaria planificación del sistema de transporte y mediante una política de transportes más racional. Ha de contemplarse el problema en su conjunto y han de evaluarse las alternativas de solución disponibles, centrando el problema en la búsqueda de soluciones alternativas al desplazamiento en vehículo particular. El cambio de comportamiento en los ciudadanos sólo se producirá si se beneficia de ese cambio –en términos económicos, de comodidad, etc.–, y la modificación de las formas de transporte de la población podrá ser posible por este camino. La racionalización y mejora de la calidad del transporte público –mejorando su comodidad, su rapidez, su puntualidad, facilitando las interconexiones entre diferentes modos de transporte, etc.– es fundamental para fomentar su utilización, y la planificación de las infraestructuras ha de conducir a que el usuario adopte de forma natural el desplazamiento en transporte público.

Conclusiones El incremento de la movilidad en los países desarrollados, y en particular en España, ha provocado que el sector del transporte sea uno de los principales consumidores de energía final y uno de los principales emisores de GEI. A diferencia de otros sectores, las actuaciones a tomar para la mejora de la sostenibilidad en sectores difusos como la edificación y el transporte conllevan una dificultad mucho mayor y sus resultados inciertos hasta el momento. El sector del transporte es fundamental en el desarrollo económico y social de las naciones, pero no deben ignorarse las implicaciones de carácter social, económico y medioambiental que el actual sistema de transporte presenta. Frente a ellas, son varias las medidas que pueden llevarse a cabo, pero la dificultad para su implantación es notable. El ingeniero del ICAI tiene un papel importante a desarrollar en favor de una mayor sostenibilidad en el transporte como potencial trabajador en un sector de notable relevancia a nivel nacional, en los diferentes ámbitos que abarca: desde la planificación, regulación y control del sector en el plano administrativo, hasta aspectos más concretos como la optimización de rutas logísticas, la introducción de sistemas inteligentes, la fabricación de vehículos o el diseño de sus componentes. |❙|

Referencias [CIEM07] Análisis del ciclo de vida de combustibles alternativos para el transporte: bioetanol y biodiésel, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), 2007. [CNE_07] Información básica de los sectores de la energía, 2007, Comisión Nacional de Energía, 2007. [COM_07] Libro Verde. Hacia una nueva cultura de la movilidad urbana, Comunidad Europea 2007. [ECEU07] European Union, Energy and Transport in Figures, 2007, Dirección General de Energía y Transporte, Comisión Europea, 2007. 250


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[FALT07] La gestión de la demanda de energía en los sectores de la edificación y del transporte, Fundación Alternativas, 2007. [FENC05] De Miguel C., Linares P., Menéndez E, Pardo M. Pérez Arriaga J.I. y Sánchez de Tembleque LJ. Capítulo “El desarrollo energético insostenible” en La situación de España en 2005, Fundación Encuentro, 2005. [FENC08] Informe España 2008, Fundación Encuentro, 2008. [IDAE06] Eficiencia energética y energías renovables. Boletín Idae nº8, Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía, 2006. [IEA_07] World Energy Outlook 2007, Agencia Internacional de la Energía, 2007. [INE_07] Anuario estadístico de España, 2007, Instituto Nacional de Estadística, 2007. [IPCC07] Intergovernmental Panel on Climate Change, Fourth Assessment Report, http://www.ipcc.ch/ [MFOM07] “Anuario 2006”, Ministerio de Fomento, 2007. [MITC08] La energía en España 2007, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, 2008. [MMA_08] Inventario de emisiones de gases de efecto invernadero en España. Años 1990-2006. Comunicación a la Comisión Europea, Ministerio de Medio Ambiente, 2008. [PNUD04] World Energy Assessment: Overview-2004 Update, informe del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), United Nations Department of Economic and Social Affairs (UNDESA) y el Consejo Mundial de la Energía (World Energy Council, WEC), 2004. [WOBA02] World Development Indicators 2002, World Bank (Banco Mundial) 2002.

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Capítulo 24. Planteamientos energéticos en el transporte Alberto García Álvarez Eduardo Pilo de la Fuente Antonio Fernández Cardador Paloma Cucala García

Palabras clave Energía, transporte, pérdidas, emisiones. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, se suele afirmar que el sistema de transportes presenta dos grandes problemas: el consumo de energía y las emisiones que lleva asociado dicho consumo. En este capítulo se pretende presentar la situación actual de transporte desde ambos puntos de vista. Para ello, se analizan los usos de la energía a lo largo de toda la cadena y las diferentes pérdidas en que se incurre. A continuación se analizan la tendencia creciente de la demanda de transporte, el reparto modal y los consumos típicos (y las emisiones asociadas) de los modos de transporte más habituales.

Introducción El sector del transporte es en España el principal responsable del consumo de energía (alrededor del 40% del total) y de las emisiones antropógenas de gases de efecto invernadero. Este sector no sólo produce estos efectos negativos, sino que es además el que presenta un mayor crecimiento en el tiempo, lo que supone un grave problema, ya que el transporte se considera necesario para el desarrollo de la economía y para la mejora del nivel de vida de las personas. El sistema de transporte, en su concepción actual en España, es especialmente dependiente de los combustibles fósiles y, en concreto, del petróleo. En efecto, el transporte por carretera y por avión obtiene la energía que necesita del petróleo prácticamente en su totalidad. Únicamente los modos ferroviarios de tracción eléctrica y el transporte por cable y tubería (oleoductos y gasoductos) emplean energía eléctrica como vector energético para el transporte; y en la medida que una parte (aún pequeña) de la energía eléctrica es generada con fuentes renovables, estos modos de transporte permiten la sustitución parcial de los combustibles fósiles (y las emisiones asociadas) para el transporte. En este capítulo se pretende realizar un breve análisis del consumo energético ligado al transporte tanto de viajeros como de mercancías. Para ello, en primer lugar se realiza un análisis del uso que se da a la energía consumida. A continuación, se completa este análisis con una descripción de las pérdidas de energía a lo largo del camino recorrido. Por último, se comparan los consumos de energía típicos de cada uno de los modos de transporte.

Consumo de energía en el transporte El consumo de energía es consustancial a todo proceso de transporte, ya que el desplazamiento de una masa (que puede corresponder a una persona o a una cosa) desde un lugar a otro requiere la realización de un trabajo. Pero no sólo el movimiento requiere energía. Dentro de los procesos de transporte, se pueden distinguir hasta seis tipos de actividades que consumen energía. 253


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❙ Construcción de infraestructuras de transporte. Es necesario el empleo de energía para su construcción, ya sea de caminos o de estaciones terminales. Se pueden mencionar la energía necesaria para el movimiento de tierras, para la excavación de túneles, para el traslado de las tierras excedentes a vertederos o a puntos de aporte, la fabricación de cemento y hormigón, etc. Como estos consumos de energía son realizados por empresas constructoras dentro de su actividad ordinaria, en las estadísticas no son imputados al sector del transporte, sino al sector de la construcción. ❙ Construcción de vehículos. La fabricación de vehículos también necesita energía, por ejemplo la necesaria para la extracción y elaboración de las materias primas, para la fabricación y el transporte de piezas y componentes, para el montaje del vehículo, para el transporte del mismo antes de su entrega, etc. Estos consumos aparecen estadísticamente imputados al sector industrial. ❙ Energía para el movimiento de los vehículos (o para la impulsión del fluido en la tubería). Esta parte es cuantitativamente la más importante y la más característica del transporte. Por ello, se le dedicará la mayor atención en este estudio. ❙ Energía para los servicios auxiliares de los vehículos. Se entiende por servicios auxiliares en los vehículos, tanto los necesarios para el funcionamiento del propio vehículo (ventiladores de los motores, compresores, etc.); como los comerciales, que son los requeridos para el confort de los viajeros o la conservación de la carga (calefacción, refrigeración, iluminación, funcionamiento de la cafetería, etc.). En el pasado, estos servicios eran muy reducidos y se atendían de forma diferenciada y dispersa, pero el aumento de los requerimientos de confort a bordo de los vehículos los ha hecho significativos. El suministro de esta energía se incluye cada vez más con la energía requerida para el movimiento de los vehículos, pero requiere un conocimiento diferenciado. Debe observarse que este tipo de consumos en su mayor parte dependen del tiempo y no del recorrido, por lo que su consumo por kilómetro recorrido decrece al aumentar la velocidad media de los vehículos. Es necesario recordar que también se produce este consumo en paradas, en el tiempo de carga y descarga de los vehículos, etc., es decir, en momentos en los que el vehículo está parado. ❙ Energía para servicios auxiliares de la infraestructura, que incluyen, por ejemplo, los consumos de iluminación de túneles o de tramos de la vía, la calefacción de agujas del ferrocarril, los paneles informativos luminosos en carreteras, la alimentación a los sistemas de señalización y comunicaciones, etc. ❙ Energía para el funcionamiento de terminales y otros usos. Se incluyen en este apartado el consumo de energía para iluminación y climatización de aparcamientos, terminales, aeropuertos y estaciones, talleres, hangares y oficinas; y en general todos los consumos del sistema de transporte que se requieren para su funcionamiento ordinario y que no están incluidos en los anteriores. Estos consumos no tienen un gran peso relativo dentro del conjunto, ni presentan, en general, rasgos diferenciales en cuanto a su gestión en el transporte respecto a otros sectores, por lo que sólo se hará mención a ellos cuando se estime que ello es relevante por alguna razón.

Análisis de las pérdidas y de las emisiones ligadas a la tracción En un caso más general, el desplazamiento se produce por un motor –que puede ser de diversos tipos– que mueve un vehículo en el que se desplazan las personas o cosas (así ocurre en el coche, tren, barco o avión), o bien mueve un cable que lo arrastra (transporte por cable), o impulsa un liquido o un gas por una conducción (transporte por tubería). En términos generales, los tipos de tracción comúnmente empleados pueden dividirse en dos grandes grupos: la tracción térmica (con motores de gasolina o diésel, o bien con turbinas de gas) y la tracción eléctrica. En todos y cada uno de estos tipos de tracción de producen pérdidas de energía y emisiones. ❙ El motor, sea cual sea su clase, siempre convierte (con pérdidas) una forma de la energía en otra forma de energía útil para el desplazamiento, y por ello el proceso de transporte requiere la aportación de una gran cantidad de energía. 254


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Planteamientos energéticos en el transporte | Tema IV | Avances de Ingeniería

❙ Por otra parte, la energía que necesita el motor debe ser suministrada en el lugar oportuno (generalmente en puntos de repostaje preestablecidos o en el propio vehículo) que se encuentran alejados de los yacimientos energéticos, de las refinerías o de las centrales de transformación, y por ello es preciso transportarla. ❙ Además, la energía que necesita cada vehículo o modo de transporte tiene una forma concreta (energía eléctrica, gasóleo, etc.) y unas características (tensión, frecuencia, octanaje), lo que supone que debe producirse previamente un proceso de transformación de la energía primaria para su uso en el motor del vehículo. En estos procesos de transformación y de transporte de la energía se producen pérdidas y otros efectos negativos como emisiones, contaminación, etc., que deben ser imputados al proceso que requiere la energía, esto es, al transporte de personas o mercancías. Estas pérdidas de energía (y las emisiones asociadas), empleando la terminología aplicada en el transporte por carretera (que es aplicable a otros modos de transporte), se pueden clasificar en dos grandes grupos, dependiendo de dónde se produzcan. ❙ Pérdidas “Wheel To Tank” (WTT), o “pozo a tanque”, son las pérdidas que se producen desde la “rueda del pozo de petróleo”, es decir, desde la fuente de energía primaria hasta el aprovisionamiento al vehículo. En el caso de la tracción con derivados del petróleo, comprenden la energía necesaria para la extracción, transporte, refino, distribución, etc. y suponen un rendimiento equivalente de alrededor del 80 al 85%. En tracción eléctrica se incluyen las pérdidas en la generación y en el transporte hasta el punto de suministro al vehículo (generalmente hasta el pantógrafo de la locomotora), y representan un rendimiento equivalente del orden del 37 al 43%. ❙ Pérdidas “Tank To Wheel” (TTW), o “tanque a rueda” son las pérdidas desde el suministro al vehículo (tank) hasta las ruedas del vehículo. En el caso de tracción con derivados del petróleo comprenden las pérdidas en el motor y en la transmisión, y equivalen a un rendimiento de alrededor del 28 al 35%. Para la tracción eléctrica son las pérdidas en el motor en la transmisión, y suponen un rendimiento equivalente entre un 78 y un 92%. Las pérdidas totales son la suma de las pérdidas “Wheel To Tank” y las “Tank To Wheel”, y el rendimiento equivalente total es, en cada caso, el producto de los dos rendimientos. El rendimiento global de la energía procedente de derivados del petróleo y de la eléctrica es similar y, como se puede deducir de los datos expuestos, las pérdidas globales son similares, aunque no así las emisiones ni las pérdidas parciales en cada una de las dos etapas. En tracción con derivados del petróleo el rendimiento equivalente está entre el 22 y el 30% y en tracción eléctrica entre el 28 y el 40%.

Eficiencia energética de los modos y vehículos de transporte El consumo de energía para el transporte y las emisiones que producen pueden modelarse como el producto de la “cantidad” de transporte realizado (medido en viajeros x km en el caso de viajeros, o en toneladas x kilómetro en el caso de las mercancías) por un “factor de consumo” (o un “factor de emisiones”) que expresa la intensidad energética (o de emisiones). El consumo y las emisiones específicas pueden por lo tanto aumentar o reducirse tanto por variaciones del transporte realizado como por cambios en estos factores de consumo y de emisiones. Por lo que se refiere a la cantidad o demanda de transporte, ésta no ha dejado de crecer en los últimos años. Ese crecimiento está ligado al crecimiento del Producto Interior Bruto (PIB) de los diferentes países, y de hecho en España se observa una correlación evidente, tanto en viajeros como en mercancías. De hecho, en el documento de diagnóstico del Plan Estratégico de Infraestructuras y Transporte (PEIT) elaborado por el CEDEX [CEDE04] se explica que en los últimos años el crecimiento de la demanda de transporte ha sido incluso superior al crecimiento del PIB |Figura 1| y |Figura 2|. Otro aspecto relevante a la hora de presentar el sector transporte y de valorar sus sostenibilidad es el reparto modal. Como puede verse en la |Figura 3|, el transporte por carretera es el modo de transporte preponderante para trayectos de hasta 500 km, siéndolo el avión para los trayectos largos. Precisamente estos modos de transporte son los que presentan una mayor dependencia del 255


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|Figura 1| Evolución de la demanda de transportes de mercancías en relación al PIB 16% 14% Crecimiento

12% 10% 8% 6% 4% 2% 0%

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Año PIB

Transporte (t·km)

|Figura 2| Evolución de la demanda de transportes de viajeros en relación al PIB

8% 7% 6%

Crecimiento

5% 4% 3% 2% 1% 0% -1% -2% 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Año Demanda (viajeros · km)

PIB

petróleo. Asimismo, como se expone más adelante, dichos modos de transporte son precisamente los que mayor consumo específico conllevan. Asimismo, los resultados de eficiencia energética de los diversos modos de transporte y vehículos son muy diferentes, como puede verse en los resultados del análisis de García Álvarez ([GARC07] y [GARC08]). La |Tabla 1| muestra los consumos por viajero de los diferentes modos de transporte, suponiendo una 256


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|Figura 3| Reparto modal, en función de la distancia del viaje 100%

Crecimiento

80% 60% 40% 20% 0%

Entre 1 y 100

Entre 101 y 500 Avión

Entre 501 y 1.000 Más de 1.000 Distancia del viaje (km)

Tren

Autobús

Coche

Total

Otros

Fuente: [CEDE04]

|Tabla 1| Comparación de los consumos de energía por viajero de diversos modos de transporte en varias rutas españolas Madrid-Barcelona Madrid-Málaga Madrid-Sevilla Madrid-Alicante Madrid-Murcia Madrid-Valencia Madrid-Albacete Madrid-Valladolid Madrid-Cuenca Madrid-Toledo

Km recta

Coche

[litros gasolina]

486 417 396 359 349 302 224 162 139 70

26,7 23,4 23,0 18,7 17,4 15,4 11,6 6,0 4,7 2,5

Bus

[litros gasoil]

Avión

[kg queroseno]

5,4 22,5 5,1 19,4 5,2 19,5 4,5 18,6 3,9 21,6 3,8 20,0 2,7 2,2 1,7 0,7

Tren convencional

AVE

[kWh]

[kWh]

50,9 35,7 37,7 30,7 41,7 26,2 14,4 19,1 39,2 5,9

41,0 27,4 27,9 35,0 28,2 30,3 15,0 12,2 11,5 4,8

ocupación media. La |Tabla 2| muestran las emisiones de gases de efecto invernadero (en kgCO2/viajero medio), tanto en valores absolutos como en relativos con respecto al tren de alta velocidad. Esta energía consumida por unidad de tráfico refleja algunos aspectos intrínsecos a su modo de transporte, como por ejemplo: ❙ Aspectos tecnológicos y de diseño, como la cadena de tracción (tipo de motor, transmisión, resistencia al avance), la capacidad de transporte (número de plazas y/o carga máxima), etc. ❙ Aspectos comerciales o ligados a la explotación, como el número de servicios diarios, los horarios, si se trata de servicios discrecionales o no. Estos aspectos redundan en la ocupación de los vehículos. La |Tabla 3| muestra los coeficientes de ocupación típicos de diversos modos de transporte y, en el caso del tren, por tipo de servicio (fuente: elaboración propia). 257

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|Tabla 2| Comparación de las emisiones de gases de efecto invernadero de diversos modos de transporte en varias rutas españolas

Emisiones (kgCO2/viajero con ocup. media)

Emisiones (veces las del TAV)

km recta Coche Bus

Coche Bus Avión Tren conv. TAV

Avión Tren conven. TAV

Madrid-Barcelona

486

63,05 14,51 70,89

17,14

13,81

4,56

1,05

5,13

1,24

1

Madrid-Málaga

417

55,11 13,50 61,16

12,02

9,23

5,97

1,46

6,63

1,30

1

Madrid-Sevilla

396

54,10 13,87 61,36

12,71

9,39

5,76

1,48

6,54

1,35

1

Madrid-Alicante

359

43,97 11,95 58,60

10,34

11,80

3,73

1,01

4,97

0,88

1

Madrid-Murcia

349

10,43 68,09

14,06

9,49

4,28

1,10

7,18

1,48

1

Madrid-Valencia

302

36,33 10,05 63,10

8,83

10,20

3,56

0,99

6,19

0,87

1

Madrid-Albacete

224

27,24

7,30

4,85

5,06

5,38

1,44

0,96

1

Madrid-Valladolid

162

14,19

5,82

6,45

4,11

3,45

1,42

1,57

1

Madrid-Cuenca

139

11,11

4,60

13,20

3,88

2,87

1,19

3,41

1

Madrid-Toledo

70

5,82

1,96

1,99

1,61

3,61

1,22

0,00

1,23

1

37,9

26,7

4,47 1,20 5,10

1,29

1

Media (gCO2/vkm recta)

41

113,0 32,3 101,5

|Tabla 3| Coeficientes de ocupación típicos para líneas regulares, por modo de transporte y tipo de servicio Modo de transporte Coche Autobús Avión Tren de Cercanías Tren regional Tren de largo recorrido

Coeficiente de ocupación 25% ÷ 40% 45% ÷ 55% 70% ÷ 80% 30% ÷ 40% 40% ÷ 50% 60% ÷ 70%

Cuando se realizan estudios sobre optimización de la eficiencia energética del transporte se suele incidir sobre los aspectos tecnológicos, en los que sin duda queda mucho por hacer. Sin embargo, como puede comprobarse hay otros factores ligados a la comercialización de servicios que pueden conseguir ajustar mejor la oferta y la demanda, lo que mejoraría la eficiencia del sistema.

Conclusiones Como se ha podido comprobar en este capítulo, el nivel de consumo de energía y de emisiones del transporte compromete seriamente la sostenibilidad del sistema de transportes como lo conocemos. Aunque los progresos técnicos han permitido obtener avances muy significativos en cuanto a la eficiencia energética de los vehículos, el consumo total de energía no ha parado de crecer debido a dos factores principalmente: a) el aumento de la cantidad de transporte realizado y b) la mejora constante de los estándares de confort (aire acondicionado, iluminación, entretenimiento, etc.). La reducción de los efectos negativos del consumo de energía en el transporte pasa necesariamente por la reducción de la cantidad de transporte necesaria, y en lo posible, por su desacoplamiento 258


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del crecimiento del PIB. Por mucho que se mejore la eficiencia energética de los vehículos, si el crecimiento de la economía requiere aumento de la movilidad, resultará imposible contener las necesidades de energía para el transporte. En este sentido, y por lo que se refiere al transporte de viajeros, para la reducción de cantidad de transporte deberían fomentarse medidas tales como el teletrabajo y la tele-enseñanza, propiciando jornadas continuas, la sustitución de las reuniones por videoconferencias multilaterales, el fomento del urbanismo en altura frente al modelo de ciudades dispersas, el reparto colectivo de mercancías a domicilio en sustitución de la compra individual, etc. La congestión podría reducirse con las medias descritas para reducir la demanda y además adoptando horarios flexibles y escalonados de trabajo por sectores de actividad. Desde el punto de vista regulatorio y económico, resulta imprescindible la internalización de todos los costes del transporte; es decir, que el usuario del transporte no solo soporte como en la actualidad los costes directos, sino también todos los costes externos que el transporte produce al conjunto de la sociedad (coste de los accidentes, de la contaminación, del ruido, del tiempo perdido por terceros en la congestión, etc.). La aplicación de precios justos para que cada uno pague el coste que produce (aplicando los dos principios tarifarios recomendados por la Unión Europea: “el que consume paga” y “el que contamina paga”) tendría dos efectos positivos sobre la sostenibilidad del transporte: por una parte, se reduciría a lo imprescindible la cantidad de transporte ya que solo se realizaría el transporte que aportase más valor que coste; y por otra parte se encaminarían los viajeros y las mercancías hacia los modos de transporte más eficientes en términos de coste social. |❙|

Referencias [GARC07] García Álvarez, A. Consumo de energía y emisiones del tren de alta velocidad en comparación con otros modos, en “Anales de Mecánica y Electricidad” (Revista de la Asociación de Ingenieros del ICAI), Vol. LXXXIV, Fas. V, sept-oct 2007); y ampliado, con el mismo título, en “Vía Libre” (núm. 515, enero 2008). [GARC08] García Álvarez, A. Consumo de energía y emisiones del tren de alta velocidad, en “La importancia de la velocidad”, ed. Zamorano, C. y Romo E. Córdoba, 2008. [CEDE04] CEDEX. Informe de diagnóstico. Plan Estratégico de Infraestructuras y Transportes, 2004.

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Capítulo 25. Nuevos combustibles: biocarburantes Ana Santos Montes Beatriz Ruiz Castello

Palabras clave Biocombustible, biocarburante, bioetanol, biodiésel, combustibles sintéticos, biogás. Los nuevos combustibles obtenidos a partir de biomasa son una fuente de energía renovable, y suponen una alternativa para alcanzar un modelo energético sostenible frente a la creciente demanda. Algunos de estos nuevos combustibles, los de primera generación, están desarrollados a nivel comercial: bioetanol obtenido a partir de azúcares mediante fermentación, y biodiésel obtenido por transesterificación de aceites. Pueden utilizarse como combustible de motores, bien solos o bien mezclados con los combustibles de origen fósil. Los biocombustibles de segunda generación se obtienen a partir de materias primas más abundantes y baratas (biomasa lignocelulósica), por lo que no competirán con los cultivos alimentarios. Se encuentran en fase de desarrollo.

Introducción El modelo energético actual, basado en un 80% en los combustibles fósiles es insostenible. La seguridad de su suministro es muy comprometida y la emisión asociada de CO2, desbordante. A esto se añade la demanda energética creciente, con un aumento previsto aproximadamente del 50% entre 2006 y 2020 (el 85% del cual, procedente de países emergentes) [WEO_07]. Este modelo mantiene una alta dependencia del petróleo, siendo necesario encontrar nuevas fuentes de energía renovables, como son los nuevos combustibles. Estos combustibles pueden clasificarse en dos grandes grupos. ❙ Convencionales, obtenidos a partir de materias primas que compiten con los cultivos alimentarios y utilizando tecnología relativamente sencilla. Son, por ejemplo, el biodiésel, obtenido por transesterificación de aceites, y el bioetanol, obtenido a partir de cosechas ricas en azúcar, que están comercialmente disponibles ❙ De nueva generación (o segunda generación), que se obtendrán a partir de nuevas materias primas renovables, como son la biomasa lignocelulósica o residuos, con tecnología más complejas y que todavía necesitan investigación y desarrollo para estar disponibles comercialmente. Las energías renovables son imprescindibles y los biocombustibles una aportación necesaria. La Comisión Europea propone que en el año 2020 el 20% del total de la energía primaria consumida en Europa debe ser renovable. En transporte, el 10% del consumo energético deberán ser biocarburantes. Los biocarburantes son combustibles renovables producidos a partir de biomasa, que se emplean fundamentalmente en el transporte, en motores de combustión interna. En general son líquidos y ahora se obtienen de recursos agrícolas mediante procesos biológicos y físico-químicos. En la actualidad, están disponibles comercialmente: el biodiésel obtenido a través de la trans-esterificación de aceites vegetales y grasas animales con un alcohol ligero, y el bioetanol, obtenido a partir de azúcares mediante fermentación [IEA_04]. El biodiésel posee propiedades parecidas a las del gasóleo de automoción. Puede mezclarse con el gasóleo e incluso sustituirlo sin modificar los motores. El bioetanol se obtiene por fermentación de azúcares contenidos en productos vegetales, tales como cereales, remolacha o caña de azúcar. También 261


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se puede producir a partir de residuos orgánicos. En muchos países, el bioetanol se utiliza mezclado con gasolina en concentraciones del 5 o el 10% (E5 y E10, respectivamente). En estas proporciones no es necesario ningún cambio en los motores. Para concentraciones más elevadas ñcomo es el caso de Brasil o Suecia son necesarias una serie de modificaciones (Flexible Fuel Vehicles, FFV) como consecuencia del mayor poder corrosivo del etanol y de su mayor miscibilidad con el agua. Aparte del bioetanol y el biodiésel, existe una amplia variedad de productos que se obtienen por transformaciones de la biomasa: bioaceites, “green diesel”, biogás, bio-metanol, bio-dimetiléter, incluso el bio-hidrógeno. La optimización de los correspondientes procesos de producción plantea importantes retos con objeto de conseguir que todos ellos entren en la fase de explotación comercial, por las características de las materias primas utilizadas para su producción.

Ventajas de los nuevos combustibles frente a los fósiles Los diferentes análisis del ciclo realizados permiten afirmar que los biocarburantes presentan las siguientes ventajas. ❙ Desde el punto de vista medioambiental, reducen emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). Al ser fácilmente biodegradables no inciden en la contaminación de suelos. Ayudan a la eliminación de residuos en ciertos casos (por ejemplo, los aceites usados en la fabricación de biodiésel). ❙ Desde el punto de vista energético, constituyen una fuente energética renovable y limpia. Reducen parcialmente la dependencia de los combustibles fósiles. ❙ Desde el punto de vista socioeconómico, constituyen una alternativa para una producción agrícola excedentaria. Por otra parte, los cultivos energéticos fijarían la población en el ámbito rural, manteniendo los niveles de trabajo y renta, y fomentando la creación de diferentes industrias agrarias.

Tipos de biocarburantes Aparte del biodiésel y el bioetanol, se tiene: ❙ Bio-ETBE: mezcla de bioetanol (al 45% en volumen) e isobutileno. Puede ser empleado en motores de gasolina sin necesidad de modificaciones en el motor. ❙ Biogás: se produce mayoritariamente a través de la fermentación anaeróbica de biomasa húmeda. ❙ Biodimetiléter: prometedor para motores diésel debido a sus propiedades de combustión y emisión. Propiedades físicas similares al gas licuado del petróleo GLP. ❙ Combustibles sintéticos: se obtienen a partir del gas de síntesis derivado del gas natural, carbón o biomasa mediante el proceso Fisher-Tropsch, construyendo cadenas de hidrocarburos a partir de las moléculas básicas del CO y H2. A través de este proceso se puede producir un amplio abanico de combustibles de gran calidad; sin embargo, es un proceso caro. En los próximos 50 años se prevé que la demanda energética se multiplique por 2,7 [WOE_07]. Los biocarburantes de primera generación no pueden dar respuesta a este reto, porque podrían suponer un riesgo para los cultivos alimentarios. Es necesario proseguir en el desarrollo de nuevos procesos, algunos muy avanzados, para obtener una segunda generación de biocarburantes obtenidos a partir de materias primas renovables más abundantes y baratas (por ejemplo, biomasa lignocelulósica). Se esperan grandes beneficios de su introducción en el mercado (disminución de la dependencia energética, reducción de GEI e impulso al desarrollo socioeconómico). Estos mismos beneficios actuarían como motor de su desarrollo. La Unión Europea ha establecido ambiciosos objetivos de implementación.

Criterios de clasificación Los nuevos combustibles pueden dividirse en 2 categorías [NYLU08], principalmente: ❙ Convencionales. ❙ Nueva generación o segunda generación de combustibles avanzados. 262


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Nuevos combustibles: biocarburantes | Tema IV | Avances de Ingeniería

La terminología todavía no está bien establecida. Particularmente, la palabra “biodiésel” es imprecisa y puede atribuirse a varios productos con orígenes y propiedades de uso diferentes. Por otro lado, el criterio para clasificar los nuevos combustibles en convencionales o de nueva generación puede establecerse desde dos puntos de vista: ❙ Según la materia prima y proceso empleado. ❙ Según el uso final del biocombustible. Según el primer criterio, la materia prima (un combustible avanzado) debe de cumplir los siguientes requisitos de sostenibilidad: ❙ No debe competir con la producción de alimentos. ❙ No debe dañar el medio ambiente (causar deforestación, contaminar el agua, etc.). ❙ Su producción y el proceso de obtención del combustible deben ser eficientes desde el punto de vista de la emisión de GEI. Según el segundo criterio, su uso final, un combustible avanzado debe de cumplir: ❙ Calidad de empleo final por lo menos equivalente a la los combustibles del petróleo. ❙ Compatibilidad con la infraestructura existente. ❙ Compatibilidad con los vehículos existentes. No solo proporcionar un poder calorífico, sino también reducir las emisiones de GEI y contaminantes. A continuación, se estudian más detalladamente los diferentes combustibles, tanto de primera como de segunda generación.

Combustibles convencionales ❙ Etanol de cosechas ricas en azúcar. ❙ Biodiésel por esterificación de aceites y grasas.

Combustibles de nueva generación o de segunda generación ❙ Etanol de materias primas celulósicas. ❙ Combustibles sintéticos: GTL, BTL y CTL. ❙ Bio-ETBE. ❙ Biodiésel por hidrotratamiento (NE x BTL). ❙ Gas natural sintético (biogás). ❙ Bio-DME. ❙ Biodiesel a partir de algas.

Combustibles convencionales Etanol de cosechas ricas en azúcar

La producción actual de etanol se basa en su obtención por fermentación directa de los azúcares (caña de azúcar o remolacha) contenidos en determinados productos agrícolas, o por transformación del almidón de los cereales en polisacáridos y su fermentación posterior. La producción de etanol a partir de azúcares conlleva primero extraer el azúcar de las plantas por procesos físicos, y su tratamiento químico y posterior fermentación a alcohol utilizando levaduras y otros organismos. Finalmente se destila el etanol hasta la concentración requerida y generalmente se elimina el agua para obtener el etanol anhidro que puede mezclarse con la gasolina. La obtención de etanol de cereales comienza separando, limpiando y moliendo la materia prima que contiene fundamentalmente almidón y proteínas. El almidón se convierte en azúcar usando un proceso enzimático a alta temperatura. Las proteínas alimentan las bacterias de la fermentación. En un paso final, se destila el etanol hasta la concentración deseada y se elimina el agua. Este proceso 263


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produce como subproductos un potencial pienso animal rico en proteínas (Dried Distiller GrainS, DDG´s) y en algunos casos dulcificantes dependiendo de la materia prima y el proceso. El precio de los DDG´s en el mercado tiene gran peso en el balance económico del proceso.

Biodiésel por esterificación de grasas y aceites

El biodiésel se obtiene por la reacción de trans-esterificación de los triglicéridos que contienen los aceites vegetales y grasas, utilizando como agente esterificante un alcohol en presencia de un catalizador (siendo los más empleados hidróxido sódico o potásico). Como resultado se obtiene una mezcla de ésteres y glicerina, siendo los R que aparecen en la |Figura 1|, cadenas de ácidos grasos que pueden ser iguales o distintas. Esta reacción se realiza con un exceso de alcohol del 60-100% para asegurarse que la reacción se complete.

|Figura 1| Esquema de la reacción de transesterificación para la obtención del biodiésel Aceite

Alcohol

Biodiésel

Glicerina

O

CH2-O-C-R

O

CH-O-C-R

+

3 R-OH

Catalyst

CH2-OH

O 3 R--O-C-R

+

CH-OH

O

CH2-O-C-R

CH2-OH Fuente: elaboración propia

En la obtención del biodiésel se han empleado aceites y grasas como materias primas, pero las grasas se emplean en mucha menor proporción debido a que a que su contenido en ácidos grasos libres y contaminantes es superior, lo que dificulta el proceso de producción del biodiésel. Los posibles aceites vegetales empleados son múltiples, aunque los principales son soja, colza y palma. El alcohol más empleado en la producción del biodiésel es el metanol, aunque se pueden emplear otros como el etanol e isopropanol. El principal criterio de selección es nuevamente económico: coste del alcohol, facilidad de recuperación y reciclaje, tasas y cuestiones de seguridad global. Los catalizadores pueden ser ácidos, bases o enzimas. Los más utilizados son hidróxido sódico, hidróxido potásico o metóxido sódico.

Combustibles de nueva generación o de segunda generación Como se ha mencionado, esta nueva generación de combustibles se obtiene a partir de biomasa lignocelulósica o residuos. Las tecnologías correspondientes no están disponibles comercialmente. Con su desarrollo se espera que sean competitivos con los combustibles fósiles.

Etanol de matérias primas celulósicas

La producción de etanol a partir de la biomasa celulósica se puede hacer por dos vías:

Vía bioquímica El primer paso para convertir biomasa en etanol es un pretratamiento que incluye limpieza y fraccionamiento en sus principales componentes (celulosa, hemicelulosa y lignina), mediante una combinación de procesos físicos y químicos (por ejemplo, la hidrólisis ácida). El siguiente paso es hidrolizar la celulosa en azucares (sacarificación). Los métodos comunes son hidrólisis ácida diluida o concentrada, ambos caros y de rendimiento limitado. 264


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La investigación está centrada en el desarrollo de enzimas biológicas que puedan romper la celulosa y la hemicelulosa. La primera aplicación de las enzimas es sustituir la hidrólisis ácida por una hidrólisis con enzimas celulasas. A este proceso se le denominó hidrólisis separada y fermentación (SHF, siglas en inglés). Una modificación importante del proceso fue introducir simultáneamente la sacarificación y fermentación (SSF, siglas en inglés). En este proceso, las enzimas, la celulasa y los organismos de fermentación se combinan, mejorándose la eficacia del proceso.

Vía termoquímica Esta vía implica transformar la biomasa en un gas de síntesis (CO y H2). El proceso está en fase de desarrollo para obtener un gas de síntesis suficientemente limpio como para convertirlo catalíticamente en etanol en un proceso rentable económicamente. La obtención de etanol no está disponible comercialmente, ambas tecnologías están en fase de investigación y desarrollo.

Combustibles sintéticos Los combustibles sintéticos son una nueva generación de combustibles obtenidos mediante el proceso Fischer-Tropsch (FT) [Spta_03]. Consiste en transformar mezclas de monóxido de carbono e hidrogeno (gas de síntesis) en hidrocarburos líquidos utilizando como catalizador un metal de transición. El proceso FT tiene dos características fundamentales: la producción de un amplio intervalo de productos hidrocarbonados y oxigenados y la liberación de una gran cantidad de calor. La obtención de unos productos u otros depende de los catalizadores y las condiciones de reacción. Las materias primas de las que se puede partir son gas natural (denominándose al proceso GTL), carbón (CTL) o biomasa (BTL). Lógicamente, sólo es biocombustible el obtenido mediante BTL, pero los obtenidos a partir del gas natural y el carbón se clasifican como nuevos combustibles por las buenas propiedades que presentan y por ser totalmente compatibles con los vehículos y las infraestructuras. El proceso consta de las siguientes etapas: ❙ Obtención del gas de síntesis: Las materias primas con diferentes tecnologías se transforman en CO más H2. La mayor parte del coste capital del proceso FT proviene de esta etapa. ❙ Purificación del gas de síntesis. Necesaria para una catálisis activa. ❙ Síntesis FT. El gas de síntesis se transforma catalíticamente en hidrocarburos. Dependiendo del producto que se quiere potenciar, puede utilizarse: – 200-240º C, cobalto y reactor slurry (el catalizador en suspensión), para diésel. – 300-350º C, hierro y reactor de lecho fluidizado, para las gasolinas. ❙ Mejora de productos. Conlleva una combinación de procesos de hidrotratamiento, hidrocraqueo e hidroisomeración adicional a la separación de productos. La síntesis FT es una reacción de polimerización con diferentes etapas. Los productos específicos de la síntesis de FT (parafinas, olefinas o alcoholes) son sintetizados de acuerdo a las siguientes reacciones: CO + 3H2 nCO + (2n+1)H2 nCO + 2nH2 nCO + 2nH2

CH4 + H2O (metanización) CnH2n + 2 + nH2O (parafinas) CnH2n + nH2O (olefinas) CnH2n + 1OH + (n-1)H2O (alcoholes)

Son buenos catalizadores los metales del grupo VIII B. Aunque los dos más empleados son el hierro y el cobalto. El reactor es un componente fundamental para realizar la síntesis FT ya que es el que permite eliminar la gran cantidad de calor que se genera en estas reacciones y controlar la temperatura para así obtener los productos óptimos con selectividad adecuada. A lo largo de la historia se han utilizado cuatro tipos principales de reactores denominados tubular de lecho fijo, de lecho circulante, de lecho fluidizado y slurry. 265


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Propiedades de los combustibles sintéticos

Independientemente de la materia prima a partir de la cual se haya obtenido, cualquier combustible parafínico Fischer-Tropsch tiene las siguientes propiedades. ❙ Está libre de azufre, con un contenido bajo de aromáticos, sin olor ni color. ❙ Permite una reducción significativa de las emisiones contaminantes reguladas y no reguladas (NOx, SOx, PM, VOC, CO). ❙ Contribuye a la sustitución del petróleo, y a la diversificación y seguridad en el suministro de energía. ❙ Puede usarse con la infraestructura existente para el diésel. ❙ Puede usarse con las máquinas diésel existentes. ❙ Permite el desarrollo de una tecnología de nueva generación de motores de combustión interna con mejora de la eficiencia y reducción de emisiones contaminantes de los vehículos. ❙ Es rápidamente biodegradable, y no tóxico para los organismos acuáticos.

Bio-ETBE

El bio-ETBE se obtiene mediante la mezcla de bioetanol (al 45% en volumen) e isobutileno. Puede ser empleado en motores de gasolina sin necesidad de modificaciones en el motor. Es un aditivo de mejora del índice de octano de las gasolinas. El ETBE presenta importantes ventajas respecto de la utilización directa de bioetanol, como son su menor afinidad con el agua y una presión de vapor más adecuada que el etanol.

Biodiésel por hidrotratamiento

La Neste Oil Corporation ha desarrollado una tecnología que permite obtener un nuevo biodiésel denominado “NE x BTL” cuyas propiedades y calidad son similares a las de los diésel obtenidos sintéticamente por el proceso Fischer-Trospch. Este biodiésel se obtiene por hidrotratamiento (tratamiento con hidrogeno) de los aceites vegetales y las grasas animales y es un hidrocarburo de alta pureza. El intervalo de materias primas que pueden utilizarse en el proceso de producción es amplio y debido a su calidad es posible mezclar porcentajes más altos con el diésel, reduciendo así las emisiones. La primera unidad de producción de NE x BTL está disponible desde verano de 2007 en Porvoo (Finlandia).

Biogás limpio

El biogás es un gas combustibles que se genera por reacciones de biodegradación de la materia orgánica mediante la acción de microorganismos en ausencia de aire. Está constituido por metano (CH4) en una proporción que oscila entre el 50%-70%, y dióxido de carbono, conteniendo pequeñas proporciones de otros gases como hidrógeno, nitrógeno y sulfuro de hidrógeno. Un uso adecuado del biogás requiere separar de él todos estos compuestos, muy perjudiciales para los equipos involucrados en su aprovechamiento. Actualmente, existen diferentes técnicas que permiten la transformación del biogás en un gas con características similares al gas natural, lo que le da amplias posibilidades de uso. Entre dichas técnicas, se encuentran: la absorción con agua, la absorción con polietilen glicol, tamices moleculares, separación por membrana o la absorción química. Esta última garantiza el acondicionado del biogás a bajas presiones, eliminando en gran medida el CO2 y H2S, resultando así una proporción de metano hasta del 99%. Así se garantiza un gas con un Poder Calorífico Inferior (PCI) elevado y constante que puede ser utilizado como combustible para automoción o para su inyección en la red de gas natural. Las materias primas para el biogás pueden ser residuos (abonos animales y lodos procedentes de aguas residuales) o cultivos energéticos convertidas en metano. El coste de producción del biogás es normalmente mayor que el del gas natural.

Bio-dimetil éter

Es un gas más pesado que el aire. Puede licuarse a presión moderada (5 atmósferas a 20ºC). Con propiedades físicas similares al gas del petróleo licuado (LPG), tiene sin embargo mejores propiedades de ignición por su alto índice de cetano. Como inconvenientes, su extremadamente baja 266


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viscosidad y lubricidad, y su alta volatilidad. No es tóxico pero irrita los ojos y el sistema respiratorio. Su inflamabilidad es superior a la del gas natural comprimido (CNG) y LPG, por lo que requiere mayores medidas de seguridad. El contenido energético por volumen del Dimetil Éter (DME) líquido es aproximadamente la mitad del diésel del petróleo. El Bio-DME esta siendo desarrollado principalmente por Volvo utilizando subproductos de la industria de pulpa y papel.

Biodiésel a partir de algas

Algunas especies de algas poseen un alto contenido en grasas, que pueden utilizarse para producir biodiésel. Las algas para su desarrollo necesitan tres componentes esenciales que son: luz, CO2 y agua. Estas se cultivan en balsas o canales de poca profundidad para permitir una mayor iluminación y se inyectan CO2 y nutrientes. Una vez desarrolladas se extraen de su medio mediante un proceso adecuado de separación y se extrae el aceite. Se ha avanzado en la intensificación de estos cultivos mediante la producción en invernaderos, o en los llamados fotobiorreactores, sistemas cerrados que permiten el control y monitoreo de los distintos factores de crecimiento. Las ventajas de esta tecnología parecen contundentes: las algas tienen un alto rendimiento por superficie cultivada, bajos costes de producción y no compiten con productos alimentarios como otros cultivos energéticos. Además algunas experiencias aprovechan las emisiones de CO2 de centrales térmicas o de otro tipo de industrias para el cultivo de las algas, convirtiendo un problema ambiental en materia prima para la producción de combustible.

Conclusiones Los combustibles convencionales generan cada vez mas dudas acerca de su viabilidad, de manera que numerosas investigaciones y proyectos tecnológicos en todo el mundo están trabajando en el desarrollo de una nueva generación de combustibles que ayuden a superar las limitaciones de expansión y los graves conflictos que generan los convencionales. Estos nuevos combustibles se elaborarán a partir de una mayor variedad de materias primas que no se destinan a la alimentación, no generando competencia con la industria alimentaría, sin embargo tienen mayores costes iniciales de producción, ya que la tecnología para su elaboración es más compleja y todavía necesita investigación y desarrollo para estar comercialmente disponible. Se espera que los biocombustibles de segunda generación de mayor desarrollo sean el bioetanol a partir de biomasa lignocelulosa, el biodiésel sintético obtenido a partir de la gasificación de la biomasa y reacción de Fischer-Tropsch, y el biodiésel a partir de algas (por sus altas productividades). |❙|

Referencias [WEO_07] World Energy Outlook (WEO) 2007. [IEA_04] Biofuels For Transport. An International Perpective. Informe de International Energy Agency, Francia, 2004. [Nylu08] Nylund N.O, Aakko Salsa P. and Sibila K. VTT Research Notes 2426. Status And Outlook For Biofuels, Other Alternative Fuels And New Vehicles. Espoo, 2008. [Spat03] P. L. Spath and D.C. Dayton. Preliminary Screening. Technical And Economic Assessment Of Synthesis Gas To Fuels And Chemicals With Emphasis On The Potential For Biomass Derived Syngas. Informe Técnico NREL/TP- 510-34929, Golden Colorado diciembre 2003.

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Capítulo 26. Consideraciones ambientales del transporte. Contaminantes Julio Montes Ponce de León Ana María Santos Montes

Palabras clave Impacto ambiental, emisiones, exposición, riesgo y peligro, dosis contaminantes regulados, contaminantes no regulados, compuestos orgánicos volátiles (COV en español, VOC en inglés), efecto tóxico. El transporte produce un fuerte impacto ambiental en los ecosistemas y en la salud de las personas. Este capítulo se centra en el efecto en la salud humana de los contaminantes que se emiten en el ciclo de vida de los distintos combustibles usados en el transporte. El tema tiene gran importancia cuando se están introduciendo combustibles alternativos en el transporte. Es preciso analizar si los nuevos carburantes aumentan su sostenibilidad, siendo un punto importante determinar su idoneidad, especialmente en concentraciones urbanas. Las autoridades reguladoras han establecido criterios para mejorar los impactos ambientales del transporte.

Introducción Todos los medios de transporte producen un impacto ambiental más o menos importante. Los principales agentes productores de este impacto son: el ruido; la contaminación ambiental que afecta a la salud de las personas, a los edificios y a la biosfera; y las emisiones de gases de efecto invernadero. El Laboratorio Nacional de Argonne, de Estados Unidos, ha publicado un excelente artículo sobre el tema, especialmente dedicado la los efectos sobre la salud de los ciclos de vida de los diferentes combustibles empleados en el transporte [ANL_00]. El transporte es el responsable del 22% de las emisiones mundiales de CO2, correspondiendo a cada tipo de transporte las siguientes proporciones: ❙ Transporte por carretera ❙ Transporte aéreo ❙ Transporte marítimo ❙ Ferrocarril

76% 12% 9% 3%

Existe una contaminación creciente del medio ambiente, especialmente en las ciudades, donde la densidad de tráfico es mucho mayor, la velocidad de circulación pequeña y la concentración de la población grande. Esta contaminación se ha hecho visible en los ennegrecimientos de los edificios y monumentos notables que han tenido que ser limpiados para evitar su deterioro, como la estatua de La Cibeles en Madrid, el ayuntamiento de Viena o el edificio del parlamento británico. El efecto sobre la salud de las personas es menos visible y solamente los centros de salud y los especialistas conocen sus consecuencias. Ellos han trasmitido sus resultados a las autoridades nacionales e internacionales que han legislado consecuentemente para atenuar sus efectos. Las autoridades locales han establecido estaciones para la determinación de la contaminación ambiental en diversos puntos de las ciudades. En algunos casos se alcanzan situaciones límites que pueden obligar a restricciones de tráfico en la circulación. Según se expone en el Capítulo 37, las externalidades del transporte debidas al impacto sobre la salud son las más importantes después de las correspondientes a los accidentes. Por estas razones se va a profundizar sobre el tema en este capítulo. 269


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Definiciones y conceptos fundamentales Se llama exposición al contacto de una población o individuo con un agente químico o físico. La magnitud de la exposición se determina midiendo o estimando la cantidad (concentración) del agente que está presente en la superficie de contacto (pulmones, intestino, piel, etc.) durante un período especificado. Esta cantidad, cuando se expresa por unidad de masa corporal del individuo expuesto, se denomina dosis suministrada. Desde el punto de vista de la toxicología ambiental, las exposiciones se clasifican de acuerdo a la magnitud de la duración de la exposición en: ❙ Exposiciones crónicas: son las exposiciones que duran entre 10% y el 100% del período de vida. Para el caso del hombre entre 7 y 70 años. ❙ Exposiciones subcrónicas: son exposiciones de corta duración, menores que el 10% del período vital. ❙ Exposiciones agudas: son exposiciones de un día o menos y que suceden en un solo evento. El período transcurrido entre el evento de exposición y las observaciones en el organismo expuesto es una variable muy importante de considerar especialmente en el caso de exposiciones intermitentes.

Riesgo y peligro El término “peligroso” define la capacidad de una sustancia de producir efectos adversos en los órganos vitales, y el término “riesgo” describe la probabilidad de que, en una situación dada, una sustancia peligrosa produzca un daño. Para que exista un riesgo es necesario que se esté expuesto a una sustancia y que la exposición represente un peligro para la salud. Se necesitan tanto el peligro como la exposición, de forma que se eliminaría el riesgo en caso de que alguno de ellos fuese igual a cero. La toxicidad es una medida del peligro inherente de la sustancia. Se define como efecto tóxico o respuesta tóxica, cualquier desviación del funcionamiento normal del organismo que ha sido producida por la exposición a sustancias tóxicas. El tipo de efecto tóxico que produce una sustancia sirve para hacer una clasificación que aunque general resulta muy útil: ❙ Cancerígenos. ❙ No cancerígenos. Para estimar el riesgo que significa la presencia de un tóxico en un lugar determinado es necesario conocer su toxicidad, la cantidad de tóxico que entra en contacto con el organismo o población en estudio y las condiciones en las que se da este contacto. Cuando el tóxico llega al organismo, dependiendo de la vía de exposición, entra en contacto con las superficies epiteliales del tracto digestivo, del aparato respiratorio o de la piel. Cuando el tóxico cruza esas membranas y alcanza el torrente sanguíneo, se considera que el tóxico penetra al organismo. La sangre lo transporta a los distintos órganos y en uno o en varios de ellos puede llegar a causar un daño permanente. A partir del estudio de la relación que existe entre la dosis recibida por un organismo y la magnitud de la respuesta tóxica, se llega a la estimación de los índices toxicológicos que son una medida de la peligrosidad de una sustancia. Este parámetro es el que se usa para estimar los riesgos en la población. El proceso de transporte y transformaciones que experimenta el tóxico desde la superficie epitelial de contacto hasta llegar a los órganos en los que se almacenan y en los que causa lesiones es muy complejo. Por conveniencia, para facilitar su estudio se considera que consta de cuatro pasos: Absorción, Distribución, Metabolismo y Excreción. El proceso se conoce por sus siglas ADME. 270


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Consideraciones ambientales del transporte. Contaminantes | Tema IV | Avances de Ingeniería

|Figura 1| Proceso de absorción de contaminantes Medio Ambiente Piel

Intestino

Pulmones

Absorción

Excreción

Sangre Distribución

Otros

Higado

Blanco

Riñones Fuente: elaboración propia

Esfuerzos regulatorios La Unión Europea ha realizado estudios sobre tráfico y medio ambiente con objeto de que los países Miembros puedan establecer medidas regulatorias para disminuir los efectos de la contaminación. Una alternativa puede ser la introducción en el parque automovilístico de nuevos carburantes, camino que ya se ha iniciado. El proceso tiene que estar precedido de un estudio de su ciclo de vida para tener evidencia de su sostenibilidad. La Agencia Europea del Medio Ambiente de la Comisión Europea [EEA_05] ha publicado a últimos del año 2005 un informe titulado “Medio Ambiente y Salud”, en el que documenta la influencia que la contaminación ambiental tiene sobre salud humana. Enfermedades respiratorias, especialmente asma, cáncer, disrupciones endocrinas que pueden afectar al desarrollo fetal y a la producción de esperma son las consecuencias más evidentes de la contaminación ambiental. El programa Auto Oil [AUTO00], de la UE, tenía como objetivo mejorar la calidad del aire mediante el control de las emisiones contaminantes procedentes del sector transporte y el establecimiento de estándares legislativos para las emisiones atmosféricas. La Comisión Europea expresó la necesidad de que la futura legislación debería contemplar conjuntamente: ❙ Estándares de calidad para los combustibles. ❙ Emisiones y estándares para los vehículos de pasajeros. ❙ Emisiones y estándares para vehículos industriales ligeros. ❙ Emisiones y estándares para vehículos industriales pesados. ❙ Disposiciones a para la medida y control técnico de las emisiones.

Resultados y propuestas generadas El resultado final del Auto Oil fueron dos comunicaciones de la comisión sobre límites de emisiones en los vehículos aplicables a partir del 2000 (COM 96/0163) y sobre calidad y composición de los combustibles (COM 96/0164). Siguiendo en la misma línea se desarrollaron modelos para obtener previsiones de emisiones y calidad del aire, herramientas de modelado para evaluar las opciones políticas y conclusiones sobre la rentabilidad de las opciones consideradas considerando la composición, funcionamiento, crecimiento y evolución del sector transporte. 271


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Emisiones La composición de las emisiones de los vehículos depende de muchas variables, entre ellas: ❙ Variables meteorológicas: temperatura, humedad del aire, etc. (que condicionan las reacciones post-emisiones y la composición del aire que alimenta al motor). ❙ Composición del combustible. ❙ Tecnología del motor: sistema de inyección de combustible, sistemas de repostaje y almacén de combustible, sistemas de control de emisiones, estado de conservación y mantenimiento, etc. ❙ Régimen de funcionamiento del motor: temperatura de funcionamiento, revoluciones, par, dosado (relación flujo de combustible/flujo de aire), etc. De una forma general, las diferentes emisiones que proceden de la combustión de los carburantes utilizados en el transporte se suelen agrupar en dos categorías: compuestos regulados y compuestos no regulados.

Compuestos regulados Entre los compuestos regulados se van a destacar los que pueden tener una importancia mayor actualmente. Algunos como los compuestos de plomo, han sido eliminados de la composición de los carburantes sustituyéndolos por compuestos oxigenantes para aumentar el octanaje de las gasolinas, como ETBE1, MTBE2 o bioetanol. ❙ Monóxido de carbono: gas inodoro que se emite a consecuencia de combustiones deficitarias en oxígeno. Por inhalación se incorpora al flujo sanguíneo vía hemoglobina, disminuyendo la capacidad de aporte y transporte de oxígeno al organismo. El tráfico rodado es una de las principales fuentes de monóxido de carbono en las ciudades. Especialmente importante en las emisiones que producen los vehículos más antiguos que controlan la combustión mediante carburador. ❙ Dióxido de nitrógeno: los óxidos de nitrógeno (que en la atmósfera de las ciudades son fundamentalmente óxido nítrico y una cantidad menor de dióxido de nitrógeno) se forman en las zonas de más altas temperaturas y presiones de las cámaras de combustión. El óxido nítrico se oxida a dióxido de nitrógeno en el aire ambiental, siendo precursor de otros contaminantes atmosféricos, como el ozono troposférico y partículas como los nitratos. ❙ Partículas: las partículas en suspensión más finas son restos de hidrocarburos mal combustionados y depósitos sobre partículas elementales en la atmósfera. Desde el tráfico rodado se emiten principalmente en los vehículos diésel. ❙ Ozono: el ozono a nivel troposférico es un contaminante secundario que se forma por reacción de óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles en presencia de luz solar. Las emisiones primarias son las que se originan por el transporte rodado. El ozono es uno más de los compuestos que forman la niebla fotoquímica, en la que están presentes, además, formaldehídos, otros aldehídos y nitrato perioxiacetílico. ❙ Dióxido de azufre: se forma por la oxidación del azufre contenido en los combustibles. El dióxido de azufre es un irritante respiratorio, que afecta especialmente a grupos sensibles como los asmáticos. La legislación sobre composición de combustibles hace que sea un contaminante cuyos niveles atmosféricos se encuentran controlados. Los óxidos de azufre se oxidan, parcialmente en el motor y posteriormente en la atmósfera, a sulfatos, que pueden inhibir la acción de control para los óxidos de nitrógeno y las partículas. Su concentración en el combustible está muy controlada legislativamente. En la |Tabla 1| se resumen los efectos de los contaminantes atmosféricos regulados. 1 2

Ester tributílico del etanol. Ester tributílico del metanol.

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|Tabla 1| Contaminantes regulados

Resumen de los efectos de los contaminantes atmosféricos regulados debidos a las emisiones desde el sector del transporte Compuesto

Efectos

Comentarios

Pb

Posibles disfunciones cerebrales y del sistema nervioso, especialmente en niños. Pérdida de reflejos y motricidad.

Riesgo controlado por su exclusión en la formulación de gasolinas.

CO

Priva al organismo de oxígeno por reducción de la capacidad de transporte de la sangre, causando somnolencia, mareos, nauseas, dolores de cabeza e incluso la muerte por asfixia celular en grandes dosis.

Las concentraciones mortales son muy elevadas. Se consigue un control en los vehículos equipados con catalizadores de tres vías.

SO2

Complicaciones respiratorias de diversos grados. Exposiciones cortas (horas) a concentraciones por encima de 250 µg/m³ de SO2, resultan agresivas para la población infantil, por encima de 500 µg/m³ se intensifican los problemas respiratorios. Incrementa síntomas en población asmática.

Mayormente debidas a los motores diésel.

NOx

Perjudicial para los pulmones, resulta irritante para los bronquios y el sistema respiratorio. Agudiza los síntomas de los pacientes asmáticos.

Se estima 4 veces mayor la toxicidad del NO2, que la del NO. Los catalizadores de tres vías consiguen un control eficiente en ciertas condiciones.

PM10

Al ser inhaladas pueden penetrar y dañar los tejidos pulmonares. Agudiza afecciones respiratorias. Especialmente sensible es la población infantil y anciana. Pueden provocar irritaciones de nariz y garganta.

La emisión de partículas se debe principalmente a los motores diesel. Las partículas de diámetro inferior a 2,5 micras (PM2,5) penetran en los alvéolos pulmonares y causar daños más severos.

O3

Irritante para ojos, garganta, nariz y el sistema respiratorio. Puede agravar problemas crónicos de respiración y cardíacos. Mayor sensibilidad en población infantil y anciana, y durante embarazos.

Se sobrepasan frecuentemente en ciertas concentraciones urbanas los distintos límites establecidos.

Fuente: elaboración propia tomando como referencia la información existente en la literatura referenciada

Compuestos no regulados Son fundamentalmente hidrocarburos y compuestos orgánicos volátiles (VOC). Hay dos grupos principales: los compuestos más sencillos (que incluyen compuestos lineales, ramificados) y los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (PAH´s, en inglés). Existe un creciente interés en investigar su poder cancerígeno, especialmente de aquellos que se emiten en mayores cantidades y tienen un potencial poder cancerígeno constatado. Destaca, en relación con las emisiones de vehículos de gasolina, la importancia del benceno, el 1,3-butadieno, los formaldehídos y los acetaldehídos, un estudio realizado por la EPA (Environmental Protection Agency) –[EPA_98]–. 273


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|Tabla 2| Resumen de los efectos de los contaminantes no regulados sobre la salud Efectos de los contaminantes atmosféricos debidos a las emisiones desde el sector del transporte “Nuevos contaminantes” Compuesto Efectos Comentarios Acetaldehídos

Benceno

Butadieno

Etanol

Formaldehído

Hexano

Isobuteno

MTBE

PAN (nitrato peroxiacetílico) Butil terciario alcohol Tolueno

Xileno

Provoca irritaciones oculares, de la piel y el tracto respiratorio, por encima de 45 mg/m3 y percibe toda la población a partir de 360 mg/m3. Clasificado en grupo B2 de riesgo cancerígeno de la EPA.* En altas concentraciones (20.000 ppm) es un tóxico severo que puede causar la muerte. Concentraciones más bajas (50-150 ppm) pueden provocar jaquecas, aletargamiento y debilidad. Cancerígeno grupo A (EPA). Tiene poca toxicidad aguda. Periodos de exposición prolongados a concentraciones altas pueden provocar enfisemas pulmonares y problemas cardiovasculares. Cancerígeno B2 EPA*. Altas concentraciones de vapor pueden provocar irritación ocular. Largas exposiciones pueden causar dolores de cabeza y signos de incipiente intoxicación. No es cancerígeno. La exposición a niveles moderados de formaldehído puede provocar irritación ocular y del tracto superior respiratorio. Incluso en pequeñas concentraciones (5 ppm) puede provocar dificultades respiratorias. Cancerígeno B2 EPA*. Presenta poca toxicidad aguda frente a exposiciones elevadas. Puede provocar ligera excitación y con mayores concentraciones actuar como sedante. No se han encontrado estudios sobre su potencial cancerígeno. Letal para animales en concentraciones elevadas. Existen estudios contradictorios acerca de su carácter cancerígeno.

Producto de una combustión incompleta. Producto secundario desde reacciones atmosféricas.

Olor desagradable. En bajas concentraciones, puede provocar dolores de cabezas, náuseas o vómitos, sensación de ardor en la nariz o en la boca, tos e irritación ocular. No existe evidencia de poder cancerígeno en humanos. Provoca irritación en concentraciones muy reducidas. La exposición crónica provoca muerte en animales de laboratorio. No está claramente establecido su poder cancerígeno. Inhalaciones de altas concentraciones resultan mortales en animales. Concentraciones menores provocan desorientación, náuseas, fatiga y debilidad en extremidades e irritación del sistema respiratorio. Elevadas concentraciones provocan jaquecas e irritación ocular. Exposiciones prolongadas a concentraciones superiores a 2.500 ppm pueden resultar letales en animales. Se ha propuesto también como posible neurotóxico y dañino para el riñón. No cancerígeno. Exposiciones agudas afectan al sistema nervioso central, siendo también un irritante ocular y pulmonar. Exposiciones elevadas y prolongadas resultan letales en animales. No existe evidencia de poder cancerígeno.

Componente de las gasolinas oxigenadas. Alcanza la atmósfera por evaporación y en las emisiones de escape.

Producido principalmente por evaporación directa desde la gasolina. Compuesto de especial riesgo para personal de cadenas de distribución. Se emite en la combustión desde motores diésel y gasolina o desde evaporaciones de ésta. Se degrada a formaldehído en la atmósfera. Podría cobrar importancia su estudio como contaminante atmosférico caso de extenderse el uso de bioetanol. Se forma a partir de oxidaciones fotoquímicas en atmósferas contaminadas con ozono y NOx. Se emite directamente desde los escapes de motores. Se emite como producto secundario de la combustión del alcohol. Es un compuesto importante en las gasolinas y petróleos ligeros.

Componente de las gasolinas sin plomo.

Se forma por oxidación fotoquímica en la atmósfera desde óxidos de nitrógeno y puede acelerar la formación de la niebla o smog. Se emplea como aditivo en las gasolinas para aumentar el número de octanos. Solvente orgánico que forma parte de las gasolinas. Presenta una elevaba volatilidad.

Se emplean en la industria química y petrolera. Se emplea como agente antidetonante, se libera en el escape o por evaporación.

Fuente: elaboración propia 274


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A continuación se reproduce la clasificación de cancerogenidad establecida por la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos [EPA_98].

|Tabla 3| Clasificación de Cancerogenicidad por la Environmental Protection Agency (EPA) de los Estados Unidos Grupo A B B1 B2 C D E

Descripción Cancerígeno para humanos. Probable cancerígeno para humanos. Hay información limitada con humanos. Hay información suficiente en animales pero no con humanos. Posible cancerígeno humano. No clasificable como cancerígeno para humanos. Evidencia de no-carcinogenicidad para humanos.

Los principales COV contenidos en las emisiones de los vehículos sobre los que existe evidencia [CONC98] de su poder cancerígeno son:

Acetaldehídos

El acetaldehído (CH3CHO) es un aldehído saturado, incoloro, de olor irritante, volátil, inflamable a la temperatura ambiente. Es soluble en agua, alcohol, éter, acetona y benceno. En la atmósfera contribuye activamente a la formación del smog fotoquímico. Se forma por oxidación de las olefinas y parafinas como el propano y el etanol. En la atmósfera se destruye reaccionando con el radical oxidrilo y otras especies químicas para formar formaldehídos o nitrato peroxiacetílico (PAN). Puede sufrir fotólisis y los productos reaccionar con el óxido de nitrógeno NO. El tiempo de residencia del acetaldehído en la atmósfera es de unas pocas horas durante el verano y del orden de 60 horas cuando la irradiación solar es menor. El acetaldehído se forma por la combustión incompleta de los hidrocarburos. Los catalizadores reducen las emisiones de estos compuestos. En las zonas urbanas existe una mayor concentración de este elemento por las emisiones que provoca el sector transporte. La adición de MTBE a las gasolinas no aumenta la producción de acetaldehídos, pero si la de ETBE y el bioetanol.

Benceno

El benceno (C6H6) es un hidrocarburo aromático. Es uno de los pocos compuestos orgánicos sobre los que existe regulación acerca de su concentración ambiental. El benceno es relativamente estable en la atmósfera, con tiempos de residencia de 2 a 6 días en verano. El benceno procedente del sector transporte representa alrededor del 25% del total del benceno al que se expone la población. En las zonas urbanas se encuentra en proporciones entre 1 µg/m3 y 7 µg/m3. En las gasolineras, por efecto de las emisiones evaporativas en las operaciones de repostaje, su concentración puede llegar a superar los 250 µg/m3. Se produce en la vaporización de la gasolina y en los gases de combustión.

Butadieno

El butadieno es un hidrocarburo aromático (C4H6). Se envía a la atmósfera por combustión de las gasolinas. Tiene un tiempo de residencia pequeño en la atmósfera por reacción con el grupo oxhidrilo: menos de una hora en el verano. Su oxidación puede dar lugar a la formación de formaldehído y acroleínas, dos sustancias tóxicas. 275


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Formaldehídos

El formaldehído es el aldehído más simple (HCHO). Los formaldehídos tienen diversos orígenes. El más frecuente es la combustión de las gasolinas en la automoción. Es un contaminante primario por emisión tras combustión y secundario por formación por la oxidación de muchos compuestos orgánicos. Es muy abundante en la atmósfera encontrándose en concentraciones de 0,6 ppb. Es el precursor del smog fotoquímico, reaccionando con otras especies químicas para formar ozono. El tiempo de residencia en la atmósfera es de 4 horas en los días de verano y hasta 10-20 horas en los días de invierno

Marco legislativo sobre emisiones No es fácil regular las emisiones de los vehículos ya existentes en un parque automovilístico. Como resultado de los esfuerzos regulatorios mencionados en este capítulo, se han publicado múltiples directivas europeas que han sido transpuestas a las correspondientes legislaciones nacionales. Los estudios que se han realizado en Europa para fijar los límites de emisión emplean un enfoque simplificado en el que se asigna a cada vehículo las emisiones específicas propias del estándar legal vigente el año de su venta. Los estándares limitantes de las emisiones han ido evolucionando de acuerdo con el progreso de la tecnología. A continuación se resumen los límites de emisiones resultantes de este marco legal europeo.

|Tabla 4| Límites de emisión en estándares europeos

Estándar Euro 1 Euro 2, IDI Euro 2, DI Euro 3 Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4

Resumen de límites de emisiones g/km en estándares europeos Vehículos de pasajeros Co Hcs Hc+nox nox Fecha Diésel 1992.07 2,72 0,97 1996.01 1,0 0,7 1996.01 1,0 0,9 2000.01 0,64 0,56 0,50 Gasolina 1992.07 2,72 0,97 1996.01 2,2 0,5 2000.01 2,30 0,20 0,15 2005.01 1,0 0,10 0,08

Pm 0,14 (0,18) 0,08 0,10 0,05 -

Fuente: composición propia a partir del marco legislativo europeo de los límites de emisiones

Conclusiones Los combustibles utilizados en el transporte son responsables de la emisión de contaminantes al medioambiente. De forma general se puede decir que, además de contribuir notablemente a la emisión de gases de efecto invernadero, sus concentraciones en los núcleos donde existe una densidad de tráfico elevada pueden ser perjudiciales para la salud humana, como existe evidencia experimental acumulada durante varios años. Esta información ha permitido elaborar funciones de daño para los diferentes contaminantes que permite evaluar sus externalidades. La autoridades locales de las ciudades con un número importante de habitantes han tomado conciencia de este problema y han instalado medidores de contaminación atmosférica en distintos 276


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puntos del entorno urbano, para comprobar que no se exceden los límites que pueden afectar seriamente a la salud de la población. Los ingenieros del sector de la automoción, conocedores de los impactos ambientales del transporte, tienen que dedicar sus esfuerzos a mejorar las características operacionales de los vehículos, mejorar el tráfico en las grandes ciudades para disminuir las concentraciones de contaminantes ambientales y comprobar que las características de los posibles nuevos carburantes pueden mejorar las emisiones producidas en el transporte. |❙|

Referencias [EEA_05] Environment and Health, European Environment Agency and Joint Research Center. [AUTO00] Auto oil programme, http:// ec.europa/environment/archives/autooil/index.htm [ANL_00] Fuel Cycle Emissions for Convencional And Alternative Fuel Vehicles: An Assessment Of Air Toxics. J. Winebrake, D. He, M. Wang, Center for Transport Research, Argonne National Laboratory ANL/ESD-44. [EPA_98] Draft Integrated Urban Air Toxics Strategy 1998, San Francisco. [CONC_98] Policyclic Aromatic Hydrocarbons Exhaust Emissions And Fuels. Hall, D.E. CONCAWE, Bruselas, 1998.

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Capítulo 27. Transporte ferroviario Antonio Fernández Cardador Paloma Cucala García Alberto García Álvarez Eduardo Pilo de la Fuente

Palabras clave Energía, transporte ferroviario, vehículo, electrificación, operación. En este capítulo se analizan las ventajas que presenta el ferrocarril en el uso eficiente de la energía y que le convierten posiblemente en el modo de transporte que más potencial tiene en el desarrollo de un transporte sostenible. Las principales razones son las siguientes: ❙ La formación de trenes mediante un número variable de vehículos permite adaptar la capacidad de transporte a la demanda, haciendo posible además capacidades muy altas (lo que mejora los rendimientos). ❙ En líneas electrificadas existe una interconexión entre los diferentes trenes, lo que permite aprovechar la energía regenerada en los frenados. Además, la tecnología de acumulación de energía permite diferir la regeneración y el consumo de energía en los frenados, permitiendo una gestión global de la energía. ❙ Existe un importante margen de reducción de consumos mediante una adecuada planificación y gestión del tráfico ferroviario, así como en la optimización de la conducción aplicando circulación en deriva (gracias a que el contacto rueda-carril presenta un rozamiento reducido), y en el diseño de horarios que aprovechen las características del perfil de la vía y sincronicen arranques y frenados.

Introducción. Peculiaridades energéticas del ferrocarril El ferrocarril, entendido como sistema de transporte de personas y de mercancías, se asienta sobre tres principios que lo diferencian de otros modos de transporte y que, como se verá, tienen una gran importancia en lo que respecta a su sostenibilidad en general y al consumo energético en particular: ❙ El ferrocarril, es un sistema guiado en el que los vehículos se mueven con un único grado de libertad. ❙ En el ferrocarril el transporte no se realiza, generalmente, en vehículos aislados, sino en conjuntos de vehículos unidos entre si formando “trenes”. ❙ En el ferrocarril las ruedas son de acero y se mueven sobre carriles que también son de acero. Existen diversas clases de ferrocarriles (de adherencia, de cremallera y funiculares) e incluso sistemas asimilados al ferrocarril (como el tren de levitación magnética) que no participan de alguno de los tres principios, pero son válidos para el resto de los ferrocarriles convencionales, incluyendo los de alta velocidad. Estos principios se concretan en unas aplicaciones que tienen consecuencias sobre el consumo de energía (y por ello sobre las emisiones asociadas) de los trenes. Estas aplicaciones pueden sintetizarse en cuatro: ❙ La electrificación permite el suministro de energía al tren de forma continua al circular el tren por caminos fijos. ❙ La regulación y automatización son posibles por el guiado y la forma de circulación de los trenes. 279


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❙ Elevadas distancias de frenado y posibilidad de marcha en deriva, debidas a la baja adherencia entre la rueda y el carril de acero. ❙ Gran capacidad de transporte especialmente en trenes de gran longitud. La electrificación de los ferrocarriles se concreta, desde el punto de vista energético, en: a) la posibilidad de emplear energía eléctrica; b) la posibilidad de disponer de freno regenerativo; c) la posibilidad de almacenar la energía; y d) la posibilidad de interactuar energéticamente con la red pública. La tracción eléctrica es dominante en los ferrocarriles modernos. En España, más del 80% de las toneladas movidas por ferrocarril lo son con tracción eléctrica. Las ventajas de la tracción eléctrica no proceden de un mayor rendimiento. De hecho, el rendimiento global de esta tracción no es muy diferente del de la tracción diésel. Sin embargo, la tracción eléctrica presenta tres ventajas sustanciales: ❙ La generación de energía eléctrica se puede haber empleado en parte fuentes renovables de energía o fuentes de energía que no contribuyen al agotamiento de los combustibles fósiles. ❙ Como consecuencia se reduce la emisión de gases de efecto invernadero frente a la tracción diésel. Estas emisiones son diferentes en cada país y en cada año, y pueden en algunos países llegar a ser nulas. ❙ Finalmente, las emisiones de gases tóxicos y contaminantes de efecto local se producen en las centrales de producción de electricidad, en vez de en el lugar del transporte. En el transporte urbano y en zonas muy pobladas o de ecosistemas muy sensibles a la contaminación ambiental. El freno regenerativo es un sistema del que disponen los trenes de tracción eléctrica que permite, al frenar, convertir la energía cinética y potencial en energía eléctrica. La energía eléctrica producida en el frenado puede: 1) ser disipada en unas resistencias situadas en el propio tren –freno reostático–, 2) ser aprovechada parcialmente en el propio tren, o 3) ser devuelta a la catenaria –freno regenerativo o de recuperación–. En general, la capacidad de la catenaria para absorber la potencia eléctrica está relacionada con el hecho de que exista uno o varios consumidores capaces de absorber esa potencia. Por eso, el frenado regenerativo es especialmente eficaz en ferrocarriles con muchas paradas y altas densidades de tráfico, como pueden ser los ferrocarriles de cercanías o metropolitanos para los que se obtienen recuperaciones de entre el 15 y el 30%. La energía que es devuelta a la catenaria, a su vez, puede ser: o bien aprovechada por otro tren, almacenada para su aprovechamiento posterior, o bien exportada a la red eléctrica pública a través de las subestaciones. También caben situaciones mixtas entre las anteriores. Para que se devuelva energía a la red eléctrica pública (como consecuencia del proceso de frenado de los trenes) hace falta que la subestación sea bidireccional. En líneas electrificadas en corriente alterna, el acoplamiento a la red pública se hace mediante transformador y, por lo tanto, las subestaciones son siempre bidireccionales. Para el año 2009, se estima que la cantidad de energía eléctrica (medida en la entrada de la subestación de tracción) devuelta a la red en una explotación de alta velocidad con una densidad de tráfico media [GARC05] puede ser de alrededor de 76,1 GWh, lo que supone un 85% respecto a la energía total regenerada por los trenes (unos 88,9 GWh). La diferencia entre los 88,9 GWh producidos y los 76,1 GWh devueltos a la red se emplean en consumos de equipos auxiliares de los propios trenes (10%) y en auxiliares de las instalaciones fijas y la energía consumida por otros trenes (29%), así como las pérdidas en el transporte y conversión. Para dar un orden de magnitud, la energía devuelta supone un 13,5% respecto a la energía total importada (que asciende a unos 560 GWh). En líneas electrificadas en corriente continua la subestación puede ser bidireccional, dependiendo del convertidor electrónico que se emplee para convertir la corriente alterna en continua. De hecho, lo habitual en España es que las subestaciones de continua no sean bidireccionales, lo que implica que se disipan cantidades importantes de energía en el freno reostático. Cuando la energía generada por el freno no puede ser aprovechada por el propio tren o por otros trenes, ni puede ser devuelta a la red pública, es posible almacenarla para su uso posterior: bien en el mismo tren (almacenamiento embarcado); o bien por otros trenes (almacenamiento en tierra). El 280


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Transporte ferroviario | Tema IV | Avances de Ingeniería

almacenamiento de energía de frenado no sólo se emplea para el ahorro de energía, sino también para reducir los puntas de potencia requeridas por el sistema ferroviario y para reducir las caídas de tensión entre subestaciones muy distantes. El almacenamiento puede ser en baterías (como en los tranvías Citadis Alstom de Niza), en volantes de inercia embarcados (como en los tranvías de Rotterdam y próximamente en la red suburbana de París), o en condensadores (como el MITRAC Energy Saver de Bombardier), en volantes de inercia fijos (como en la línea 1 del Metro de Londres o el proyecto ACE2 de Adif) o en supercondensadores (Metro de Madrid). El almacenamiento de energía excedente del freno regenerativo es, a pesar de los ejemplos anteriores, muy poco utilizado, y existen aún grandes incertidumbres sobre la mejor tecnología a emplear en cada caso y la estrategia de su combinación con otro tipo de acciones, así como sobre el mejor destino de este almacenamiento (ahorro de energía, reducción de puntas, alimentación de tramos con subestaciones separadas).

El vehículo La principal peculiaridad del material rodante empleado para el transporte ferroviario es que ofrecen el servicio formando trenes de un número variable de vehículos proporcionando el modo de transporte es de mayor capacidad. Así, en los servicios interurbanos son normales trenes de 300 plazas y se encuentran hasta de 1.600 plazas en Japón, mientras que los autobuses solamente disponen de 50 plazas y los aviones en distancias nacionales suelen estar en el orden de las 150-200 plazas. En Norteamérica, los trenes de mercancías tienen varios kilómetros de longitud y pueden llegar a transportar hasta 10.000 toneladas. El tamaño tiene una importancia decisiva en el consumo: en todos los modos de transporte puede observarse que para vehículos y servicios análogos, el consumo unitario por plaza se reduce al aumentar el tamaño del vehículo. Las razones de esta economía energética por la capacidad se debe a que no hay proporcionalidad entre la masa y la capacidad, y sobre todo al mayor rendimiento de los motores grandes frente a los de menor tamaño; y también al hecho de que le resistencia aerodinámica de presión (debida al choque del aire con la sección frontal del vehículo y a las succión de la sección de cola) es relativamente independiente de la longitud del tren: mayor longitud no incrementa la resistencia aerodinámica de presión y, por lo tanto, reduce el consumo unitario medio. El reducido rozamiento entre rueda y carril es una característica relevante de los vehículos ferroviarios que ofrece ventajas energéticas primero por una reducida resistencia mecánica al avance, y además por permitir circular durante largos recorridos en deriva sin consumir energía sin perder mucha velocidad. El tren AVE de Madrid a Sevilla circula normalmente el 60% de su recorrido en deriva perdiendo tan sólo siete minutos con respecto al tiempo que logra cuando circula a sus velocidades máximas. Sin embargo, el vehículo ferroviario se caracteriza también por una elevada tara en relación con la carga o con la capacidad que ofrece. En los trenes de viajeros, por ejemplo, la tara de los trenes suele estar entre 0,7 y 1,2 toneladas por plaza, lo que significa valores siempre por encima del doble de otros modos de transporte en el mismo segmento. El efecto de la masa sobre el consumo energético se deja sentir especialmente en los vehículos que prestan servicio con frecuentes paradas y velocidades reducidas como en metropolitanos. Este factor es menos importante en los trenes de alta velocidad con un perfil de velocidades habitualmente más homogéneo, y donde la resistencia aerodinámica es dominante.

La infraestructura eléctrica Desde el punto de vista estrictamente eléctrico, la principal forma de mejorar la eficiencia energética del sistema consiste en reducir la energía que se disipa bajo forma de calor que principalmente corresponde a la que se disipa en el freno reostático, y la que se disipa en el paso de la corriente eléctrica. Para ello, las actuaciones más inmediatas son las siguientes:

Favorecer la regeneración de energía de frenado

Hoy, la principal limitación de sistemas de frenado regenerativo reside en que sólo funcionan si la catenaria es capaz de absorber esa potencia eléctrica y, por ello, todos los trenes están equipados con 281


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otros sistemas de frenos complementarios. En general, la capacidad de la catenaria para absorber la potencia eléctrica está relacionada con el hecho de que exista uno o varios consumidores capaces de absorber dicha potencia regenerada situados suficientemente cerca. Según lo anterior, para favorecer la regeneración de la energía de frenado se están utilizando cada vez más las siguientes estrategias: ❙ Aumento del tamaño y el mallado de cada cantón eléctrico. En la medida en que existan más tramos interconectados entre sí, aumentará la probabilidad de que exista un receptor para la energía que regenera un tren que frena. ❙ Uso de dispositivos almacenadores de energía. Con independencia de la tecnología que usen para almacenarla, estos dispositivos pueden consumir energía de la catenaria (proceso de carga) o bien devolver energía a la catenaria (proceso de descarga), siempre hasta agotar la energía acumulada en el proceso de carga. El uso de estos dispositivos a lo largo de la catenaria permite aumentar la probabilidad de que exista posteriormente un receptor para la energía que regenera un tren. ❙ Uso de subestaciones de tracción reversibles. Las subestaciones de las electrificaciones de corriente continua, debido a la tecnología que se suele emplear (puentes de diodos), sólo pueden trasmitir la potencia eléctrica en un sentido –desde la red de distribución hacia la catenaria–. Por ello, cuando no existe otro tren que pueda consumir la energía que un determinado tren regenera, no se produce dicha regeneración. Por el contrario, si las subestaciones permitieran el flujo de potencia en sentido contrario –devolver energía desde la catenaria hacia la red de distribución– los trenes podrían devolver siempre la energía cinética que pierden al frenar. En las electrificaciones de corriente alterna, las subestaciones ya permiten transmitir potencia en ambos sentidos.

Reducción de las pérdidas óhmicas que se producen en el transporte de energía

La circulación de corriente por un conductor óhmico produce una pérdida de potencia que se traduce en un calentamiento del mismo, que es proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente que circula el mismo. Dado que la mayor parte del material rodante dispone de equipos electrónicos capaces de adaptar la tensión captada, desde el punto de vista eléctrico se puede hablar de cargas de tipo potencia constante (es decir, cargas en las que en las que el producto entre la corriente y la tensión se mantiene constante). Por ello, cuanto menor sea la tensión que le llega al material rodante, mayor será la corriente que necesitará consumir y por lo tanto mayores serán las pérdidas óhmicas en las que se incurrirá. En consecuencia, un aumento medio de las tensiones en catenaria puede mejorar la eficiencia del transporte de energía. Las medidas que favorecen el aumento de tensión en catenaria y disminución de pérdidas son las siguientes: ❙ Adición de subestaciones. Aunque suele ser una opción muy costosa y generalmente difícil de llevar a cabo, la adición de subestaciones permite reducir las distancias entre los puntos de consumos y los de suministro eléctrico y, en consecuencia, reducir las caídas de tensión y las pérdidas óhmicas. ❙ Refuerzo de la catenaria. El refuerzo de la catenaria (mediante adición de feeders de refuerzo) aumenta la sección de catenaria, reduciendo así su resistencia total y, en consecuencia, las pérdidas óhmicas en la misma. ❙ Aumento del mallado de cada cantón eléctrico. En la medida en que exista mayor interconexión entre los tramos de catenaria (por ejemplo, con puestas en paralelo en vías de dos sentidos o con topologías complejas), la potencia eléctrica a transportar se divide entre los conductores existentes. Al reducirse la corriente que circula por cada tramo de catenaria, se reducen las caídas de tensión y las pérdidas óhmicas. ❙ Uso de dispositivos almacenadores de energía. En general, el uso de almacenadores de energía reduce la longitud de línea que debe recorrer la corriente hasta llegar al material rodante, cuando los almacenadores se encuentran repartidos a lo largo del cantón eléctrico (en lugar de estar en las propias subestaciones). ❙ Uso de tensiones de alimentación mayores. Con carácter general, para suministrar una determinada potencia aparente, el uso de tensiones de alimentación mayores permite reducir en la misma proporción la corriente necesaria. Cabe indicar que la elección de una u otra tensión de alimentación es una inversión adicional pequeña en el momento de la electrificación de la línea, pero mucho más costosa cuando se trata de adaptar una instalación ya existente. ❙ Uso de compensadores de reactiva en líneas de CA. En sistemas de corriente alterna, el uso de compensadores de potencia reactiva permite elevar las tensiones y, por ello, reduce la corriente que circula por las líneas. El uso de estos dispositivos es muy habitual en la gestión de sistemas eléctricos. 282


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❙ Uso de sistemas bi-tensión novedosos, como 2 x 3.000 en corriente continua (CC) o 25/75kV en corriente alterna (CA). Se denominan sistemas bi-tensión a los sistemas de alimentación en los cuales se transporta la energía a una tensión superior a la tensión de alimentación, que se reduce mediante dispositivos situados en la propia infraestructura. Este concepto, empleado ya en el sistema 2 x 25 kV, es aplicable tanto a sistemas de corriente continua como a sistemas de corriente alterna y permite aumentar la tensión media a la que se transporta la potencia eléctrica. De este modo, se aumenta la capacidad de la electrificación y se reducen las pérdidas óhmicas.

La operación En los apartados anteriores se han descrito acciones orientadas a la mejora de la eficiencia energética en el transporte por ferrocarril por medio del diseño adecuado de los vehículos y de la infraestructura eléctrica. Por otro lado, el objetivo del operador es hacer el mejor uso posible de la infraestructura actual y de los vehículos disponibles para ofrecer un servicio de transporte adecuado con el menor consumo energético, de forma que permita además minimizar los costes de operación. Así como existe una tradición en la mejora de los rendimientos y de la eficiencia energética en general mediante el diseño de los sistemas de tracción y de la electrificación, la gestión de la operación se ha venido realizando dando prioridad a aspectos relacionados con el personal, el mantenimiento y el servicio ofertado. Sin embargo, por la importancia que ha cobrado el consumo de energía en el ferrocarril en los últimos años, se están abordando acciones específicas para mejorar la eficiencia en la operación que no requieren prácticamente inversiones en nuevo equipamiento, sino simplemente optimizar la planificación y regulación del tráfico ferroviario: ❙ Adecuación oferta-demanda. La primera medida para optimizar el uso del material móvil es no sobredimensionar la oferta de trenes, ajustando el número de trenes y su composición por franjas horarias. Esto requiere una adecuada planificación de los servicios y determinación realista del servicio mínimo que se oferta. ❙ Gestión del parque móvil. Disminuir en ciertas líneas el consumo de tracción asociado a recorridos sin viajeros por la gestión del parque a cocheras, a talleres de mantenimiento, retorno de trenes a puntos de comienzo de servicio, etc. De nuevo mediante la optimización de la gestión del mantenimiento y del parque se puede conseguir un margen considerable de ahorro. ❙ Regulación del tráfico de trenes. En tiempo de operación tradicionalmente la prioridad es proporcionar un servicio adecuado, especialmente en caso de retrasos e incidencias. Pero justo en estos casos, cuando se produce congestión de trenes, es cuando las acciones de control tienen mayor influencia sobre el consumo de energía, ya que obliga a los trenes a reducir su marcha o detenerse para volver a traccionar. En estos casos, las acciones eficientes de regulación se aplican a los trenes que siguen al que ha originado el retraso, disminuyendo su velocidad anticipadamente (mediante marchas reducidas y económicas). Además, estas acciones redundan en general en mejora de la regularidad del servicio. En el caso de líneas metropolitanas, en las que circulan un número alto de trenes sometidos a frecuentes retrasos, es fundamental la automatización de estas estrategias: en Metro de Madrid se ha implantado un regulador de tráfico diseñado por el IIT-ICAI que ha permitido medir ahorros del 18% de energía respecto a la regulación manual [FERN98]. ❙ Planificación eficiente del tráfico. Por último, existe un margen amplio de ahorro de energía asociado a la conducción del tren y a los horarios comerciales. El término que engloba a estos aspectos es el de conducción económica, que por su importancia se desarrolla en detalle a continuación.

Conducción económica

La conducción económica, en sentido amplio, trata de minimizar el consumo de tracción aprovechando al máximo las características del vehículo, de la infraestructura y del trazado (pendientes). Las estrategias de conducción económica se pueden clasificar en dos: ❙ Diseño eficiente del perfil de marcha. Fijado un tiempo de viaje entre dos puntos, se trata de ejecutar la secuencia óptima de consignas de control sobre el tren (tracción, deriva, regulación de velocidad o freno) que minimiza el consumo total. 283


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❙ Diseño eficiente de horarios. En los últimos años se está investigando especialmente el ahorro de energía en el ferrocarril asociado a los horarios comerciales. Se trata de repartir adecuadamente a lo largo del viaje los márgenes de tiempo que incluyen los horarios para permitir recuperar eventuales retrasos. Los criterios de reparto utilizados habitualmente sólo buscan garantizar un nivel de puntualidad, y el diseño eficiente de horarios considera adicionalmente criterios de reparto de colchones que minimizan el consumo total. Estas estrategias se basan en acumular mayores márgenes en tramos de la vía en los que es posible ahorrar mediante la aplicación de marchas en deriva. Para el cálculo del perfil óptimo del perfil de marcha incluyendo criterios energéticos es preciso desarrollar modelos diferenciados para líneas metropolitanas y para líneas de largo recorrido que recojan las características propias de ambos tipos de explotación. En cualquiera de estos casos, las técnicas que se aplican al cálculo de la conducción económica, son: ❙ Modelos de optimización basados en programación matemática. Estos modelos de resolución compleja exigen importantes simplificaciones que hacen que sean poco realistas y no se puedan aplicar a una línea y tren concreto [KHME00] [HOWL00]. ❙ Modelos basados en simulación, que permiten reproducir en detalle las características reales del material móvil, del equipamiento de conducción automática ATO o bien de la conducción manual, de la vía, etc. Estos modelos son detallados y realistas, por lo que los resultados que proporcionan son directamente implantables [LUKA01], [BOCH07], [WONG04]. Los modelos específicos para el cálculo de conducción económica en líneas de largo recorrido deben recoger el modelado de la conducción manual y proporcionar como resultado un conjunto de consignas ejecutables por el maquinista a lo largo del trayecto. Se han realizado numerosas iniciativas para valorar el ahorro de energía por conducción económica en líneas de largo recorrido en conducción manual. En el proyecto “A toda vela” realizado en 2000 en la línea de alta velocidad Madrid-Sevilla, el objetivo se logró mediante múltiples ensayos y mediciones de consumo de la conducción realizada por los maquinistas de dicha línea, con ahorros de entre el 10 y el 15%. Existen proyectos europeos (RailEnergy, Trainer) que tratan también de lograr una reducción del consumo en la conducción manual. En la actualidad el IIT-ICAI está trabajando en el proyecto ElecRail financiado por el Ministerio de Fomento con las principales administraciones ferroviarias y fabricantes de equipo en el que se desarrollan modelos para la optimización de marchas manuales en líneas de alta velocidad. Por otro lado, los modelos específicos para el cálculo de marchas económicas en líneas metropolitanas deben incluir las características propias del equipamiento de conducción automática ATO que luego se ocupará de ejecutar dichas marchas. Por tanto el resultado que proporcionan estos modelos son los valores de los parámetros de configuración del equipo ATO que deben ser programados. El IITICAI trabaja en colaboración con Metro de Madrid para la obtención de marchas económicas en sus líneas, dentro del los proyectos Efireg (financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación) y ElecRail. El proyecto Efireg desarrolla modelos basados en una simulación detallada que permiten reproducir todas las conducciones posibles en una interestación y seleccionar las marchas óptimas aplicando técnicas de teoría de la decisión. De los resultados de la simulación se puede concluir que se podría obtener un ahorro medio del 10% en el consumo de las marchas de ATO sin alterar los tiempos de recorrido [DOMI08]. El proyecto ElecRail tiene en cuenta también el grado de aprovechamiento de la energía regenerada por otros trenes y por el uso de acumuladores. El problema del diseño óptimo de perfiles de marcha y el de diseño eficiente de horarios está condicionado fuertemente por la utilización del frenado regenerativo. Se pueden distinguir aquellas estrategias destinadas a aumentar la sincronización de arranques y frenados, aquéllas que tienden a optimizar el uso de acumuladores y la devolución a la red de la energía regenerada durante los frenados, así como estrategias conjuntas que combinan las anteriores dependiendo de sus rendimientos. En líneas de alta frecuencia, durante horas punta, la probabilidad de coincidencia entre trenes frenando y traccionando es relativamente alta, por lo que no se consideran necesarias programar horarios forzando arranques y frenados. Sin embargo, en horas valle donde existe un horario publicado y hay menos trenes circulando, se obtiene ventaja de sincronizar mediante el horario los periodos de coincidencia entre arranques y frenados, aumentando la transmisión de energía regenerada. Esta estrategia está siendo ensayada por Metro de Madrid 284


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en sus horarios nocturnos dentro del proyecto Efireg, obteniéndose un importante incremento de los periodos sincronización [PEÑA08].

Conclusiones Como se ha descrito a lo largo de este capítulo, el ferrocarril es posiblemente el modo de transporte que más potencial tiene de cara al uso eficiente de la energía que consume, y que se apoya en las siguientes características: ❙ El contacto rueda-carril presenta un rozamiento reducido y permite la circulación en deriva. ❙ La formación de trenes mediante un número variable de vehículos permite adaptar la capacidad de transporte a la demanda, haciendo posible además capacidades muy altas (lo que mejora los rendimientos de tracción). ❙ En líneas electrificadas existe una interconexión entre los diferentes trenes, lo que permite aprovechar la energía regenerada en los frenados. Por ello, además de la optimización del consumo propio de cada tren, es posible optimizar conjuntamente el sistema. ❙ Además, los últimos avances en acumulación de energía por distintos medios (tanto embarcados como fijos) permiten introducir en el sistema elementos capaces de diferir la regeneración y el consumo de energía en los frenados, añadiendo nuevas posibilidades a la gestión global de la energía. ❙ Existe un importante margen de reducción de consumos mediante una adecuada planificación y gestión del tráfico ferroviario, sin necesidad de grandes inversiones: adecuación de la oferta a la demanda, optimización de la gestión de la flota en circulaciones sin viajeros (mantenimiento, etc.) y regulación centralizada del tráfico para reducir el consumo del sistema en su conjunto. ❙ Por último, se ha comprobado que existe un margen de ahorro considerable de consumo de tracción mediante la optimización de la conducción (tanto manual como automática), y en el diseño de horarios que aprovechen las características del perfil de la vía y sincronicen arranques y frenados. |❙|

Referencias [BOCH07] Bocharnikov Y. V., A. M. Tobias, C. Roberts, S. Hillmansen, and C. J. Goodman. Optimal Driving Strategy For Traction Energy Saving On DC Suburban Railways, IET Electric Power Applications, vol. 1, pp. 675, 2007. [DOMI08] Domínguez, M., Fernández Cardador, A., Cucala García, A., Cayuela L.P. ComputerAided Design Of ATO Speed Commands According To Energy Consumption Criteria, COMPRAIL International Conference, Toledo, September 2008. [FERN98] Fernández Cardador, A., de Cuadra García, F., García, A. Results Of The Implementation Of An Optimal Control System In An Integrated Control Centre For Metro Lines, 6th COMPRAIL Conference, pp. 553-562,. Advances in Transport Series Vol. 2, Sept. 1998. [GARC05] García Álvarez A. El tren de alta velocidad no es un depredador de energía. Revista DYNA, julio 2005. [HOWL00] Howlett P. The Optimal Control of a Train, Annals of Operations Research, vol. 98, pp. 65, 2000. [KHME00] Khmelnitsky E. On an Optimal Control Problem of Train Operation, IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 45, pp. 1257, 2000. [LUKA01] Lukaszewicz P. Energy Consumption And Running Time For Trains -Modelling Of Run ning Resistance And Driver Behaviour Based On Full Scale Testing, Doctoral Thesis, KTH, Stockholm, 2001. [PEÑA08] Peña Alcaraz, M.T., Fernández Cardador, A., Cucala García, A., Ramos Galán, A. Mathematical Programming Approach To Underground Timetabling For Maximizing The Use Of Regenerative Braking Power, International Workshop on Operational Research 2008. [WONG04] Wong K. K. and T. K. Ho. Coast Control For Mass Rapid Transit Railways With Searching Methods, IEE Proceedings-Electric Power Applications, vol. 151, pp. 365, 2004. 285


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Capítulo 28. Mejoras a corto plazo de la eficiencia energética de los automóviles Ángel de Andrés Martínez Eduardo García Sánchez

Palabras clave Automóvil, caja de cambios, motor híbrido, conducción. El presente artículo trata de la manera en que se pueden conseguir automóviles que contribuyan a un desarrollo sostenible, en un triple sentido: ❙ Que consuman menos. ❙ Que contaminen menos. ❙ Que generen menos cantidad de los llamados “gases de efecto invernadero”. En primer lugar se analizan los denominados como “factores intrínsecos del automóvil”, puesto que son aquellos que tienen que ver con su diseño y construcción. Finalmente se entra en los denominados “factores que tienen que ver con la conducción, no menos importantes que los primeros y que muy a menudo caen en el olvido. El artículo se centra en los aspectos más relevantes de cada tema, sin entrar en consideraciones tecnológicas de una gran profundidad, por lo que se podría decir que el presente artículo puede considerarse como de divulgación científico/técnica y apto para la lectura por personas que no precisan necesariamente de una formación en ingeniería, aunque sí nociones e interés por los temas tratados.

Factores intrínsecos del automóvil Se denomina de esta forma a aquéllos que tienen que ver con el diseño y construcción del mismo es decir, aquellos sobre los cuales los ingenieros tienen un mayor control. La |Figura 1| muestra un gráfico promedio del empleo del combustible almacenado en un depósito tipo de gasolina de 45 litros de capacidad. Salvando las diferencias entre vehículos de gasolina y vehículos diésel y entre los muchos y diferentes modelos y versiones que se pueden encontrar en el mercado, hay algunos aspectos que conviene resaltar y que son igualmente válidos con independencia de que los valores mostrados pudieran verse alterados por las razones antes citadas. Queda claro que, desde el punto de vista del balance energético, el automóvil es una máquina relativamente poco eficiente: sólo en las pérdidas derivadas del proceso de combustión se pierden 27 de los 45 litros iniciales y de los 18 restantes quedan sólo 8,4 tras vencer la fricción en el motor. No hay que olvidar también que cada vez que el vehículo se detiene, se tira literalmente en forma de calor que se envía a la atmósfera la mayor parte de la energía cinética inicial a través de los frenos. Y qué decir del consumo de los elementos auxiliares (aire acondicionado, bombas, luces, equipos de sonido…) donde no es de prever sino un aumento del consumo, puesto que cada día que pasa se instalan nuevos y más completos accesorios en el automóvil para mejora del confort en todas sus facetas. En base a todas estas consideraciones, merece la pena resaltar un conjunto de aspectos donde se está trabajando para la mejora de los sostenibilidad de los vehículos, en el tripe sentido en que el presente artículo hace referencia a: 287


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❙ Mejora de los materiales. ❙ Diseño aerodinámico. ❙ Nuevos combustibles (hidrógeno, biocombustibles, etc.). ❙ Motores eléctricos e híbridos. ❙ Optimización de los procesos de combustión, admisión y escape. ❙ Nuevos desarrollos de motores de combustión. ❙ Mejoras en la transmisión. |Figura 1| Reparto del consumo tipo en un automóvil

Accesorios

1 litro 2.3 litros

Neumáticos 2.2 litros Aerodinámica

Pérdidas de rozamiento del motor

Pérdidas de transmisión 6,7 litros

Pérdidas de combustión

8,4 litros 18 litros

Frenos

Energía de combustible necesaria

2.1 litros 45 litros Fuente: Revista “Investigación y Ciencia”. Autores: John DeCicco y Marc Ross

Hacia los micro-coches Un ensayo clásico de los motores, el llamado curvas de concha, consiste en lo siguiente: manteniendo el par de trabajo constante, se mide el consumo del motor para diversas posiciones del acelerador (lo que produce, por tanto, diferentes revoluciones del motor). De esta manera, situándose en un diagrama de ordenadas PAR y abscisas RÉGIMEN, se moverá en una horizontal, y cada medida permite indicar la proporción del gasto de combustible por unidad de potencia conseguida. Repitiendo el proceso para otros pares de trabajo, se “barren” abscisas del diagrama. El resultado de este laborioso ensayo se puede interpretar gráficamente si se unen todos los puntos de mismo rendimiento mediante unas curvas “iso-consumo”. Estas curvas se parecen a las curvas de nivel, y recuerdan las formas de las conchas (de ahí su nombre). Son bastante hermosas… Pero, si se miran con ojos de ingeniero, muestran rápidamente la cruda realidad: el motor sólo funciona de forma eficiente en la cima de esta “colina” para unas condiciones únicas de trabajo. En este gráfico se observa que el punto optimo de funcionamiento, se consigue a 2.500 rpm con un par de 160 Nm de los 220 Nm posibles que se podría conseguir a este régimen. Si se quiere utilizar esta enseñanza en la práctica, esto llevaría a conducir de la siguiente manera: Habría que tener el acelerador bastante pisado y disponer de una “súper quinta” para que el vehículo no pudiera embalarse y se mantuviera por ejemplo, en el caso del grafico, a 2.500 rpm. Cuanto más grande sean el coche y el motor, mayor será la velocidad que corresponde a estas condiciones. Para un coche medio esta velocidad se sitúa alrededor de los 100 km por hora. ¿Será cierto que de esta forma estamos optimizando el consumo? 288


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Mejoras a corto plazo en la eficiencia energética de los automóviles | Tema IV | Avances de Ingeniería

|Figura 2| Ejemplo tipo de “curvas en concha”

Fuente: Portal www.car-innovation.com ¡No! La experiencia demuestra que, circulando más lentos se gasta menos. La aparente paradoja es fácil de explicar: la búsqueda del punto óptimo del funcionamiento del motor hace olvidar que el coche es una máquina que penaliza extraordinariamente la rapidez, variando la potencia para vencer la resistencia aerodinámica con el cubo de la velocidad. Por esta razón, alejándose del punto óptimo del motor, siempre será ventajoso conducir muy despacio y se deduce que, cuanto más pequeño sea el motor, más cerca se estará del punto óptimo para estas pequeñas velocidades. Por otra parte, estadísticas (efectuadas con “cajas negras” a diversos conductores) arrojan este sorprendente resultado: en los coches de mediana y gran cilindrada, el 96% del tiempo se usa menos de la mitad de su potencia, y casi nadie ha utilizado nunca su potencia máxima (recuérdese que, para obtener esta potencia, además de acelerar a tope, se debe situar el motor cera de la zona roja del cuenta-vueltas). Estas observaciones hacen predecir que los coches han sido víctimas de “gigantismo” y se han convertido en un signo exterior de estatus. Un argumento al que recurren los propietarios de grandes coches es la seguridad que les produce en el caso de accidente. Pero, en el caso de chocar contra un obstáculo rígido, esta seguridad es engañosa porque la energía cinética almacenada es también mayor en un coche grande. Sólo se les da la razón en cuanto a los choques con los vehículos más pequeños. ¿Se asiste pues a la extinción de todos esos coches fabulosos que dejan un sabor agridulce entre admiración y envidia? Probablemente sí, y lo que sí es un hecho cierto es que se están desmitificando, y cada vez más gente los empieza a ver ahora como un signo exterior de insolidaridad y egoísmo…

Mejoras en la transmisión Tal y como ha mostrado el apartado anterior, la zona de rendimiento óptimo de un automóvil se mueve dentro de un margen muy estrecho. Este efecto es más acentuado aún en los motores diésel 289


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que en los de gasolina. Uno de los fines primordiales de las cajas de cambio es mantener al motor funcionando en la zona de óptimo rendimiento, con independencia de por dónde esté circulando el vehículo. En sus orígenes, las cajas de cambio son de marchas discretas y de accionamiento manual, por lo que la correcta elección de las marchas adecuadas a cada régimen corresponde al buen hacer del conductor. La evolución técnica ha llevado de éstas a las cajas de cambio automáticas, también de marchas discretas, donde ya el cambio en la relación de transmisión corresponde a un sistema automatizado que, si bien igual no es tan eficaz como un conductor modélico, si lo hace mejor que la mayoría de los restantes. Dejando aparte otras muchas variantes, como los sistemas pilotados que dan la opción de cambio manual, manual asistido o automático y otros como las cajas de cambio de tipo secuencial, el verdadero gran avance son las llamadas CVT´s o Cajas de Cambio de Marchas Continuas, donde la re lación de transmisión es la óptima para cada régimen de funcionamiento. Existen ya en el mercado modelos que incorporan este tipo de cajas y se está trabajando intensamente en distintos modelos para optimizar su funcionamiento y fiabilidad.

|Figura 3| Ejemplos de caja de cambios manual y automática de marchas discretas

Fuente: [HEIS99]

|Figura 4| Ejemplos de cajas de cambio de marchas continuas

Fuente: [HEIS99] 290


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Mejoras a corto plazo en la eficiencia energética de los automóviles | Tema IV | Avances de Ingeniería

Vehículos híbridos Los vehículos híbridos están siendo fabricados en la actualidad con bastante éxito por varias em presas de automoción; uno de los más populares es el modelo Prius de Toyota. Se basan en la com binación de dos sistemas: generador de energía eléctrica y motor de gasolina. Es decir, es la suma de un motor convencional y un motor eléctrico. Ambos entran en funcionamiento automáticamente según la velocidad y potencia requerida. El motor eléctrico funciona en el arranque, que es el momento en el que se consume más gasolina. Cuando las baterías del motor eléctrico se agotan o es necesaria mayor potencia entra en funcio namiento el motor convencional. Presenta las siguientes ventajas: ❙ Ahorro energético, debido a que los picos de potencia los proporcional el motor eléctrico. La eficiencia del combustible se incrementa notablemente y también recupera energía en las dece leraciones. ❙ Menor emisión de contaminantes atmosféricos que un motor convencional. ❙ Menor emisión de contaminantes acústicos que un motor convencional. ❙ Mayor autonomía que un motor eléctrico. Pueden repostar en cualquier gasolinera. ❙ En recorridos cortos no se utiliza el motor convencional, por lo que éste no trabaja en frío y mejora su envejecimiento. ❙ Mayor suavidad y facilidad de uso que un motor convencional. Y las siguientes desventajas: ❙ Mayor peso que un coche convencional (debido sobre todo al peso de las baterías), aunque pesa menos que un coche eléctrico. ❙ Existe más posibilidad de averías, por el simple hecho de tener dos motores. ❙ Los vehículos híbridos son más caros que los convencionales, aunque esto puede cambiar notablemente si se fabrican en gran número.

Factores que afectan a la conducción El estilo de conducción incide en gran medida en el consumo de cualquier automóvil, ya que los conductores tienen determinadas costumbres que aumentan el gasto en combustible y que, en oca siones, aceleran el envejecimiento del vehículo. Estos malos hábitos pueden corregirse siguiendo unos sencillos consejos al volante y en el mantenimiento del vehículo. Algunos consejos útiles para mejorar los hábitos relativos al uso y disfrute del automóvil serían: ❙ Respetar los límites de velocidad: ahorro del 7 al 23% del consumo. A partir de 90 kilómetros por hora el gasto de combustible crece exponencialmente por la resistencia del aire y las altas revoluciones del motor. ❙ Conducción eficiente: ahorro del 5 al 33% del consumo. Se trata de conducir a velocidades adecuadas, evitar acelerones y frenazos y las marchas largas. ❙ Retirar peso innecesario: ahorro del 2% del consumo cada 50 kilos. Afecta más a vehículos pequeños que a grandes. ❙ Evitar tiempos excesivos al ralentí: ahorro del 3 al 6% del consumo. Recientemente algunos modelos han adoptado un sistema automático que apaga y enciende el motor en las paradas típicas de una ciudad o un atasco, ahorrando hasta el 8% de combustible. ❙ Mantenimiento del motor: ahorro del 4% del consumo. Respetar los cambios periódicos de aceite recomendados por el fabricante. Realizar las revisiones periódicas, normalmente, una vez al año. ❙ Cambiar los filtros de aire: ahorro del 10% del consumo. Un filtro limpio permite “respirar” bien al motor y evita la entrada de partículas de suciedad al interior de los cilindros. ❙ Revisar la presión de los neumáticos: ahorro del 3% del consumo. Antes que por la economía, se debe hacer por la seguridad. Las ruedas son las que agarran el vehículo a la carretera. Una rue da con una sola décima menos de presión incrementa el gasto en un 0,4%. 291

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❙ Usar la graduación del aceite recomendada por el fabricante: ahorro del 3% del consumo. Usar un 10W30 en un motor diseñado para un 5W30 puede empeorar el rendimiento entre un 1 y un 2%. ❙ Evitar las horas punta y los atascos. ❙ Compartir coche. La ventaja principal de la conducción económica, además de ahorrar dinero, es que gracias a estas técnicas se contribuye rebajar la contaminación tanto ambiental como acústica reduciendo al menos en un 15% las emisiones de CO2 a la atmósfera. Al estar estas emisiones relacionadas con el consumo de gasolina o gasóleo, si disminuimos este consumo conseguiremos limitar en parte la contaminación.

Conclusiones De todo lo que se cita en el presente capítulo se pueden extraer las siguientes conclusiones generales: ❙ Que el automóvil es, desde el punto de vista energético, un sistema poco eficiente y por lo tanto, con mucho margen de mejora. ❙ Se han señalado aquéllos aspectos técnicos del vehículo donde se está trabajando y donde parece que existe este amplio margen de mejora, resaltando algunos que parecen de especial interés. ❙ No se ha querido olvidar que un estilo de conducción eficiente y responsable contribuye tanto o más a un empleo sostenible del vehículo de lo que pueden hacerlo las mejoras técnicas anteriormente citadas. |❙|

Referencias [DECI95] John DeCicco & Marc Ross. Hacia un mayor rendimiento del automóvil. Investigación y Ciencia, febrero 1995. [HEIS99] Heinz Heisler. Vehicle and Engine Technology. Arnold Publishers. 2nd Edition, 1999. [BAST93] Donald Bastow & Geoffrey Howard. Car Suspension and Handling. Ed. John Wiley & Sons, 1993. [GILE92] Thomas D. Gillespie. Fundamentals of Vehicle Dynamics.Published, By SAE, Inc., 1992.

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Tema V Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y Desarrollo Sostenible Coordinación: R afael Palacios Hielscher Capítulo 29. Las TIC y el desarrollo sostenible Nombre: Rafael Palacios Hielscher Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos Nombre: Andrés González García Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI, Master en Cooperación Internacional y EMBA. Cargo: Presidente Coordinadora Estatal de Comercio Justo y Coordination Manager Master Erasmus Mundus en Sector Eléctrico EMIN

Capítulo 30. Revolución informática en el mundo empresarial y eficiencia energética Nombre: Luis Martínez Fuentes Titulación: Licenciado en Ciencias Químicas (Unv. Murcia) Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos y Executive IT Architect (IBM España)

Nombre: Fernando Gómez González Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos Nombre: José Luis Gahete Díaz Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Director del Departamento de Sistemas Informáticos

Capítulo 31. Desarrollo del software y sostenibilidad Nombre: Eugenio Francisco Sánchez-Úbeda Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos

Nombre: Raquel Hijón-Neira Titulación: Ingeniero Informático Cargo: Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos. Universidad Rey Juan Carlos

Capítulo 32. Las comunicaciones como impulsor del desarrollo sostenible Nombre: David Contreras Bárcena Titulación: Ingeniero Informático del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos Nombre: Sadot Alexandres Fernández Titulación: Doctor Ingeniero en Telecomunicaciones Cargo: Departamento de Electrónica y Automática Nombre: Carlos Rodríguez-Morcillo Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Instituto de Investigaciones Tecnológicas Capítulo 33. Avances informáticos para simplificar y mejorar las gestiones administrativas Nombre: Javier Jarauta Sánchez Titulación: Ingeniero Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos y Director de Consultoría del Grupo SIA

Nombre: Rafael Palacios Hielscher Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos

Nombre: Yolanda González-Arechavala Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos

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Capítulo 34. TIC y sostenibilidad en el ámbito de la salud Nombre: Manuel Muñoz García Titulación: Licenciado en Ciencias Matemáticas Cargo: Departamento de Sistemas Informáticos. Director del Departamento de Informática de Empresarios Agrupados

Nombre: Romano Giannetti Titulación: Doctor Ingeniero Cargo: Director del Departamento de Electrónica y

Nombre: Antonio Muñoz San Roque Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Director del Instituto de Investigación Tecnológica. Departamento de Electrónica y Automática

Nombre: José Villar Collado Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Electrónica y Automática

Automática

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Capítulo 29. Las TIC y el desarrollo sostenible Rafael Palacios Hielscher Andrés González García

Palabras clave Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, aspectos medioambientales, aspectos sociales, desarrollo sostenible, TIC, brecha digital. En este capítulo, que introduce el Tema V del presente libro, se realiza una revisión general de la manera en que las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones pueden contribuir al desarrollo sostenible. El capítulo está organizado de acuerdo a los aspectos generales de la sostenibilidad: aspectos medioambientales, aspectos sociales y aspectos económicos. Sólo se ofrece una revisión general, de forma que en otros capítulos de este mismo Tema se desarrollan muchas de las ideas en mayor detalle.

Introducción Un aspecto preocupante de las TIC es el gran impacto ecológico que han tenido los ordenadores y otros equipos electrónicos por la cantidad de residuos que han generado y por la creciente potencia eléctrica que consumen. En gran medida ambos factores han estado derivados de la rápida evolución de los equipos, que tiene asociada una corta vida útil, y del aumento de potencia de cálculo, que tiene asociado un aumento de consumo. Sin embargo, incluso en estos aspectos se han producido importantes avances, como se comenta más adelante, y se puede frenar dicha tendencia mediante la utilización de nuevos materiales que no son dañinos para el medioambiente y de nuevas tecnologías (hardware y software) que reducen el consumo. Por otro lado, las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones tienen un gran impacto positivo en el desarrollo sostenible. Aunque la primera impresión puede indicar que las TIC no tienen relación directa con la sostenibilidad, lo cierto es que afectan a sus tres aspectos fundamentales: medioambiental, social y económico; si bien la incidencia en aspectos medioambientales se produce en mayor medida. Este capítulo describe en mayor medida cuáles son los efectos positivos de las TIC sobre el desarrollo sostenible, que son los aspectos que el ingeniero debe fomentar.

Aspectos medioambientales de las TIC Las TIC son herramientas fundamentales para conseguir invertir las actuales tendencias crecientes en consumo de materias primas y en emisiones contaminantes. No se puede afirmar que exista una contribución directa en todos sus aspectos, pero las TIC sí son determinantes en varias áreas relacionadas con la sostenibilidad medioambiental.

Reducción del consumo de papel

La mayor contribución de las TIC en la reducción del consumo de materias primas se centra en al reducción del uso del papel. Desde hace varios años, revistas, periódicos y multitud de documentos están disponibles en formato electrónico y no es necesario imprimirlos, ni transportarlos, ni almacenarlos en soporte papel. Destaca en este aspecto el formato electrónico de descripción de páginas PDF (Portable Document Format), desarrollado por Adobe en 1993 como sucesor de PostScript (también creado por Adobe en 1982) y que se convierte en estándar internacional ISO-32000 en 2008 [ISO_08]. 295

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Otro aspecto especialmente interesante de disponer de la documentación en formato electrónico es la facilidad de recuperación de documentos pasados, la capacidad de realizar búsquedas, y la posibilidad de enviar el documento electrónicamente. Se evitan desplazamientos a los archivos, manejo de papel, y creación de múltiples copias. El correo electrónico permite enviar cartas y documentos sin incurrir en gasto de papel y sobre y evitando el impacto ambiental asociado al transporte (además, cuenta con la gran ventaja de resultar casi instantáneo). Otro aspecto que ha mejorado mucho en la última década ha sido la posibilidad de hacer presentaciones en formato electrónico. La disponibilidad de proyectores en todas las salas de conferencias y en muchas salas de reuniones ha hecho desaparecer las transparencias (acetatos), y en muchas ocasiones, las fotocopias de la presentación, que ahora se distribuyen fácilmente por Internet o en dispositivos de almacenamiento electrónico reutilizables. El último gran avance en cuanto a reducción de papel está relacionado con los documentos con validez legal, y se ha podido iniciar gracias a los algoritmos criptográficos de firma electrónica (destacando el algoritmo RSA desarrollado en MIT en 1977 por Ron Rivest, Adi Shamir, y Leonard Adleman). Los documentos con firmas o sellos, tales como pedidos, recibos, facturas, instancias, formularios, etc. han experimentado una buena evolución en cuanto a automatización y tratamiento electrónico. Sin embargo, hasta hace poco tiempo resultaba imprescindible el paso final de imprimir y sellar o firmar a mano. Los algoritmos de firma electrónica [DELG06], que se basan en técnicas de criptografía asimétrica, generan un elemento de información (la firma electrónica) que liga unívocamente el documento electrónico con el certificado personal de la persona que lo firma. Dado que el certificado personal sólo lo posee su propietario y que el acceso al mismo está protegido por contraseña, se garantiza que el proceso de firma lo ha realizado la persona indicada. De hecho existe mayor seguridad que en un documento en papel firmado a mano por dos aspectos: ❙ El documento electrónico original no puede ser alterado después de haberse realizado la firma. En cambio, en el documento en papel es posible añadir texto a posteriori al papel firmado, por lo que resulta importante la custodia y la firma de todas las páginas y de múltiples copias. ❙ Se pueden obtener varias copias electrónicas del documento firmado, lo que permite obtener copias de seguridad con la misma validez que el original. Este aspecto contrasta con la pérdida de validez legal de la fotocopia de un documento firmado en papel, salvo que dicha fotocopia tenga a su vez respaldo legal. Existe sin embargo un peligro de robo de identidad por la posibilidad, bastante difícil en la práctica, de obtener una copia del certificado personal de una persona y de la clave que lo protege. Para subsanar esta amenaza, existe un procedimiento para anular (revocar) un certificado robado, mediante un aviso a la autoridad de certificación que automáticamente invalida cualquier uso del certificado. En España, el gran impulso hacia la introducción de la firma electrónica lo dio la Agencia Tributaria en 1999 al permitir entregar la declaración de la renta por Internet, utilizando firma electrónica con certificados emitidos por la autoridad de certificación de la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre. Posteriormente, en el año 2003 se crea la Ley de Firma Electrónica [FIRM03] que da soporte legal a cualquier documento firmado electrónicamente, equiparando el mismo valor a la firma electrónica que a la firma manuscrita (siempre que la firma electrónica se realice con un certificado reconocido). A partir de ese momento, va en aumento el número de gestiones que pueden realizarse completamente en formato electrónico. Inicialmente han sido las administraciones públicas quienes más han apostado por la gestión electrónica y los certificados digitales, y debido también al volumen de transacciones que realizan es donde mayor efecto de reducción de papel se ha producido. En un futuro cercano es de suponer que las tecnologías de firma electrónica van a extenderse a otros sectores, especialmente porque la introducción del DNI electrónico (DNIe) va a facilitar el proceso a los usuarios y va a aportar mayor seguridad (imposibilidad de obtener copias del certificado). De momento, la banca on-line sigue utilizando mayoritariamente procesos de validación que se basan en contraseñas secretas y códigos impresos, y que legalmente se apoyan en contratos específicos entre el cliente y la entidad. En un futuro próximo seguramente se va a introducir la manera de 296


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Las TIC y el desarrollo sostenible | Tema V | Avances de Ingeniería

validarse con DNIe. También en el mundo empresarial, la factura electrónica (iniciada plenamente en 2007 con la Orden 962/2007) está sufriendo una expansión enorme y va sustituyendo progresivamente a las tradicionales facturas en papel. El ahorro de papel, así como el ahorro derivado de un tratamiento automatizado, es importante si se tiene en cuenta que el volumen anual en España es de 4.500 millones de facturas [FACT08].

Reducción de la contaminación

El mayor impacto de las TIC en la reducción de emisiones contaminantes está vinculado con la reducción del número de desplazamientos que se produce gracias a estas tecnologías. La base de estas tecnologías son las infraestructuras de comunicaciones, lo que posibilita las siguientes actuaciones: ❙ Mantener reuniones virtuales mediante teleconferencia o vídeo-conferencia. ❙ Realizar gestiones telemáticamente por Internet (bancos, administración). ❙ Trabajar en casa en lugar de desplazarse a diario a la oficina (teletrabajo). ❙ Enviar cartas y documentos por correo electrónico o distribuir información por medio de servidores web. Además de las comunicaciones, también es necesario apoyarse en tecnologías hardware y software para poder llevar a cabo las anteriores actuaciones. Por ejemplo, para poder realizar gestiones telemáticas son fundamentales las tecnologías de Internet y de seguridad, para el teletrabajo destacan las tecnologías de redes privadas virtuales y para la distribución de información juegan hoy en día un papel relevante las redes sociales. Actualmente hay 45 millones de personas que trabajan de manera remota, según datos de Telework Coalition (http://news.cnet.com/ 8301-11128_3-9926239-54. html? tag=cnetfd. blogs.item). Los ordenadores, así como otros dispositivos electrónicos (PDA, iPod, móviles...) son productos de consumo que tradicionalmente se han caracterizado por utilizar componentes de gran impacto ambiental como baterías, metales pesados y plásticos de difícil (o imposible) reciclado. Es importante el esfuerzo que están realizando muchos fabricantes para producir equipos cuyos materiales sean respetuosos con el medioambiente, utilizando componentes de bajo consumo1, y la reducción del volumen de los embalajes (menos residuos y menos emisión de CO2 derivada del transporte de mercancías). Varias iniciativas contribuyen positivamente a incentivar a la industria a crear productos más respetuosos con el medioambiente, informando al comprador sobre la calidad del producto (etiquetas de calidad medioambiental) o sobre el grado de compromiso de las empresas (por ejemplo el informe “Ranking Verde de Electrónicos” (Greener Electronics Ranking) que publica Greenpeace regularmente2). También debe resaltarse la importancia que el software puede jugar a la hora de evitar tener que cambiar de equipo. Un cambio de hardware implica generar un residuo difícil de reciclar y consumir las materias primas asociadas al nuevo equipo. Si bien en muchos casos es necesario realizar el cambio, también es cierto que una actualización del software por una versión más avanzada que aproveche mejor los recursos disponibles, puede permitir alargar la vida de los equipos. Pero muchas veces ocurre justamente lo contrario, según [CARR08] “los requisitos gráficos y de memoria de Vista, el último sistema operativo de Microsoft, suponen la condena final para unos aparatos que hasta hace unos meses funcionaban a la perfección” y sin embargo el usuario medio no aprecia ninguna diferencia significativa en cuanto a funcionalidad.

Reducción del consumo eléctrico

En una primera aproximación, el uso de las TIC conlleva un aumento en el consumo de energía eléctrica, sobre todo porque el número de ordenadores personales y su potencia han experimentado un continuo crecimiento en las últimas décadas. Ahora bien, aunque el uso de las TIC llevan asociado un consumo de energía, se demuestra fácilmente que este consumo o bien queda totalmente compensado con los beneficios sociales y económicos que su uso produce, o sencillamente evita otros consumos de energía en igual o mayor cantidad. Por ejemplo las pantallas de tecnología LED de los portátiles Apple consumen un 30% menos de energía y tienen mejores prestaciones que las tradicionales. 2 http://www.greenpeace.org/international/campaigns/toxics/electronics/how-the-companies-line-up. 1

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Cuando un ordenador o un centro de computación se utilizan para realizar cálculos orientados a mejoras energéticas, está claro que la potencia consumida para realizar dichos cálculos resulta insignificante comparada con los beneficios derivados de los resultados que se pueden obtener. Si los ordenadores se utilizan para otro tipo de tareas, también aportan un beneficio que seguramente compensa con creces los efectos de la energía consumida. Sin embargo, en muchas ocasiones lo ordenadores están conectados sin realizar ningún cálculo y por lo tanto existe bastante energía eléctrica que se consume sin ningún beneficio aparente. Además esta cantidad de energía va creciendo a medida que aumenta la potencia de cálculo de los ordenadores |Figura 1|.

|Figura 1| Aumento de la potencia eléctrica en procesadores de la familia Pentium Procesadores Intel 140 120 Potencia (W)

100 80 60 40 20

X-3 ad Qu

Qu

ad

-2.

4

2 PIV -3.

PIV -3

8 PIV -1.

4 PIV -1.

z GH I-1 PII

PII

I-7

00

MH

z

0

Fuente: Intel

En entornos empresariales, el problema es aún mayor debido a que los grandes centros de proceso de datos (CPD) están más tiempo conectados y sin trabajar que los ordenadores personales (que se suelen apagar cuando van a estar inactivos, por ejemplo por la noche). Además, los CPD cuentan con sistemas de refrigeración, debido a la imposibilidad de realizar una refrigeración natural por la alta concentración de ordenadores, lo cual eleva el consumo eléctrico. Es interesante mencionar los avances en los llamados Green Data Centers, que son centros de proceso de datos modernos que se diseñan para optimizar el consumo de energía, especialmente en momentos de inactividad. Por otro lado, la evolución del software, unido a ciertos requisitos de los dispositivos electrónicos de uso cotidiano, también permite reducir el consumo energético mediante distintas estrategias: ❙ Utilizar algoritmos de cálculo adecuados para resolver el mismo problema en menor tiempo. ❙ Software para detectar condiciones de inactividad y enviar señales para que los dispositivos puedan apagarse o pasar a modo de bajo consumo. ❙ Componentes de software que permiten pasar a modo de inactividad (suspender o hibernar) con gran facilidad para el usuario. Muchas de estas técnicas han surgido gracias a la expansión de los dispositivos móviles como teléfonos, PDA y ordenadores portátiles, que ha creado gran inquietud en la industria por desarrollar técnicas que consigan alargar la duración de las baterías. Sin embargo, estas mismas técnicas se están aplicando con mucho éxito a otros sistemas fijos (ordenadores de sobremesa, televisores, electrodomésticos) donde el beneficio real es la reducción de consumo eléctrico. 298


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Aspectos sociales de las TIC Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, y en especial la rapidísima extensión de Internet y de los teléfonos móviles desde los años 90, han supuesto ingentes cambios sociales en todo el mundo, dando paso a una profundización y aceleración del proceso de globalización nunca visto antes. De hecho, se puede argumentar que las raíces de la actual crisis mundial se apoyan fundamentalmente en la dificultad de los estados para administrar procesos de esta magnitud a escala global (como por ejemplo el desacoplamiento entre las regulaciones financieras y la realidad del funcionamiento globalizado e instantáneo de los mercados de capitales). Escapa al ámbito de este capítulo analizar todos los cambios que la Sociedad de la Información ha impulsado, desde los modelos de vivir, trabajar y divertirse, a los peligros y nuevos retos que plantea respecto del desarrollo económico, social y humano. Sin embargo comenzaremos por mencionar los principales rasgos “sistémicos” de la revolución social que sucede a consecuencia de la popularización de las TIC, para luego analizar las diversas herramientas y su relación con el desarrollo humano y sostenible.

TIC y cambio social

La Cumbre Mundial sobre Sociedad de la Información celebrada entre 2003 y 2005 [MCYT03] analizaba ya los mecanismos que influyen en el desarrollo y consolidación de la Sociedad de la Información y el impacto de la era de la información y el conocimiento en la sociedad. Dentro de los aspectos de esta nueva “Sociedad Red” [Cast97], es importante destacar que no toda la población a escala nacional o global se beneficia del impacto de las TIC en la misma medida. La llamada “Brecha Digital” se manifiesta como una nueva brecha de desarrollo, especialmente si consideramos los principios de la cumbre de Río de 1992, según el cual “todos los seres humanos son el centro de las preocupaciones para el desarrollo”. Centrar el análisis de las TIC desde el punto de vista del Desarrollo Humano supone en primer lugar analizar la inclusión o exclusión electrónica (e-inclusión o e-exclusión) y analizar cómo los diferentes grupos humanos integran dichas tecnologías de una manera desigual. Por ejemplo según datos de la Unión Internacional de Telecomunicaciones, en 2006 el 58,6% de los habitantes de los países desarrollados tienen acceso a Internet, por tan sólo un 10,2% de los países del Sur. Estas divisiones se trasladan también al interior de los países. En España sólo el 9% de los mayores de 55 años son usuarios de Internet, mientras que entre los menores de 25 años, son el 90%. Por supuesto la brecha digital tiene también significación detallada por entornos sociolaborales, nivel educativo, etc. Sin embargo, es importante hacer notar que si bien hay una correlación evidente entre pobreza y e-exclusión, ésta se invierte en procesos globalizadores como la emigración, donde se puede comprobar un mayor uso de los medios de Internet y las comunicaciones móviles por parte de la población migrante con respecto a la población local en capitales desarrolladas, como es el caso de Madrid. Otro ejemplo de esto es el éxito del “Grameen Phone” en Bangladesh, que demuestra cómo las comunicaciones móviles de bajo coste, por su menor inversión en infraestructura, pueden suponer una revolución en la forma de vida y trabajo de las capas sociales de menores ingresos. También dentro de los aspectos sociales se enmarcan las iniciativas destinadas a promover el acceso universal a bienes y servicios. Evitar desplazamientos tiene un componente medioambiental, pero la manera en que esto ayuda a personas con discapacidad tiene una incidencia incluso mayor. En el ámbito de la salud, también se remarca la importancia del acceso universal a los métodos de diagnóstico, tratamientos médicos y sistemas de seguimiento. La telemedicina, que consiste en prestar servicios médicos a distancia, se apoya en las comunicaciones y otras tecnologías para poder llegar con mayor facilidad a zonas aisladas o de difícil acceso. De todas formas, según Manuel Castells [CAST97], la brecha más importante es y seguirá siendo el acceso al trabajo y a la carrera profesional, y antes al nivel educativo, porque, “sin educación, la tecnología no sirve para nada”. En una reciente entrevista argumentaba: “Ahora bien, en la sociedad de Internet, lo complicado no es saber navegar, sino saber dónde ir, dónde buscar lo que se quiere encontrar y qué hacer con lo que se encuentra. Y esto requiere educación. En realidad, Internet 299


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amplifica la brecha social más vieja de la historia, que es el nivel de educación. Que un 55% de españoles adultos no haya completado la educación secundaria, ésa es la verdadera brecha digital”.

Internet, información, redes sociales y educación

La brecha tecnológica entre los países desarrollados y el tercer mundo se puede reducir con ayuda de las TIC gracias a la facilidad que ofrecen para distribuir información y a las iniciativas de construir equipos portátiles de bajo coste. Promoviendo el acceso universal a Internet, uno de los mayores beneficios se produce a nivel de educación, que en muchas ocasiones se considera el mayor impulsor del desarrollo. Para poder facilitar el acceso a Internet en países en desarrollo (o también en zonas aisladas de países desarrollados) son fundamentales las infraestructuras inalámbricas por su capacidad de despliegue rápido y de menor coste. También es fundamental para esta labor social la posibilidad de disponer de software barato (o gratuito), sencillo de utilizar y con bajo nivel de mantenimiento. En este sentido juega un papel importante el software libre y las herramientas basadas en redes sociales donde es de esperar que el mundo desarrollado sea el principal aportador de contenidos y el mundo en vías de desarrollo el principal consumidor. El nivel de participación en las redes sociales se encuentra en continuo aumento y sus servidores contabilizan los niveles más altos en cuanto a número de visitas y aportaciones de los usuarios. Según un estudio publicado por “compete.com” en febrero 2008, las cinco redes sociales con más tráfico tienen más de 20 millones de visitas al mes.

|Tabla 1| Nivel de tráfico de las redes sociales más populares

1 2 3 4 5

Website myspace.com facebook.com classmates.com myyearbook.com bebo.com

Monthly Visitors 65.744.241 28.563.983 3.019.762 3.019.762 3.540.465

Monthly Visits 955.057.928 326.418.930 20.022.490 20.022.490 19.282.335 Fuente: compete.com, febrero 2008

En términos educativos, quizás el sitio que más información puede aportar sea Wikipedia, que tiene 2,6 millones de artículos en inglés (400.000 en español). También hay sitios dedicados a ofrecer material educativo de forma gratuita como World of Education (http://www.educationworld.net/). El hecho de que plataformas de formación online como Moodle (moodle.org) hayan alcanzado a 21 millones de usuarios en seis años, con traducción a 75 idiomas desde más de 46.000 sitios de Internet es muy significativo sobre el uso y el potencial de las TIC en la educación.

TIC y cooperación al desarrollo humano

Según [Acev04] mucho se ha avanzado en el aprovechamiento de las TIC para el desarrollo humano en pocos años. Sin embargo este avance se ha producido de forma lenta, irregular y sin planificación, desaprovechando gran parte de las potencialidades que presenta. El primer paso supone superar el “dilema de Gates” que el fundador de Microsoft planteaba con la siguiente pregunta “¿Qué se debe escoger, medicinas o computadoras?”. Si bien puede parecer evidente que en situaciones de subdesarrollo hay que anteponer las políticas directas de satisfacción de necesidades esenciales al uso de las TIC, se trata en el fondo de un dilema falso, pues contrapone una necesidad con una herramienta. Las TIC no satisfacen necesidades básicas, pero sí pueden posibilitar su satisfacción (como por ejemplo permitiendo la telemedicina en lugares donde no exista acceso a un servicio médico o mejorando la educación), y ese es el enfoque que le damos en este capítulo. Las TIC son además una herramienta transversal, con efecto en muchas áreas de intervención sobre el desarrollo humano: salud, educación, generación de ingresos, gobernabilidad, democratización. 300


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El proceso de desarrollo necesita además de información y de su conversión en conocimiento útil para el crecimiento social y económico. Por tanto las TIC, como instrumento de gestión de la información y las comunicaciones, tendrán tanto valor como lo tenga la información que gestionan. Por tanto es fundamental responder cuatro preguntas: ¿Para qué sirve la información en ese caso concreto? ¿Cómo se gestiona, recoge, transforma, utiliza y comunica por los actores locales? ¿Qué necesidades no están satisfechas? ¿Qué usos de la información o comunicaciones pueden mejorarse o añadirse a los ya existentes? Nadine Gordimer, escritora sudafricana y premio Nobel de Literatura, definía la pobreza de esta manera tan precisa como elegante: “la pobreza es la suma de todas las hambres”. Desde esta perspectiva, en coherencia con la visión integradora del “Desarrollo Humano”, la información es esencial para luchar contra todas las “hambres”. La integración de las herramientas basadas en las TIC en la cooperación para el desarrollo humano se debe hacer también desde una visión sistémica del desarrollo, en la que las diferentes políticas y necesidades son interdependientes entre sí, cuánto más cuando están integradas en procesos globales amplísimos que a su vez son producto de la nueva “Sociedad Red”.

Aspectos económicos de las TIC En el aspecto de sostenibilidad económica, las TIC contribuyen a mejorar todas las gestiones administrativas y empresariales. No sólo se consigue una mayor velocidad de proceso, sino también mayor fiabilidad con una tasa de errores bajísima. Un aspecto importante es la facilidad de escalar la capacidad de proceso una vez que el sistema automatizado ha sido implantando. Este aspecto permite garantizar una continuidad en la funcionalidad del sistema incluso ante un desarrollo rápido. La gestión de las grandes empresas sería impensable actualmente sin la ayuda de los sistemas informáticos y los centros de proceso de datos, y si hoy en día estos sistemas desaparecieran llevarían a las empresas a la quiebra. El nivel de interacción entre empresas está creciendo enormemente porque muchas de ellas tienen a externalizar servicios y se afina cada vez más en evitar grandes pedidos que generan gastos de almacenamiento. El volumen de pedidos y de número de facturas crece, pero se obtiene más rigor en su control y más agilidad gracias a las TIC. Lo mismo se puede decir de la administración, ya que el sistema que funcionaba hace 30 años sería inviable hoy en día debido al incremento del número de trámites. Análogamente está el caso particular de la Sanidad que sería insostenible sin herramientas tecnológicas como la tarjeta sanitaria, las bases de datos de historiales clínicos, las comunicaciones de los equipos de emergencia o la gestión de los medicamentos.

Conclusiones En este capítulo se han revisado de manera breve los aspectos en que las TIC contribuyen al desarrollo sostenible desde las perspectivas medioambiental, humana y económica. La emergencia de las TIC ha contribuido más que cualquier otro fenómeno a los procesos de cambio del final del siglo XX y principios del XXI dando paso a lo que denominamos la globalización, cuyo principal componente es la información global y su comunicación inmediata a cualquier lugar del mundo, lo que acompaña procesos económicos y sociales de una magnitud y gradiente hasta ahora desconocidos. La introducción de las TIC ha sido muy rápida, los equipos electrónicos tienen una vida útil muy corta (por cambios tecnológicos y por “modas”) y los equipos desechados son difíciles de procesar, esto ha producido un importante impacto ambiental: “basura tecnológica”. Sin embargo, es posible desarrollar equipos y componentes reciclables y que no contengan compuestos peligrosos. También es posible, mediante software, minimizar el consumo eléctrico durante la utilización de los equipos y alargar su vida útil añadiendo funcionalidades nuevas a equipos existentes. Por otro lado, existen muchos aspectos positivos, relacionados con el uso de las TIC, que contribuyen al desarrollo sostenible en todos sus aspectos y que se han comentado en este capítulo. El 301


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ingeniero del ICAI, y más concretamente los ingenieros informáticos y los ingenieros industriales de las especialidades de electrónica y organización, tienen un papel importante en la sociedad por su capacidad de contribuir mediante las TIC a la mejora de estos aspectos y de comprender los procesos de desarrollo que acompañan la expansión de la “Sociedad Red”. |❙|

Referencias [ISO_08] “ISO 32000-1: Document management -- Portable document format -- Part 1: PDF 1.7”, International Organization for Standarization, 2008. http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=51502 [Delg06] V. Delgado y R. Palacios. Aplicaciones prácticas de la criptografía, “Anales de Mecánica y Electricidad”, vol. LXXXIII, nº II, pp. 10-16, marzo de 2006. [Firm03] Ley 59/2003 de 19 de diciembre sobre Firma Electrónica. Boletín Oficial del Estado, nº 304, pp. 45329-45343. http://www.boe.es/boe/dias/2003/12/20/pdfs/A45329-45343.pdf [Fact08] La facturación electrónica ayuda a las empresas a reducir gastos en época de crisis. Portal de la factura electrónica de CECARM, 8 de septiembre de 2008. http://efactura.cecarm.com/ servlet/efactura.servlets.Sl?J=novedades&n=20784 [MCYT03] La sociedad de la Información en el siglo XXI: un requisito para el desarrollo. Ministerio de Ciencia y Tecnología. Posición española en la cumbre de Mundial de Naciones Unidas sobre la Sociedad de la Información, diciembre de 2003. http://www.oei.es/salactsi/Texto_publicacion_esp.pdf [Acev04] M. Acevedo. Las TIC en las políticas de cooperación al desarrollo: hacia una nueva cooperación en la sociedad red. Cuadernos Internacionales de Tecnología para el Desarrollo Humano nº 2. Ingeniería Sin Fronteras, septiembre de 2004. http://www.cuadernos.tpdh.org/ ant_indice.php?id=9 [Cast97] M. Castells. La era de la información: economía, sociedad y cultura. Alianza Editorial 1997-1998 (tres volúmenes). http://www1.pre.gva.es/argos/fileadmin/argos/datos/RVEA/libro_24 /325-24.pdf [CARR08] C. Carroll. Basura tecnológica, National Geographic, vol. 22, nº 2, pp. 23-53, febrero de 2008.

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Capítulo 30. Revolución informática en el mundo empresarial y eficiencia energética Luis Martínez Fuentes Fernando Gómez González José Luis Gahete Díaz

Palabras clave Eficiencia energética, Centros de Proceso de Datos, Green Data Centers, CPD, consumo de energía, virtualización, consolidación, alimentación eléctrica, racionalización, ahorro, gestión del servicio. Este capítulo analiza la enorme revolución que se ha producido en el mundo empresarial de la mano de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, su impacto en el medio ambiente y las iniciativas llevadas a cabo por la industria para corregir estos efectos a través de una mayor eficiencia energética de dichas tecnologías. Dentro de estas iniciativas del sector, se detallan las correspondientes a los llamados Green Data Centers, tanto las que aplican a los equipos como a la infraestructura. Se cita la importancia de seguir las mejores prácticas en la gestión del servicio que permita la racionalización en el uso de los recursos informáticos.

Introducción A la empresa tradicional han llegado nuevas tecnologías de comunicaciones, Internet, la digitalización, los Sistemas Integrados de Gestión, el comercio electrónico, la convergencia de las tecnologías, etc. Este cambio supone una revolución en el planteamiento de los negocios convencionales así como la aparición de nuevos tipos de negocios o empresas virtuales. El cambio ha sido posible por la incorporación de las Tecnologías de Información y Comunicaciones (TIC) de forma progresiva y constante en los últimos 40 años. Actualmente cada puesto de trabajo tiene un ordenador conectado a servidores locales, remotos y/o Internet. Esto supone un incremento del número de equipos tanto en las organizaciones como en los Centros de Proceso de Datos (CPD). Asimismo, se ha producido un fuerte crecimiento en el número de hogares con ordenador y cada vez se hace más frecuente su utilización para una nueva modalidad de trabajo a distancia conocida con el nombre de Teletrabajo. Esta revolución derivada del uso de las TIC ha permitido una creciente automatización de los procesos de las empresas y de los servicios a los clientes y a los ciudadanos, con el consiguiente aumento de la sostenibilidad; se ha disminuido y en algunos casos eliminado el uso del papel, se han reducido de forma significativa los desplazamientos de las personas y los bienes y se ha mejorado enormemente la productividad. Por otro lado, a ningún observador de la realidad se le escapa que esta explosión tecnológica y empresarial ha traído un aumento significativo del consumo energético global. Mejorar la eficiencia energética es un reto hoy en día para la sociedad en general, y para el sector de las TIC en particular. La reacción del sector está siendo muy relevante, y se están poniendo muchas soluciones a disposición del mercado encaminadas a reducir el impacto que estas tecnologías tienen sobre el medio ambiente. Una parte significativa de este artículo está dedicada a los nuevos centros de proceso de datos, los llamados Green Data Centers; es una de las áreas de las TIC donde más se está trabajando para paliar ese impacto negativo que la citada revolución empresarial está causando. 303

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En mayo de 2008 la Comisión Europea anunció que potenciará las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones ecológicas en todos los sectores productivos de la UE, con el fin de mejorar la eficiencia energética y contribuir a la lucha contra el cambio climático, empezando por los edificios, el alumbrado y la red eléctrica. La comisión apunta que una generalización de la implantación de las TIC, responsables actualmente del 2% de las emisiones de CO2, “contribuiría a reducir considerablemente la huella del carbono [CAFO08] en Europa”. Es obvio que este trinomio energía-ecología-economía remite de forma inmediata a hablar de eficiencia energética. Se trata de reorientar la tendencia actual del consumo de energía (y su efecto contaminante), sin que suponga un impacto negativo en el desarrollo, o una reducción en el nivel de vida de la sociedad o en la productividad. La Comisión Europea opina que las tecnologías de la información y las comunicaciones podrían contribuir a la eficiencia energética en los distintos sectores de la economía “sin dejar por ello de contribuir en un 40% al incremento de la productividad en la Unión Europea”, y que “el hecho de promover un mercado puntero para esas tecnologías de gran eficiencia energética puede ser también una fuente potencial de competitividad, crecimiento y empleo”.

eBusiness, banca online y teletrabajo Antes de profundizar en las iniciativas de los centros de proceso de datos verdes, conviene analizar más en detalle los nuevos modelos de eBusiness, la banca online y el teletrabajo.

eBusiness

La expansión y popularización de Internet ha supuesto la aparición de negocios a través de la red, dando lugar a lo que se denomina eBusiness. Se trata de algo más que la venta a través de Internet (eCommerce) y comprende también la posibilidad de compartir Información y Conocimiento. Abarca, por tanto, todos los procesos internos y externos propios de un negocio. La información y el conocimiento que aporta el eBusiness, tanto a la organización como al mercado, genera mayor innovación y, por tanto, desarrollo tecnológico, económico y social. Ikujiro Nonaka [NONA96] expone en su modelo la relación que existe entre la Innovación y la organización inmersa en un ciclo de “aprendizaje continuo” y su modelo está implantándose en gran parte de las organizaciones. Este desarrollo no tiene por qué ser sostenible pero aparece la oportunidad de introducir criterios de sostenibilidad. El eBusiness no es solamente una tecnología a implantar, supone rediseñar por completo el modelo de negocio, la estrategia, los procesos, las competencias principales, los canales de acceso al mercado y la cadena de suministro. Se han de adaptar todos los procesos de compra/venta y marketing de productos y servicios a Internet. La cadena de valor, propia de las empresas tradicionales, cambia a otro nuevo concepto que se denomina red de valor. Es decir, en un proceso de venta intervienen varias empresas, algunas de ellas virtuales, de tal manera que entre el proveedor y el cliente existen una serie de nuevos procesos que implican que la bondad de un producto o servicio depende no solamente del primero sino de toda la Red de Valor. En este escenario, tal y como se muestra en la siguiente figura, aparecen dos actores muy importantes en todo el proceso, el gestor de cobro (Banca Virtual) y el nuevo operador logístico (eLogistica) que realiza la distribución del producto. De este último dependen gran parte de los consumos de recursos naturales y, por tanto, de la optimización y mejora de sus procesos dependerá su contribución a la sostenibilidad. El eCommerce se está consolidando gracias al crecimiento de la confianza de los usuarios, comodidad y reducción de los precios de venta de los productos o servicios, provocando un fuerte incremento del uso del transporte lo que implica más emisiones de CO2 y la necesidad de nuevas y mejores infraestructuras. Por otro lado, las nuevas tendencias en este sentido apuntan hacia un transporte inteligente desarrollando nuevas tecnologías, herramientas y dispositivos que permitan incrementar la eficacia y calidad de los servicios asociados al transporte, aprovechando los recursos disponibles y las restricciones de los diferentes modos de transporte. En este sentido hay una tendencia generalizada en Europa a eliminar los efectos nocivos que supone la utilización masiva de la carretera tratando de usar el transporte intermodal (ferrocarril, barco...) mejorando la coordinación y el control de los cambios de modo. Actualmente el sector es sensible y se están incluyendo en la 304


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|Figura 1| Esquema del eCommerce Cliente

Gestor de Cobro C. Cargo Transacción

A. Proceso de Compra B. Abono Transacción

Operador Logístico Empresa toma de decisiones factores tanto económicos como medioambientales y sociales para realizar un transporte sostenible. El operador logístico tiene otros problemas asociados dado que en algunos casos es muy difícil la consolidación de los envíos, la capilaridad de los recorridos, el horario de reparto y la gestión de devoluciones, lo que penaliza el coste logístico y los consumos de carburante, sobre todo en la “última milla”. Durante los últimos años la investigación operativa se ha encargado de aportar soluciones a los problemas de optimización del transporte como son el problema del viajante, acomodación de la carga, optimización de rutas, etc. obteniendo soluciones cada vez mejores y en menor tiempo gracias a la potencia computacional de los ordenadores actuales. En esta nueva economía, el operador logístico realiza funciones propias de otros actores de la economía tradicional; como son servicios de instalación y puesta en marcha, atención al cliente, gestión de cobro, gestión de devoluciones, etc. De esta forma se disminuyen los desplazamientos y, por tanto, los consumos energéticos dado que este actor asume los roles de otros del comercio tradicional. Por otro lado se reducen los consumos para los usuarios dado que no tienen que desplazarse al punto de venta. Tampoco hay que olvidar dentro de la red de valor la creciente reducción de los costes de exposición al público y de aprovisionamiento de los productos gracias al escaparate virtual y la optimización de almacenes. Cabe destacar la enorme influencia que ha tenido en este nuevo modelo de negocio de eCommerce la banca, especialmente con su apuesta por los sistemas transaccionales seguros con protocolos estandarizados SSL y SET 1; permiten dar la suficiente confianza al usuario para completar el proceso de venta y obtener los beneficios económicos, sociales y medioambientales.

La banca online

Aprovechando las sinergias TIC y la confianza del usuario, la banca ha establecido un nuevo canal conocido como banca online. Esta aporta una reducción del número de oficinas y su tamaño lo que permite una disminución de costes. Asimismo se evitan desplazamientos y se mejora la rapidez de las operaciones. ssL - Secure Sockets Layer: protocolo criptográfico que proporciona comunicaciones seguras por una red, habitualmente Internet. seT - Secure Electronic Transaction: protocolo para proporcionar seguridad a una transacción con tarjeta de crédito en Internet.

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Las Administraciones Públicas han dado un paso importante al otorgar validez legal a los documentos electrónicos (facturas, recibos, etc.). De esta forma se reducen los costes de emisión de documentos así como un ahorro de papel que se estima en cientos de millones de euros anuales.

El teletrabajo

El tercer aspecto mencionado en este capítulo es el teletrabajo o trabajo a distancia: modalidad donde el empleado realiza sus funciones, en un porcentaje superior al 20% fuera de la ubicación física de la empresa, empleando para ello las TIC; éstas se convierten en el nexo de unión entre la empresa y trabajador. Existen numerosos estudios [MOLI04] que analizan esta nueva modalidad de trabajo y sus ventajas, tanto para el empleado como para el empleador; entre ellas cabe destacar, la reducción de tiempo necesario para el desplazamiento al centro de trabajo y la contribución al bienestar social y medioambiental. Desde el punto vista social, el teletrabajo favorece las relaciones sociales y empresariales en el ámbito local dado que los trabajadores pasan gran parte de su tiempo en el área de influencia doméstica. Además, facilita la integración de personas con alguna discapacidad al mundo laboral, dado que no tienen la necesidad de desplazarse al centro de trabajo y que las viviendas suelen estar adaptadas a las minusvalías. Asimismo, esta nueva forma de trabajo está frenando el éxodo de la población rural hacia núcleos urbanos, ya que no es necesario trabajar en la sede social de la empresa. Por otro lado, las ventajas derivadas de los menores costes para las grandes empresas, están llevando a éstas a la creación de centros de trabajo en las zonas rurales. En lo que al medio ambiente se refiere, es evidente que el teletrabajo permite disminuir las emisiones de CO2, por la reducción de los desplazamientos al centro de trabajo utilizando transporte privado o público. De igual modo, parece equilibrado el balance de consumos energéticos de luz, calefacción, etc. que se realiza en el hogar frente al de la sede central de la empresa. Cabe destacar que el auge experimentado por esta nueva modalidad de trabajo ha sido posible gracias al desarrollo de Internet y más concretamente a la Red Privada Virtual (VPN) que extiende la red local de la empresa sobre Internet proporcionando además los medios necesarios para que la conexión sea segura.

Iniciativas de eficiencia energética en los centros de proceso de datos

En septiembre de 2007, la compañía de Tecnologías de la Información IBM y los analistas de Economist Intelligence Unit generaron un informe titulado IT And The Environment: A New Item On The CIO A genda? [ITEN07], donde se indicaba que aunque la mayoría de las organizaciones dicen que son verdes, muchas de ellas no están haciendo tanto como podrían. Dos tercios de los más de doscientos ejecutivos encuestados decían que sus organizaciones tenían un responsable ejecutivo a cargo de los temas de energía y medio ambiente; sin embargo, sólo un 45% de las compañías tenía un programa en marcha para reducir la huella de carbono. Además, de los que tenían un programa para reducir las emisiones, la mayoría (52%) no tenía objetivos específicos a cumplir, y había sólo un 9% que manifestaban que serían carbono neutral2 en el 2012. Se prevé que entre los años 2000 y 2010, las instalaciones tecnológicas se multipliquen por seis en cuanto a volumen de servidores, y por 69 en cuanto a la capacidad de almacenamiento. El coste energético de un CPD por unidad de superficie es de media 20 veces más alto que el de un entorno de oficinas. Los centros de proceso de datos han multiplicado por dos su consumo de energía en los últimos cinco años, mientras que la energía se ha incrementado de precio en un 10% (en Estados Unidos). Cerca del 90% de los CPDs se han construido con anterioridad al año 2001, y según indican los expertos, aproximadamente un 70% de los mismos necesitarán ser renovados, ampliados o reubicados en el 2009. A la vista también de estos datos, parece claro de nuevo que la clave está en la “eficiencia energética”. Ser “carbono neutral” significa eliminar de la atmósfera tanto CO2 como el emitido. Se recurre a la compensación de carbono apoyando proyectos como los de los parques solares. 2

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Perseguir la reducción en el consumo de energía requiere conocer dónde y cómo se usa dicha energía en los CPD’s. Para ello, hay que analizar tres vistas diferentes del centro de proceso de datos: ❙ Cómo se distribuye el uso de la energía dentro de los sistemas de las Tecnologías de la Información (TI) (servidores, almacenamiento, redes) y en las instalaciones que los soportan (alimentación eléctrica, refrigeración e iluminación), ❙ Cómo se distribuye el uso de la energía entre los componentes del equipamiento de TI (procesador, memoria, discos, etc.), y ❙ Cómo se usa realmente la energía dedicada a las TI para proporcionar resultados de negocio a las compañías (¿se tienen los equipos arrancados consumiendo energía sin producir?). La Figura 2 muestra cómo se usa la energía en un típico centro de proceso de datos no optimizado.

|Figura 2| Cómo se usa la energía en un centro de procesos de datos CPD

HW Servidores Cómputo

Alimentación y refrigeración

Utilización Productivo

Procesador

Suministro eléctrico, memoria, ventiladores, dispositivos

Ocioso Fuente: [KOOM01]

Puede verse que el equipamiento TI, Tecnologías de la Información, (servidores, almacenamiento y red) usa aproximadamente el 45% de la energía, mientras la infraestructura que lo soporta (refrigeración, ventilación y aire acondicionado, unidades de potencia, UPS, iluminación y generadores de potencia alternativos) consume el 55% restante; afortunadamente es posible reducir esta ineficiencia. Las organizaciones deben considerar también el consumo de los componentes del equipamiento TI, ya que sólo el 30% de la energía se usa en el trabajo del procesador. Por tanto, el diseño de un hardware eficiente es otro elemento clave de la ecuación energética. Por último hay que decir que comúnmente los servidores están muy poco utilizados, consumiendo la misma energía que si estuvieran trabajando al 100%. La ocupación típica de un servidor es del 20%, por lo que parece que trabajar en la línea de virtualización y consolidación de servidores ayudará de manera significativa a utilizar la máxima capacidad de los equipos. A continuación se analizan en más detalle las problemáticas de estos elementos y se muestran las soluciones que se están implantando.

Optimización de la energía consumida en el equipo de TI La energía que se proporciona al equipo se distribuye entre los diferentes componentes en diferente proporción dependiendo de las arquitecturas de ordenadores; mientras que en los servidores mainframe (grandes sistemas) la energía consumida por el procesador supone alrededor de un 2030% del total, en los sistemas blades3 es alrededor del 50%; se deben, por tanto, utilizar estrategias 3 Los sistemas de blades se basan en una arquitectura que integra en tarjetas todos los elementos típicos de un servidor. Las tarjetas (blades) se insertan en el backplane dentro de un chasis que a su vez integra y permite compartir los elementos comunes como son la ventilación, los switches de red, la alimentación, etc., con la consiguiente reducción de consumo eléctrico, cables, refrigeración, etc.

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diferentes para cada sistema con el fin de optimizar la eficiencia energética. Cada vatio que se ahorra en potencia al sistema resulta aproximadamente otro vatio en calor. Estos ahorros tienen efecto en la refrigeración. Por tanto, reducir el consumo de potencia en el sistema proporciona un beneficio mayor del aparente. Resulta fundamental entender cómo se comporta el sistema en cuanto a su consumo de potencia y a la disipación de su calor. Muchos de los equipos que se suministran en la actualidad proporcionan facilidades de instrumentación incorporadas para la medida de la potencia consumida, así como sensores térmicos. Para los sistemas que no dispongan de los instrumentos embebidos, hay proveedores de TI que proporcionan las llamadas iPDU’s o Intelligent Power Distribution Units; estos dispositivos contienen sensores que aportan información de consumo de potencia de los dispositivos conectados o de temperatura y humedad del entorno de los sistemas. En el mercado ya hay servidores que proporcionan funciones para trabajar en modo de ahorro de energía bajando el voltaje y la frecuencia del procesador en ciertos porcentajes; este modo de operación es seguro y ayuda a reducir los consumos de energía, por ejemplo, en periodos de utilización baja de la CPU durante la noche. También puede disponerse de un mecanismo de límite de potencia indicado para los casos de potencia máxima disponible. Hay otros mecanismos para “apagar” el reloj del procesador y que la señalización la realice el sistema operativo o para “desactivar” los adaptadores de entrada-salida. Estas funciones de gestión de potencia se configuran con herramientas específicas que se integran en las consolas de los sistemas. Y sin olvidar las ventajas de los servidores blade de alta densidad que proporcionan infraestructuras de potencia, red y refrigeración comunes para el conjunto de dispositivos que los componen, con una eficiencia muy superior a las soluciones basadas en servidores individuales. Con una infraestructura de gestión de potencia activa se pueden dar otros pasos como localizar puntos calientes en el centro de proceso de datos, y así poder aprovisionar aplicaciones en servidores más fríos. Hay muchas opciones pero lo que parece más inmediato es ir construyendo la infraestructura necesaria; es el momento para hacer una reseña de los conceptos de consolidación y virtualización de servidores, elementos clave en el camino hacia los centros de proceso de datos verdes. En el caso de la consolidación se puede pensar en cuatro servidores, cada uno con un consumo de 2 kWh, ejecutando un par de aplicaciones y con un nivel medio de ocupación del 10%. Es indudable la mejora de la eficiencia energética que se obtiene si el conjunto de las ocho aplicaciones se puede consolidar en un único servidor más potente, con mejor eficiencia energética (un consumo de alrededor de 4 kWh), y con un nivel final medio de ocupación del 70%; en este caso, el sistema operativo del nuevo servidor es el mismo que el de los cuatro iniciales. Un paso más adelante sería el de la virtualización de servidores. Los recursos de procesamiento del nuevo servidor se pueden “virtualizar4” a diferentes imágenes de sistemas operativos (del mismo tipo o no) a través de diferentes técnicas; a veces es un software el que intermedia entre el hardware y los huéspedes, en otros casos es un microcódigo o firmware; se han trasladado al nuevo servidor no sólo las aplicaciones que se ejecutaban en los servidores individuales, sino los sistemas completos; se pueden también virtualizar los dispositivos de entrada/salida y los de almacenamiento; la eficiencia energética va un paso más allá ya que los elementos hardware de comunicación que hubiera entre los servidores individuales se eliminan porque los nuevos servidores virtualizados pueden comunicarse localmente dentro del servidor físico. No hay que olvidar un aspecto de la virtualización que puede también contribuir a la mejora de la eficiencia energética: el de las estaciones de trabajo cliente; la virtualización del cliente pasa por adelgazar las configuraciones de los PC’s (y sus necesidades de consumo de energía) y virtualizar en servidores el conjunto de software de aquéllos.

Optimización de la energía consumida en las instalaciones La vida de estas infraestructuras es de tres a cinco veces superior a la de la mayoría del equipamiento de TI, y además requiere una inversión muy superior. Es por tanto muy importante conocer las 4

Se hace creer a los huéspedes del nuevo servidor que los recursos de procesamiento están dedicados a ellos.

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mejores prácticas para la gestión de su eficiencia energética y el periodo de tiempo necesario para proceder a su actualización o renovación tecnológica. Como ya se ha citado anteriormente, los principales elementos de esta infraestructura son la refrigeración, el conjunto de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC son sus siglas en inglés), las UPS’s o unidades de alimentación ininterrumpida, la alimentación y los generadores de potencia alternativos. Las soluciones en este área cubren todos los elementos anteriormente citados. Respecto a la refrigeración se puede actuar tanto en la configuración de pasillos de aire frío y caliente lo que mejora de forma significativa la eficiencia de la unidad de refrigeración, como en elementos de refrigeración por agua localizados en los servidores de alta densidad o incluso dispositivos de refrigeración de reciente aparición que sirven como puertas traseras en algunos equipos. El conjunto denominado como HVAC es sin duda el de mayor consumo energético del centro de proceso de datos. Se puede ahorrar más de un 50% de energía si se reemplazan dispositivos que llevan en servicio entre 10 y 15 años. Es importante explorar las posibilidades de los nuevos dispositivos en esta área ya que existen diferentes tecnologías que utilizan agua en lugar del aire o que incorporan bombas de velocidad variable. Todo lo que permita que los centros puedan trabajar a una temperatura mas elevada repercutirá en una mejor utilización del aire del exterior y una carga menor sobre los dispositivos de refrigeración. Las unidades de alimentación ininterrumpida de última generación (tecnología flywheel) proporcionan ventajas significativas en eficiencia y tamaño. Respecto a la alimentación eléctrica, se debe buscar la mejora de los factores de potencia5, que adicionalmente a las ventajas económicas por la reducción del coste del suministro, permite disminuir pérdidas en los conductores, aumentar la disponibilidad de transformadores, líneas y generadores, así como aumentar la vida útil de las instalaciones. En las instalaciones donde se dispone de un buen suministro de energía, los generadores de potencia alternativos no entran casi nunca en funcionamiento, lo que obliga a realizar un buen mantenimiento y prueba de los mismos. Los generadores actuales están diseñados para tener mayor eficiencia en consumo de combustible y emitir menos CO2 a la atmósfera; estos equipos son fundamentales para entornos de procesos de datos que requieren alta disponibilidad. Las unidades de alimentación ininterrumpida pueden proporcionar corriente a los equipos durante minutos e incluso horas, pero sin embargo los equipos de ventilación y aire acondicionado no operarían sin un generador alternativo y la probabilidad de sobrecalentar el centro resultaría muy alta. En cualquier caso, cuando se abordan políticas de eficiencia energética en centros de proceso de datos, es muy recomendable documentarse sobre las iniciativas que se están llevando a cabo en diversos consorcios6. No sería justo creer que las acciones a llevar a cabo se deben centrar exclusivamente en los centros de proceso de datos; cualquier otra área de las tecnologías de la información es susceptible de racionalización energética o al menos de mejorar su eficiencia, lo que llevará de forma más o menos inmediata a aquélla. Aunque no es objeto de este capítulo, cabría mencionar las iniciativas para la mecanización o automatización de un número creciente de procesos en las empresas y de los servicios a la clientela, los proyectos de consolidación y federación de información y la generalización de las iniciativas de mejora de la eficiencia tanto de los procesos de desarrollo de las aplicaciones, como de la gestión de los sistemas. Haciendo de nuevo referencia al informe publicado en septiembre de 2007 por la compañía IBM y los analistas de Economist Intelligence Unit [ITEN07], conviene destacar la importancia de ir adoptando paulatinamente las mejores prácticas en gestión del servicio (ITIL-ISO200007), con el 5 Factor de potencia: es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo. Un valor ideal de 1 indica que toda la energía que se consume se ha transformado en trabajo. Un valor inferior a 1 significa mayor consumo de energía necesaria para producir un trabajo útil. 6 Ver 1) Green Grid, consorcio de IT y equipamiento de centros de proceso de datos que puede ayudar al establecimiento de métricas y al desarrollo de prácticas para la mejora de la eficiencia energética [GRGR08]. 2) American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) [ASHR08]. 3) Uptime Institute que ofrece información en áreas de disponibilidad y eficiencia energética de centros de procesos [UPIN08]. 4) U.S. Green Building Council (USGBC) [USGB08]. 7 ITIL (Information Technology Infrastructure Library) es un marco de trabajo de las mejoras prácticas destinadas a facilitar la entrega de servicios de tecnologías de la información. ISO20000 es el nuevo estándar basado en ITIL para la gestión de la calidad de servicios TI [ITIL08].

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claro objetivo de disponer de una gestión financiera y de su correspondiente modelo de costes; así se podrían determinar cuáles son los principales elementos del coste de las TIC, crear concienciación sobre el gasto en informática y consiguientemente ayudar a optimizar su uso.

Conclusiones Habiendo analizado la necesidad de actuar sobre el efecto de las tecnologías de la información en el medio ambiente, es alentador saber que en la industria existen suficientes capacidades para abordar iniciativas de racionalización energética. Se dispone de suficiente tecnología, conocimiento y experiencia para poder continuar avanzando en el desarrollo de las TI sin que esto suponga un efecto nocivo para el medio ambiente. Se deben dar pasos en aspectos tan diferentes como los financieros, los operacionales y los de entorno. En el ámbito financiero se deben potenciar las capacidades para gestionar de manera ajustada el coste energético, reduciendo costes tanto en el consumo eléctrico como en el de refrigeración, verdaderos inhibidores del crecimiento. Dentro de los aspectos operacionales, hay que redoblar los esfuerzos para dedicar más energía al cómputo que a las instalaciones físicas, así como para ampliar la vida “eficiente” de los actuales CPDs. En lo que al entorno se refiere, se deben abordar iniciativas de reducción de las emisiones de CO2, de mejora de la imagen pública “eco” y de creación de las condiciones para que las compañías alineen los valores corporativos con los sociales y personales de sus empleados. Es indudable que a los ingenieros les toca jugar un papel predominante en este reto apasionante que se nos presenta, el de las Tecnologías de la Información y el Desarrollo Sostenible. |❙|

Referencias [ASHR08] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). http://www.ashrae.com. [CAFO08] Carbon Footprint To Determine The Amount Of Carbon Dioxide Emitted. http://www. carbonfootprint.com. [ENPA08] Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/climatechange/index.html. [ESTY06] Daniel Esty y Andrew S. Winston. Green to Gold: How Smart Companies Use Environmental Strategy to Innovate, Create Value, and Build Competitive Advantage. Yale University Press, 2006. [GREE08] How Going Green Can Improve Day-To-Day Operations. http://www.ibm.com/industries/government/doc/content/landing/3727822109.html?g_type=pupo [GRGR08] Green Grid. http://www.greengrid.com. [HOOV08] J. N. Hoover: Data Center Best Practices. InformationWeek, 2008. [ITEN07] It And The Environment – A New Item On The Cio’s Agenda?. http://www-05.ibm.com/ no/ibm/environment/pdf/grennit_oktober2007.pdf [ITIL08] Official ITIL Website: http://www.itil-officialsite.com/home/home.asp [KOOM07] J. Koomey. Estimating Total Power Consumption by Servers by the US and the World. Oakland, CA, Analytics Press, 2007. [MOLI04] M. Molina, M. Féliz y Nuria González: “Contribución de las telecomunicaciones al desarrollo sostenible: el teletrabajo”. Telefónica I+D, 2004. [NONA96] Ikujiro Nonaka y Peter Drucker. Gestión del Conocimiento. Hardward Business Review, 1996. [UPIN08] Uptime Institute. http://www.uptimeinstitute.org [USGB08] U.S. Green Building Council (USGBC). http://www.usgbc.org. 310


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Capítulo 31. Desarrollo del software y sostenibilidad Eugenio Francisco Sánchez-Úbeda Yolanda González-Arechavala Raquel Hijón-Neira

Palabras clave Ingeniería del software, algoritmia, e-learning, software libre, Internet. Sin lugar a dudas uno de los avances tecnológicos más destacados en las últimas décadas ha sido Internet, provocando tal revolución que cuesta imaginar una sociedad desarrollada sin ella. La tecnología actual de hardware y desarrollo de software ha permitido este y otros avances significativos, pero también brinda una excelente oportunidad para contribuir a la transición del modelo de desarrollo reinante hacia uno sostenible, mediante el diseño de sistemas que ayuden a incrementar la eficiencia energética global, reduciendo el consumo de los recursos naturales disponibles y minimizando la generación de residuos. Dado el grado de madurez alcanzado en el desarrollo tecnológico, este es el momento de hacer un balance responsable de los pros y los contras que han supuesto estos avances. En este capítulo se analizan los diferentes impactos, tanto positivos como negativos (menos conocidos en la sociedad), que el desarrollo informático ha supuesto en las últimas décadas. Dada la simbiosis existente entre hardware y software, se describen las implicaciones que conlleva la tecnología hardware actual, para entender mejor la necesidad de un software sostenible. Cabe destacar el elevado coste económico, medioambiental y social que supone el ciclo de vida completo de un equipo informático como principal impacto negativo a mitigar. Al final del capítulo se describe un conjunto de necesidades que se deben tener en cuenta para contribuir a un desarrollo más sostenible, como son: reducir el incremento del número de ordenadores, optimizar el consumo de recursos en el desarrollo del software, reducir el consumo de electricidad de la infraestructura informática, o proporcionar a la sociedad servicios que permitan o ayuden a conseguir un mundo más sostenible y equitativo. Para atender a estas necesidades, se exponen diferentes alternativas (optimización del análisis y diseño de software, computación voluntaria, software libre, etc.) que permiten cubrirlas, al menos parcialmente.

Introducción Los avances tecnológicos como Internet, los sistemas de información o la automatización de procesos industriales son los principales responsables del nivel de desarrollo alcanzado en las últimas décadas en los países del primer mundo. En este contexto, la tecnología actual de hardware y desarrollo de software brinda una excelente oportunidad a la sociedad en general y a los ingenieros en particular para contribuir al proceso de transición del modelo de desarrollo actual hacia uno sostenible. Aunque es indiscutible el gran avance que ha originado la aparición y expansión del uso de los ordenadores en la sociedad industrial, no es menos cierto que el aumento del número de ordenadores y de sus capacidades está suponiendo un preocupante impacto negativo tanto a nivel medioambiental, como económico y social. Ha sido necesario un largo recorrido para que la industria informática empiece a mostrarse sensible a los problemas de sostenibilidad que conlleva el actual modelo de desarrollo. Entre los principales impactos negativos a mitigar cabe destacar el elevado coste económico y social que supone el ciclo de vida completo de un equipo informático, es decir, no solo el uso del mismo, 311


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sino todo el proceso desde la obtención de las materias primas, la fabricación, el desarrollo del software que incorporará, la logística asociada a la distribución del equipo desde el punto de fabricación hasta el destino, su mantenimiento y finalmente su eliminación. Las materias primas básicas que se utilizan para fabricar un ordenador tradicional son muy variadas y requieren de una gran transformación para que puedan finalmente formar parte de un equipo. De hecho, durante esta fase de fabricación, el consumo de energía y recursos naturales, considerando todo el ciclo de vida del equipo, es proporcionalmente más elevado. Esto no significa que el consumo de energía eléctrica de los ordenadores durante su vida útil sea despreciable y se pueda ignorar, todo lo contrario. Por otro lado, la basura electrónica generada al desechar un equipo informático es de difícil reciclado debido a la fragilidad y pequeño tamaño de sus componentes, así como por la elevada mezcla de materiales empleados en un único equipo (plásticos de diferentes tipos, metales como el aluminio, plomo, cobre, cadmio, etc.), muchos de ellos nocivos y que suelen terminar en vertederos sin control en países como China o Pakistán [CARR08]. Por ejemplo, la zona de Guiyu (China) se ha convertido en uno de los vertederos de ordenadores de occidente, en donde son desguazados (ver www.ban.org). Según [CARR08] sólo en Estados Unidos en 2005 se desecharon entre 1,3 y 1,7 millones de toneladas entre ordenadores y otros aparatos electrónicos, que típicamente acaban en vertederos incontrolados a pesar de las leyes de prohibición existentes. Tampoco hay que olvidar una parte fundamental en el funcionamiento de estos equipos: los programas encargados de describir de manera precisa la lógica para realizar las diferentes tareas que se pueden encomendar a un ordenador, lo que se conoce de manera genérica como “software”. Hoy en día el software es una pieza clave de enorme complejidad en la que se invierten ingentes recursos, tanto en su diseño, desarrollo y validación, como en su posterior mantenimiento. Esta labor de ingeniería consume miles de horas-hombre, con todo el consumo de recursos naturales que ello implica. Por ejemplo, según el estudio [MCPH08] de la Fundación Linux, la distribución típica Fedora Linux 9 contiene cerca de 204 millones de líneas de código fuente. En el desarrollo del kernel, una pieza fundamental pero proporcionalmente pequeña dentro de una distribución de Linux (contiene cerca de siete millones de líneas de código), sólo en los dos últimos años han participado alrededor de 3.200 desarrolladores de 200 empresas diferentes. Según este mismo estudio, el coste del desarrollo de dicho kernel supondría cerca de 1.400 millones de dólares actuales. Lamentablemente, en los países desarrollados el precio final que ven los consumidores no suele reflejar todo este esfuerzo productivo, hecho que, unido a la presión de la actual sociedad de consumo, dificulta enormemente un acto reflexivo previo a la adquisición de un equipo que analice y compare las necesidades reales del mismo con el consumo de recursos que implica el equipo. Además, existen también otros aspectos sociales motivo de preocupación. El mercado de compraventa de equipos informáticos se ha impuesto en la actualidad como sistema para asegurar de manera natural un equilibrio entre la oferta de hardware y software y la demanda de éstos. Sin embargo, aceptando que los ordenadores son cada vez más necesarios para alcanzar un determinado grado de desarrollo, un mecanismo como el mercado libre no garantiza el acceso universal a los servicios facilitados por la tecnología informática, como tampoco asegura la distribución equitativa que desee la sociedad.

Hardware Una vez asumidos la existencia de recursos naturales limitados y el elevado consumo de los mismos que se requiere para poder fabricar y utilizar un equipo informático, es necesario plantearse estrategias para, en la medida de lo posible, mitigar el impacto negativo de los ordenadores, así como mecanismos que promuevan el desarrollo de aplicaciones informáticas que ayuden a incrementar la eficiencia energética global. Para poder mitigar el impacto negativo del actual desarrollo informático es necesario una concienciación de todos los agentes implicados: desde los fabricantes de hardware y desarrolladores de 312


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Desarrollo del software y sostenibilidad | Tema V | Avances de Ingeniería

software, pasando por los consumidores últimos de los equipos, y llegando hasta la intervención de las instituciones públicas y administraciones del Estado en caso de necesidad para corregir posibles fallos del mercado y asegurar así que se alcance el nivel de equilibrio óptimo en términos sociales. Desde el punto de vista del hardware, la manera más directa de contribuir al desarrollo sostenible consiste en diseñar y construir equipos energéticamente más eficientes. Pero también los fabricantes de ordenadores deben poner especial atención en las materias primas utilizadas para su construcción, así como en el proceso mismo de fabricación. Empleando materias primas en su mayoría recicladas, menos agresivas con el medioambiente y más fáciles de reciclar se puede conseguir un hardware más sostenible. En este sentido fabricantes como Lenovo (www.lenovo.es) se han comprometido a ofrecer opciones tecnológicas con un consumo eficiente que sean respetuosas con el medioambiente. Por ejemplo, el modelo “Blue Sky” ThinkCentre A61 es un ordenador de sobremesa que consigue un consumo mucho menor que los ordenadores de sobremesa habituales gracias a un procesador de bajo consumo, pudiéndose adquirir un panel solar para alimentarlo. Otro ejemplo es la serie de ordenadores portátiles que el fabricante ASUS ha lanzado al mercado recientemente (http://www.asus. com/news_show.aspx?id=12577). Esta serie se caracteriza por utilizar el bambú como material para la cubierta exterior, pero además cuenta con una tecnología que lo hace altamente eficiente. Existen otras iniciativas alternativas con éxito, como la de la fundación OLPC (One Laptop Per Child, http://www.olpc.com), cuyo objetivo es proporcionar a los niños de todo el mundo la oportunidad de explorar, experimentar y expresarse utilizando las nuevas tecnologías. Para ello han construido el OLPC XO, un ordenador portátil que incluye software educativo desarrollado en código abierto. Teniendo en cuenta el uso que se hará de ellos, se ha conseguido un equipo que consume menos energía que los típicos portátiles. Además, se han cuidado aspectos del proceso de fabricación y el sistema de distribución para ofrecer a los niños más desfavorecidos las oportunidades de aprendizaje tecnológico a las que sin esta iniciativa, no tendrían acceso. Es posible argumentar que en el mercado del hardware y software, como en otros mercados más consolidados como el de la asistencia sanitaria, se está produciendo en la actualidad un fenómeno que se conoce como “demanda inducida por la oferta”1, o lo que es lo mismo, es precisamente la oferta de nuevos equipos y productos informáticos la que induce, de manera artificial, la necesidad en los consumidores de actualizar o renovar tanto el hardware como el software que utilizan. Por tanto, uno de los primeros pasos para conseguir esta transformación hacia un modelo de desarrollo sostenible es cambiar la mentalidad de los consumidores. Mediante una gestión activa de la demanda de hardware y software sería posible adecuarla a las necesidades reales de los usuarios y evitar un consumismo guiado por modas o motivaciones injustificadas. Este problema aparece tanto a nivel individual como a nivel empresarial, por lo que parece necesario promover modelos de consumo y estilos de vida sostenibles en todos los ámbitos de la sociedad, desde las fábricas y empresas, a los domicilios particulares. Para promover este cambio de mentalidad se han desarrollado normas que tratan de medir y recoger no solo la eficiencia energética de los equipos informáticos, sino su respeto por el medioambiente, facilitando su selección a las organizaciones y a los consumidores. Así, por ejemplo, los certificados Energy Star (www.eu-energystar.org) o EPEAT (Electronic Product Environmental Assessment Tool, http://www.epeat.net) permiten catalogar los productos de una manera sencilla para poder distinguirlos atendiendo a una serie de criterios que miden diferentes aspectos relacionados con la sostenibilidad. Aunque son iniciativas muy interesantes, es necesario seguir avanzando tanto en el desarrollo de la normativa como en su divulgación, sin olvidar que una manera sencilla de minimizar el impacto negativo del actual desarrollo informático es simplemente reducir la necesidad de nuevos ordenadores. Hoy en día la tecnología empleada en los equipos informáticos evoluciona rápidamente (tanto hardware como software), haciendo que su vida útil sea cada vez más corta. Aunque es cierto que con un Esta demanda es la producida como consecuencia del desconocimiento de las características de un producto o servicio por parte de los agentes del proceso. Es provocada por el proveedor del bien o servicio y es superior a la que el consumidor habría realizado de haber dispuesto de suficiente información. 1

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consumo más responsable se puede alargar la vida útil de los equipos, se necesita extraer el máximo provecho para amortizar, en la medida de lo posible, el esfuerzo productivo realizado. Ahora bien, durante la vida útil del equipo también se debe intentar minimizar el consumo de los recursos disponibles para realizar una determinada tarea. Sin dejar de preocuparse por reducir el impacto negativo directo que supone el desarrollo informático actual, la tecnología informática puede utilizarse de manera indirecta para incrementar significativamente la eficiencia energética y ayudar a cambiar los hábitos poco sostenibles. De hecho, según [MANK08], los ordenadores pueden ayudar a conseguir ahorros energéticos que compensen sobradamente todo el incremento previsto en el consumo eléctrico por computación. Para ello, se esperan avances científicos relevantes gracias a la capacidad de cálculo de los ordenadores que permitan diseñar motores más eficientes, diseñar y controlar edificios más sostenibles, mejorar la logística del transporte y almacenaje, o diseñar y operar nuevas redes de transporte de energía más eficientes, por citar algunas contribuciones significativas. Además, los ordenadores pueden utilizarse como herramientas para concienciar a la sociedad sobre aspectos relacionados con la sostenibilidad, tanto en las escuelas y universidades como en los hogares. Por ejemplo, las capacidades de cálculo de los ordenadores personales actuales permiten realizar simulaciones con modelos climáticos globales, pudiéndose analizar el impacto de diferentes escenarios futuros, tal y como se están llevando a cabo en la Universidad de Columbia. También destacan iniciativas como la de la empresa Pixar de animación por ordenador, que con su película Wall-E puede ayudar a concienciar de una manera lúdica a un gran número de ciudadanos de todas las edades.

Software En la actualidad la mayor parte del software desarrollado por las empresas privadas tiene unos requisitos con una clara orientación de negocio. Sin embargo, desde el punto de vista de la sostenibilidad, es importante que el software no sólo cumpla con los requisitos técnicos particulares, sino que tenga en cuenta una serie de necesidades (todas ellas relacionadas entre sí): ❙ Reducir el incremento del número de ordenadores. ❙ Optimizar el consumo de recursos en el desarrollo del software. En concreto, se debe reducir tanto los recursos humanos empleados en dicho desarrollo por todo lo que conllevan, como el equipo informático necesario para ello. ❙ Disminuir el consumo de electricidad de la infraestructura informática, no solo reduciendo el consumo de los componentes electrónicos, sino también preocupándose por minimizar el tiempo de funcionamiento de los mismos. ❙ Proporcionar a la sociedad servicios que permitan o ayuden a hacer que este mundo sea más sostenible y equitativo. Por ejemplo, facilitando la comunicación a distancia entre personas, el acceso universal a la información o a la educación se puede conseguir disminuir las grandes diferencias sociales existentes entre los distintos países. Para atender a estas necesidades de carácter sostenible, existen diferentes alternativas que permiten cubrir, al menos parcialmente, todas ellas. Dependiendo del desarrollo concreto que se afronte, unos planteamientos pueden ser más relevantes que otros. A continuación se describen algunos de ellos.

Optimización del análisis y diseño de software

Utilizando técnicas de Ingeniería del Software es posible conseguir una reducción significativa en el volumen de recursos (tanto humanos como técnicos) empleados en el desarrollo del software. De hecho, la utilización de un adecuado proceso de desarrollo del software (mediante el uso de diversos estándares en las distintas fases del desarrollo) permite conseguir aplicaciones más robustas y modulares, obteniéndose un código de calidad, más fácil de mantener, de actualizar y de reutilizar [SOMM06]. Son muchos los avances en los últimos años que han hecho de la Ingeniería del Software una realidad industrial que ha permitido un software de mayor calidad. Mención especial por su espectacular expansión en todos los ámbitos de la ingeniería es la notación UML (Unified Modeling Language, 314


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www.uml.org). En la actualidad esta notación, que ha sabido adaptarse a las necesidades cambiantes de la industria, es un estándar de facto que ha proporcionado un lenguaje común para la especificación, el análisis y diseño de todo tipo de sistemas [BOOC97]. En el ámbito de la formación también se ha avanzado en el uso de estándares que permiten la cooperación y reutilización de contenidos en sentido amplio. De esta manera, la especificación SCORM (del inglés Sharable Content Object Reference Model) permite crear objetos pedagógicos estructurados que pueden importarse dentro de sistemas de gestión de aprendizaje diferentes, siempre que estos soporten la norma SCORM (http://www.scorm.com).

Eficiencia algorítmica

Antes de codificar un programa informático para resolver un determinado problema es necesario diseñar el algoritmo o estrategia que se utilizará para resolverlo. Típicamente el mismo problema se puede resolver de varias maneras diferentes, existiendo soluciones que van desde planteamientos muy simples pero ineficientes a otros más sofisticados, pero mucho más eficientes. Si el software a desarrollar se va a ejecutar muy pocas veces, puede ocurrir que el desarrollo de una solución sofisticada y eficiente implique un coste excesivo de recursos humanos que, desde el punto de vista de la sostenibilidad, aconseje optar por la opción más ineficiente pero fácil de implantar. Sin embargo, si se prevé un uso repetido del software, una inversión mayor en el desarrollo de la solución eficiente termina compensando gracias a la reducción de consumo de recursos de ordenador durante la ejecución del software. El principal recurso básico que debe minimizarse es el tiempo de ejecución. Existen otros como la cantidad de memoria necesaria o el espacio de almacenamiento secundario requerido que, aunque no deben malgastarse, no tienen un impacto tan claro en el consumo de electricidad del equipo. Es por ello que la mayoría de técnicas y desarrollos algorítmicos existentes intentan minimizar el tiempo de ejecución del software [CORM01, BRAS97]. En muchas ocasiones se consiguen mejoras espectaculares en tiempo. Por ejemplo, un algoritmo lineal, correspondiente a una solución ingeniosa, puede tardar dos minutos, frente a las cuatro horas requeridas por un algoritmo más simple pero cuadrático.

Grid y computación voluntaria

En la actualidad existen programas de computación voluntaria y computación en red (grid) que permiten aprovechar el tiempo de cálculo y almacenamiento infrautilizados en un conjunto de ordenadores. En esta línea, existen iniciativas como BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, http://boinc.berkeley.edu/) que está permitiendo en la actualidad llevar a cabo proyectos de investigación aprovechando la potencia de cálculo de todos los voluntarios que decidan participar en esos proyectos. Son proyectos de interés público general (por ejemplo, la predicción del clima en el siglo XXI http://www.climateprediction.net/) y en la actualidad hay más de 500.000 equipos que proporcionan una potencia de cálculo del orden de miles de TeraFLOPS. La utilización de estos recursos ociosos evita que los centros de investigación instalen y mantengan encendidos supercomputadores por todo el mundo

Software de seguridad

Se dice que un sistema es de seguridad [STOR96] (traducción del término “safety”) cuando un fallo o funcionamiento inadecuado del mismo puede causar pérdida de vidas humanas o heridos graves, daños al medioambiente o pérdida de equipos. Se pueden encontrar sistemas de seguridad en campos tan diversos como el sector nuclear, el sector del transporte o la medicina por mencionar algunos de ellos. Estos sistemas, motor del desarrollo en muchos casos, se han podido desarrollar con las suficientes garantías de seguridad gracias a las técnicas de análisis de amenazas y riesgos y a una estricta normativa de seguridad en los sectores industriales [IEC_98]. El software de seguridad está directamente implicado en alguna de las tareas que pueden causar estos daños. Por lo tanto, con el objetivo de evitar fallos en el software de estos sistemas, los esfuerzos en el desarrollo del mismo se centran en dos aspectos claves: 315


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❙ La utilización de un proceso de desarrollo de calidad y de gestión del proyecto adecuado con el fin de poder asegurar que se han realizado de manera sistemática todas las tareas propias de un correcto desarrollo tal y como se han mencionado anteriormente. ❙ El análisis de amenazas y riesgos: el objetivo de estos análisis es, a través de un estudio exhaustivo del funcionamiento del sistema, detectar las amenazas que pueda causar un mal funcionamiento del sistema. Posteriormente, si el riesgo de esas amenazas supera cierto nivel, se analizan las posibilidades de mitigación que existen, bien reduciendo la probabilidad de que ocurran o bien disminuyendo la gravedad del daño que puedan causar.

Software libre

El software libre (http://www.softwarelibre.org), se caracteriza por no limitar bajo ningún aspecto a los usuarios del software, de manera que da libertad para: ❙ Usar el programa con cualquier propósito. ❙ Estudiar cómo funciona el programa y adaptarlo a las necesidades particulares (el acceso al código fuente es una condición previa para esto). ❙ Distribuir copias, de manera que todo el mundo pueda tener acceso a los recursos. ❙ Mejorar el programa y hacer públicas estas mejoras, de modo que toda la comunidad se beneficie. Por lo tanto este tipo de software permite el desarrollo sostenible facilitando la participación y la cooperación entre personas de cualquier condición social y económica y reduciendo diferencias entre personas o países sin recursos económicos suficientes para acceder a software de otro tipo (software propietario o comercial). Acogiéndose a la filosofía del proyecto GNU (www.gnu.es), se pueden encontrar desde herramientas de desarrollo hasta aplicaciones. Entre las más relevantes se pueden destacar lenguajes de programación como Php, gestores de base de datos como MySQL, servidores web como Apache, sistemas operativos como Linux, aplicaciones ofimáticas como OpenOffice, o navegadores web como Firefox y gestores de correo electrónico como Thunderbird.

Web 2.0 y herramientas colaborativas de software libre

Es indudable que la aparición de Internet en nuestra sociedad ha supuesto una verdadera revolución. En la última década se ha evolucionado de lo que se conocía como Web 1.0, en la que los contenidos disponibles solían ser sólo de lectura, estáticos y era necesario ser un experto para crear contenido en ella, a lo que ya es una realidad, la Web 2.0, que se caracteriza por permitir que cualquier usuario pueda tanto acceder a información dinámica, como proporcionarla sin necesidad de ser un experto, lo que ha supuesto un aumento significativo del número de usuarios. Así pues, se dice que la información en la Web 2.0 es dinámica, porque cualquier usuario puede crearla. La Web 2.0 facilita el desarrollo sostenible al permitir el acceso universal (a través de dispositivos muy diversos, como ordenadores, agendas electrónicas, o teléfonos móviles) a la información disponible, tanto de lectura como de escritura o edición, lo que permite a todos los usuarios formar parte activa de ella y desde cualquier lugar del planeta, siendo los más favorecidos las personas con menos recursos. Son varias las aplicaciones para la participación y colaboración que han permitido esta evolución, arropadas sin duda por la existencia de herramientas de software libre que permiten crear: ❙ Foros: sirven para formar comunidades virtuales de ayuda entre grupos de personas afines de distintas partes del mundo (desde programadores a productores de café) de manera que las experiencias de unos puedan ayudar o servir a otros. Existen muchos, como ejemplo, PhpBB que es un conjunto gratuito de paquetes de código que proporcionan fácilmente un sistema de foros. ❙ Wikis: software creado para dar soporte a los llamados “gestores de contenidos” que permiten la participación y acceso libre y gratuito a la información. Uno de los más utilizados es el de MediaWiki, una herramienta de libre distribución que se utiliza para crear y mantener Wikis. ❙ Chats: permiten poner en comunicación a personas desplazadas física, cultural y económicamente. Un ejemplo es el software que ofrece PhpOpenChat que permite crear un chat de manera gratuita. 316


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Utilizando las herramientas anteriormente citadas, junto con otras como el correo electrónico o las videoconferencias, se han desarrollado diferentes planteamientos educativos que han supuesto un gran avance en el ámbito de la formación y que se engloban bajo el nombre genérico de e-learning. Existen más de 50 plataformas de código abierto que facilitan esta forma de aprendizaje, siendo una de las más conocidas Moodle (http://moodle.org/), que comenzó su desarrollo en la comunidad universitaria australiana, pero en la actualidad está muy extendida por todo el mundo. En esta misma línea, para proporcionar una educación en los países más desfavorecidos, existen iniciativas como el Proyecto AVOIR (African Virtual Open Initiatives and Resources, http://avoir.uwc.ac.za), que es una asociación de 13 universidades africanas con socios en Norte América, Europa, Kabul y Afganistán, cuya misión es construir productos software utilizando software libre como vehículo. Es interesante mencionar también que el desarrollo de Internet ha permitido crear una nueva forma de trabajo, conocida como “teletrabajo”. La posibilidad de realizar una labor profesional de manera remota con sólo disponer de un ordenador con conexión a Internet está proporcionando trabajo a sectores desfavorecidos de la sociedad, desde países en vías de desarrollo donde trabajan profesionales cualificados para empresas occidentales (por ejemplo, muchos de los programadores de las empresas occidentales residen en la India) hasta en los mismos países desarrollados, facilitando la conciliación familiar o el acceso al trabajo de personas discapacitadas.

Conclusiones La tecnología informática ha sido un motor imprescindible para conseguir el progreso actual de los países desarrollados. Las grandes ventajas que ha supuesto a nivel mundial son muchas y conocidas. Sin embargo, posiblemente son menos conocidas y reconocidas públicamente sus desventajas. Aunque en la actualidad sea incuestionable que las ventajas superan a las desventajas, es necesario asegurar que, como mínimo, este diferencial se mantiene en el futuro. En este capítulo se han plasmado tanto unas como otras, haciendo especial hincapié en los aspectos negativos por considerarse menos conocidos. Para mitigar el impacto negativo del desarrollo tecnológico actual y asegurar que en el futuro las desventajas no acabarán ahogando a los grandes beneficios que puede reportar, es necesario reconducir el mismo introduciendo aspectos de sostenibilidad. En concreto, en este capítulo se han identificado como objetivos prioritarios el intentar reducir el incremento del número de ordenadores, el optimizar el consumo de recursos en el desarrollo del software, el reducir el consumo de electricidad de la infraestructura informática, o el proporcionar a la sociedad servicios que permitan o ayuden a conseguir un mundo más sostenible y equitativo. Para alcanzar estos objetivos, al menos parcialmente, existen diversas alternativas como son la optimización del análisis y diseño de software, la computación voluntaria, o la creación y utilización del software libre, entre otros. En la medida en que los profesionales dedicados al desarrollo tecnológico se conciencien de estas necesidades y las asuman como propias, el objetivo de un desarrollo sostenible en este ámbito será más una realidad. |❙|

Referencias [BOOC97] G. Booch, I. Jacobson y J. Rumbaugh. The UML User Guide. Prentice Hall, 1997. [BRAS97] G. Brassard y P. Bratley. Fundamentos de Algoritmia. Prentice Hall, 1997. [CARR08] C. Carroll. Basura tecnológica. National Geographic, vol. 22, nº 2, pp. 23-53, febrero de 2008. [CORM01] T.H. Cormen, C.E. Leiseron, R.L. Rivest, y C. Stein. Introduction To Algorithms. MIT Press, 2ª Edición, 2001. [IEC_98] IEC: “IEC 61508. Functional Safety Of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems, 1998. [KUEH03] R. Kuehr y E. Williams (ed). Computers and the Environment: Understanding and Managing Their Impacts. Kluwer Academic Publishers, Eco-Efficiency in Industry and Science Series, Dordrecht/NL, octubre de 2003. 317


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[MANK08] J. Mankoff, R. Kravets y E. Blevis. Some Computer Science Issues in Creating a Sustainable World. Computer, vol. 41, nº 8, pp.102-105, agosto de 2008. [MCPH08] A. McPherson, B. Proffitt y R. Hale-Evans. Estimating the Total Development Cost of a Linux Distribution. Linux Foundation, octubre de 2008. http://www.linuxfoundation.org/ publications/estimatinglinux.php. [PUCK02] J. Puckett, L. Byster, S. Westervelt et al. Exporting Harm: The High-Tech Trashing of Asia. BAN, 25 de febrero de 2002. http://www.ban.org/E-waste/technotrashfinalcomp.pdf. [SOMM06] I. Sommerville. Software Engineering. International Computer Science Series, 8ª Edición, Pearson Education Limited, 2006. [STOR96] D. Storey: Safety Critical Systems. Addison-Wesley, 1996.

Enlaces de interés Basel Action Network: www.ban.org Lenovo: www.lenovo.es Fundación One Laptop per Child: www.olpc.com Energy Star: www.eu-energystar.org Pixar Animation Studios: www.pixar.com EPEAT (Electronic Product Environmental Assessment Tool): www.epeat.net BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing): http://boinc.berkeley.edu/ Climate prediction project: http://www.climateprediction.net/ Software libre: http://www.softwarelibre.org GNU: www.gnu.es. Linux: http://www.linux.es. PhpBB: www.phpbb.com MediaWiki: www.mediawiki.org PhpOpenChat: htt://phpopenchat.org. SCORM (Sharable Content Object Reference Model): http://www.scorm.com UML (Unified Modeling Language): www.uml.org OpenOffice: http://es.openoffice.org Firefox: http://www.mozilla-europe.org/es/firefox Thunderbird: http://www.mozilla.com/en-US/thunderbird

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Capítulo 32. Las comunicaciones como impulsor del desarrollo sostenible David Contreras Bárcena Sadot Alexandres Fernández Carlos Rodríguez-Morcillo

Palabras clave Infraestructuras de comunicaciones, transmisiones inalámbricas, conexiones de radio, electropolución, teleasistencia, domótica. En este trabajo se pone de manifiesto el impacto de las redes domésticas, inalámbricas y las grandes infraestructuras de comunicaciones, analizando su complejo proceso de diseño y despliegue desde los puntos de vista social, económico y medioambiental. También se exponen las consecuencias de los efectos generados por los distintos sistemas de radio existentes en nuestro entorno (electropolución) y del aumento de la demanda de las TIC en el hogar.

Introducción Gracias al rápido desarrollo de la electrónica en el sector de las comunicaciones digitales y al abaratamiento de los componentes y dispositivos electrónicos, las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones están suponiendo una revolución social en muchos aspectos. Cada vez más, las telecomunicaciones son un servicio estratégico, no solo para expandir el crecimiento económico, sino también para incrementar las oportunidades de negocios y de calidad de vida de las personas, entendiendo la conectividad como un requisito esencial de las telecomunicaciones para un desarrollo globalizado. Por ello son tan importantes tanto las grandes infraestructuras de redes (por cable e inalámbricas) como las pequeñas redes locales (domésticas, en la oficina e incluso personales), ya que todas ellas contribuyen al desarrollo social a nivel mundial.

Grandes infraestructuras de telecomunicaciones Las grandes infraestructuras de comunicaciones proporcionan los medios físicos para hacer posible la comunicación de voz y datos entre cualquier usuario. Se debe pensar en el equilibrio entre el coste del despliegue de la infraestructura, el beneficio social que se busca y el impacto medioambiental que implica. Por ello, las infraestructuras de comunicaciones se deben analizar como otra infraestructura más (carreteras, electricidad, etc.), realizando un diseño sostenible de la red a implantar. Este concepto aborda diferentes aspectos, como son el coste energético de la fabricación, el uso y el mantenimiento de la infraestructura, su despliegue físico, y el diseño de la capacidad y topología de la red para satisfacer las necesidades del mayor número de usuarios sin caer en redundancias. Considerando el consumo energético en la fabricación y en el uso de infraestructuras, se debe destacar que un estudio realizado por el FTTH Council Europe [FTTH08] revela que la fibra óptica, medio más utilizado en las grandes infraestructuras, es una tecnología sostenible. El consumo energético por la utilización de las redes de comunicaciones sólo supone un 6% del total, frente al 80% del derivado de la producción y el despliegue del medio de transmisión. Por esta razón, los esfuerzos se centran en nuevas investigaciones que ayuden a abaratar estos costes de producción. 319


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En lo que concierne al despliegue de la infraestructura, se requiere una gran colaboración en el plano nacional e internacional, para que las grandes operadoras de cada país aúnen sus esfuerzos con el fin de crear infraestructuras de telecomunicaciones únicas y compartidas. Fruto de esta colaboración son las grandes redes troncales de comunicación como GEANT2 o SAT-3, que son un referente mundial y suponen un punto común de interconexión local. Esto permite reducir el coste de implantación de grandes redes y representa el punto de partida del éxito de la gran red de redes que representa Internet. También, para minimizar este coste de despliegue, se está optando por el sobredimensionamiento de las redes para su uso futuro.

|Figura 1| Red troncal de interconexión Europa-África-Asia (SAT-3/WASC/SAFE)

Fuente: http://www.safe-sat3.co.za/ El impacto medioambiental de las telecomunicaciones va decreciendo, ya que actualmente no se visualizan los cables que dan soporte a las comunicaciones, como ocurre con las redes de distribución eléctrica o redes de telefonía convencional. Esto se produce gracias a que actualmente todos los medios físicos de comunicación, generalmente fibra óptica, se despliegan junto con otras grandes infraestructuras (ferroviarias, autovías, gaseoductos, etc.). La facilidad para tender los cables de fibra, su gran capacidad y su inmunidad a las interferencias electromagnéticas, lo convierten en el medio ideal para acompañar a cualquier obra de infraestructuras. Respecto a la topología o distribución de los medios físicos de comunicaciones hay que partir de un compromiso de sostenibilidad, para cumplir con el objetivo de que cada vez más hogares estén conectados y de esta manera favorecer el desarrollo. La ventaja de las redes de telecomunicaciones frente a otras redes de distribución está en que se puede ofrecer el mismo servicio a zonas pequeñas y aisladas, combinando tecnologías que la hagan sostenible y así mantener el compromiso de ofrecer el servicio de forma universal. Mientras que el agua, la electricidad y otros servicios básicos deben (o deberían) llegar a cualquier rincón por aislado que estuviera realizando las infraestructuras necesarias, con las telecomunicaciones se encuentra ese punto de equilibrio sostenible, combinando las tecnologías cableadas de comunicaciones con las tecnologías inalámbricas de largo alcance. De esta forma, existen redes troncales de gran capacidad que se ramifican hasta cubrir zonas prioritarias, mientras que para cubrir las zonas rurales (generalmente áreas aisladas y sin grandes requisitos de tráfico) se despliegan tecnologías inalámbricas basadas en radioenlaces o comunicaciones vía satélite. Este paradigma se está aplicando en zonas rurales de Asia, favoreciendo el desarrollo sostenible en las zonas más desfavorecidas [APNG06]. 320


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Las comunicaciones como impulsor del desarrollo sostenible | Tema v | AvAnces de IngenIeríA

Comunicaciones inalámbricas Dentro de las grandes infraestructuras de las telecomunicaciones, las tecnologías con mayor penetración social son las TIC inalámbricas, que tienen la ventaja de evitar, en parte, el proceso de construcción de infraestructuras de líneas fijas, reduciendo costes y tiempo. Además, potencia las regiones de difícil acceso, aunque este despliegue requiere todavía de capacidad y educación de los usuarios y su combinación con las redes de telecomunicaciones fijas. También pueden considerarse como un gran escalón en el desarrollo sostenible de países en desarrollo, donde la regulación del espectro radioeléctrico y la difusión de servicios, desde voz a banda ancha y acceso a Internet, juegan un papel importante. De hecho, el gran despliegue de las comunicaciones móviles ha permitido que los costes de dispositivos y terminales sean relativamente bajos, haciendo el modelo más sostenible en donde es necesario. Se puede decir que la mayor parte habitable del planeta tiene “disponibilidad de conexión”. Pero esto no quiere decir que todos tengan un dispositivo de comunicaciones, sino la posibilidad de conectarse, persistiendo aún la brecha tecnológica y económica, pero esta brecha se reduce significativamente [MIT_06] en las telecomunicaciones inalámbricas. De forma general son tres los modelos tecnológicos de las comunicaciones inalámbricas en los que actualmente se está trabajando: redes de amplia cobertura WAN (Wide Area Networks) que se apoya en tecnologías como GSM/GPRS/UMTS; redes de área local LAN (Local Area Networks) con tecnologías WiFi principalmente; y redes de área personal PAN (Personal Area Network) que emplea tecnologías tipo Bluetooh y RFID. Todas estas tecnologías se encuentran en el espectro de las altas frecuencias, que permiten un mejor aprovechamiento y mayor caudal de información binaria. Una simple mirada y reflexión al entorno próximo invita a valorar el ambiente cotidiano a través de la |Figura 2|.

|Figura 2| Red y dispositivos inalámbricos en un entorno urbano

ad

ho

c

GSM, 3G, WLAN, Bluetooth…

PDA, laptop, móviles, GPS sensores, etc…

Al hablar de las comunicaciones inalámbricas, al contrario de lo que indica su nombre, su impacto visual es mayor que el de las tecnologías cableadas. En las ciudades o en el campo, se puede ver el impacto que tienen en el medio las antenas de telefonía móvil o de radio. Otras soluciones de comunicaciones que cada vez frecuentes, rompiendo con la filosofía de una única infraestructura de comunicaciones, son las comunicaciones inalámbricas de radio unidireccionales. Estas soluciones particulares abaratan la utilización de las redes cableadas y proporcionan comunicaciones punto a punto entre sedes o edificios, minimizando así el impacto ambiental. 321


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Las comunicaciones inalámbricas no sólo están impactando visualmente en el medio, sino que también están contribuyendo a lo que se conoce hoy en día como contaminación electromagnética [CONT08]. Existen grandes polémicas entre los organismos gubernamentales y asociaciones sobre el impacto de antenas de repetición cerca de las viviendas. En muchos países se están aplicando normas técnicas a este respecto con el fin de mejorar la competitividad del país, proteger la salud y promover el desarrollo sostenible. Estas normas contemplan que las instalaciones de telecomunicación deben cumplir dos principios básicos: comprometerse a que la emisión de radiaciones no ionizantes sea tan baja como técnica y razonablemente sea posible, es decir, buscar la convergencia entre los valores mínimos de emisión y la calidad del servicio deseada [MTCP05]. En estos últimos 50 años se ha estudiado extensivamente si la contaminación producida por los campos electromagnéticos (electropolución) puede ser un problema social y, en consecuencia, sostenible [CAST07]. La respuesta es que, a día de hoy la conclusión científica, la bondad social de estas tecnologías y la regulación en los niveles de exposición y planificación de las infraestructuras, han permitido un perfecto acoplamiento y desarrollo dentro de la sociedad, no encontrado evidencia ni efectos adversos a la salud de las personas. Cuando una persona está expuesta a un campo de radiofrecuencia, éste penetra unos centímetros en su cuerpo y es absorbido en forma de calor. Esta tasa específica de absorción es denominada SAR (Specific Absortion Rate). La ICNIRP, Comisión Internacional para la Protección contra las Radiaciones No Ionizantes, establece guías para los estándares acordes con la Organización Mundial de la Salud (WHO, en sus siglas en inglés) de los márgenes de SAR para protección de los usuarios de los dispositivos inalámbricos (www.mmfai.org). En España, el Instituto Nacional de Estadística (INE) proporciona regularmente, desde hace unos años, la información de fuentes oficiales sobre la penetración y los usos de las telecomunicaciones inalámbricas y, por otra parte, el Observatorio de las Telecomunicaciones y de la Sociedad de la Información (Red.es), complementa y amplía el trabajo del INE. Estos barómetros permiten evaluar temas de especial interés sobre sostenibilidad. Por otro lado, las Comisiones reguladoras y los operadores juegan el papel más importante para el desarrollo sostenible. Dentro de las principales políticas de sostenibilidad a llevar a cabo, algunas de ellas se desarrollan con mayor profundidad en otros capítulos de este libro, están: ❙ Elaboración de guías de despliegue de red que permitan reducir el impacto visual y ambiental de las estaciones diseminadas en el conjunto de nuestro ambiente, por ejemplo con el uso compartido de estaciones o reutilizando infraestructuras existentes. ❙ Control y reducción de sustancias nocivas en los equipos de climatización de las estaciones base inalámbricas diseminadas que requieren de una estación de energía eléctrica. ❙ Reciclado de equipos terminales y residuos, tanto de los sistemas electrónicos, (dispositivos de alimentación), como de baterías y otros materiales plásticos. La llamada tecnobasura. ❙ Desarrollo de proyectos en el campo de la teleasistencia, telemedicina, telecontrol y ayuda a personas con discapacidad, así como la difusión de las comunicaciones móviles a través de los mismos o en cooperación con universidades y centros públicos. ❙ Incorporación de las TIC inalámbricas a más servicios, como los medios de transporte, apoyando a soluciones, como gestión de flotas y seguridad en vías de comunicaciones terrestres. ❙ Incorporación a servicios sociales y administrativos a distancia, así como la difusión TIC en medianas empresas.

Las TIC en el hogar: la domótica Dentro de la amplia red de comunicaciones y fruto de la revolución social provocada por el auge de las tecnologías, en los hogares españoles se está notando, cada vez más, una mayor influencia de las TIC para uso doméstico (domótica), aplicadas principalmente a ocio y seguridad. Todo esto se traduce en una mejora de la calidad de vida de las personas, lo que aumenta la demanda de las TIC en el hogar y favorece su uso. 322


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Las comunicaciones como impulsor del desarrollo sostenible | Tema V | Avances de Ingeniería

Como se puede comprobar en la figura siguiente, el uso de las TIC en los hogares españoles crece año a año, lo que demuestra el aumento de la demanda de las nuevas tecnologías [INE_08]. Destaca el descenso de las viviendas con teléfono fijo a favor de las que disponen de teléfono móvil.

|Figura 3| Equipamiento de TIC en los hogares españoles 100 90

Equipamiento (%)

80 70 60 50 40 30 20 10 0

2004

2005

2006

Viviendas con algún tipo de ordenador Viviendas que disponen de acceso a Internet Viviendas con conexión de Banda Ancha Viviendas con teléfono fijo Viviendas con teléfono móvil

2007

Fuente: [INE_08]

Dentro del marco del desarrollo sostenible, el impacto social de las TIC en el hogar afecta muy positivamente a numerosos ámbitos domésticos, que se pueden agrupar en varios campos: ocio, seguridad, gestión remota, teleasistencia, y confort. Los servicios demandados desde la vivienda, enfocados al ocio, son los más apreciados por la sociedad actual. Por ejemplo, el acceso a Internet, y muy especialmente los servicios de entretenimiento multimedia: descarga de vídeos y música, vídeo bajo demanda (vídeoclub), televisión digital, juegos en red multijugador y, en general, las aplicaciones audiovisuales. La seguridad es otro ámbito muy favorecido por el desarrollo de las TIC y su inclusión en el hogar. Actualmente la aplicación doméstica más extendida es la detección de intrusiones; el control de accesos, con la posibilidad de recibir avisos en el móvil; y la televigilancia, pudiendo conectarse por Internet a la cámara instalada en el hogar o en el local, para visualizar sus imágenes en tiempo real. Cada vez más se están empleando las TIC en la detección de humo, fuego, y de fugas de gas y agua, lo que va a incrementar la seguridad doméstica [ALTA05]. Ligado a la seguridad se encuentran numerosos servicios que permiten gestionar de forma remota varios dispositivos del hogar, como por ejemplo, el control de elementos que permitan interrumpir automáticamente el suministro de gas y de agua en caso de fugas, o la activación remota de luces, persianas o toldos, que simulen habitabilidad en la vivienda. Además existen otros servicios que cada vez más están teniendo una gran acogida en el hogar. Por ejemplo, el control remoto de la caldera y del aire acondicionado, que permitan tener una temperatura adecuada en el hogar cuando 323


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lleguen los inquilinos; el control del riego y de algunos electrodomésticos, que permitan gestionar de manera efectiva los recursos del hogar; la lectura remota de contadores, de gran utilidad para las empresas de suministros, etc. Todos estos servicios permiten al usuario tener un conocimiento total e instantáneo del estado de la vivienda y un control digital sobre ella [ALTA05]. Los ajustes remotos que se pueden realizar sobre el hogar pueden contribuir a disminuir el impacto ambiental (por ejemplo, cancelar el riego tras la lluvia) y al ahorro energético (por ejemplo, controlar el encendido y apagado de la calefacción para cuando haya alguien en la vivienda). Uno de los ámbitos en el que, sin ningún lugar a dudas, las TIC y sus aplicaciones domóticas van a tener una mejor aceptación y un mayor beneficio social es en la teleasistencia. Ésta se divide en dos ramas: teleasistencia sanitaria y teleasistencia social. La primera permite la supervisión remota del paciente en casa, por personal cualificado, sin el desplazamiento del paciente ni de los médicos. Esto se traduce en una reducción de la estancia de los pacientes en hospitales, residencias o centros especializados, en una mejor rehabilitación, y en más libertad para el paciente, entre otros, lo que deriva en una notable mejora de la calidad de vida. La teleasistencia sanitaria también es muy útil en los casos de condiciones geográficas adversas, por lejanía a los mejores recursos o por dificultades de acceso o desplazamiento por parte de los médicos o los pacientes. Por otra parte, la teleasistencia social se encarga de la supervisión remota de ancianos y discapacitados, pudiendo mantener contacto visual y sonoro con ellos y un control sobre ciertas variables tales como las constantes vitales o como sensores que detecten caídas o movimientos bruscos. También permiten al paciente solicitar ayuda en caso de necesidad [TELE08]. Por último, todos los servicios enfocados al bienestar y a las comodidades de las personas se engloban en el ámbito del confort. Aquí se incluye la interconexión de los dispositivos domésticos (calefacción, aire acondicionado, electrodomésticos, toldos, persianas, etc.) desde un punto de vista del confort. También están las compras y el comercio electrónico, así como la teleeducación y el teletrabajo. Es lógico que, cada vez más, se demanden este tipo de servicios, pues incrementa notablemente la calidad de vida de las personas. Sin embargo, gran parte del desarrollo actual de las comunicaciones para el hogar no está al alcance de un sector de la sociedad que se ve desfavorecido, lo que no permite su desarrollo social e incluso les discrimina más. El efecto que produce esta discriminación a través de las tecnologías de la información se conoce como brecha digital. En general, las comunicaciones en el hogar y sus aplicaciones domóticas evitan o reducen los desplazamientos, permiten controlar los distintos electrodomésticos y dispositivos del hogar, permiten la supervisión de personas y de equipos y aumentan el bienestar social. Sin embargo, por otra parte, aumenta el consumo energético y el gasto en dispositivos, debido a las necesidades técnicas en equipamiento electrónico que requiere el disfrute de los servicios mencionados anteriormente. No está muy claro, debido a la poca extensión de dichos servicios en la sociedad actual y, por lo tanto, a la falta de estudios e informes, la cuantía del incremento en el consumo de los nuevos dispositivos. Afortunadamente, este aumento se irá reduciendo con el tiempo, gracias a los futuros avances tecnológicos [ENER03]. El futuro de todos estos servicios es esperanzador. A medida que se vayan resolviendo los problemas actuales (demasiadas tecnologías no estandarizadas, sector de la construcción no preparado convenientemente, ignorancia de los consumidores, etc.), aumentará el conocimiento y la confianza de las personas en las ventajas que pueden ofrecer dichos servicios en el hogar, lo que incrementará su demanda. A su vez, esto provocará la generalización de los sistemas y del uso de la banda ancha, reduciendo el coste de los dispositivos y permitiendo una expansión de los sistemas domóticos a nivel nacional, lo que mejorará la calidad de vida social.

Conclusiones La implantación de las infraestructuras de comunicaciones que se emplean a diario, proporcionan un punto de equilibrio de sostenibilidad satisfactorio en lo que concierne al despliegue del mismo en coste, cuidado por el medioambiente y beneficio social que se consigue. El único punto a 324


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mejorar, como refleja el trabajo, sería la optimización en los costes de producción de las líneas de comunicaciones. Por este motivo, las empresas de telecomunicaciones poseen planes de futuro que les permitan alcanzar una política de sostenibilidad completa, desde la fabricación del equipo de comunicaciones hasta su implantación. Los objetivos que siguen estas políticas son: invertir en nuevas tecnologías que abaraten los costes de producción, emplear energía proveniente de energías renovables para la producción de equipos de telecomunicaciones, desarrollar planes de reciclado de equipos, fomentar el teletrabajo, reducir las emisiones de CO2, etc. Por otro lado, algo preocupante en la sociedad de la información que vivimos es reducir la denominada brecha digital. El esfuerzo tecnológico por facilitar el acceso a Internet a todos los hogares y el continuo abaratamiento de los equipos informáticos domésticos, ayudará a que se reduzca dicha brecha. Un ejemplo de este abaratamiento lo ponen de manifiesto la mayoría de fabricantes con el lanzamiento de los ordenadores de bajo coste. Este concepto de ordenador portátil, a través del proyecto denominado “Un Portátil Para Cada Niño (OLPC)”, permite ofrecer la última tecnología a los países con dificultades económicas y sociales para acceder a ella. |❙|

Referencias [ALTA05] A. Altadill, M. Féliz y M. Molina. Telecomunicaciones y desarrollo sostenible ¿Será el hogar digital un hogar sostenible?. Telefónica I+D para el Área de Reputación y Responsabilidad Corporativa de Telefónica S.A., 2005. [APNG06] Wireless Based Rural e-Commerce Infrastructure For Sustainable Development In Asia Pacific Region http://www.apng.org/8thcamp/APNG2006/Arahman_APNG_Presentation.ppt. [CAST07] Manuel Castells y otros. Comunicación móvil y sociedad, una perspectiva global. Edición electrónica gratuita, 2007. Texto completo en www.eumed.net/libros/2007c/312/. [CONT08] Contaminación electromagnética. http://www.contaminacionelectromagnetica.org [EMI_03] V. Türk, V. Alakeson, et al.. The Environmental And Social Impacts Of Digital Music. A Case Study With EMI. Digital Europe, 2003. [ENER03] B. Aebischer y A. Huser. Energy Analysis Of The FutureLife-House, Proceedings of the 3rd International Conference on Energy Efficiency in Domestic Appliances and Lighting (EEDAL ‘03). 1-3 de octubre de 2003, Torino (Italia). [FTTH08] K. Struthers-Watson: Green To Go For Fiber. Ftth Council Europe Claims Fiber Is Environmentally Friendly. Telecommunications, 2008. [INE_08] Instituto Nacional de Estadística. http://www.ine.es/jaxi/menu.do?type=pcaxis&path=%2 Ft25%2Fp450&file=inebase&L=0 [MIT_06] MIT Press bajo el título Mobile Communication and Society. A Crosscultural Perspective, 2006. http://www.eumed.net/libros/2007c/312/indice.htm [MTCP05] Ministerio de Transporte y Comunicaciones. http://www.mtc.gob.pe/indice/C.-%20 SUB-SECTOR%20COMUNICACIONES/C.1.%20Telecomunicaciones/C.1.7%20Inspecciones,%20Infracciones%20y%20Sanciones/R.M%20120-2005-MTC-03%20Norma%20 t%C3%A9cnica%20sobre%20Restricciones%20Radioe.pdf [TELE08] Juan Pascual, Miguel A. Sanz Bobi y David Contreras. Intelligent System For Assisting Elderly People At Home. HEALTHINF 2008: Proceedings of the first international conference on health informatics”. Madeira, Portugal, 28-31 de enero de 2008. ISBN: 978-989-8111-16-6. Editado por Luis Azevedo y Ana Rita Londral.

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Capítulo 33. Avances informáticos para simplificar y mejorar las gestiones administrativas Javier Jarauta Sánchez Rafael Palacios Hielscher

Palabras clave Administración electrónica, sociedad de la información, servicios públicos en línea, firma electrónica, DNI electrónico, DNIe, seguridad de la información, sostenibilidad, desarrollo sostenible, TIC, servicios a los ciudadanos, protección de datos personales, eliminación de papel, factura electrónica. En este capítulo se describen las tecnologías básicas que mayor importancia tienen en la informatización administrativa, se enumeran las leyes que lo respaldan, y se revisan los programas nacionales y europeos que lo impulsan. Se finaliza con un apartado específico sobre portales y formularios electrónicos, que es el aspecto más cercano al ciudadano y que mayor impacto tiene en la sostenibilidad.

Introducción La Administración Pública española ha sido pionera en la implantación de muchos aspectos tecnológicos, tanto para uso interno como para facilitar las gestiones a los ciudadanos. Esta actitud innovadora ha jugado un importante papel ejemplarizador ante la sociedad y además ha favorecido el avance tecnológico en nuestro país. Asimismo, el impulso que ha dado la administración a las tecnologías de la información ha venido acompañado de una legislación que se ha ido forjando en paralelo y que hoy en día se puede considerar que ha alcanzado un alto nivel de madurez. Muchas de las iniciativas de las administraciones nacionales se están trasladando ahora a la empresa privada y otras se están extendiendo de manera internacional para facilitar procesos administrativos entre distintos países. Desde la aparición de los sistemas informáticos, las tecnologías de la información se han ido introduciendo en las Administraciones Públicas de la misma manera en que se fueron introduciendo en las empresas, es decir como sistemas para la gestión interna pero sin demasiada repercusión social. Sin embargo en los últimos años han ido apareciendo iniciativas concretas con una profunda orientación hacia el ciudadano que han empezado a incidir en aspectos sociales y medioambientales. Éste es un hecho que afecta a todas las Administraciones: local, autonómica, estatal, europea y global. La administración electrónica es un instrumento especialmente útil para dotar de eficacia, productividad, y simplicidad a los casi siempre tediosos trámites administrativos para las empresas y los ciudadanos. La utilización de servicios públicos en línea optimiza tiempos, evita desplazamientos y mejora la inclusión social de los ciudadanos más desfavorecidos. Los objetivos marcados por la Unión Europea en Lisboa 2000, así como por la Declaración Europea i2010 para el Desarrollo de la Sociedad de la Información marcan un punto de inflexión para el desarrollo masivo de los servicios públicos en línea. La colaboración e interoperabilidad entre todas las administraciones nacionales e internacionales es igualmente un objetivo a cumplir, marcado por las Naciones Unidas y la OCDE en varios de sus programas, como se detallará más adelante. 327


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En España hay servicios públicos en línea disponibles para los ciudadanos desde hace una década y en muchos casos tienen un importante grado de madurez, siendo una referencia internacional. Las primeras iniciativas españolas más destacadas son las siguientes: ❙ La Oficina Virtual de la Agencia Tributaria (www.aeat.es) es un servicio a través de Internet que se inició en el año 1996. A partir de 1999 se incorpora la funcionalidad de la firma electrónica para posibilitar la declaración telemática del IRPF, y posteriormente la declaración de otros tipos de impuestos (Patrimonio, IVA, Impuesto de Sociedades, etc.). Cabe destacar que esta Oficina Virtual evita al año más de 100 millones de desplazamientos. ❙ El sistema de Remisión Electrónica de Documentos (RED) para permitir el intercambio de información y documentos entre empresas y la Tesorería General de la Seguridad Social. Este sistema funciona a través de Internet y con firma electrónica (www.seg-social.es). Este sistema quedó regulado y pasó a estar plenamente operativo en abril de 1995. ❙ El proyecto CERES (CERtificación ESpañola) para crear la Autoridad de Certificación de la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre - Real Casa de la Moneda (www.cert.fnmt.es). Este proyecto fue iniciado en 1996 y puesto en explotación en 1999. Otra de las iniciativas más importantes ha sido la introducción del DNI electrónico (DNIe: www. dnielectronico.es). Se trata de una tarjeta criptográfica que incluye dos certificados digitales del titular del documento, lo que permite realizar funciones de autenticación y de firma electrónica. El DNIe se empezó a expedir el 16 de marzo de 2006 en Burgos, como experiencia piloto, y se ha generalizado su emisión desde finales de 2007, siendo un proyecto pionero a nivel mundial que proporciona una herramienta a todos los ciudadanos españoles para poder realizar gestiones en línea con las Administraciones Públicas y con las empresas de manera segura. Cualquier persona a lo largo de su vida, y cualquier empresa en su actividad comercial, requiere realizar multitud de transacciones con las Administraciones Públicas. Mediante la utilización de las TIC se ha iniciado el desarrollo de la Sociedad de la Información, lo cual ha supuesto una importante contribución al desarrollo sostenible en sus principales aspectos: ❙ Medioambiental: Se produce un importante ahorro de papel y transporte. ❙ Social: Se minimizan las desigualdades entre individuos y poblaciones, al potenciar el acceso universal. ❙ Económico: Se simplifica la gestión interna, lo que permite hacer frente a un creciente número de trámites sin que se disparen los costes administrativos. El camino hacia la Sociedad de la Información está iniciado, pero aún queda mucho por recorrer y las Administraciones Públicas han de ser un agente dinamizador que facilite su plena implantación. Es quizá una de las mayores revoluciones de este siglo XXI. El avance de las TIC está siendo mucho más rápido que el de otras tecnologías, por lo que los retos y riesgos a los que se enfrenta son mayores. Hoy en día no se concibe una Administración Pública con procedimientos complejos, que puedan implicar la necesidad de manejar millones de papeles y fotocopias redundantes. Tampoco es imaginable la inexistencia de relaciones telemáticas entre diferentes Administraciones y mucho menos la limitación del servicio a sólo ciertas horas del día. La entrega al Congreso de los Diputados de los Presupuestos del Estado, que hasta hace poco se realizaba mediante una furgoneta que transportaba cientos de tomos en papel, ahora se realiza mediante un dispositivo de almacenamiento electrónico (Flash drive), y es otro símbolo de mejora de la sostenibilidad por parte de las Administraciones Públicas. Igualmente, el pasado día 30 de diciembre de 2008 se imprimió la última edición en papel del BOE, cuyos orígenes datan del año 1661. A partir del 1 de enero de 2009, y como aplicación de la Ley 11/2007 (LAECSP), sólo se edita en formato electrónico, disponiendo de sistemas de firma electrónica para garantizar la integridad, seguridad y validez legal de lo que aparece en el portal www.boe.es. Esto permite un ahorro anual de 3.500 toneladas de papel y pasar de un gasto de distribución de 6,3 millones de euros a sólo 200.000 euros, además del consumo en distribución, tinta, planchas, etc. Todo un ejemplo de lo que las TIC y la Administracíón Pública pueden aportar a la sostenibilidad. 328


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|Figura 1| Descripción física del DNIe El nuevo Documento Nacional de Identidad dispondrá de un chip electrónico en el que se registrarán los datos del titular: ❙ ❙ ❙ ❙ ❙ ❙

Datos de filiación del titular. Imagen digitalizada de la fotografía. Plantilla de la impresión dactilar. Certificado reconocido de autentificación y de firma. Certificado electrónico de la autoridad emisora. Par de claves de cada certificado electrónico

El DNI recogerá gráficamente los siguientes datos. ❙ Apellidos y nombre ❙ Fecha de nacimiento ❙ Sexo ❙ Nacionalidad

Imagen cambiante grabada en láser Chip electrónico Número personal de DNI y carácter de verificación

Número de serie del soporte Kinegrama Posee una fotografía en blanco y negro con un holograma Relieves Firma manustrita Equipo de expedición

Datos de filiación del titular: ❙ Lugar de nacimiento (localidad) ❙ Provincia (si ha nacido en España) o nación (si ha nacido en el extranjero) Caracteres OCR-B de lectura ❙ Nombre de los padres electrónica ❙ Domicilio ❙ Provincia ❙ Nación Fuente: Dirección General de la Policía y la Guardia Civil: www.dnielectronico.es

Tecnologías básicas Las principales tecnologías que permiten a la Administración seguir desarrollándose de una manera más sostenible, desde el punto de vista social y medioambiental, son las siguientes: ❙ Tecnologías de bases de datos y comunicaciones. Permiten almacenar y compartir información, sobre todo a nivel interno, para agilizar la burocracia y ahorrar papel. También se evitan desplazamientos de papeles cuando los documentos deben ser gestionados por entidades dispersas geográficamente. Principalmente ayudan al intercambio de información e interoperabilidad entre las diferentes administraciones (europea, central, autonómica y local). El almacenamiento electrónico de información ha crecido notablemente en los últimos años, quedando no obstante el reto, legal y tecnológico, de garantizar la custodia y recuperación de dicha información cuando se requieren largos periodos de tiempo de almacenamiento (hasta 20 años). ❙ Tecnologías de Internet. La accesibilidad a los servicios de comunicaciones y los estándares en la creación de documentos y páginas web, permiten a los ciudadanos acceder a información útil y realizar trámites de forma remota, lo cual evita multitud de desplazamientos. El desarrollo de la banda ancha (ADSL y cable) en los hogares está permitiendo la tramitación electrónica en cualquier horario, sin la utilización de papeles y fotocopias innecesarios y sin desplazamientos. En los países de la OCDE 20 de cada 100 hogares ya disponen de banda ancha, mientras que en España son actualmente 18, lejos aún de los 35 de Dinamarca. ❙ Tecnologías de Accesibilidad. Internet es hoy en día el método más eficaz de comunicación con personas con dificultades visuales. Esto es cierto siempre que las páginas web y portales estén 329


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|Figura 2| El objetivo fundamental de la accesibilidad es poder llegar a todos los ciudadanos y en cualquier localización geográfica

diseñadas según los criterios de accesibilidad, cuyas prioridades son: que permitan el ajuste del tamaño de la letra, que sea posible la utilización de lectores automáticos de texto, y que se utilicen combinaciones de colores que produzcan contraste entre el fondo y el texto. En este sentido es importante destacar los estándares para desarrollo de páginas web y de accesibilidad dictados por el World Wide Web Consortium (www.w3.org). Además existen periféricos especiales para personas con discapacidad motora que les permiten manejarse con el ordenador perfectamente. Otro aspecto de la accesibilidad está relacionado con la facilidad de acceder a la información deseada, que está relacionada con las técnicas de diseño de interfaces. Uno de los criterios de diseño más sencillos de medir es el número de clicks necesarios para acceder a cada objeto de información. ❙ Tecnologías Orientadas a Servicios (SOA). Gran parte de la modernización administrativa está basada en la interoperabilidad y colaboración entre las distintas administraciones. La Arquitectura Orientada a Servicios (SOA) y en particular la tecnología de Servicios Web (Web Services) permiten realizar transacciones automatizadas entre servidores de varias Administraciones, sin intervención humana y con las máximas garantías de seguridad y estandarización. Los Servicios Web son un conjunto de protocolos que utilizan estándares abiertos para intercambiar datos XML entre aplicaciones, sin importar en qué aplicación hayan sido desarrolladas ni en qué tipo de plataforma tecnológica se ejecuten. Los estándares y la arquitectura de esta tecnología están definidos por OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) (web: www.oasis-open.org). ❙ Tecnologías de Seguridad de la Información y criptografía. Tanto la criptografía simétrica, que permite proteger información utilizando la misma clave para cifrar y descifrar, como la criptografía asimétrica, que utiliza claves complementarias, son fundamentales para garantizar la seguridad de las transacciones en línea. La criptografía permite implementar de manera segura la interconexión interna entre bases de datos y las transacciones realizadas a través de Internet. La criptografía protege la información de los ciudadanos, garantizando su intimidad, evitando que pueda ser alterada y garantizando la fecha y firma de cada documento. En concreto la tecnología de criptografía asimétrica es necesaria para realizar una autenticación fuerte de los usuarios, para realizar sellados de tiempo y para proporcionar una firma digital reconocida, que permite dar validez legal a los documentos y a las transacciones por Internet, en virtud de la Ley de Firma Electrónica [FIRMA03] y de leyes internacionales equivalentes. Una firma electrónica es un conjunto de información, que acompaña a un documento en formato electrónico, y que se genera mediante un algoritmo criptográfico a partir del propio documento y del certificado de la persona que lo firma. El certificado de la persona puede obtenerse de una entidad de certificación (como por ejemplo la Fabrica Nacional de Moneda y Timbre) o puede venir integrado 330


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Avances informáticos para simplificar y mejorar las gestiones administrativas | Tema V | Avances de Ingeniería

en una tarjeta criptográfica (como por ejemplo el DNI electrónico) y sólo puede ser utilizado por su propietario. El algoritmo de firma electrónica garantiza que un documento ha sido firmado por la persona que se indica en la firma y que el documento no ha sufrido ninguna alteración después del proceso de firma. Cada una de estas tecnologías básicas son los principales catalizadores de la Sociedad de la Información, y permiten que el desarrollo tecnológico de la Administración se realice de una manera sostenible.

Legislación y programas estratégicos Las Administraciones Públicas tienen la potestad de desarrollar leyes, estándares y planes estratégicos que simplifiquen las gestiones administrativas. Existe todo un marco normativo y legislativo español, europeo e internacional todavía en evolución, pero que permite proporcionar todo el soporte legal necesario a los servicios públicos en línea. Seguidamente se enumeran las principales leyes españolas, así como los principales programas de la Administración para el desarrollo de la sociedad de la información en el ámbito español y europeo. ❙ Ley 59/2003 de 19 de diciembre sobre Firma Electrónica [Firm03]. Esta ley equipara la firma electrónica reconocida a la firma manuscrita e introduce el concepto de DNI electrónico. Existe igualmente un marco normativo comunitario en base a la Directiva 1999/93/CE de 13 de diciembre del Parlamento Europeo y del Consejo. ❙ Real Decreto 1553/2005 de 23 de diciembre sobre el DNI electrónico [DNIE05]. Regula la expedición del Documento Nacional de Identidad en forma de tarjeta criptográfica y sus certificados para firma electrónica. Este Real Decreto, junto con el despliegue del DNIe a todos los ciudadanos, ha sentado las bases del verdadero desarrollo de la administración electrónica y ha situado a España como uno de los primeros países en tener desplegado el DNIe a todos los ciudadanos. Quedan muchos retos, como el despliegue masivo de lectores de tarjetas inteligentes para que el DNIe pueda utilizarse habitualmente, pero la infraestructura principal y más compleja está creada. ❙ Ley Orgánica 15/1999 de 13 de diciembre de Protección de Datos de Carácter Personal (LOPD) y Real Decreto 1720/2007 de 21 de diciembre por el que se aprueba el desarrollo de la Ley Orgánica y se identifican las medidas de seguridad, tecnológicas y organizativas, a aplicar. Es una ley con régimen sancionador que aplica tanto al sector público como al privado y ha supuesto una importante garantía de seguridad e intimidad para los ciudadanos. Esta ley da cobertura a la necesidad de autenticar fehacientemente a los usuarios que realizan transacciones por Internet [LOPD99]. Esta ley ha sido fundamental para que la introducción de las TIC se esté realizando con las medidas de seguridad necesarias para proteger la información e impedir un uso inadecuado de la misma. ❙ Ley 11/2007 de Acceso Electrónico de los Ciudadanos a los Servicios Públicos (LAECSP). De reciente aparición, proporciona un marco de vital importancia cualitativa y cuantitativa, ya que obliga a las Administraciones a facilitar el acceso electrónico de los ciudadanos y empresas a sus procedimientos, estableciendo unos plazos ambiciosos, principalmente para los servicios de mayor impacto para los ciudadanos, de forma que los servicios estén operativos antes del 31 de diciembre de 2009. Esta ley aplica a todas las Administraciones Públicas, que se encuentran actualmente adaptando sus procedimientos para crear servicios en línea, de forma que en un futuro próximo todos los trámites administrativos puedan realizarse sin presencia física del interesado y con el mayor grado de accesibilidad y seguridad [LAEC07]. El impacto que pueden tener las TIC sobre el desarrollo sostenible se basa precisamente en informatizar la relación entre la Administración y los ciudadanos. ❙ Ley 56/2007 de 28 de diciembre de Medidas de Impulso de la Sociedad de la Información (LISI). Enmarcada en el conjunto de medidas para el desarrollo de la Sociedad de la Información, esta ley introduce una serie de innovaciones normativas orientadas al sector privado para agilizar sus transacciones con el sector público. Las principales medidas se centran en: la obligatoriedad de utilización de la facturación electrónica (www.facturae.es) con aplicación progresiva a grandes, medianas y pequeñas empresas; el uso de medios electrónicos en todas las fases de los procesos de contratación con el sector público; y la obligación a las empresas de facilitar un medio de interlocución telemática a sus usuarios que cuenten con certificados reconocidos de firma electrónica. 331


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Inicialmente se aplica a empresas de determinados sectores con especial incidencia económica en los ciudadanos: suministradoras de electricidad, agua, gas, telecomunicaciones, entidades financieras, grandes superficies, aseguradoras, agencias de viajes, etc. El desarrollo de esta ley en el sector privado en los próximos años, supondrá una verdadera revolución y un importante escalón mas para el logro de una sociedad de la información sostenible [LISI07]. El marco legislativo es mucho más amplio que el aquí presentado, y seguro que en los próximos años se desarrollan otras leyes que complementen a las aquí indicadas; no obstante, es fácil deducir el impacto que esta legislación supone para el impulso de la administración electrónica y por ende, para el cumplimiento de un desarrollo sostenible en cuanto a eficiencia de los procesos administrativos telemáticos, minimizando la utilización del papel y de los desplazamientos, y la mayor accesibilidad para la realización de trámites personales y profesionales.

Programas específicos para fomentar las TIC en la Administración Programas nacionales

A lo largo de los últimos años, todos los gobiernos han tratado de impulsar la Sociedad de la Información con planes y programas de ayuda, todos ellos en coordinación y con el objetivo de lograr la convergencia con la Unión Europea. La eficacia de dichos planes ha sido diversa en función de múltiples circunstancias socio-políticas, pero lo que no cabe duda es de la necesidad de que sean las Administraciones quienes tomen la responsabilidad de realizar dicho esfuerzo. Como ejemplo de las actuaciones que se están llevando a cabo en esta primera década del siglo XXI, se enumeran a continuación algunos de los programas nacionales en curso. ❙ El Plan Avanza [AVAN05] propone un conjunto de medidas a implantar entre 2006 y 2010 para el desarrollo de la Sociedad de la Información y para la convergencia con Europa y entre Comunidades Autónomas, haciendo una apuesta decidida por la mejora administrativa y la adopción de nuevas tecnologías de la información. Se definen cuatro áreas de actuación principales que posteriormente se concretan en múltiples medidas: – Ciudadanía Digital. Para hacer partícipes a los ciudadanos de las ventajas de utilizar Internet y las TIC. – Economía Digital. Para incrementar el uso de las TIC por parte de las empresas, especialmente las PYMES. – Servicios Públicos Digitales. Para una administración más eficiente y próxima a los ciudadanos, en las áreas de administración local, educación, sanidad y justicia. – Nuevo Contexto Digital. Cuyo objetivo consiste en fomentar el uso de la Banda Ancha, y lograr una total confianza en la Identidad Digital (DNIe), aumentando la disponibilidad de contenidos y permitiendo un mayor despliegue de sintonizadores de Televisión Digital Terrestre. ❙ El Plan Moderniza [MODE05] aprobado en consejo de ministros el 9 de diciembre de 2005, propone un conjunto de medidas a implantar entre 2006 y 2008 para la mejora de la Administración, haciendo una apuesta decidida por la adopción de nuevas tecnologías de la información. El plan es responsabilidad del Ministerio de Administraciones Públicas, e incluye las siguientes medidas principales de modernización tecnológica y simplificación: – Creación de la Red de Oficinas integradas con Comunidades Autónomas y Ayuntamientos, unificando más de 1.000 teléfonos y unas 20.000 oficinas de atención ciudadana. Este plan permite integrar los servicios telefónicos de la Administración en un único número (060) y todos los servicios en línea en único portal de Internet (www.060.es). Se trata de crear el auténtico portal del ciudadano, orientado a facilitar los trámites y a evitar los múltiples desplazamientos por cada gestión. – Ampliación de los servicios prestados a través de Internet para incorporar más de 800 nuevos formularios administrativos, conjuntamente con más de 100 nuevos servicios digitales accesibles con el DNI electrónico en 2006 y 300 más en 2007. – Rediseñar 300 procedimientos en el período 2006-2008 e instalarlos en soporte electrónico con herramientas de “work-flow”, para permitir controlar todo el flujo de actividades a realizar para la tramitación de expedientes administrativos. 332


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❙ La Red SARA [SARA07] constituye una Intranet Administrativa. El artículo 43 de la Ley 11/2007 establece la obligación de crear una red de comunicaciones que interconecte las Administraciones Públicas españolas entre si y con otras redes de las Instituciones Europeas y de otros Estados miembros. La Red SARA permite la interconexión de las administraciones públicas, facilitando el intercambio de información y servicios entre ellos de una manera flexible, fiable y segura. La consecuencia más destacada de estos programas desde el punto de vista de la sostenibilidad, es la reducción del impacto ambiental derivada de la eliminación de más de 20 millones de documentos en papel entre 2006 y 2008. También se ha conseguido una importante reducción de desplazamientos como consecuencia de la creación de la red 060 o “Red de oficinas integradas de atención al ciudadano”, donde se pueden solucionar trámites de todas las Administraciones en las oficinas más cercanas al ciudadano y con los medios más accesibles (teléfono unificado 060 y portal www.060.es). Por su parte la red SARA agiliza las transacciones a nivel nacional y europeo, mejorando la seguridad y evitando costosos desplazamientos de documentos y ciudadanos. También es importante que en lugar de aportar las tradicionales fotocopias compulsadas de títulos y certificados para realizar un trámite en una institución, sea la propia institución la que verifique la existencia de los documentos mediante consultas en tiempo real a las entidades emisoras. ❙ El Consejo Superior de Administración Electrónica (www.csae.map.es) es un órgano adscrito al Ministerio de Administraciones Públicas (MAP), desde donde se impulsa y observa la evolución de la e-Administración tanto para la administración del Estado como para la de las Comunidades Autónomas y las entidades locales, en base a determinados indicadores. Los principales indicadores utilizados son los siguientes: centros con banda ancha, utilización de software libre, funciones implantadas en la intranet, utilización de firma electrónica, nivel de implantación de la tramitación telemática completa, existencia y funcionalidad de un portal único de acceso, servicios on-line ofrecidos a ciudadanos, empresas y otras administraciones, intercambio de cenrtificación entre administraciones, mecanismos de participación ciudadana. Los resultados actuales y su evolución en el tiempo se detallan en la dirección www.csae.map.es/ csi/nuevo/pg4101.htm.

Programas europeos

Desde la Administración Europea, partiendo principalmente de la estrategia de Lisboa en marzo de 2000, se han establecido unas líneas de trabajo entre las que destacan actuaciones encaminadas a promocionar el uso de las TIC, en todos los ámbitos públicos y privados de la sociedad, con lo que ello representa para el desarrollo sostenible de la misma. Dichas iniciativas se revisan y actualizan anualmente, constituyendo un marco continuo de innovación y convergencia entre todos los países europeos. Muchas de las acciones propuestas en estos programas están relacionadas con la utilización de firma electrónica y sistemas de seguridad, que son las principales tecnologías que habilitan las transacciones seguras en línea. ❙ La Iniciativa i2010 constituye un entorno de trabajo para la modernización administrativa y para la realización de actuaciones para el desarrollo de la sociedad de la información en diferentes ámbitos, contando con lo que las TIC pueden aportar a la economía, a la sociedad y a la calidad de vida de las personas. En la iniciativa se incluyen acciones orientadas hacia la modernización de los medios audiovisuales, de las telecomunicaciones, de los contenidos, de los sistemas de salud, y de la mejora de los servicios públicos. (http://ec.europa.eu/information_society/eeurope/i2010/ index_en.htm). ❙ La red transeuropea sTESTA (secure TESTA) es una red IP separada de Internet que interconecta las redes administrativas de los Estados miembros, Instituciones y Agencias Europeas. sTESTA aporta a los gobiernos un gran valor añadido en términos de seguridad, disponibilidad y calidad de servicio. Gracias al enlace de SARA con la red TESTA desde el 10 de julio de 2007, las Administraciones españolas se pueden interconectar con Administraciones de otros estados miembros de la UE, para el despliegue y acceso a los servicios paneuropeos de administración electrónica. ❙ La Decisión IDABC [PANA07], para el período 2005-2009, relativo a la “Prestación interoperable de servicios paneuropeos de administración electrónica al sector público, las empresas y los ciudadanos” 333


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surge a raíz de la Decisión 2004/387/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 21 de abril. El programa incluye proyectos de interés común, medidas horizontales y diagnóstico de la situación de integración en la Administración. El programa se concreta en gran cantidad de servicios específicos, a los que se accede vía Internet o vía las redes SARA y/o TESTA. Uno de los aspectos más importantes de este programa es la posibilidad de realizar intercambios interinstitucionales de información masiva en formato electrónico, sin papeles y evitando multitud de traslados. ❙ UNECE (United Nations Economic Comission for Europe) ha impulsado el programa UN/CEFACT (www.unece.org/cefact) para estandarizar y facilitar las transacciones electrónicas internacionales entre el sector público y privado. El comercio electrónico mundial se basa en tres pilares fundamentales: los procesos, la información y la tecnología, y este programa aporta recomendaciones, estándares y especificaciones para facilitar dicho comercio.

Portales y formularios electrónicos Tal y como se define en la LACSP, la forma que tienen las Administraciones de interactuar electrónicamente con los ciudadanos y empresas es habilitando una “Sede Electrónica” identificada como Portal Administrativo u Oficina Virtual, donde se proporcione acceso a los procedimientos administrativos que habitualmente se realizan por ventanilla y que requieren desplazamiento físico del interesado. La mayoría de las gestiones administrativas, cuando se utiliza la tecnología de la información, tienen asociado un formulario estandarizado que debe ser rellenado por la persona que realiza la gestión. Estos formularios recogen la información necesaria para la gestión así como la firma del ciudadano, que se utiliza como prueba de identidad de la solicitud. Además suele pedirse una fotocopia del documento nacional de identidad (o documento identificativo equivalente) para poder verificar, sin demasiado rigor, la validez de la firma. Son pocos los procesos en los que se identifica y autentica correctamente a la persona que realiza la gestión de manera que exista plena certeza de que la gestión la está realizando el interesado, destacando en este sentido los procesos notariales donde se identifica a la persona mediante la foto de un documento oficial y luego se le permite firmar el documento o solicitud. En la mayoría de las gestiones administrativas se requiere la firma de los formularios de solicitud, aunque luego se realiza una verificación bastante vaga de dicha firma. La introducción de tecnologías de la información en los procesos administrativos ha permitido facilitar los trámites para los ciudadanos, agilizar el proceso de resolución y reducir errores, pero son las recientes técnicas criptográficas y el uso de certificados digitales lo que realmente está teniendo una incidencia significativa en aspectos medioambientales, tales como la reducción del uso del papel y la reducción de la contaminación derivada de los desplazamientos. Para entender la evolución que ha tenido la manera de cumplimentar y entregar formularios administrativos, se puede considerar que existen tres niveles diferentes en cuanto al grado de implicación de las tecnologías de la información en el proceso: ❙ El proceso manual, sin utilización del ordenador por parte del ciudadano, consiste en rellenar y firmar a mano el formulario en papel y entregarlo en la ventanilla correspondiente. Este proceso requiere traslado a la oficina y uso de papel, y es más vulnerable a errores de trascripción de datos. Además es un proceso lento para el ciudadano, que debe rellenar el formulario in-situ y puede requerir varios traslados si fuese necesario consultar algún dato a rellenar en el formulario o adjuntar algún documento adicional. Estos problemas se acentúan en el caso de personas con alguna discapacidad (motora o visual). ❙ Utilizando formularios electrónicos sin firma electrónica, el ciudadano puede conectarse por Internet para obtener el formulario a rellenar y preparar toda la documentación antes de acudir a la oficina de la Administración. En algunos casos es posible rellenar la información en el ordenador, mediante formularios PDF o formularios HTML, y enviar dicha información por Internet a la entidad correspondiente. De esta manera se evitan errores de trascripción, si bien este proceso carece de validez legal por no estar la información firmada. Finalmente es necesario imprimir el formulario, o un justificante del envío de la información, para poder firmarlo y entregarlo manualmente. ❙ Utilizando formularios y firma electrónica todo el proceso puede completarse a distancia, sin necesidad de realizar desplazamientos ni de gastar papel. Los formularios se obtienen por Internet, 334


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|Figura 3| A) Proceso manual B) Formularios electrónicos C) Formularios y firma electrónica

A

B

C

se rellenan y envían como en el caso anterior, pero se utilizan técnicas criptográficas para generar una firma electrónica de la información, lo que añade toda la validez legal. La firma electrónica sustituye plenamente a la firma manuscrita y al proceso de identificación (en ningún caso sería necesario adjuntar la fotocopia del DNI). Para realizar el seguimiento del cumplimiento de la LACSP, cada proceso administrativo implantado en los portales se ha clasificado mediante un modelo de madurez con cinco niveles de adecuación: ❙ Nivel 0, inadaptación total: procedimientos que carecen de información publicada por medios electrónicos. ❙ Nivel 1, muy baja adaptación: procedimientos de los que sólo se ha publicado información por medios electrónicos. ❙ Nivel 2, baja adaptación: procedimientos con información y disponibilidad de formulario de iniciación descargable, para firma y presentación física. ❙ Nivel 3, adaptación parcial: procedimientos que permiten su iniciación por medios electrónicos, aunque sin firma electrónica. ❙ Nivel 4, adaptación total: procedimientos adaptados a los requisitos fijados por la LACSP, incluyendo inicio, seguimiento y finalización del procedimiento en línea, con firma electrónica y sin utilización de papel en todo el proceso. Tanto para los portales ya existentes, como para los de nuevo desarrollo, el objetivo de la Administración electrónica a corto plazo (antes de diciembre de 2009) es llegar al nivel 4, al menos en los procedimientos de mayor impacto y volumen para los ciudadanos, y al menos al nivel 3 en el resto de procedimientos administrativos. El impacto que pueden tener las tecnologías de la información en la reducción de volumen de papel es más importante de lo que inicialmente puede parecer. Valgan como ejemplo estos datos extraídos de [MODE05] y [AVAN05]: ❙ Anualmente en España hay 3,2 millones de cambios de domicilio. Por cada una de las notificaciones de cambio de domicilio, los Ayuntamientos emiten tres volantes de empadronamiento. Estos 10 millones de volantes anuales están siendo sustituidos por accesos a bases de datos. ❙ Anualmente se aportan cuatro millones de fotocopias del DNI para trámites administrativos en la Administración General del Estado. Como se ha comentado anteriormente, estas fotocopias son innecesarias cuando los trámites se realizan de manera electrónica. ❙ Anualmente se tramitan en España 4.500 millones de facturas, y según datos del plan Avanza se puede conseguir un ahorra de 3,33 € por factura (el coste en papel es de 2,78 € en la recepción 335


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y 0,70 € en la emisión, frente a 0,09 € y 0,06 € de coste en formato electrónico). Por lo tanto la implantación masiva de la facturación electrónica en España supondría un ahorro mínimo de 9.000 millones de hojas de papel y 15.000 millones de euros (1,5% del PIB).

Conclusiones En este capítulo se ha descrito cómo las tecnologías de la información y las comunicaciones están contribuyendo a la modernización de la Administración Pública. Dichas mejoras tienen una incidencia directa en los ciudadanos, que son los principales beneficiarios de estos avances. Desde el punto de vista del desarrollo sostenible, la introducción de las TIC en la administración contribuye a disminuir el impacto ambiental por la disminución del volumen de papel y por la disminución de desplazamientos. Asimismo se contribuye a la igualdad social al facilitar las gestiones administrativas, de una manera especialmente destacada a las personas con discapacidad visual o motora. Las tecnologías básicas tienen suficiente nivel de madurez, existe una legislación que da soporte a su utilización y existen numerosas experiencias positivas desarrolladas por varios organismos. Es el momento de hacer extensiva la aplicación de estos avances a toda la Administración y a las empresas. Las nuevas generaciones de ingenieros tienen en sus manos el conseguir una evolución adecuada y sostenible de estas tecnologías. |❙|

Referencias [AVAN05] Plan Avanza, Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. http://www.planavanza.es. [MODE05] Plan Moderniza, con medidas 2006-2008 para la mejora de la Administración. http:// www.map.es/prensa/notas_de_prensa/notas/2005/12/2005_12_12.html. [SARA07] Red SARA, Ministerio de Administraciones Públicas. http://www.csi.map.es/csi/pg5r12.htm. [PANA07] La construcción de los servicios pan-europeos de administración electrónica. Ministerio de Administraciones Públicas, julio de 2007, 3ª edición en Internet (actualizada en junio de 2008). http://www.csi.map.es/csi/pg3315.htm. [FIRM03] Ley 59/2003 de 19 de diciembre sobre Firma Electrónica. Boletín Oficial del Estado, nº 304, pp. 45329-45343. http://www.boe.es/boe/dias/2003/12/20/pdfs/A45329-45343.pdf. [LOPD99] Ley Orgánica 15/1999 de 13 de diciembre de Protección de Datos de Carácter Personal (LOPD). Boletín Oficial del Estado, nº 298 14/dic/1999, pp.43088-43099. http://www.boe.es/ boe/dias/1999/12/14/pdfs/A43088-43099.pdf. [LAEC07] Ley 11/2007 de Acceso Electrónico de los Ciudadanos a los Servicios Públicos (LA.CSP). Boletín Oficial del Estado, nº 150, pp. 27.150-27.166. http://www.boe.es/boe/dias/2007/06/23/ pdfs/A27150-27166.pdf. [LISI07] Ley 56/2007, de 28 de diciembre, de Medidas de Impulso de la Sociedad de la Información (LISI). Boletín Oficial del Estado, nº 312, pp. 53.701-53.719. http://www.boe.es/boe/ dias/2007/12/29/pdfs/A53701-53719.pdf. [DNIE05] Real Decreto 1553/2005 por el que se regula la expedición del documento nacional de identidad y sus certificados de firma electrónica, Boletín Oficial del Estado, nº 307, pp. 42.09042.093. http://www.boe.es/boe/dias/2005/12/24/pdfs/A42090-42093.pdf.

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Capítulo 34. TIC y sostenibilidad en el ámbito de la salud Manuel Muñoz García Romano Giannetti Antonio Muñoz San Roque José Villar Collado

Palabras clave Sistema de Información Hospitalaria (HIS), tarjeta sanitaria electrónica, dispensadores automáticos de medicamentos, telemedicina, telerradiología, bioingeniería, electrónica médica. En este capítulo se destaca la importancia de los sistemas de salud como elemento básico para igualar niveles de calidad de vida en el presente y para asegurar su sostenibilidad en el futuro. Se describen las principales aportaciones que pueden realizar las TIC para la gestión eficiente de los centros sanitarios, destacando cuatro de las más importantes aplicaciones de la informática y las comunicaciones a la hora de: implantar sistemas integrados de gestión; utilizar tarjetas electrónicas sanitarias que faciliten la asistencia en un entorno de absoluta movilidad de los ciudadanos; optimi zar la dispensación de los fármacos; y facilitar la asistencia sanitaria remota. También se repasan las aportaciones que puede realizar la bioingeniería con el mismo propósito de sostenibilidad en el ámbito de la salud, así como las ventajas derivadas de la utilización de compo nentes electrónicos, e incluso nanoelectrónicos, que van a permitir una auténtica revolución en el tratamiento de enfermedades. Finalmente se destaca el papel potenciador que pueden jugar las TIC sobre los recursos disponibles por parte de los organismos que están luchando para asegurar que todos estos avances no quedan limitados al primer mundo, sino que pueden ser empleados para asegurar, en un sentido estricto, la universalidad de la asistencia sanitaria.

Introducción Los sistemas públicos de salud que garanticen una atención sanitaria universal de calidad son impres cindibles para un desarrollo social sostenible basado en principios de equidad e igualdad. Tanto en los países desarrollados como en los subdesarrollados, es esencial ofrecer a los ciudadanos servicios de calidad, tanto en los aspectos diagnósticos como en los de tratamiento, y garantizar en todo caso la universalidad de la atención sanitaria. La propia sostenibilidad del sistema público de salud de un país desarrollado está íntimamente ligada a su modelo de financiación. Por un lado el aumento de la esperanza de vida y, por otro, una sociedad cada vez más informada y exigente en salud, demandan servicios sofisticados que requieren de una ingente cantidad de fondos, hasta el punto de llegar a poner en peligro la propia sostenibilidad del sistema. Las TIC pueden resultar esenciales para poder satisfacer ambos requisitos, tanto la calidad y uni versalidad de las prestaciones, como la sostenibilidad financiera del sistema sanitario. En el primer caso las TIC aportan un gran valor añadido, ya que una mejor infraestructura tecnológica permite ofrecer una atención más personalizada, más universal y de mayor calidad. En el segundo las TIC contribuyen a facilitar la sostenibilidad financiera, ya que permiten una mejor relación entre coste y eficacia, de forma que se pueden aumentar los fondos dedicados a la atención sanitaria propiamente dicha y disminuir los costes administrativos. 337


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Esta relación entre TIC y sostenibilidad, en el campo de la salud, es tan estrecha que se puede confirmar plenamente el lema utilizado por la Comisión Europea, en relación con la aplicación de la Sociedad de la Información en el ámbito de la salud: “la información puede salvarle la vida” ([EURO07]). En este capítulo se presentan algunas de las aplicaciones prácticas de las TIC en cada uno de sus aspectos básicos: los sistemas informáticos, la ingeniería biomédica y la electrónica médica.

Sistemas informáticos y sostenibilidad en el ámbito de la salud En este caso se trata de facilitar la gestión de los centros sanitarios desde un punto de vista em presarial, es decir, el objetivo es implantar sistemas informáticos que faciliten una gestión eficiente de los recursos disponibles. No se pretende desarrollar aquí una relación exhaustiva de todas las aplicaciones posibles, pero sí se considerarán algunas de las aplicaciones esenciales de los sistemas informáticos en cuanto a la sostenibilidad de los sistemas sanitarios.

Sistemas integrados para la gestión de centros sanitarios

Para optimizar la gestión de un centro sanitario, como en cualquier otro tipo de centro, se deben integrar diversas aplicaciones informáticas. En muchos casos es posible que dichas aplicaciones tengan orígenes heterogéneos pero, aún así, resulta esencial asegurar la coexistencia de todas ellas dentro de un único Sistema de Información ([MONT01] y [PTIN00]). Esta tendencia a utilizar un único modelo de datos empresarial permite obtener enormes ventajas, tanto técnicas como administrativas. Desde el punto de vista técnico, por ejemplo, se asegura que los datos utilizados, tanto alfanuméricos (historial del paciente) como gráficos (imágenes diagnosti cas) estén contemplados dentro de una única estructura de información, evitándose así redundan cias e inconsistencias y, en definitiva, errores. En cuanto a las ventajas aportadas por esta integración para facilitar la gestión, cabe destacar que este esquema de trabajo integrado es la única forma de asegurar que se toman decisiones partiendo de una visión completa y exacta de la realidad. Se trata de utilizar un Sistema de Información Hospitalaria, al que se suele identificar mediante el acrónimo inglés HIS (Hospital Information System). El objetivo de estos sistemas integrados consiste en la gestión administrativa, financiera y clínica de un hospital, haciendo énfasis en la integración de todas sus aplicaciones dentro de un único sistema de información ([HITE08] y [OPEN08]). En la |Figura 1| se muestra un diagrama de presentación de este tipo de sistema, que suele estar integrado por los siguientes componentes: ❙ Sistema de Información Clínica (CIS: Clinical Information System), que gestiona la admisión de pacientes, la asignación de camas, los diagnósticos y prescripciones y, en definitiva, todos los procesos clínicos relacionados con el paciente, desde que ingresa en el hospital hasta que es dado de alta. ❙ Sistema de Información Radiológica (RIS: Radiology Information System), que se especializa en la gestión de todas las actividades relacionadas con las exploraciones radiológicas. ❙ Sistema de Archivo y Transmisión de Imágenes (PACS: Picture Archiving and Communication System), que se encarga de la gestión de todo tipo de imágenes diagnósticas relacionas, en su mayoría, con el RIS, pero, potencialmente, también procedentes de otros tipos de pruebas gene radoras de imágenes, como pueden ser ecocardiogramas, tomografías, resonancias magnéticas, ecografías, etc. ❙ Historial Médico Electrónico (EMR: Electronic Medical Record), que aporta un registro único donde se recopila todo el historial médico de un paciente, independientemente del origen de la información y de su tipología. El EMR es una pieza clave de todo HIS, dado que asegura la unicidad de la información, y puede ser asociado al paciente, independientemente del hospital o centro médico donde sea tratado. ❙ Aplicaciones Departamentales, que consisten en un grupo amplio de aplicaciones muy especializa das y de uso exclusivo en algún departamento del hospital: Anatomía Patológica, Banco de Sangre, Dietética y Nutrición, Farmacia, Laboratorio, UCI, Paritorios, etc. En todo caso, al margen de 338


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TIC y sostenibilidad en el ámbito de la salud | Tema V | Avances de Ingeniería

|Figura 1| Diagrama de presentación de un Sistema de Información Hospitalaria (HIS) en el que, al margen de cual sea el origen de cada uno de sus componentes, la clave consiste en asegurar que todos ellos están perfectamente integrados.

tratarse de aplicaciones muy localizadas, resulta fundamental su implantación para asegurar que se integran con el EMR, que utilizan las imágenes del PACS y, en definitiva, que aunque sean aplicaciones de uso muy focalizado, utilizan información de un modelo de datos único y común para todo el hospital. ❙ Sistemas de Gestión Económico-Financiera, que tratan la información económica del hospital, incluyendo la posible facturación inter-centros y, en todo caso, controlando las imputaciones eco nómicas procedentes de la utilización de cualquiera de los servicios hospitalarios prestados. ❙ Gestión de Recursos Humanos, que aporta las funcionalidades típicas de este tipo de aplicaciones pero que, al ser utilizada en un entorno hospitalario, debe incluir funciones especiales para, por ejemplo, la gestión de turnos y puestos de trabajo sanitarios. ❙ Gestión de Activos, que permite crear un inventario con todos los equipos y componentes instala dos en el centro hospitalario, controlando su correcto mantenimiento correctivo y preventivo, así como la gestión de compras y del almacén de repuestos. En resumen, se trata de gestionar de forma integrada los centros hospitalarios, minimizando costes y asegurando que se obtiene una máxima disponibilidad de las instalaciones. Sin duda la palabra cla ve de todo lo que se ha descrito en este apartado es la interoperabilidad, es decir, se trata de asegurar que sistemas heterogéneos puedan intercambiar datos y procesos, para lo cual se han desarrollado ciertos estándares universales, que deben tener en cuenta todas las empresas que desarrollan soft ware o hardware para garantizar la compatibilidad de sus productos. Sin duda existen dos estándares que resultan esenciales a la hora de permitir la coexistencia de com ponentes de distintos suministradores en los sistemas integrados de gestión de centros sanitarios: 339


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❙ Health Level 7 (HL7), que es un protocolo de comunicaciones para el intercambio de información en el ámbito de la salud, que permite interactuar a sistemas de información sanitarios, dispersos, diferentes y heterogéneos ([HL7G08] y [HL7E08]). ❙ Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM), que permite el intercambio de imá genes médicas entre equipos de diferentes fabricantes de dispositivos para la gestión, almacena miento, impresión y transmisión de imágenes ([NEMA08]). Los recursos públicos no son diferentes de los privados: si se gastan a un ritmo superior al de su genera ción terminan desapareciendo. Por eso es tan importante gestionar con el mismo interés tanto unos como otros. En definitiva se trata de realizar el mismo tipo de gestión que hacen los bancos, las compañías de seguros y otras empresas razonablemente eficientes. Para ello, en un hospital, resulta imprescindible disponer de un HIS, cuyos componentes sean estándar para facilitar así su perfecta integración.

Tarjeta sanitaria electrónica

La tarjeta sanitaria electrónica ([SAUH08]) es otra de las aplicaciones recientes de las TIC que se espera que contribuya decisivamente a una mejor gestión y a una mejor atención al paciente. En efecto, la creciente movilidad de ciudadanos, laboral o por ocio, hace que cada vez se recurra más a los servicios médicos de comunidades y países distintos del de origen. Pero cada vez que se acude a un nuevo centro sanitario hay que contestar siempre a las mismas preguntas: ¿Alergias? ¿Enferme dades? ¿Medicación habitual?, etc. El proyecto europeo Smart Open Services para la implantación de la tarjeta sanitaria europea (hermano mayor de un proyecto piloto que tendría que empezar a funcionar en breve en España, uno de los países europeos más avanzando en este campo) pretende dar un paso importante en la mejora de estos y otros aspectos de gestión sanitaria, con el consiguiente beneficio social directamente perceptible por los ciudadanos. Con una financiación inicial de 22 millones de euros, agrupa a doce países europeos (Austria, Suecia, República Checa, Alemania, Dinamarca, Francia, Grecia, Italia, Holanda, Eslovaquia, Reino Unido y España) para que en 2015 tengan plenamente operativo un sistema de tarjeta sanitaria, que permitirá a cualquier centro médico de los países mencionados acceder al historial del paciente, previa autorización suya, en la propia lengua de los profesionales médicos que lo soliciten. Este sistema proporcionará también otros servicios, como la llamada receta electrónica, que facilitará la adquisición de medicamentos en otros países.

Dispensación óptima de medicamentos

Una de las partidas presupuestarias más importantes en todo hospital es la dedicada a la Sección de Farmacia. Los fármacos suelen ser caros y, al margen de su alto coste, deben ser suministrados de la mejor forma posible para evitar errores en su dispensación a pacientes. Para optimizar este proceso, además de las aplicaciones informáticas convencionales para la gestión de la farmacia, se están empezando a utilizar cada vez con más frecuencia unos sistemas robotizados que permiten automatizar todo el proceso. Los objetivos fundamentales de este proceso son los siguientes: Lograr la máxima calidad en el circuito prescripción-dispensación-administración de medicamen ❙ �� tos, minimizando los errores cometidos en todo el circuito. ❙ Tener información real de la utilización de la administración de medicamentos a los pacientes, no de los medicamentos prescritos sino de los realmente administrados. ❙ Lograr mayor eficiencia de los recursos humanos del Servicio de Farmacia, permitiendo que los farmacéuticos realicen su labor, en vez de realizar labores administrativas rutinarias, tales como meras trascripciones de recetas. ❙ Asegurar que el acceso a la medicación queda limitado a las personas autorizadas. En definitiva, estos sistemas se basan en el siguiente ciclo de actividades: ❙ Los médicos realizan la prescripción de forma electrónica y en tiempo real. ❙ Los farmacéuticos la validan desde el Servicio de Farmacia. ❙ En ese momento se desencadena un procedimiento automatizado que hace que se procese la petición en el almacén, donde los auxiliares se limitan a seguir las instrucciones del sistema, 340


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preparando los pedidos según las indicaciones que aparecen en el interfaz de usuario, y tomando los medicamentos de las bandejas que el propio robot-carrusel, de forma optimizada, pone a su disposición. En definitiva, se trata de que el medicamento prescrito vaya al auxiliar de farmacia, en vez de que el auxiliar vaya al medicamento. A continuación esos pedidos, cuándo están finalizados, son trasladados a los armarios automatiza ❙ �� dos de enfermería existentes en los diferentes departamentos del hospital. ❙ El siguiente paso consiste en el acceso a los medicamentos de los armarios por parte del personal de enfermería encargado de suministrarlos a los pacientes. Este acceso se controla mediante la identificación con firma electrónica, tarjeta magnética o huella digital del personal de enfermería que retira el fármaco. ❙ Finalmente, mediante un dispositivo móvil dotado de un lector de códigos de barras o de tarjetas de radiofrecuencia, se registra el suministro de las dosis administradas al paciente. La utilización de este procedimiento de trabajo está produciendo dos ventajas sustanciales: dismi nución de los presupuestos destinados a la compra de fármacos y aumento de la calidad y trazabili dad en todo el proceso (véase [BONA01]).

Telemedicina y telerradiología

La definición de Telemedicina es muy simple: prestación de servicios médicos a distancia, utilizando para ello las TIC. Fundamentalmente sirve para tres aplicaciones de tipo práctico: diagnóstico, tratamiento y educación médica, todo ello realizado a distancia [ATEL08]. Sin duda la telemedicina participa positivamente en la reducción de las cargas financieras del sistema sanitario, ya que mediante ella se ahorra tiempo y dinero al facilitarse el acceso de los pacientes a los médicos sin necesidad de desplazamientos pero, fundamentalmente, es sobre todo un elemento esencial a la hora de garantizar la universalidad del servicio al permitir: la atención domiciliaria, la asistencia sanitaria en el medio rural, e incluso la internacionalización de la pro visión de servicios. Si bien es cierto que ya en 1924 la revista “Radio News” publicó un artículo titulado “Doctor por radio”, en el que se describían los circuitos necesarios para implantar un rudimentario sistema de telemedicina, ha sido recientemente, con la vertiginosa evolución de las TIC, cuando este método de atención se ha convertido en un nuevo escenario de trabajo perfectamente válido. Probablemente sea la telerradiología la especialidad de la telemedicina que mejor nos puede servir para describir las principales características de esta nueva forma de hacer medicina. Para poder dar asistencia a distancia resulta esencial disponer de imágenes con suficiente calidad diagnóstica y, sin duda, la radiografía ha sido desde hace muchos años la imagen médica por excelencia. Existen multitud de equipos de captura (radiógrafos) específicos para cada zona del cuerpo, pero todos ellos se basan en el mismo principio de la fotografía convencional: los tejidos absorben parte de los rayos y dejan pasar otra parte, que es la que impresiona una película. Según el grosor y el tipo de tejido, los rayos son absorbidos en mayor o menor grado, generando así una imagen latente en la película fotográfica que, al ser procesada químicamente, es decir al ser revelada, se convierte en una imagen negativa de la realidad. Al igual que en el caso de la fotografía convencional, también la radiografía se está haciendo cada vez con más frecuencia sobre soportes digitales, es decir sobre matrices de dígitos que representan la intensidad lumínica de cada punto de la imagen. Esta evolución tecnológica ha aportado un buen número de ventajas a la hora de gestionar las radiografías: ❙ Las imágenes son más fáciles de almacenar y ocupan mucho menos espacio. ❙ Se elimina el elemento más costoso dentro del proceso radiográfico: las placas fotográficas. ❙ Las imágenes pueden ser reproducidas tantas veces como se quiera con un coste despreciable. ❙ También pueden ser procesadas algorítmicamente para facilitar el diagnóstico, por ejemplo mo dificando contrastes, brillos, tonos, saturaciones, colores, o incluso aplicando algoritmos matemá ticos mucho más sofisticados. ❙ Y, sobre todo, desde el punto de vista de la telemedicina, pueden ser transmitidas, incluso en tiempo real, a través de una red de comunicaciones. 341


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En definitiva, se puede definir telerradiología como la posibilidad de ofrecer un servicio radiológico remoto, a partir de imágenes capturadas in situ, mediante una infraestructura física, tecnológica y de gestión transparente para los intervinientes en el servicio, aportando, entre otras, las siguientes posibilidades: ❙ Servir de soporte a la telemedicina. ❙ Facilitar las interpretaciones radiológicas en situaciones de guardia. ❙ Centralizar el servicio de Radiología de grupos hospitalarios. ❙ Descentralizar el servicio de Radiología de instalaciones hospitalarias. ❙ Aportar herramientas en el campo de la formación radiológica. En la |Figura 2| se presenta un esquema simplificado que resume la infraestructura necesaria para implantar un servicio de telerradiología.

|Figura 2| El elemento fundamental para poder implantar un sistema de telerradiología en particular, o uno de telemedicina en general, consiste en disponer de una red de telecomunicaciones que permita prestar el servicio a distancia Imágenes

Visualización Estaciones de trabajo

Equipo de captura de imágenes Operador de comunicaciones

Telecomunicación Almacenamiento de imágenes

La sostenibilidad representa un compromiso con las generaciones futuras, pero no sólo con ellas, también con los coetáneos que habitan en regiones remotas. En este sentido la globalización de la prestación de servicios médicos representa sin duda un valor muy positivo. Esta globalización “bue na” es más viable gracias, entre otros factores, al desarrollo de la Telemedicina, que permite llevar al médico allí donde se encuentre el paciente de un forma virtual, pero instantánea y plenamente operativa.

Bioingeniería y sostenibilidad La práctica médica moderna es un fenómeno reciente, ya que no es hasta el siglo XX que se pro ducen los grandes avances en las ciencias básicas y tecnología aplicada. Descubrimientos como el electrocardiograma desarrollado en 1903 por William Eindhoven y los rayos X descritos por Roet gen, que en 1930 ya permitían visualizar prácticamente todos los órganos del cuerpo humano, el respirador automático en 1927, el microscopio electrónico y las técnicas de análisis de las señales eléctricas del sistema nervioso en los años 50, y un sinfín de otros avances significativos, han per mitido dar pasos de gigante en estos campos, dando lugar a nuevas especialidades y disciplinas. En concreto la ingeniería biomédica destaca por la aplicación directa de las más modernas tecnologías a los métodos diagnósticos y terapéuticos. 342


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Dentro de ella se distinguen disciplinas como el modelado de los sistemas fisiológicos, la instrumen tación médica para monitorización y medida de eventos fisiológicos, el procesamiento de señal para analizar señales bioeléctricas, el diagnóstico asistido por ordenador, la medicina basada en imágenes, la biotecnología y la ingeniería clínica. En todas ellas las TIC juegan actualmente un papel clave.

|Figura 3| Los inicios del electrocardiograma en los años 30

Fuente:[ENDE00]

Electrónica y medicina Actualmente no se concibe la medicina sin el apoyo de sofisticados sistemas electrónicos. De hecho los dispositivos e instrumentación electrónicos biomédicos están tan integrados en la vida diaria que a veces no somos conscientes de su presencia. Piénsese por ejemplo en los modernos e imprescindibles sistemas de adquisición y procesado de imágenes médicas, o los sistemas analíticos automáticos, que han mejorado de forma significativa la rapidez y el acierto en los diagnósticos, mejorando por tanto la calidad de la atención al paciente, aspecto clave de la sostenibilidad social en el ámbito de la salud. En los últimos decenios los instrumentos de medida y control de las condiciones fisiológicas de los pacientes han experimentado un desarrollo espectacular, lo que simultáneamente ha contribuido a un mejor conocimiento del funcionamiento del cuerpo humano y de sus órganos vitales, y a la creación de complejos modelos matemáticos de los mismos. Mucho camino se ha recorrido desde que, en 1600, William Harvey empezó a relacionar la temperatura con el ritmo cardíaco. Estos desarrollos se realimentan entre sí, generando a su vez nuevos y complejos algoritmos de análisis de datos que per miten agilizar y mejorar los diagnósticos, identificando la información realmente relevante dentro del extenso mar de datos de que disponen en estos tiempos los profesionales médicos. La ingeniería biomédica se centra en las técnicas diagnósticas, pero también en la mejora de las técnicas terapéuticas y de rehabilitación. Por ejemplo, los sistemas de rehabilitación clásicos y de suministro de medicamento empleados en los hospitales modernos incorporan cada vez más siste mas de información y dispositivos electrónicos que permiten que esos sistemas se adapten de forma dinámica, en tiempo real, a las condiciones fisiológicas de los pacientes tratados. 343


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Es especialmente llamativa la creciente disponibilidad de dispositivos implantables en el cuerpo humano, que permiten almacenar y procesar grandes cantidades de datos. Por ejemplo, la empresa VeriChip ([VERI08]) comercializa etiquetas electrónicas que pueden ser implantadas de forma prácticamente permanente en un paciente, y que pueden contener información médica vital como la relativa a sus alergias o principales patologías, posibilitando el acceso a estos datos al personal médico que lo esté tratando, incluso en situaciones de inconsciencia. Para resolver los inconve nientes derivados de la privacidad y protección de datos ([MERR07]), se están estudiando métodos de encriptación a varios niveles que bajo el control del usuario permitan establecer los procedimien tos y autorizaciones para su acceso. En la actualidad se está produciendo una rápida evolución de los dispositivos implantados de diag nóstico y tratamiento, que permite proporcionar control y atención permanentes a pacientes con enfermedades crónicas de forma casi imperceptible por ellos mismos o su entorno, posibilitándoles una vida casi normal. Descendientes del clásico marcapasos, estos dispositivos se están extendiendo y diversificando rápidamente, abarcando muchos tipos de enfermedades. Un ejemplo muy llama tivo son los sistemas implantables para el control de la diabetes, que miden en continuo el nivel de azúcares ([FARR07]), y que en colaboración con un sistema de suministro automático de insulina, también implantado, hacen las veces de un páncreas artificial ([SELA92]). También hay desarrollos importantes en el campo de los sensores implantables para el control de enfermedades nerviosas, como por ejemplo la epilepsia, mejoras de los sistemas tradicionales de ayuda al oído, y una prometedora investigación en sistemas de visión artificial para personas con enfermedades de retina. Todas estas innovaciones podrían llegar a transformar a pacientes crónicos, que actualmente se ven obligados a acudir constantemente a centros sanitarios para su seguimiento y control, en pacientes con vidas casi normales, y aunque los dispositivos actuales son todavía caros, con anterioridad ya se han producido otros casos parecidos en los que las economías de escala, la mejora que implican en la gestión de los recursos sanitarios, y el apoyo de los sistemas públicos de salud han conseguido que muchos ciudadanos se hayan podido beneficiar de avances similares. Conviene citar por último las nuevas técnicas nanoelectrónicas y de ingeniería molecular que podrían suponer un avance muy significativo en las técnicas médicas actuales. Así, por ejemplo, se investiga intensamente en la creación de sistemas que permitan la administración localizada de medicamentos, únicamente en las zonas o tejidos que lo necesiten, con la consiguiente reducción de los efectos secundarios de muchos de los tratamientos actuales, o de pequeños sistemas autónomos capaces de interaccionar directamente con los órganos a nivel de célula para el tratamiento directo de comportamientos patológicos.

Conclusiones La Organización Mundial de Salud subraya la importancia de la salud en el plan de acción a favor del desarrollo ([OMS_05]): “Más de mil millones de personas no tienen acceso a servicios de salud necesarios para sobrevivir. Cada año mueren once millones de niños, de los cuales seis millones son menores de cinco años y mueren de enfermedades prevenibles; medio millón de mujeres mueren durante el embarazo o el parto; y actualmente hay en el mundo cuarenta millones de personas afec tadas por el VIH/SIDA”. Las posibilidades de actuación ante unos números tan contundes son enormes. No por tópico deja de ser verdad que salvar una sola vida humana es un acto de suma importancia. Las TIC no pueden, por sí mismas, realizar esta labor, pero sí pueden servir de base para que organizaciones de todo tipo, tanto gubernamentales como no gubernamentales, las utilicen como soporte esencial para alcanzar este objetivo vital. En definitiva, las TIC pueden colaborar en la sostenibilidad de los Sistemas Públicos de Salud; pueden permitir que la asistencia sanitaria a los ciudadanos no dependa del lugar donde les ha tocado vivir; pueden aportar elementos sumamente tecnificados para que los diagnósticos y los tra tamientos sean cada día mejores; y pueden, en definitiva, hacer que los datos apuntados en el primer párrafo de estas conclusiones sean un poco menos demoledores. |❙| 344


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Referencias [ATEL08] Web corporativa de la American Telemedicine Association (ATA). Accesible en: http:// www.americantelemed.org/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [BONA01] Joaquim Bonal (coordinación), Gamundi Planas, María Cinta (dirección), Milagros Her nández y José Luis Poveda. Sistemas automáticos de dispensación de medicamentos, 2001. Dis ponible en: http://genesis.unisantos.com.br/servicos/cim/File/dispensacao_de_medicamentos.pdf [consulta: 31 de octubre de 2008]. [ENDE00] J. Enderle, S. Blanchard, J. Bronzino, MA. Burlington. Introduction to Biomedical Engineering. Primera edición. Editada por Academic Press, 2000. [EURO07] Portal temático de la Sociedad de la Información en la Comisión Europea. La información puede salvarle la vida, 2007. Accesible en: http://ec.europa.eu/information_society/tl/ qualif/health/index_es.htm [consulta: 31 de octubre de 2008]. [FARR07] Bernard Farrell. News On Implantable Blood Glucose sensors. Blog de Bernard Farrell, 2007. Accesible en: http://www.bernardfarrell.com/blog/2007/11/news-on-implantable-bloodglucose.htm [consulta: 31 de octubre de 2008]. [HITE08] Web corporativa Health Information Technology. American Health Information Com munity (AHIC). Accesible en: http://www.hhs.gov/healthit/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [HL7E08] Web corporativa Health Level Seven (HL7) Spain. HL7 Spain. Accesible en: http://www. hl7spain.org/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [HL7G08] Web corporativa Health Level Seven (HL7). HL7. Accesible en: http://www.hl7.org/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [MERR07] Molly Merrill. Human-Implantable RFID Chips: Some Ethical And Privacy concerns. Health Care IT News, 2007. Accesible en: http://www.healthcareitnews.com/story.cms?id=7492 [consulta: 31 de octubre de 2008]. [MONT01] J.L. Monteagudo: El marco del desarrollo de la e-Salud en España. Documento de re ferencia, impulsado por el Área de Investigación en Telemedicina del Instituto de Salud Carlos III, 2001. Disponible en: http://www.itelemedicina.com/documentos/JLM_MarcodeDesarrollo. pdf [consulta: 31 de octubre de 2008]. [NEMA08] Web corporativa DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine. NEMA: Electrical and Medical Imaging Equipment Manufacturers. Accesible en: http://medical.nema. org/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [OMS_05] Nota de prensa. La OMS subraya la importancia de la salud en el plan de acción a favor del desarrollo para 2015. OMS, 2005. Accesible en: http://www.who.int/mediacentre/news/ releases/2005/pr06/es/index.html [consulta: 31 de octubre de 2008]. [OPEN08] Web corporativa The OpenClinical Project. OpenClinical. Accesible en: http://www. openclinical.org/ [consulta: 31 de octubre de 2008]. [PTIN00] Plan de Telemedicina del INSALUD. INSALUD, Madrid, 2000. Disponible en: http://www. itelemedicina.com/documentos/PlandeTelemedicina.pdf [consulta: 31 de octubre de 2008]. [SAUH08] María R. Sauhuquillo. La tarjeta digital mejorará la seguridad e información sanitaria de los ciudadanos. “El País”, Madrid, 17/08/2008. [SELA92] J.L. Selam, P. Micossi, FL. Dunn y DM. Nathan. Clinical trial Of Programmable Implantable Insulin Pump For Type I Diabetes. Diabetes Care, vol. 15, Issue 7, pp. 877-885. Ame rican Diabetes Association, 1992. Disponible en: http://care.diabetesjournals.org/cgi/content/ abstract/15/7/877 [consulta: 31 de octubre de 2008]. [VERI08] Web corporativa de la compañía VeriChip. Accesible en: http://www.verichipcorp.com/ content/company/rfidtags [consulta: 31 de octubre de 2008]. 345


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Tema Vi Sistemas Empresariales y Desarrollo Sostenible Coordinación: P edro Linares Llamas Andrés Ramos Galán

Capítulo 35. Los sistemas empresariales y el desarrollo sostenible Nombre: Pedro Linares Llamas Titulación: Doctor Ingeniero Agrónomo Cargo: Departamento de Organización Industrial Nombre: Andrés Ramos Galán Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Director del Departamento de Organización Industrial Capítulo 36. Responsabilidad Social de la empresa Nombre: Amparo Merino de Diego Titulación: Doctora en Ciencias Económicas y Empresariales Cargo: Departamento de Gestión Empresarial

Nombre: Andrés Berlinches Cerezo Titulación: Ingeniero Técnico Industrial y Economista Cargo: Departamento de Organización Industrial Capítulo 37. Herramientas para evaluar la sostenibilidad: análisis del ciclo de vida, eco-indicadores ambientales y externalidades Nombre: Juan de Norverto Moríñigo Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica. Director de Operaciones (Integra Environmental)

Nombre: Julio Montes Ponce de León Titulación: Doctor en Ciencias Físicas y Diplomado de Ingeniería Nuclear en Harwell Cargo: Cátedra Rafael Mariño de Nuevas Tecnologías Energéticas

Capítulo 38. Ingeniería aplicada al diseño y al desarrollo sostenible de productos Nombre: Silvia Fernández Villamarín Titulación: Ingeniera Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica

Nombre: Mariano Jiménez Calzado Titulación: Ingeniero de Organización Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Nombre: Rubén Monja Sánchez Titulación: Ingeniero de Organización Industrial del ICAI Cargo: Departamento de Ingeniería Mecánica Capítulo 39. La robótica y el desarrollo sostenible Nombre: Álvaro Sánchez Miralles Titulación: Doctor Ingeniero Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica y Departamento de Electrónica y Automática

Nombre: Manuel Alvar Miró Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica Nombre: Álvaro Arranz Domingo Titulación: Ingeniero del ICAI Cargo: Instituto de Investigación Tecnológica Capítulo 40. La ingeniería de la decisión como herramienta para la sostenibilidad Nombre: Pedro Linares Llamas Titulación: Doctor Ingeniero Agrónomo Cargo: Departamento de Organización Industrial Nombre: Andrés Ramos Galán Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Director del Departamento de Organización Industrial

Nombre: Pedro Sánchez Martín Titulación: Doctor Ingeniero del ICAI Cargo: Departamento de Organización Industrial

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Capítulo 35. Los sistemas empresariales y el desarrollo sostenible Pedro Linares Llamas Andrés Ramos Galán

Palabras clave Empresa, responsabilidad social, decisión, sistemas, sostenibilidad, producción. En este capítulo se ofrece una visión unificadora de los temas que se tratan en el Tema VI, integrándolos todos bajo una visión de la empresa como unidad de producción y distribución y como canalizadora del consumo. De esta forma, se puede observar cómo la empresa constituye un agente fundamental para lograr la sostenibilidad en las sociedades modernas.

Introducción Ante el gran reto al que se enfrentan las sociedades modernas, que es lograr su sostenibilidad económica, medioambiental y social, las empresas tienen una importancia crucial. Efectivamente, las empresas, como unidades de producción y de distribución y como canalizadoras del consumo, controlan de manera directa o indirecta los elementos fundamentales determinantes de la sostenibilidad, y por tanto tienen un muy significativo papel que jugar. En el capítulo se evita explícitamente el estudio de las acciones individuales y del comportamiento humano enfocado a la sostenibilidad (que por otra parte se tratan en otros capítulos de este libro), aunque su importancia es crucial en aspectos como el consumo de productos o de energía o en las necesidades de transporte. En este sentido, y si bien siempre ha habido voces en la línea propuesta por Milton Friedman, que defendía que la única obligación de la empresa es maximizar el valor para el accionista [FRIE70], lo cierto es que cada vez es más fuerte la presión social y la propia iniciativa empresarial hacia una mayor implicación de las empresas en el compromiso con la sostenibilidad [LOVI99]. Esta mayor implicación puede tomar varias formas, y el objetivo de este Tema, “Sistemas empresariales”, es ofrecer una visión, necesariamente incompleta pero lo más amplia posible de todos los posibles enfoques desde los que la empresa, como unidad de producción, distribución y gestión, puede contribuir a la sostenibilidad de la sociedad.

La empresa y la sostenibilidad La gestión empresarial y el compromiso de la empresa con la sostenibilidad pueden reflejarse a nivel estratégico, mediante la llamada Responsabilidad Social Empresarial (RSE), que se analiza en el segundo capítulo de este Tema. Así, la RSE trata de ofrecer una respuesta frente a la exigencia de responsabilidad ante los accionistas y clientes, pero también ante los empleados, los proveedores, el medio físico o la sociedad (los llamados de manera amplia grupos de interés o “stakeholders”), creando valor en todo este proceso. Si bien en ocasiones se cuestiona la RSE si no se cambia el paradigma económico, lo cierto es que algunos empresarios ofrecen ideas para contribuir a la RSE de manera exitosa dentro del propio sistema [CREA08]. Esta visión estratégica de responsabilidad social se transforma en las acciones tácticas y operativas mediante un mecanismo “top-down”, y se implanta en sus procesos productivos de creación de productos o servicios y en el compromiso constante de sus empleados. 349

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La aplicación de la RSE se traduce en indicadores de sostenibilidad de las empresas o en análisis de mejores prácticas empresariales que dirijan las estrategias y las acciones de la empresa hacia el objetivo final. Pero, en otras ocasiones, no es mediante una iniciativa “top-down” como mejor se avanza hacia la sostenibilidad en la empresa, sino mediante esfuerzos “bottom-up”, de alcance más limitado y en ocasiones mucho más fructíferos, tal como se ha demostrado en muchas oportunidades en diversos campos. Por poner un ejemplo, se pueden citar todas las iniciativas desarrolladas en el ámbito de la ayuda al desarrollo como contribuyente para la sostenibilidad social [EAST07]. Recientemente las empresas han apoyado y puesto en práctica acciones de voluntariado entre sus empleados como un mecanismo más de sostenibilidad social. En este Tema se tratará de analizar algunos de estos esfuerzos “bottom-up” que se consideran de especial importancia para las empresas. Pero antes de describir dichos esfuerzos, se ha considerado apropiado analizar de manera conceptual algunas herramientas que pueden ser utilizadas para evaluar la sostenibilidad ambiental de los productos y servicios de las empresas. Así, se describe el Análisis de Ciclo de Vida, una metodología de evaluación del impacto ambiental de los productos “desde la cuna a la tumba”, y que debe formar parte del enfoque adecuado a la hora de evaluar la sostenibilidad ambiental de la producción empresarial, como se verá posteriormente en el capítulo dedicado al ecodiseño. También se presenta en este capítulo una metodología de evaluación de externalidades ambientales. Otro elemento fundamental a considerar dentro de la gestión empresarial es la aplicación de la ingeniería al diseño, desarrollo y producción sostenible de los productos. Iniciativas como el ecodiseño o la fabricación sostenible o limpia o verde pueden ser introducidas a pequeña escala en las empresas productivas, y de esta forma contribuir a la sostenibilidad de manera lenta pero segura. Otra idea que también se introduce en este Tema es la posible contribución de la robótica, dadas las evidentes ventajas de estos aparatos para realizar tareas precisas, peligrosas y monótonas, que sin embargo son críticas para alcanzar la sostenibilidad. En todos estos elementos de sostenibilidad para la empresa presentados puede adivinarse un factor común, y es la complejidad de implantación de los mismos. Efectivamente, es necesario reconocer que las empresas, sus productos, y las sociedades en las que trabajan son sistemas generalmente muy complejos y con múltiples puntos de vista e implicaciones, que hacen difícil la aplicación de manera coherente de los principios de la sostenibilidad. En este sentido, los sistemas empresariales y sociales resultan por otra parte un campo fértil para la aplicación de los conocimientos adquiridos por los ingenieros en el manejo de dichos sistemas complejos. No se puede olvidar que uno de los primeros intentos de evaluar la sostenibilidad de nuestro entorno de manera científica, el famoso Informe Meadows [MEAD72], ya aplicaba técnicas ingenieriles como la dinámica de sistemas al estudio de este problema. Aunque atacado con razón por la falta de consideración de algunos elementos esenciales (fundamentalmente la capacidad de innovación tan característica de los ingenieros, y tan defendida por Simon [SIMO98]), y por su poco acierto en predecir el futuro, lo cierto es que el informe ilustra las posibilidades de caracterizar el problema de la sostenibilidad, al menos parcialmente, como un problema de Ingeniería de Sistemas. La ingeniería de la decisión puede aportar la perspectiva global de la empresa y de sus decisiones como un sistema, y ayudar a tomar las decisiones corporativas desde un enfoque de sostenibilidad en el uso de recursos de naturaleza económica, medioambiental y social. En este caso, la mejora constante de los índices de sostenibilidad relevantes son los objetivos a conseguir para avanzar en dicho camino. Se observa por tanto cómo la ingeniería puede contribuir a estudiar y aportar soluciones al reto de la sostenibilidad desde otro ámbito, y más en particular, desde la disciplina de la Ingeniería de la Decisión. Éste es el tema tratado en otro de los capítulos contenidos en este Tema, la posible aplicación de las distintas técnicas de la Investigación Operativa al problema de la consecución de la sostenibilidad. 350


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Los sistemas empresariales y el desarrollo sostenible | Tema VI | Avances de Ingeniería

Conclusiones La empresa constituye un agente fundamental para lograr la sostenibilidad en las sociedades modernas, y muestra cómo desde múltiples campos de la ingeniería se puede contribuir a esta tarea. La consecución de la sostenibilidad es una tarea compleja y multidisciplinar que se debe impulsar dentro de las empresas, tanto desde una perspectiva estratégica dentro de su Responsabilidad Social como desde las acciones concretas cercanas al proceso productivo. La contribución de la ingeniería debe ser relevante por su capacidad para proporcionar soluciones de gestión en puestos de decisión dentro de las empresas o en los procesos de producción de productos y servicios. |❙|

Referencias [FRIE70] Friedman, M. The Social Responsibility of Business is to Increase its Profits, “The New York Times Magazine”, September 13rd, 1970. [CREA08] Creative Capitalism, http://www.creativecapitalismblog.com/ [LOVI99] Lovins, A.B., Lovins, L.H., Hawken, P. A Roadmap To Natural Capitalism, “Harvard Business Review”, May-June 1999. [EAST07] Easterly, W. The White Man’s Burden: Why the West’s Efforts to Aid the Rest Have Done So Much Ill and So Little Good, Penguin, 2007. [MEAD72] Meadows, D.H., Meadows, D.I., Randers, J., Behrens III, W.W. The Limits To Growth, A report to the Club of Rome, 1972. [SIMO98] Simon, J. The Ultimate Resource II, Princeton University Press, 1998.

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Capítulo 36. Responsabilidad Social de la Empresa Amparo Merino de Diego Andrés Berlinches Cerezo

Palabras clave Responsabilidad Social de la Empresa, Responsabilidad Social Corporativa, desarrollo sostenible, cambio de paradigma económico. En este capítulo se explora la definición de responsabilidad social de la empresa (RSE), los distintos argumentos que explican su razón de ser y los principales enfoques teóricos bajo los que se aborda. Asimismo, se presentan algunas propuestas básicas para la aplicación de la RSE en la práctica de la gestión empresarial. Para finalizar, se expone la relación de la RSE con la noción de desarrollo sostenible y, en concreto, con su contribución a la modificación de los principios del paradigma económico predominante que han ocasionado un creciente deterioro ambiental y desigualdades sociales.

Introducción Desde que fue acuñado en 1987, el término desarrollo sostenible no ha parado de utilizarse en el discurso político, académico y empresarial. Este éxito se hace eco de las voces que vienen reclamando desde hace décadas la necesidad de un cambio de paradigma económico ante la evidente imposibilidad de extender a escala planetaria el modelo de producción y consumo seguido por los países ricos. De ahí la creciente sensibilidad de la sociedad hacia la insostenibilidad ambiental y social que el actual modelo de producción y consumo genera y, en correspondencia, la demanda a las empresas para que asuman una mayor responsabilidad por las consecuencias de su actividad. Efectivamente, la capacidad del mundo corporativo para ejercer poder e influencia notables en todas las dimensiones de su entorno confiere a la empresa un protagonismo en el marco de ese cambio de paradigma que ha ido cristalizando en el concepto de Responsabilidad Social Corporativa (RSC) o Responsabilidad Social de la Empresa (en adelante RSE)1. La RSE representa una respuesta a la exigencia de responsabilidad ante los accionistas y los clientes, pero también ante los empleados, los proveedores, el medio físico o la sociedad en general, creando valor para todos ellos. La responsabilidad y la autorregulación se presentan, de este modo, como una condición necesaria para la legitimación y aceptación de la actuación empresarial por parte de la sociedad. Esta idea se encuentra ligada a la búsqueda de una forma de hacer empresa que materialice el concepto de desarrollo sostenible en el ámbito de la gestión empresarial. Así lo entiende la Unión Europea, que considera a las empresas como agentes fundamentales para lograr los objetivos de Lisboa y contribuir al desarrollo sostenible a través de la herramienta esencial que supone la RSE [COMI06]. Con el objetivo de explorar la idea de la RSE, se comienza haciendo referencia al origen y definición del concepto, que es completado en el apartado siguiente por los distintos enfoques teóricos que justifican la RSE. Posteriormente se representan las propuestas más comunes para llevar esta filosofía a la práctica de la gestión empresarial. Para finalizar, se aborda la relación de la RSE con la sostenibilidad, planteando algunas conclusiones acerca de su contribución al cambio de paradigma económico. 1 Cabe realizar aquí una aclaración terminológica: aunque la RSE incorpora todas las dimensiones de la responsabilidad empresarial, acabó imponiéndose el término social en su expresión. De este modo utilizamos la palabra social a lo largo del texto, incluyendo en ella todas las responsabilidades e impactos (ambientales, laborales, seguridad, rentabilidad, etc.) de la actividad empresarial.

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Sobre el concepto de RSE Hasta hace sólo unos pocos años, la RSE era una cuestión mayoritariamente ajena a los directivos de empresa y constituía un objeto de estudio limitado fundamentalmente a especialistas del mundo académico. Sin embargo, el concepto y el discurso de la RSE han proliferado rápida e intensamente, hasta acabar ocupando un lugar destacado en la agenda académica, política y, por supuesto, empresarial. No obstante, la preocupación por la RSE no es nueva. Aunque no recibiera tal denominación, a lo largo del siglo XIX podían encontrarse ejemplos como el de George Cadbury, empresario cuáquero de la industria del cacao preocupado por contribuir con su actividad a crear una alternativa al consumo de alcohol, que veía como una causa básica de la pobreza y las privaciones de la clase trabajadora. Pero, de acuerdo con Carroll [CARR79], podría situarse el comienzo del desarrollo de la literatura formal sobre la RSE en 1953 con la publicación del trabajo de Howard R. Bowen, Social Responsibility of the Businessman. En él se describe el concepto de responsabilidad social como la obligación de los empresarios de definir políticas, tomar decisiones o seguir líneas de acción deseables en términos de objetivos y valores de nuestra sociedad. Posteriormente fueron proliferando y expandiéndose las definiciones de RSE, impulsadas por las crecientes expectativas de la sociedad hacia el mundo corporativo. No se trata sólo de generar riqueza, sino de entender cómo esta riqueza se relaciona con aspectos no financieros de la empresa como el bienestar de los empleados, la seguridad de los consumidores o el impacto sobre el medio físico. La década de los 80 se encuentra marcada por el concepto de stakeholder (grupo de interés o parte interesada) y la famosa publicación de Freeman [FREE84]. En ella se definen a los stakeholders como aquellos grupos o individuos que pueden afectar o verse afectados por el logro de los objetivos empresariales. Freeman plantea la relación con cada stakeholder como una base útil para construir la estrategia empresarial, generando una notable influencia en la posterior teorización sobre la RSE. Pero las fronteras del concepto de RSE no están claramente definidas y el término se ha empleado para hacer referencia a ideas y planteamientos diversos. Así, asumiendo que la RSE no puede definirse de un modo unívoco, Dahlsrud [DAHL08] analiza una amplia muestra de definiciones sobre RSE. El autor concluye que, a pesar de las diferentes expresiones empleadas, las definiciones incluyen consistentemente cinco elementos: ambiental, social, económico, stakeholders y voluntariedad. Los tres primeros representan las dimensiones del tradicional triple objetivo que implica la RSE (protección del medio ambiente, impacto social y creación de riqueza económica); los stakeholders constituirían el factor central en la gestión práctica de la RSE; y la voluntariedad es un rasgo característico de la RSE que, como se verá, es objeto de debate. Estos componentes están también presentes en la definición de la Comisión Europea [COMI01]: “la RSE es la integración voluntaria, por parte de las empresas, de las preocupaciones sociales y ambientales en sus operaciones empresariales y sus relaciones con sus interlocutores”. De esta definición cabe señalar la referencia explícita a las operaciones empresariales, debido a que, con demasiada frecuencia, se ha confundido el concepto de RSE con el mero desarrollo de actividades de filantropía corporativa. Sin embargo, la filantropía corporativa o acción social de la empresa suele tomar la forma de donaciones a organizaciones con un determinado fin social o ambiental, pero no necesariamente conectadas con la cadena de valor de la empresa.

Los distintos enfoques de la RSE Más allá de la búsqueda de una definición universal para la RSE, han sido muy numerosos los esfuerzos por teorizar sobre su razón de ser y sus implicaciones. La existencia de diferentes perspectivas sobre la RSE ha generado debates interesantes, entre los que puede destacarse la discusión en torno a su voluntariedad o a la necesidad de su regulación. Este debate se encuentra asociado a la existencia de dos argumentos básicos que se han empleado para justificar la razón de ser de la RSE [DELA04]: 354


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Responsabilidad Social de la Empresa | Tema VI | Avances de Ingeniería

❙ El argumento económico (el denominado business case) se centra en los beneficios y oportunidades que puede reportar la integración formal de la RSE en el desarrollo de la actividad empresarial. Observa la RSE como una estrategia que permitiría a la empresa obtener unos mejores resultados económicos mientras contribuye al bienestar de sus grupos de interés2. De modo recíproco, el mercado penalizaría a aquellas empresas que se comportan sin considerar las expectativas sociales o ambientales. Por este motivo, los defensores de este argumento promueven la autorregulación: son los directivos de la empresa quienes deben decidir qué intereses de la sociedad integran voluntariamente en sus objetivos y estrategias. ❙ El argumento de la justicia social (society case) se centra en el valor intrínseco de las expectativas y los derechos de los grupos de interés y en la contribución que la empresa puede realizar al Bien Común. De ahí que los defensores de esta justificación para la RSE promuevan la necesidad de un marco regulatorio complementario a las iniciativas voluntarias de la autorregulación. Un marco que obligue a las empresas a responder de sus acciones3 y establezca mecanismos que permitan a la sociedad dar o retirar a las empresas licencia para operar, basándose en criterios ambientales y de justicia social. Asimismo, este marco evitaría que se marginen decisiones sobre las operaciones empresariales que son de interés para la sociedad pero que contribuyen en menor medida a la rentabilidad. Esta defensa de la acción pública para promover y regular la RSE es mayoritariamente compartida por las ONG4. No obstante, se trata de un discurso mucho menos dominante que el de la voluntariedad, dado que éste último, además de ser defendido por las empresas, ha sido ampliamente adoptado por los organismos intergubernamentales. De la Cuesta y Valor [DELA04] advierten cómo estas instituciones fomentan entre las empresas el seguimiento de códigos voluntarios y otras iniciativas de mercado. De este modo, fundamentan la RSE en los beneficios empresariales que proporciona y dejan en un segundo plano su contribución a mitigar los problemas ambientales y sociales. En definitiva, la relación de la empresa con la sociedad constituye un campo de fronteras difusas y sujeto a perspectivas y enfoques discrepantes en el que Garriga y Melé [GARR04] se proponen arrojar luz. Para ello dibujan un mapa clarificador del territorio de las diversas corrientes de pensamiento sobre la RSE, estableciendo cuatro grupos de teorías en función de su centro de atención (no necesariamente excluyentes): ❙ Económicas. Se incluyen en este grupo las teorías centradas en las interacciones económicas de la empresa con su entorno. Defienden la visión de la empresa como un instrumento de creación de riqueza, constituyendo ésta, por tanto, su única responsabilidad. En consecuencia, cualquier actividad no económica sólo tiene sentido como instrumento para la generación de beneficios económicos5. ❙ Políticas. Orientadas a la esfera pública, estas teorías ponen el énfasis en el creciente poder corporativo, tanto local como global, así como en las responsabilidades que se derivan de ese poder. Responsabilidades que van más allá de la mera creación de riqueza y que obligan a la empresa a rendir cuentas sobre sus decisiones y acciones. ❙ Sociales. Bajo estos enfoques teóricos, la empresa debe integrar en su actividad demandas sociales debido a que la continuidad y el bienestar de la empresa dependen de la sociedad en la que está inmersa. ❙ Éticas. Estas teorías se centran en los valores éticos que rodean la relación entre la empresa y la sociedad. Según esta perspectiva, las empresas asumen responsabilidades sociales como una obligación ética por encima de cualquier otra consideración.

2 Resulta ilustrativa de esta perspectiva la frase del World Business Council for Sustainable Development en torno al papel de la empresa en la reducción de la pobreza: “Business is good for development and development is good for business”. 3 Por ejemplo, mediante auditorías sociales y ambientales obligatorias, con mecanismos de control equivalentes a los empleados para las auditorías de cuentas. 4 Por ejemplo, el Observatorio de la Responsabilidad Social Corporativa destaca que la RSE “comporta compromisos éticos objetivos que se convierten de esta manera en obligación para quien los contrae” (http://www.observatoriorsc.org/ nuevaweb/index.php?option=com_content&task=view&id=40&Itemid=63). 5 Un ejemplo paradigmático de esta perspectiva se encuentra en el archiconocido artículo de Friedman [FRIE70], cuyo título ya recoge su posición sin ambages: “The Social Responsibility of Business Is To Increase Its Profits”.

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RSE y gestión empresarial A partir de la década de los 80 se incrementa la preocupación por aplicar la RSE a la práctica de la dirección y la gestión empresariales. Las principales aportaciones se centran en los grupos de interés como principal unidad de análisis para desarrollar las estrategias empresariales, y en el estudio del resultado social logrado por la empresa.

Los stakeholders como elemento central

La RSE considera a la empresa inscrita en una constelación de intereses y expectativas procedentes de muy diversos stakeholders o grupos de interés que se vinculan directa o indirectamente con la actividad que la empresa realiza. Así, por ejemplo, cabe considerar grupos de interés consustanciales, sin los cuales la empresa no podría existir (ej. empleados); contractuales, ligados a la empresa a través de una relación formal (ej. proveedores); y contextuales, cuya relación con la empresa está menos delimitada pero cuya influencia es esencial en la aceptación social de las actividades empresariales (ej. comunidades locales). Por ello, la integración de la RSE en las estrategias y políticas empresariales se articula frecuentemente en torno al desarrollo de las siguientes actividades básicas: ❙ Identificación de las partes interesadas, vinculadas directa o indirectamente con los procesos empresariales y análisis de sus expectativas. ❙ Realización de un mapa que muestre las relaciones entre los grupos, identificando los grupos clave que afectarían de forma más directa cualquier decisión estratégica que se pretenda adoptar en el proceso de negocio o proyecto. ❙ Examen de las amenazas y oportunidades. ❙ Gestión de las relaciones que la empresa establece con sus grupos de interés. Sin embargo, dado que la acotación en la práctica de los grupos y de su interés (stake) en la empresa no es tarea fácil, cabe destacar el esfuerzo realizado por Mitchell, Agle y Wood [MITC97] por desarrollar un marco para la gestión de la RSE a partir de la clasificación de los stakeholders de una organización en función de tres criterios así definidos: ❙ Legitimidad: grado en el que los intereses y expectativas del stakeholder son considerados como valiosos o prioritarios por la sociedad. La legitimidad de las expectativas de un grupo de interés de la empresa, por tanto, depende de los valores sociales predominantes. ❙ Poder: capacidad del grupo de interés para lograr que la empresa realice alguna acción que no hubiera llevado a cabo de otro modo. ❙ Urgencia: grado en el que las demandas del stakeholder requieren una atención inmediata. Estas tres variables supondrían una guía para facilitar la identificación y caracterización de los distintos grupos de interés de una empresa, orientando así su integración en la estrategia empresarial. No obstante, cabe advertir que los intereses de los grupos que no poseen voz y/o no están suficientemente representados, como las generaciones futuras o los seres vivos no humanos, quedarían difícilmente cubiertos por esta clasificación. La gestión de los grupos de interés también puede interpretarse bajo una doble perspectiva, equivalente al argumento económico y social que se señalaba en torno al fundamento de la RSE [DONA95]: ❙ Perspectiva instrumental. La gestión de los grupos de interés se basa en la posibilidad de que influyan en los objetivos económicos de la empresa. Así, las decisiones sobre la relación que la empresa establece con los stakeholders estarán guiadas por la rentabilidad económica. ❙ Perspectiva normativa. La gestión de los stakeholders se basa en el valor intrínseco de sus derechos e intereses sobre diversos aspectos de la actividad de la empresa, independientemente de que su satisfacción favorezca o no los intereses de otros grupos, como los accionistas.

La orientación al resultado social

De modo complementario al enfoque de los stakeholders para la práctica de la RSE, se han desarrollado visiones que buscan una gestión más orientada a la acción que a la intención, dominante 356


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en el modelo de gestión de los grupos de interés. Así, buscando concretar la responsabilidad en respuestas concretas por parte de la empresa, se han desarrollado modelos centrados en la actuación y los resultados sociales (Corporate Social Performance), entre los que puede destacarse el modelo propuesto por Carroll [CARR79]. Este modelo busca proporcionar un marco conceptual y una herramienta de planificación que ayude a la dirección a pensar de modo sistemático qué cuestiones sociales relevantes debe abordar, qué responsabilidad está asumiendo y qué enfoque puede seguir para abordar tales cuestiones. Se articula, por tanto, en torno a las siguientes tres dimensiones: ❙ Categorías de responsabilidades de una empresa (económicas, legales, éticas y filantrópicas). ❙ Temas objeto del interés de los stakeholders, hacia los que ha de dirigirse la atención de la empresa (problemas ambientales, discriminación, seguridad de los productos, etc.) ❙ Orientación de la respuesta social de la empresa (proacción, acomodación, defensa y reacción). Dado que los modelos de actuación social están más dirigidos a la definición de la actuación que a las consecuencias de esa actuación, Wood [WOOD91] amplía el modelo de Carroll introduciendo una dimensión adicional: los resultados observables de la compañía a través del análisis de los programas, políticas e impactos sociales fruto de sus interacciones con el entorno6.

RSE y cambio de paradigma económico En sólo unos años la idea de RSE se ha introducido en la literatura académica empresarial y en los discursos corporativos de un modo vertiginoso, fundamentalmente por tres razones. Por un lado, el argumento económico de la RSE ha presentado incentivos de distinto tipo para las empresas, bajo la expectativa de una situación económica más sólida y una mayor capacidad de supervivencia a largo plazo: mejora de relaciones con la comunidad inversora y un mejor acceso a financiación (en parte derivado del desarrollo de la inversión socialmente responsable), una mayor capacidad de atraer y retener talento, unas relaciones más fuertes y estables con las comunidades locales, una reputación e imagen de marca más fuerte, una mejor gestión del riesgo, aumentos de la eficiencia operativa y, en definitiva, una licencia social para operar más clara y estable. En segundo lugar, la evolución del contexto en el que las empresas operan ha venido marcado por factores como la demanda creciente de un comportamiento empresarial ético; la facilidad y rapidez con la que se difunde información sobre las actuaciones empresariales; el interés de los mercados financieros por información no financiera de la empresa y el crecimiento de la inversión socialmente responsable; la complejidad de la cadena de valor en un marco global; o la crisis de confianza asociada a la cadena de escándalos corporativos de finales del siglo XX7. Finalmente, la expansión de la RSE ha venido motivada por el reconocimiento generalizado de los positivos avances y contribuciones sociales y ambientales que puede generar la internalización y puesta en práctica de la RSE. Beneficios que se extienden desde los grupos de interés tradicionalmente prioritarios, como los accionistas y los clientes, hasta otros relacionados con la empresa de modo más indirecto, como las comunidades locales en las que opera la organización8. Sin embargo, el actual planteamiento de la RSE también presenta limitaciones en su objetivo de constituir una herramienta esencial para la contribución de la empresa al desarrollo sostenible. Si se acepta que la insostenibilidad ambiental y las desigualdades sociales que caracterizan el contexto actual están asociadas a las condiciones del sistema económico predominante, la RSE difícilmente

En este sentido, los avances en el desarrollo de memorias de sostenibilidad, como el que representa Global Reporting Initiative, facilitarían la transparencia y la comparabilidad de los resultados sociales y ambientales de las empresas (véase http://www.globalreporting.org). 7 Estos factores, sin embargo, han representado una especial presión para las empresas con mayor visibilidad, es decir, empresas cotizadas y/o con productos y servicios dirigidos al consumidor final. De ahí que la RSE aún continúe siendo una asignatura pendiente para un gran porcentaje de las PYMES. 8 A título de ejemplo, el sitio web del World Business Council for Sustainable Development (http://www.wbcsd.org) recoge una amplia selección de casos que muestran cómo las empresas pueden trabajar para integrar los objetivos del desarrollo sostenible en sus actividades. 6

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puede contribuir a cambiarlo, en tanto que se trata de una filosofía y herramienta de gestión empresarial que nace asumiendo los principios del actual paradigma económico sin cuestionarlos. En esta línea, Blowfield [BLOW05] argumenta que el concepto de RSE se centra sólo en aquellos aspectos empresariales que se entienden negociables, frente a principios entendidos como innegociables e incuestionables por la empresa capitalista, tales como el derecho al beneficio, el crecimiento económico como un objetivo intrínsecamente deseable, las bondades del libre comercio, la supremacía de la propiedad privada o la superioridad de los mercados para la fijación de precios y valores. Una manifestación ilustrativa de los obstáculos del concepto de RSE para el cuestionamiento del sistema económico es observada por Sharp [SHAR06]: la progresiva sustitución de la noción de ciudadano por la de stakeholder conforme se ha ido extendiendo el discurso de la RSE. Una consecuencia importante es que no todos los ciudadanos tendrían derecho al desarrollo ni voz al respecto, sino sólo aquéllos que se ven afectados o afectan a las operaciones de la empresa. De este modo, se estaría acrecentando la “invisibilidad” de los más pobres o, en general, de aquellos grupos que no poseen voz y que, por tanto, pueden ejercer un escaso poder frente a una organización. Éstos no tienen un claro stake en la empresa y, por tanto, ni se les nombra ni se les tiene en cuenta en las decisiones empresariales. Además, como el tema de la justicia social se introduce en la práctica dentro del creciente discurso de la RSE, en opinión de Blowfield [BLOW0], “estamos dejando que los intereses de directivos e inversores redefinan qué significa y qué no la justicia social” (p. 521). Adicionalmente, la aparente simplicidad del concepto como un enfoque de gestión que beneficia a la empresa a la vez que a sus grupos de interés (tal y como defiende el argumento económico de la RSE) estaría facilitando la extensión de la RSE como una especie de “mantra” más que como un concepto eficaz para abordar y resolver problemas de fondo. Algo similar a la rápida implantación que experimentó la noción de desarrollo sostenible, del cual la RSE constituiría su principal herramienta en el ámbito empresarial. Efectivamente, ambos conceptos se construyen asumiendo la permanencia de los mencionados principios no negociables del capitalismo. Esto incluye la continuidad de un “desarrollo” que sigue significando en la práctica crecimiento cuantitativo ilimitado, aun cuando éste ha de sustentarse en recursos materiales finitos. Tal asunción no estaría facilitando el necesario debate en torno a las bases del actual sistema económico y el correspondiente cambio de paradigma que reclama el creciente deterioro ecológico y social. Pero, de modo recíproco, las actuales características e incentivos que ofrece el sistema económico y financiero globalizado no ponen fácil a los directivos adoptar decisiones sobre la RSE más allá de su argumento económico. Sobre este respecto argumenta Korten [KORT95] que “[se] crea un terrible dilema para los directivos que poseen una verdadera visión social del papel de la empresa en la sociedad. Deben comprometer su visión o asumir un gran riesgo de ser expulsados por el sistema” (p. 212). De hecho, si se cumpliera para todos los contextos el argumento económico de la RSE, ninguna organización se comportaría de forma poco responsable porque contaminar o vulnerar derechos laborales afectaría negativamente a la cuenta de resultados. En esta línea, Argandoña [ARGA07] se lamenta del escaso avance que las teorías de la RSE han supuesto con respecto a los modelos de empresa basados en el principio de maximización de beneficio (combinados, en su caso, con acciones de negociación y participación con distintos grupos de interés). Así, en el mejor de los casos, la RSE puede servir para mejorar la comprensión sobre la limitación de estos modelos y sobre las responsabilidades de las organizaciones. Pero “[en un escenario pesimista] la pluralidad de enfoques de la RSE y su endeble fundamentación se quedarán en un conjunto de recomendaciones superficiales, incapaces de producir un cambio sustancial en la dirección de empresas (p. 22)”.

Conclusiones La RSE ha adquirido en los últimos años un protagonismo extraordinario entre las preocupaciones de las grandes empresas, aunque los cambios emprendidos al respecto no siempre hayan trascendido los departamentos de comunicación para integrarse realmente en los valores de la empresa y en sus estrategias. 358


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El interés por avanzar en el estudio y la aplicación de la RSE parece incuestionable a la vista de los múltiples beneficios sociales que puede traer asociados con respecto a la forma tradicional de entender las prioridades empresariales. La integración formal de la RSE en el proceso estratégico de la empresa ha contribuido a la asunción de más responsabilidades a lo largo de toda su cadena de valor. Ha favorecido, por ejemplo, una mayor ecoeficiencia en las decisiones de diseño y fabricación (ej.: motores híbridos), un control más eficaz de las condiciones laborales en las empresas proveedoras (ej.: implantación de auditorías realizadas por empresas de la industria textil a sus talleres proveedores), productos financieros que integran criterios ambientales y sociales en su composición (ej.: fondos de inversión éticos) o una oferta de bienes y servicios concebidos para las necesidades específicas de los habitantes de los países más pobres (ej.: yogures de bajo precio pero con más nutrientes esenciales en Bangla Desh a través de la joint venture Grameen Danone Foods). En definitiva, la formalización de la RSE supone un análisis sistemático del impacto social y ambiental de la empresa, que se añade a los criterios económicos que tradicionalmente han presidido las decisiones empresariales. Sin embargo, y aun reconociendo la notable aportación que supone para la mejora de los resultados sociales y ambientales de la empresa, cabe también recordar que la RSE nace asumiendo como dados los supuestos estructurales sobre los que se asienta el actual sistema económico. Un sistema que ha propiciado muchos de los impactos que la RSE trata de paliar, relacionados con una creciente presión sobre los ecosistemas y grandes desigualdades en el uso de los recursos. En consecuencia, cabría concluir preguntándose si la RSE no estaría contribuyendo a “deslumbrar” en lugar de “alumbrar” el camino hacia el objetivo de un nuevo paradigma económico, dificultando el correspondiente debate sobre otras formas de capitalismo, otras maneras de entender el trabajo o la comunidad, otras concepciones de lo público y lo privado, otras visiones del consumo, otros modelos de producción, etc. Dicho de otro modo, cabría plantearse si no sería recomendable subordinar el discurso de la RSE al estudio de una cuestión más fundamental, relacionada con el significado y el papel de la empresa en el desarrollo de una vida buena dentro de los límites de los sistemas social y ecológico que envuelven a la actividad empresarial. |❙|

Referencias [ARGA07] Argandoña, A. RSE: ¿Qué modelo económico? ¿Qué modelo de empresa?, “Documentación Social”, Nº 146, pp. 11-24. 2007. [BLOW05] Blowfield, M. Corporate Social Responsibility: Reinventing The Meaning Of Development?, “International Affairs”, vol. 81, Nº 3, pp. 515-524. 2005 [CARR79] Carroll, A.B. A Three-Dimensional Conceptual Model of Corporate Performance, “Academy of Management Review”, vol. 4, Nº 4, pp. 497-505. 1979. [CARR91] The Pyramid of Corporate Social Responsibility: Toward the Moral Management of Organizational Stakeholders, “Business Horizons”, Vol. 34, Nº 44, pp. 39-49. 1991. [COMI01] Comisión de las Comunidades Europeas. Libro verde de la responsabilidad social de las empresas, COM (2001)366 final, Bruselas. 18.07.2001. [COMI06] Comisión de las Comunidades Europeas, Poner en práctica la asociación para el crecimiento y el empleo: hacer de Europa un polo de excelencia de la Responsabilidad Social de las Empresas”, COM(2006) 136 final, Bruselas. 22.3.2006. [DAHL08] Dahlsrud, A. How Corporate Social Responsibility Is Defined: An Analysis Of 37 Definitions, “Corporate Social Responsibility and Environmental Management”, Vol. 15, Nº 1, pp. 1-13. 2008. [DELA04] De la Cuesta, M. y Valor, C. Fostering Corporate Social Responsibility Through Public Initiative: From de EU to the Spanish Case, “Journal of Business Ethics”, Nº 55, pp. 275-293. 2004. [DONA95] Donaldson, T. y Preston, L.E. The Stakeholder Theory of the Corporation: Concepts, Evidence, and Implications, “Academy of Management Review”, Vol. 20, Nº 1, pp. 65-91. 1995. 359


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[FREE84] Freeman, R.E. Strategic Management: A Stakeholder Approach, Pitman, Boston. 1984. [FRIE70] Friedman, M. The Social Responsibility of Business is to Increase Its Profits, “The New York Times Magazine”, 13.09.1970. [GARR04] Garriga, E. y Melé, D. Corporate Social Responsibility Theories: Mapping the Territory, “Journal of Business Ethics”, Nº 53, pp. 51-71, 2004. [KORT95] Korten, D.C. When Corporations Rule the World, Earthscan, Londres, 1995. [MITC97] Mitchell, R.K., Agle, B.R. y Wood, D.J. Toward a Theory of Stakeholder Identification and Salience: Defining the Principle of Who and What Really Counts, “Academy of Management Review”, Vol. 22, Nº 4, pp. 853-886. 1997. [SHAR06] Sharp, J. Corporate Social Responsibility And Development: An Anthropological Perspective”, “Development Southern Africa”, Vol. 23, Nº 2, pp. 213-222. 2006. [WOOD91] Wood, D.J. Corporate Social Performance Revisited, “Academy of Management Review”, Vol. 16, Nº 4, pp. 691-718. 1991.

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Capítulo 37. Herramientas para evaluar la sostenibilidad: análisis del ciclo de vida, eco-indicadores ambientales y externalidades Juan de Norverto Moríñigo Julio Montes Ponce de León

Palabras clave ACV, LCV, ciclo de vida, ISO 14040, indicadores ambientales, eco-indicadores, externalidades. En este capítulo se presentan diversas herramientas de gran utilidad para el ingeniero que le permitirán evaluar de manera objetiva la sostenibilidad de los procesos de diseño y producción: los Análisis de Ciclo de Vida (LCA, siglas en inglés de Life Cycle Analysis), los eco-indicadores y la estimación de las externalidades que pueden producirse por diversas actividades. La descripción de estas herramientas se apoya en la presentación resumida de algunos resultados obtenidos por los autores en trabajos anteriores.

Introducción No es sencillo el encontrar el camino que se debe seguir en la ingeniería para buscar o evaluar el impacto sobre el medio ambiente de las tareas que se acometan. De manera intuitiva, resulta claro que se debe tratar de preservar el entorno, independientemente de la acción o transformación realizada. El resultado final de la actuación debe conducir a un entorno no solamente no dañado, sino incluso más preparado para abordar el futuro y para continuar con sus características originales, mejorando incluso las mismas. Se está hablando en abstracto de la ingeniería y las acciones que van a ejercer sobre el medio ambiente. Dado que estas acciones pueden ser de muchos tipos (transformaciones, construcciones, modificaciones del entorno, etc.) resulta interesante centrarse en el proceso global de un producto, desde su concepción hasta su ”aprovechamiento” final. Este estudio está normalizado y se puede abordar como el Análisis del Ciclo de Vida de un producto (ACV, o bien LCA, con siglas en inglés). En este ámbito, los eco-indicadores o indicadores ambientales se han desarrollado como una herramienta para analizar y desarrollar productos o elementos más compatibles con el medio ambiente. Finalmente, el análisis de las externalidades va a permitir una valoración monetaria de los impactos que produce una determinada actividad y que no se incluyen en el coste del producto en el mercado.

Análisis del Ciclo de Vida El concepto de Análisis del Ciclo de Vida (ACV) de productos, es también conocido como Evaluación del Ciclo de Vida (ECV), o más comúnmente en la bibliografía internacional como Life Cycle Assessment (LCA) –|Figura 1|–. 361


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AVAnces de IngenIeríA | el Ingeniero del IcAI y el desarrollo sostenible

|Figura 1| Ciclo de vida de un producto Producción

Materia prima

Producción Reciclaje

Empaque

Transporte

Transporte

Consumo

Reciclaje

Distribuidor/ detallista Desecho

Consumidor

Fuente: Cegesti.org

Esta metodología tiene sus orígenes en la década de los sesenta, cuando fue evidente que el único modo eficaz de analizar el tema de la energía en los sistemas industriales desde el punto de vista ambiental, era el de examinar todos los procesos seguidos por la materia prima, desde su extracción, transformación y uso y terminando con el retorno a la ecosfera en forma de residuos. En la década de los 90 se desarrolla y pone en práctica esta metodología. Entre las más valiosas contribuciones se pueden mencionar el código de prácticas para LCA publicado por la SETAC en 1993, con la siguiente definición de ciclo de vida: “Es un procedimiento objetivo de evaluación de cargas energéticas y ambientales correspondientes a un proceso o a una actividad, que se efectúa identificando los materiales, la energía utilizada y los residuos liberados al medio ambiente”. Posteriormente, se presenta la Guía Nórdica para LCA en 1995 (Publicada por el Nordic Council of Ministers) y se llega a 1997 con el proceso de estandarización del procedimiento y el método de LCA elaborado por ISO (International Organization for Standardization) que definitivamente publica la norma 14040: ❙ ❙ ❙ ❙

ISO 14040: Análisis de Ciclo de Vida. Principios y marco. ISO 14041: Análisis de Ciclo de Vida. Definición de meta, alcance y análisis de inventario. ISO 14042: Análisis de Ciclo de Vida. Evaluación del impacto del Ciclo de Vida. ISO 14043: Análisis de Ciclo de Vida. Interpretación del Ciclo de Vida.

La familia de normas ISO 14000 contempla el ACV en su serie 14040; la ISO 14040 elabora un tipo de norma (estableciendo un procedimiento común a todos) que sirve para evaluar los impactos medioambientales a lo largo de toda la vida de un producto. Cualquier producto, servicio o actividad tiene un impacto sobre el medio ambiente. La idea de la Evaluación del Ciclo de Vida (ECV) es inventariar y evaluar dichos impactos, lo cual da como resultado un informe utilizado para tomar decisiones, tanto para realizar diseños como para programar actividades. Una ventaja clara de esta metodología es que permite detectar situaciones en las que un determinado sistema parece “más limpio” que otro, simplemente porque transfiere las cargas ambientales a otros procesos o región geográfica, sin un mejoramiento real desde el punto de vista global (fenómeno conocido como “problem shifting”). La evaluación se realiza en el ciclo de vida completo del proceso o actividad, incluyendo la extracción y tratamiento de la materia prima, la fabricación, el transporte, la distribución, el uso, el reciclado, la reutilización y el despacho final. 362


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Herramientas para evaluar la sostenibilidad | Tema VI | Avances de Ingeniería

Metodología

Se puede desarrollar un Análisis de Ciclo de Vida [FULL04] para un producto, un proceso, un servicio o una actividad, considerando todas las etapas que constituyen su vida útil. El Análisis del Ciclo de Vida comprende cuatro etapas, a saber: ❙ Definición y alcance de los objetivos. Esta etapa del proceso/servicio/actividad se inicia definiendo los objetivos globales del estudio, donde se establecen su finalidad, el producto implicado, la audiencia a la que se dirige, el alcance o magnitud del estudio (límites del sistema), la unidad funcional, los datos necesarios y el tipo de revisión crítica que se debe realizar. ❙ Análisis del inventario (Life Cycle Inventory, LCI). El ACV de un producto es una serie de procesos y sistemas conectados por su finalidad común de creación del producto. El análisis del inventario es una lista cuantificada de todos los flujos entrantes y salientes del sistema durante toda su vida útil, los cuales son extraídos del ambiente natural o bien emitidos a él, calculando los requerimientos energéticos y materiales del sistema y la eficiencia energética de sus componentes, así como las emisiones producidas en cada uno de los procesos y sistemas. ❙ La evaluación de impactos. (Life Cycle Impact Assessment, LCIA). Según la lista del análisis de inventario, se realiza una clasificación y evaluación de los resultados del inventario, y se relacionan sus resultados con efectos ambientales observables. ❙ La interpretación de resultados. Los resultados de las fases precedentes son evaluados conjuntamente, en un modo congruente con los objetivos definidos para el estudio, a fin de establecer las conclusiones y recomendaciones para la toma de decisiones. El ACV no sigue una metodología fija, pues no hay una única manera de realizar una evaluación de este tipo. Al contrario, tiene varias alternativas, y por lo tanto se debe estar familiarizado con los métodos científicos de investigación y con la evaluación del sentido común de las cuestiones complejas antes de realizar este tipo de estudio. El método del ACV es de carácter dinámico, y las cuatro etapas en las que se realiza están relacionadas por lo que a medida que se obtienen resultados se pueden modificar o mejorar los datos, las hipótesis, los límites del sistema o los objetivos, lo cual exige el recálculo. Este hecho, más la gran cantidad de datos históricos que se deben poseer para realizar un ACV, demuestra la necesidad de contar con un instrumento informático.

Aplicaciones del ACV

El ACV no es la única herramienta para analizar las prestaciones ambientales, pero el valor real del ACV es la articulación entre las consideraciones ambientales en todo el ciclo de vida y las estrategias de la empresa y planificación para alcanzar beneficios comerciales. El ACV puede proveer a la empresa con una valiosa información interna, en el caso de evaluar un sistema productivo, sobre la eficiencia del uso de los recursos y manejo de desperdicios, etc. Sin embargo, no sería adecuado para analizar las implicaciones de efectos tóxicos sobre la salud. El ACV puede ayudar a la empresa a obtener ventajas competitivas a través del ahorro de costes, el incremento de ganancias y la mejora de la imagen (de la empresa o de un producto determinado). La información proporcionada por el ciclo de vida puede tomar varias formas, desde el tradicional Inventario del Ciclo de Vida (ICV) hasta la información del Coste del Ciclo de Vida (CCV) o estudios específicos sobre el uso, utilización y manejo de un material particular a través de su ciclo de vida. Por ejemplo, el ACV es una herramienta fundamental en la etapa de diseño de productos o servicios (“EcoDiseño”) así como en los casos de Ecoetiquetado. Con respecto a este último, uno de los principales problemas relacionado con su implementación es que debe ser creíble y aceptable por la sociedad. Por ello, necesita un procedimiento transparente, con estricta metodología científica y homologación internacional; esto lo proporciona un estándar ISO de ACV. Los estándares ISO para etiquetado Tipo I y III especifican el uso de ACV como una metodología viable. Entre las aplicaciones del ACV se pueden citar: ❙ Mejora y Desarrollo de productos/servicios (Diseño). ❙ Comparación de productos. 363


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❙ Identificación de puntos clave en el ciclo de vida de un producto. ❙ Ecoetiquetado (Tipo I y III). ❙ Indicadores de impacto ambiental. ❙ Localización de la producción.

Indicadores medioambientales o eco-indicadores El uso de los eco-indicadores [ECOD04] se ha desarrollado como una herramienta para desarrollar productos o elementos más compatibles con el medio ambiente. Los indicadores se pueden utilizar de dos maneras: ❙ Analizando productos o ideas con el objetivo de encontrar las causas más importantes de contaminación ambiental e identificar las posibilidades de mejorar los productos. ❙ Comparando productos terminados, en proceso o conceptos de diseño, pudiendo elegir con criterio los materiales y procesos de los productos atendiendo a un criterio medioambiental. Sin embargo estos indicadores no han sido desarrollados como herramientas de marketing o para obtener un certificado medioambiental.

El eco-indicador 95. EI95 (puntos o milipuntos)

El eco-indicador 95 de un producto, material o proceso es un número que refleja el impacto medioambiental. Cuanto más alto sea el indicador, mayor es el impacto sobre el medio ambiente. Las unidades del indicador son milipuntos por unidad. En el caso de materiales, la unidad suele ser el kilogramo, por tanto el indicador señala el impacto de producir (o el proceso en estudio) 1 kg de dicho material o producto.

Efectos medioambientales Los efectos medioambientales incluidos en el EI95 son aquellos que pueden acarrear daños sobre ecosistemas o sobre la salud de los seres humanos, a escala europea. ❙ Efecto invernadero. Elevación de la temperatura por encima de la previsión histórica debida a la concentración creciente de gases que dificultan la transmisión de calor por radiación desde la superficie de la Tierra. ❙ Destrucción de capa de ozono. El incremento de la radiación ultravioleta sobre la superficie de la tierra causada por la descomposición de la capa de ozono.

|Tabla 1| Factores del EI95 Origen Impacto

Efecto

CFC Pb Cd PAH Polvo VOC DDT CO2 SO2 NOx P

Destrucción capa de ozono Metales pesados Carcinogénesis Summer smog Winter smog Pesticidas Efecto invernadero Acidificación Eutrofización

Daños



Fatalidades



Salud humana





Daño subjetivo

Índice

Eco-indicador

Ecosistemas Fuente: elaboración propia 364


Evaluación

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❙ Acidificación. Degradación de los bosques debido, por ejemplo, a la lluvia ácida. ❙ Eutrofización. Desaparición de especies vegetales que crecen en suelos pobres debido a la emisión de sustancias con efectos fertilizantes y cambios en los ecosistemas acuáticos. ❙ Metales pesados. Daños en la salud debido a la presencia de metales pesados en el suelo, agua y atmósfera. ❙ Carcinogénesis. Aparición de cáncer en la población humana. ❙ Winter smog. Niebla causada por las emisiones de polvo y SO2. ❙ Summer smog. Niebla, con máximos en verano, causada por el incremento en la concentración de ozono. ❙ Pesticidas. Disminución de la calidad de las aguas subterráneas debido a la filtración de pesticidas. No están incluidos los efectos de: ❙ Sustancias tóxicas volátiles que sólo afectan localmente. ❙ Cantidades de desperdicios. Se incluye la capacidad de reciclaje. ❙ Desperdicio de materias primas.

Cálculo del eco-indicador Para todos los productos, procesos y materiales, se realizarán los LCI, estudios de ciclos de vida, con el fin de recoger todos los posibles impactos medioambientales. El resultado se obtiene mediante la comparación con un nivel de referencia respecto al estado medioambiental. Fruto de esta normalización, se pueden valorar cuantitativamente los efectos y comparar entre productos o procesos. El valor final del EI95 se obtiene una vez ponderados todos los factores.

El eco-indicador 99.EI99 (puntos)

El eco-indicador 99 de un producto, material o proceso es un número que refleja el impacto medioambiental. Cuanto más alto sea el indicador, mayor es el impacto sobre el ambiente. Es más completo que el EI95. Las unidades del indicador son puntos por unidad. En el caso de materiales, la unidad suele ser el kilogramo, por tanto el indicador señala el impacto de producir (o el proceso en estudio) 1 kg de dicho material o producto.

Categorías de daños El EI99 es la suma ponderada de tres tipos de daños. ❙ Daño sobre la salud humana. Este valor se expresa en Años de Vida con Problemas Equivalentes (DALY´s, siglas en inglés). Es muy importante el ajuste de escala para cada tipo de daño. – Carcinogénesis. – Efectos sobre respiración. ❙ Daños sobre el entorno: – Cambio climático. – Radiación ionizante. – Destrucción de capa de ozono. – Daños a ecosistemas. Se expresa como porcentaje de especies desaparecidas en un cierto entorno. – Ecotoxicidad. – Acidificación y eutrofización. – Uso de terrenos y transformación. ❙ Daños sobre los recursos. Incluye daños a recursos, combustibles minerales y fósiles, expresados como el derroche energético frente a la necesidad en 1998. – Minerales. – Combustibles fósiles. 365


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El indicador GER (Gross Energy Requirement). GER (MJ)

Es la cantidad total de energía que se utiliza para realizar un proceso completo o para la fabricación de un producto. Es el valor más recomendado para representar la energía consumida. Termodinámicamente hablando, el GER es la entalpía bruta emitida por todos los procesos referidos a los estados iniciales de energía. La unidad de medida es el julio (energía).

El indicador EPS (Environmental Priority Strategy). EPS (ELU)

El EPS indica el daño que se produce por la fabricación de un producto o la realización de un proceso. Las unidades son económicas. Un ELU (Unidad de Impacto Ambiental) corresponde aproximadamente a un ECU. ❙ Recursos. Destrucción de recursos. ❙ Salud humana. Pérdida de salud e incremento de la mortandad a causa de los efectos medioambientales. ❙ Producción. Daños económicos, en especial agrícolas. ❙ Biodiversidad. Desaparición de especies animales y vegetales. ❙ Valores estéticos. Percepción de la belleza natural. El EPS se evalúa y calcula basándose en tres principios diferentes: ❙ Extinción de materia prima. Se evalúa estimando el futuro coste de extracción de las materias primas. Este coste es el equivalente a extraer la última porción de materia prima existente. ❙ Pérdidas de producción agrícola e industrial, medida como reducciones en los cultivos y pérdidas industriales, por ejemplo debido a la corrosión. ❙ Resto de efectos. Se valoran con el principio de ”quien contamina paga”. Se supone que la sociedad está preparada para correr con los gastos sanitarios, recuperación de especies en vías de extinción y recuperación de parajes naturales.

El indicador balance exergético. Exin/Exout (MJ/MJ)

El mantenimiento de la actividad humana y su propia existencia son posibles gracias a la utilización de los recursos naturales. Estos recursos son formas de la materia con una composición química y/o unos parámetros de estado que difieren sobremanera de los valores medio de la propia naturaleza. Los parámetros de estado y la composición de los componentes que son comunes en la naturaleza, deben ser aceptados como de nivel cero a la hora de evaluar la utilización práctica de dicha energía, tanto en los recursos naturales como en la obtenida a través de procesos industriales. Como contraposición a la energía, la exergía1 no cumple ningún principio de conservación. Cada proceso irreversible causa pérdidas de exergía, llevando a la necesidad de utilizar una mayor cantidad de energía para que dichos procesos se realicen. El objetivo principal de un análisis energético es el detectar y evaluar cuantitativamente las causas de las imperfecciones termodinámicas de los procesos en estudio. Este análisis permite detectar posibles mejoras en los procesos termodinámicos, pero un estudio económico en paralelo permitirá concretar la posible validez de la mejora. ❙ Exergy in: Es la exergía necesaria para producir algo en la cantidad determinada por unidad de producto. ❙ Exergy out: Es la exergía que permanece en la cantidad producida por unidad de producto. ❙ Exergy lost: Exergía perdida en el proceso anteriormente descrito. ❙ Exergy in/out: Este ratio mide las pérdidas por irreversibilidades en la obtención del producto.

Ejemplos En la |Tabla 2| se presentan los resultados del estudio del ciclo de vida de bancos para las marquesinas (paradas de autobús) de la ciudad de Barcelona. 1 La capacidad termodinámica de realizar trabajo, respecto del nivel 0 (exergía) queda explicada extensamente en el Capítulo 14.

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|Tabla 2| Resumen de resultados

Global Fabricación e instalación Global Global Global Fabricación de instalación Global Global Global Fabricación de instalación Global Global

Banco extrusión Eco-indicador EI 95 Eco-indicador EI 99 EPS (impacto ambiental) GER (energía necesaria) Banco PET Eco-indicador EI 95 Eco-indicador EI 99 EPS (impacto ambiental) GER (energía necesaria) Banco aluminio fundido Eco-indicador EI 95 Eco-indicador EI 99 EPS (impacto ambiental) GER (energía necesaria)

mPts: mili puntos; Pts: puntos

441,19 7,94 25,0 1.815,4

mPts Pts ELU MJ

131,17 1,97 8,3 736

mPts Pts ELU MJ

663,04 16,24 44,6 2.681,5

mPts Pts ELU MJ Fuente: elaboración propia

Externalidades Se define como externalidad o coste social de un producto o de una actividad a la evaluación monetaria del impacto que produce en la sociedad y que no se refleja en la estimación de su coste. Por ejemplo, en el caso de una central de carbón, el análisis de externalidades abordaría la valoración de los efectos derivados en los edificios o en la salud de las personas, las emisiones de SO2, etc. El proceso de la evaluación de las externalidades comprende las siguientes etapas: ❙ Identificación y cuantificación del agente responsable del impacto (emisiones de una central generadora de energía, emisiones de un vehículo de transporte, intrusión en la naturaleza por la construcción de un edificio, etc.). ❙ Selección del elemento receptor del impacto (ecosistema, personas, edificios). ❙ Determinación de la relación agente-receptor (cantidad de contaminantes recibidos por la persona o el edificio, disminución del valor paisajístico por la construcción del edificio). ❙ Estimación del efecto sobre el receptor del agente responsable (deterioro de la salud de las personas, alteración del ecosistema, deterioro de los elementos del edificio). ❙ Monetarización de los efectos producidos (valoración monetaria del efecto producido: enfermedad, reparación del edificio, lluvia ácida, alteración del valor hedónico). Existen diferentes aproximaciones para abordar esta metodología desarrollada a partir de los años 80. La Unión Europea, en sus estudios de externalidades, ha utilizado una, denominada “Impact Way” (Seguimiento o Camino del Impacto) en un extenso proyecto denominado Extern-E [EXTE98], que ha sido empleada en la mayor parte de los estudios de externalidades realizados en la UE para analizar los impactos de la energía eléctrica y el transporte. En esencia, consiste en seguir el “camino” del elemento causante del impacto desde su origen hasta el receptor, analizando todas sus vicisitudes. Por ejemplo, en el caso de analizar las externalidades de la emisión de SO2 en una central térmica de carbón, se procedería de acuerdo con el esquema indicado en la |Figura 2|. Anteriormente, los estudios de externalidades se realizaban a nivel regional o nacional estimando los contaminantes emitidos o existentes y el daño que producían por su interacción con el receptor. 367


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|Figura 2| Esquema de aplicación de la metodología de la determinación de las externalidades de un proceso

Emisiones SO2 (T/año)

Dispersión atmosférica

Valoración económica del daño

Cantidad absorbida por receptor

Efecto de la absorción en el receptor Fuente: elaboración propia

Este método era una aproximación grosera que no permitía individualizar los diferentes agentes causantes del impacto. El análisis del ciclo de vida descrito anteriormente constituye una parte del estudio de externalidades, aquélla en la se determinan los flujos de energía y emisiones que tienen lugar en un proceso. El estudio de las externalidades profundiza en la estimación de los impactos y su valoración económica. De una forma más general, para determinar las externalidades de un determinado proceso o tecnología habría que: ❙ Analizar la tecnología. ❙ Estudiar el ciclo de los elementos origen de los impactos que se quieren analizar (carbón, biomasa, uranio, construcción de la instalación, operación etc.), identificando las cargas potenciales que pueden presentar su obtención o ejecución, por ejemplo: – Residuos (sólidos, líquidos o gaseosos). – Partículas contaminantes. – Accidentes. – Exposición ocupacional a sustancias peligrosas. – Ruido. – Contaminación térmica. – Intrusión visual. ❙ Establecer los límites espaciales y temporales a los se quiere constreñir el estudio: – Local, regional, nacional o transnacional. – Efecto instantáneo, durante un ciclo vital (efectos sobre la salud humana) o acumulativos (efecto invernadero). ❙ Identificación de los impactos: – Sobre la salud humana. – En los ecosistemas naturales (biodiversidad, alteración del paisaje, acidificación del suelo, intrusión visual). ❙ Priorización de los impactos tratando de restringir el estudio a aquellos que sean realmente significativos. ❙ Establecer una relación entre la intensidad del elemento causante de la interacción, dosis o exposición, y el efecto sobre el elemento receptor, respuesta. Las funciones dosis-respuesta pueden ser de formas diferentes: lineales, exponenciales, o pueden tener un valor umbral por debajo del cual pueden incluso existir efectos positivos. Por ejemplo, pequeñas dosis de óxidos de nitrógeno pueden actuar como fertilizantes de un cultivo. 368


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❙ Realizar una valoración monetaria de las consecuencias de una determinada dosis en un receptor, por ejemplo el valor de la vida humana, del gasto hospitalario para tratar un determinado tipo de enfermedad, de la acidificación de un bosque. Existen diversas formas de efectuar esta valoración que se describen en la literatura entre las que se puede citar la disponibilidad a pagar por evitar un determinado daño, el valor hedónico o el valor del viaje. Es indudable que esta metodología presenta incertidumbres entre las que se podrían destacar: ❙ La extrapolación de datos epidemiológicos de laboratorio al mundo real. ❙ La aplicación de funciones dosis-respuesta a lugares diferentes de donde se obtuvieron las funciones. ❙ Umbrales en las funciones dosis respuesta. ❙ Valoración económica del daño, por ejemplo de la vida humana. Pero el proceso es transparente y permite analizar y minimizar esas incertidumbres para cuantificar el cálculo de las externalidades.

Externalidades del sector eléctrico El proyecto europeo mencionado anteriormente tenía como objetivo la determinación de las externalidades de la producción de energía eléctrica en cada uno de los países participantes. En el caso español trabajo un equipo multidisciplinar formado por investigadores del CIEMAT, el Instituto Catalán de la Energía (ICAEN) y el Instituto de Investigación Tecnológica (IIT) de la Universidad Pontificia Comillas [CIEM97].

|Tabla 3| Valores aproximados de las externalidades de los ciclos de producción de energía eléctrica en España Tipo de central Carbón Gas natural Nuclear Hidroeléctrica

m€/kWh 70-220 14-20 2-8 2

Fuente: [CIEM97]

|Tabla 4| Componentes de los costes externos del transporte para la Europa de los 15 más Noruega y Suiza Tipo de impacto Accidentes de tráfico Ruido Contaminación atmosférica Cambio climático Alteración naturaleza Separación de áreas urbanas Limitaciones de espacio urbano Costes adicionales

Porcentaje Componentes del coste 29% Costes adicionales por atención médica, costes de oportunidad para la sociedad. 7% Costes de oportunidad y efectos sobre salud. 25% Daños sobre la salud, sobre materiales y biosfera. 23% Costes asociados al cambio climático. 3% Costes compensación de daños. 1% Pérdida de tiempo de viandantes. 1% Compensación tráfico de ciclistas. 11% Efectos ambientales adicionales. Fuente: [INFR04] 369


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El estudio se extendió a los ciclos del carbón, gas natural, lignito, eólico, e incineración de residuos. En la |Tabla 3| se resumen los resultados obtenidos que permiten tener una idea del orden de magnitud de los costes externos de cada tipo de generación eléctrica.

Externalidades del sector del transporte El transporte es un sector estratégico de gran interés para las autoridades públicas. Existe una preocupación por tener un modelo de transporte más sostenible. El Instituto IWW de Karlsruhe y el INFRAS de Zurich han realizado un estudio [INFR04] sobre este tema. Existen cuatro niveles en los que pueden surgir externalidades: la producción de los recursos naturales para este sector, la interacción de los propios usuarios en su utilización, la creación de una infraestructura para la utilización del transporte y, finalmente, los impactos producidos por su uso. Limitándose a estos últimos, se pueden citar los indicados en la |Tabla 4| con su porcentaje correspondiente sobre un total de 840 billones de euros para la Europa de los 15 más Noruega y Suiza.

Conclusiones Es fundamental que en cualquier desarrollo de ingeniería se haga una evaluación preliminar de forma objetiva de la sostenibilidad del proceso o del producto. Las metodologías de estimación de eco-indicadores y externalidades pueden servir de referencia para aplicarlas, después de una profundización en su contenido. El conocimiento de los costes externos de una actividad o producto pueden servir para su internalización, como fue el gravamen de los combustibles por algunas Comunidades Autónomas (céntimo sanitario) o bien para justificar la política de subvenciones que se puedan establecer para desarrollar otra de menor externalidad, por ejemplo el apoyo a las energías renovables. Recientes estudios del ciclo de vida de los biocombustibles han permitido una valoración objetiva de impacto ambiental y balance energético en comparación con los combustibles tradicionales. |❙|

Referencias [ECOD04] Salvador Capuz Rizo, Tomás Gómez Navarro (Editores). Ecodiseño. Ingeniería del ciclo de vida para el desarrollo de productos sostenibles, Alfaomega Grupo Editor (México), Universidad Politécnica de Valencia (España), 2004, ISBN: 9701509625. [FULL04] Fullana, Pere y otros. Análisis del ciclo de vida, Rubes Editorial, ISBN:9788449700705 [INFR04] INFRAS External Cost of Transport Update Study 2004, IWW Universität Karlsruhe. Zurich. [EXTE98] Holland, M., Berry, J., Foster, D. ExternE. Externalities of the Energy, Vol. 7 Methodology 1998. Comisión Europea. [CIEM97] Externe Nacional Implementation. Spain, CIEMAT, 1997.

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Capítulo 38. Ingeniería aplicada al diseño y al desarrollo sostenible de productos Silvia Fernández Villamarín Mariano Jiménez Calzado Rubén Monja Sánchez

Palabras clave Impacto ambiental, ciclo de vida, ecodiseño, ecología industrial, fabricación sostenible. Debido a la buena calidad de vida que disfruta hoy en día la sociedad, el volumen total de productos usados a diario es cada vez mayor, es decir, aumenta el consumo. Si a esto se le suma que la vida de los productos es cada vez menor, aun siendo tecnológicamente más complejos, resulta que el número de residuos aumenta. Pero no sólo hay que centrarse únicamente en las etapas de uso y desecho: ¿qué ocurre en la etapa de fabricación?, ¿y en la extracción de materias primas?, ¿y en el transporte?… La respuesta es, simplemente, que también aumenta. Conclusión, el impacto ambiental que se produce es mayor en todo el ciclo de vida de un producto. Ahí es donde hay que actuar, en cada una de las etapas del ciclo de vida, analizando los aspectos ambientales y los impactos resultantes, y reduciéndolos a través de una metodología de diseño en la que, además de factores como la calidad, funcionalidad, ergonomía, costes,… se tenga en cuenta el factor medioambiental. Dicha metodología se conoce con el nombre de Ecodiseño, cuyo objetivo no es el diseño y de sarrollo de productos ecológicos, sino que los métodos utilizados para la obtención de productos sean sostenibles.

Introducción El impacto de las actividades de la sociedad sobre los ecosistemas del planeta es cada vez mayor; por ello, el respeto al medio ambiente a través del diseño de productos y procesos sostenibles se está convirtiendo en uno de los factores empresariales principales en su proceso de desarrollo, equipa rando la sostenibilidad a otros conceptos como la ergonomía, la calidad, la seguridad, la estética, la funcionalidad, el coste, las exigencias del cliente, etc. La sociedad, cada vez más informada, demanda productos seguros, eficientes y con un reducido impacto ambiental, tanto de éstos como de sus componentes, y en todos sus procesos, desde la ob tención hasta la eliminación final, es decir, en todo su ciclo de vida. Entendiendo impacto ambiental como el cambio negativo en el medio ambiente resultante de las actividades, productos y servicios de una organización. Los principales impactos ambientales son: disminución de recursos naturales y biodiversidad, contaminación del suelo y del agua, ocupación del suelo, efecto invernadero, dismi nución de la capa de ozono, lluvia ácida, smog y alteración de la salud humana. Se hace necesario distinguir entre Sistema de Gestión Medio Ambiental (SGMA) y Diseño para el Medio Ambiente o Ecodiseño.

Sistema de Gestión Ambiental (SGMA)

Analiza el ciclo de vida en torno a la organización, basándose en la mejora continua de los procesos productivos. Si se desea que dicha organización contribuya al equilibrio sostenido, es necesario que la gestión tenga muy claros ciertos objetivos y compromisos medioambientales, para la coordinación y control de las actividades industriales. 371


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AVAnces de IngenIeríA | el Ingeniero del IcAI y el desarrollo sostenible

Estos sistemas de gestión encuentran su origen en la aplicación de criterios de Gestión de Calidad Total (TQM) a problemáticas de carácter ambiental, desarrollando la estructura organizativa del modelo de gestión, la planificación de actividades y las responsabilidades, las prácticas, los proce dimientos, los procesos y recursos para desarrollar, implantar, revisar y mantener al día la política medioambiental, siempre según las necesidades de cada producto o proceso, y de acuerdo con una normativa y estrategia corporativa. La ley, la administración y los ciudadanos exigen un cumplimiento estricto de requerimientos medioambientales y por lo tanto, un SGMA es una herramienta necesaria para estructurar y docu mentar ese compromiso. Existen dos modelos normativos para la implantación de una SGMA: Normas ISO 14000 y Re glamento CE no 761/2001 (EMAS). Ambos modelos permiten a las empresas el desarrollo de un sistema de gestión medioambiental y su integración con el resto de sistemas de gestión empresarial, y así poder cumplir con el compromiso medioambiental exigido.

Diseño para el Medio Ambiente o Ecodiseño

Analiza el ciclo de vida completo, tanto dentro de la organización como en sus fases externas (ges tión de materias primas, utilización, deshecho, etc.), para minimizar el impacto ambiental de los productos o procesos diseñados.

Ciclo de vida de producto El ciclo de vida1 son todas y cada una de las etapas que experimenta un producto o proceso desde su obtención hasta sus fases finales de vida: extracción de materias primas, procesado de materiales, producción y montaje, distribución, uso y servicio, reutilización y reciclaje, retirada y eliminación.

|Figura 1| Fases del ciclo de vida para un producto

Extracción y procesado de materiales

Fabricación de productos

Residuos y emisiones

Distribucción

Energía

Uso y utilización

Combustible Incineración Descomposición de los materiales

Descomposición producto

Recuperación del producto

Fuente: Fundación Ikertia

1

en el capítulo 37 se pueden encontrar más detalles sobre el ciclo de vida.

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Ingeniería aplicada al diseño y al desarrollo sostenible de productos | Tema VI | Avances de Ingeniería

Análisis del ciclo de vida de producto

Hablar de diseño es hablar de una ingeniería concurrente, de actividades repartidas entre las dife rentes áreas de una misma organización, incluso a veces entre diferentes empresas. Por ello se hace especialmente importante definir de manera detallada y clara el ciclo de vida de todo producto. El análisis del ciclo de vida, ACV, es la herramienta de evaluación ambiental más empleada actual mente. Es un paso inicial pero no suficiente para llevar a cabo un proyecto completo de diseño y desarrollo sostenible de productos. Se considera una fase previa a las técnicas de mejora en gestión ambiental y proyectos de ecodiseño. Todo análisis completo de ciclo de vida debe incluir las siguientes fases: ❙ Determinación de objetivos: se definirá el producto, sus funciones, y el alcance del estudio. También quedarán establecidos los criterios que deberán cumplir los datos e información que se utilicen a lo largo de todo el ACV (precisión, fuente, ámbito temporal, etc.). ❙ Análisis de inventario: se cuantificarán las entradas y salidas en el ciclo de vida del producto (en tradas de energía, entradas de materia prima, emisiones atmosféricas, al agua, etc.), definiendo claramente cuáles son los límites del sistema, es decir, qué materiales y procesos productivos son objeto de estudio y cuáles no. ❙ Evaluación de impactos: una vez definido el inventario del ciclo de vida, se analizarán los impactos ambientales asociados, clasificando su tipo, cuantificando su efecto según unidades normalizadas para posteriores comparaciones, y valorando la calidad medioambiental global del producto.

Ecodiseño Ecodiseñar es incorporar criterios ambientales en la fase de concepción y desarrollo de productos o servicios. No se altera el proceso tradicional, sino que se enriquecen todas y cada una de sus fases. El objeto de análisis principal del ecodiseño serán los aspectos ambientales de un producto o ser vicio, es decir, los elementos de las actividades, productos o servicios de una organización que inte ractúan con el medio ambiente. Los principales aspectos ambientales son: consumo de recursos naturales, energía y agua, generación de residuos peligrosos y no peligrosos, vertido de líquidos, emisiones atmosféricas, contaminación del suelo, generación de ruido, etc. A través de la herramienta de análisis matriz MET (Materiales-Energía-Tóxicos), estos aspectos serán analizados de manera cualitativa en cada una de las fases del Ciclo de Vida (obtención y provi sión, producción, distribución, uso y fin de vida de producto). Por ejemplo en el campo obtencióntóxicos se podrían encontrar emisiones debidas a pintado y encolado de componentes; en el campo producción-materiales, lubricantes para las máquinas del proceso o material para soldadura; y en el tranporte, material para envasado y embalaje primario, secundario y terciario, energía del proceso de empaquetado y del transporte desde la fábrica a los distribuidores, y los residuos tanto de la combustión de dicho transporte como del propio embalaje. En este análisis cualitativo se tendrá en cuenta el alcance de la totalidad del producto; por ejemplo, en un lavavajillas se valorará el agua, la electricidad, el detergente, los filtros, el agua residual de limpieza, etc. Si la complejidad del producto es muy elevada, se dividirá en subsistemas para su análisis.

Fases de desarrollo de un proyecto de ecodiseño

Las siete fases o etapas de un proyecto de ecodiseño son las que a continuación se describen junto con sus criterios asociados.

Fase 1. Elección del producto y del equipo de trabajo Criterios de ecodiseño asociados: ❙ Elección del producto más significativo teniendo en cuenta factores de motivación internos y externos a la organización como pueden ser, reducción de costes de producción y coste del usuario 373


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final, innovación y demanda de público, cumplir con la legislación vigente, responsabilidad social, mejora de la imagen de empresa y/o producto, aumento de la calidad del producto, etc. ❙ Implicación de toda la empresa en un equipo de trabajo multidisciplinar: dirección (respaldo total al proyecto), ingeniería/desarrollo de productos (nuevas soluciones), marketing/comercial (ne cesidades y respuesta de mercado), compras (nuevos materiales, tecnologías, proveedores, etc.), producción, calidad y medio ambiente (normativa vigente, requisitos de calidad a cumplir por el producto, etc.).

Fase 2. Análisis de impacto ambiental del producto Identificación y clasificación de aspectos ambientales. Criterios de ecodiseño asociados: matriz MET y eco-indicadores. ❙ Eco-indicadores: Los eco-indicadores son parámetros de evaluación cuantitativos en forma de tabla numérica donde se expresa el impacto ambiental a los recursos, ecosistema y salud humana en milipuntos (mpt) y en función de la cantidad de volumen de cada material o proceso. Los eco-indicadores se clasifican por tipo: materiales (según la medida de 1 kg de material), proce sos de producción (tratamiento y procesado de materiales según unidad apropiada en cada proceso: m2, kg, metro soldado, etc.), procesos de transporte por carretera, ferroviario, aéreo (tn/km), pro cesos de generación de energía (unidades para electricidad y calor), escenarios de eliminación (por kilos o por materiales; residuos domésticos, urbanos, incineración, reciclado, uso de vertederos). En la |Figura 2| puede verse el proceso para la obtención de un ecoindicador. En la |Tabla 1|, a modo de ejemplo, puede verse el cálculo de ecoindicadores de transporte en un caso concreto.

|Figura 2| Pasos en la obtención de un ecoindicador

Inventario de los flujos de y hacia los procesos en el ciclo de vida de un producto

Resultado del inventario

Daño a los recursos

Modelo de daños de dichos flujos

Medida de las tres categorías de fallo

Daño al ecosistema

Recursos

Indicador

Uso del suelo 1

Emisiones

Daño a la salud humana

2

3 Fuente: IHOBE, 2000

Fase 3. Ideas de mejora ambiental Ideas que reduzcan o eliminen aspectos negativos para cada una de las fases del ciclo de vida. Los criterios de ecodiseño asociados serán: ❙ Obtención y provisionamiento: materiales de bajo impacto: naturales, reciclados (cerrando así su ciclo de vida), reciclables, renovables, biodegradables; de baja o nula toxicidad; de bajo contenido energético (consumo energético durante su procesado como materia prima); reducción del peso y el volumen (desmaterialización de los componentes o partes del poducto que no incrementan su calidad o valor estético, optimizar espesores y densidad de los materiales); evitar una gran va riedad de materiales en un mismo producto; evitar el uso de pinturas, lacas y otros tratamientos superficiales; empleo de pinturas de bajo o nulo contenido en compuestos orgánicos volátiles, pinturas al agua y en polvo respectivamente. 374


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|Tabla 1| Tabla de cálculo de eco-indicadores de transporte Distribución de 0,002 t de producto en camiones de 16 t durante 5.000 km Camión (16 t) = 0,002 t x 5.000 km x 34 mpt/tkm = 220 mpt

Tipo de transporte Camión de reparto <3,5 t Camión 16 t Camión 28 t Utilitario Transporte en ferrocarril Buque cisterna fluvial Buque cisterna oceánico Transporte aéreo continental Transporte aéreo intercontinental

Transporte (en milipuntos por tkm) Indicador Descripción 140 Transporte por carretera con 30% de carga, 33% de gasolina sin plomo, 38% de gasolina con plomo, 29% de diésel (38% sin catalizador). Media europea incluyendo viaje de vuelta. 34 Transporte por carretera con 40% de carga, media europea incluyendo viaje de vuelta. 8 Transporte por carretera con 40% de carga, media europea incluyendo viaje de vuelta. 29 Transporte por carretera por km. 3,9 Transporte por tren, 20% diésel y 80% mediante trenes électricos. 5 Transporte marítimo con 65% de carga. Media europea incluyendo viaje de vuelta. 0,8 Transporte marítimo con 54% de carga. Media europea incluyendo viaje de vuelta. 120 Transporte aéreo en un Boeing 737 con carga del 62%. Media de todos los vuelos. 72 Transporte aéreo en un Boeing 747 con carga del 78%. Media de todos los vuelos. Fuente: Eco-Indicator 99

❙ Producción: técnicas de producción más eficientes, fabricación sostenible (concepto que será abor dado más adelante en el capítulo), equipos de alto rendimiento energético, reducción del número de etapas productivas, reciclaje de los residuos de producción. ❙ Distribución: mínima relación masa embalaje/contenido embalado, materiales ‘limpios’, transpor te eficiente (reducción del peso del producto y su envase para disminuir el consumo de energía durante el mismo, fabricación cercana al cliente final), embalajes reutililzables, inserción de infor mación para fomentar el reciclaje como por ejemplo marcado e identificación de envases. Diseño de productos que puedan ser transportados desmontados o plegados. ❙ Uso: fuentes de energía renovable, evitar derroches de energía (funciones de apagado automático, consumo mínimo, regulación y control, aislamiento en productos térmicos, reducción de peso para energía en movimiento), extender lo máximo posible tanto la vida técnica (fiabilidad, durabilidad, facilidad de actualización, reducido mantenimiento, diseño modular que facilite la sustitución de componentes, listado de recambios y referencias comerciales, sistema de detección de averías) como estética del producto (diseños de productos atemporales, fáciles de usar y atractivos para el consumidor). Si el producto es pasivo (no requiere consumo de recursos: energía, agua, productos químicos, etc.) cuanto mayor sea su vida útil el impacto será menor; en cambio, si el producto es activo, el beneficio ambiental dependerá de su eficiencia. ❙ Final de vida: reutilización y reciclaje del producto o de sus componentes (uniones mecánicas en lugar de uniones adhesivas facilitarán este proceso), fácil desmontaje, marcado de piezas que facilite el reciclado, guías medioambientales y programas de recogida y reciclaje para los usuarios o clientes finales. En los productos de vida útil muy corta los materiales deben estar totalmente enfocados a la optimización del fin de vida del producto. 375


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Fase 4. Valoración de las ideas En base a la mejora en el impacto ambiental y a la viabilidad técnica y financiera (coste de aplica ción, medios tecnológicos y productivos para su obtención, rapidez de implantación, etc.).

Fase 5. Nuevo concepto de producto Identificación de los nuevos requisitos ambientales del producto para que queden establecidos en adelante y cualquier cambio en el diseño los cumpla. Redacción del pliego de condiciones técnicoambiental.

Fase 6. Desarrollo de las nuevas alternativas de producto Siguiendo los resquisitos anteriormente mencionados. Valoración y elección de la solución óptima: imagen innovadora, facilidad de manejo, limpieza y desmontaje, materiales reciclables, reducción del consumo de energía, del peso, etc.

Fase 7. Definición en detalle del nuevo producto y lanzamiento al mercado Plan de implantación de las medidas de mejora ambiental a nivel producto y a nivel empresa. De terminación de plazo y responsable.

Ecología industrial y fabricación sostenible En el ámbito de la ingeniería de fabricación debería ser una condición ineludible dar respuesta al desafío de construir un nuevo modelo de desarrollo que permita satisfacer nuestras necesidades y conservar y mejorar el medio ambiente. Para ello, se deben revisar los vínculos entre ingeniería y fabricación y su posible derivada hacia crite rios de sostenibilidad. Partiendo de la definición de ingeniería de fabricación: “ciencia cuyo objeto es el conocimiento, aplicación y desarrollo de procesos óptimos para conformación de bienes de equipo y consumo, según especificaciones de diseño, basándose en el uso de factores productivos y teniendo en cuenta los fines del individuo, empresa y sociedad”, el origen del compromiso hacia la sostenibilidad se encuentra perfectamente ubicado si se tienen claros los fines del individuo, la empresa y la sociedad.

Ecología Industrial (EI)

La industria es uno de los cuatro agentes que se encuentran implicados en el Desarrollo Sostenible (DS); los otros tres agentes son la naturaleza, la sociedad y la administración.

Retos de la industria ante el desarrollo sostenible

QUIERE: ❙ Prosperar ❙ Dar servicio ❙ Consumir recursos

DEBE:

❙ Utilizar criterios

de ecología industrial

❙ Tener ética empresarial

Es muy importante que la industria responda al desafío anteriormente planteado, pues su aporta ción al desarrollo de la sociedad es clave. Las industrias que decidan formar parte de un desarrollo sostenible tienen un punto de apoyo en la Ecología Industrial (EI): “estructura económica y física acompañada de una actitud de los agentes implicados en la sociedad industrial, que busca un equili brio sostenido con la biosfera mediante la reducción del consumo de materias primas, energía de los procesos industriales y residuos, de forma que la biosfera pueda reemplazarlos y asimilarlos”.

Fabricación Sostenible (FS)

Dentro de la mejora ambiental de un producto, la optimización de las técnicas de producción pue de conseguir el equilibrio buscado. La fabricación sostenible debe plantearse como “un proceso óptimo que minimiza los desperdicios y la contaminación provocados durante la conformación del producto y bajo especificaciones de ecodiseño”. 376


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Esta optimización del proceso no está regulada por una norma, y es sobre todo un planteamiento filosófico a seguir. Si se analiza la estrategia que actualmente sigue cualquier empresa de cualquier sector industrial, seguramente se observará cómo en algunos casos se siguen realizando inversiones, por ejemplo, en máquinas-herramientas que siguen generando gran cantidad de residuos conta minantes, aun existiendo en el mercando tecnologías alternativas que reducen al mínimo dichos residuos. Estas empresas no han valorado su posible actuación bajo criterios de desarrollo soste nible: ¿dónde acaba la responsabilidad de una empresa que fabrica un producto?, ¿cuál es el nivel aceptable de emisión tóxica?. Efectivamente, estas empresas no han asumido su coeficiente de participación ante el nuevo desafío. Para esos técnicos e ingenieros de fabricación se enumeran, a continuación, diferentes estrategias y propuestas relacionadas con la producción y de implantación directa en la política de gestión de una fábrica [CAPU02]. ❙ Disminución del consumo de energía y consumo de energía limpia: aplicar energías renovables, utilizar energías convencionales de bajo impacto ambiental, instalar equipos de elevado rendi miento energético, recuperar el calor residual. ❙ Reducción de recursos: instalar equipos de control de consumo de recursos, recircular flujos, recuperar los efluentes como subproductos, reciclar los materiales sobrantes para otros pro cesos, aumentar procesos de inspección en la compra de materiales, adquirir cantidades (mí nimas) adecuadas de materiales, control de inventarios, dosificación automática de cantidades idóneas). ❙ Reducción de etapas de fabricación: mejora de métodos y tiempos, reducir etapas de los trata mientos superficiales, simplificar el tipo de materiales utilizados, simplificar el número de compo nentes, secuenciar las operaciones de producción para minimizar sus emisiones. ❙ Reducción de emisiones: segregar los tipos de emisiones según grado de impacto y facilidad de reciclado, mejorar la gestión de los flujos contaminantes, instalar equipos para reducir emisiones, reutilizar subproductos del proceso interna o externamente, mejorar los sistemas de almacena miento para reducir el impacto, utilizar productos de limpieza menos tóxicos y peligrosos, reciclar interna y externamente. ❙ Mejoras de mantenimiento: rediseñar la planta para facilitar el mantenimiento, planificar se cuencias de carga para reducir el material de limpieza, inspeccionar y realizar operaciones de limpieza periódicas, mejorar la gestión del almacén para caducidad de productos, buena gestión de las operaciones del sistema de producción, aumentar el control de emisiones, instalar equipos de proceso para un solo producto para mejorar su gestión y ahorro de materiales de limpieza.

Ejemplo de optimización de una estrategia de producción

❙ Objetivo base: tecnología de producción alternativa y reducción de residuos. ❙ Descripción: problemas económicos y ecológicos con los refrigerantes empleados en máquinaherramientas. Residuos peligrosos para el medio ambiente y con un coste cada vez más elevado, enfermedades laborales (enfermedades de la piel, cancerosas y problemas respiratorios). ❙ Solución: Aplicación de Lubricación por Cantidades Mínimas (MQL–Minimum Quantity Lubri cation). La clave es una boquilla doble que opera como efecto venturi. Una boquilla interior sumi nistra una mínima cantidad de lubricante, mientras que otra boquilla exterior rodea a este chorro con aire y lo expulsa hacia la herramienta. Esta boquilla doble llamada tobera debe posicionarse a una distancia entre 20-30 mm para que el refrigerante se adhiera a lo largo de toda la superficie de la herramienta. ❙ Ventajas: reducción del coste de refrigerante: 20%; reducción del tiempo de mecanizado: 40%; incremento del tiempo de vida de la herramienta: mínimo 30%, sin gastos de mantenimiento y explotación, sin cargas medioambientales, sin riesgos para la salud.

Tendencias futuras Después de presentar el ecodiseño y la metodología de implantación en cualquier compañía, se puede asegurar que se trata de un enfoque estratégico a todos los niveles, donde los impactos de los productos y las actuaciones forman parte de la política de la empresa. 377


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Pero, ¿es eso lo que la sociedad solicita o reclama? El ecodiseño se queda corto, es decir, se requiere dependencia entre la organización, los afectados por las actividades de la misma y el medio ambien te. De esto se puede concluir en que el concepto ecodiseño debe evolucionar al concepto de Diseño Sostenible, enfoque global donde la organización no se considera aislada de su entorno, sino que forma parte del sistema con el medio ambiente y la sociedad que la rodea, es decir, conseguir una integración a nivel Natural-Social-Industrial, generando un ecosistema equilibrado de cooperación y, por qué no, llegar a conquistar la tan preciada sostenibilidad. Por lo tanto, del ecodiseño, en el que se adaptan los parámetros de diseño a los requerimientos ambientales, se debe avanzar hacia el desarrollo sostenible, en el que el objetivo es el mejoramiento de la calidad de vida y el compromiso con las futuras generaciones. Así existe otra visión que coloca al diseño en un contexto más amplio: ético, social, político y económico, y con responsabilidad am biental alrededor de todo el ciclo de vida del producto. Primero se estableció como meta la prevención, tratando de evitar las sustancias inútiles y tóxicas en la etapa de la producción: producción limpia. Después, fue promovida la reducción al mínimo de las consecuencias para el medio ambiente de un producto. Esto se aplicó a todas las etapas del ciclo de vida del producto incluyendo la extracción de materias primas, la fabricación del producto, su marketing, distribución, uso, disposición y, finalmente, su eliminación una vez que es desechado: producto limpio. Ahora el objetivo es optimizar el sistema socioeconómico del producto así como resolver los criterios del desarrollo sostenible para el futuro.

Conclusiones Un mercado rápidamente cambiante y muy exigente como es el actual obligará a replantearse tanto los sistemas de fabricación como las formas de fabricación. La preocupación por el medio ambiente y los cambios rápidos que requerirá el mercado obligarán a evolucionar en el concepto de ecodiseño y en el diseño orientado al control del completo ciclo de vida de los productos. Se trata de tomar medidas preventivas con el objetivo de disminuir los impactos ambientales en las diferentes fases del ciclo de vida del producto, desde la extracción de materias primas hasta su eliminación. El ICAI, con este libro, y más concretamente con el presente capítulo, muestra su preocupación y compromiso con el medio ambiente, y es consciente de su responsabilidad a la hora de formar inge nieros comprometidos con preservarlo y que aporten su granito de arena en el diseño y desarrollo sostenible de productos. |❙|

Referencias [CAPU02] Capuz Rizo, S., Gómez Navarro, T. Ecodiseño. Ingeniería del Ciclo de Vida para el desarrollo de productos sostenibles. Ed. Universidad Politécnica de Valencia, 2002. [EAGA00] Eagan, P. D., Yarwood, J. M. Design for the Environment, A Competitive Edge For The Future. Minnesota Office of Environmental Assistance, 2000. [EHRE97] Ehrenfeld, J.R. Industrial Ecology: A Framework For Product And Process Design. “Journal of Cleaner Production”. Vol. 5. Nº 1-2 pp. 87-95. Elsevier Science Ltd. Reino Unido. 1997. [FI__08] Fundación IKERTIA. Aula de Ecodiseño del Máster en Ingeniería y PLM, 2008. [ISPG00] IHOBE Sociedad Pública de Gestión Ambiental. Manual Práctico de Ecodiseño. Operativa de Implantación en 7 pasos. Gobierno Vasco, Departamento de Ordenación del Territorio, Vivienda y Medio Ambiente. Noviembre 2000. [MHSP00] Ministry of Housing, Spatial Planning and the Enviroment. The Netherlands. Eco-Indicator 99. Manual for Designers. A Damage Oriented Method For Lifecycle Impact Assessment. October 2000. [RIER99] Rieradevall, J., Vinyets, J. Ecodiseño y Ecoproductos. Rubes Editorial, S.L., 1999.


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[RUPE08] Rupérez, J.A., Vela, N., García, A. Ecodiseño. Necesidad social y oportunidad empresarial. Fundación Ecología y Desarrollo. Mayo 2008. [SPC_99] SIMAPRO Pré Consultants B.V. User Manual. 1999. ISO TR 14049 (2000) Gestión ambiental. Análisis del ciclo de vida. Ejemplo de aplicación de la ISO 14041 para la definición de objetivos y alcance y análisis de inventario. UNE 150301 Gestión ambiental del proceso de diseño y desarrollo. Ecodiseño. UNE-EN-ISO 14041 (1999) Gestión ambiental. Análisis del ciclo de vida, Definición de objetivos y alcance y análisis de inventario.

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Capítulo 39. La robótica y el desarrollo sostenible Álvaro Sánchez Miralles Manuel Alvar Miró Álvaro Arranz Domingo

Palabras clave Robot móvil, agricultura de precisión, vehículo autónomo, visión artificial, impacto ambiental. Los robots móviles cada vez juegan un papel más importante en la sociedad, gracias al avance de la tecnología. Cada vez son más las aplicaciones en las que se encuentran inmersos provocando grandes mejoras en el desarrollo de ciertas tareas. Entre estas mejoras merece mención especial su contribución al desarrollo sostenible del planeta. A lo largo del capítulo se describirán las principales aplicaciones en las que se contribuye de forma más significativa y finalmente se expondrá un caso práctico que se ha llevado a cabo en la Universidad Pontificia Comillas, que trata de la distribución selectiva de productos fitosanitarios gracias a la colaboración de varios robots.

Introducción La palabra “robot” proviene etimológicamente del término checo robota que significa “servidumbre”, “trabajo forzado” o “esclavitud”. Cuando se comenzó a usar esta palabra, se pensaba en dispositivos mecánicos, orgánicos o una combinación de ambos que hicieran los trabajos que las personas no quieren o no pueden realizar. Actualmente, la idea no ha cambiado en esencia, ya que los robots se utilizan para labores que pueden resultar difíciles, tediosas o peligrosas para una persona. Sin embargo, ha cambiado en cuanto a aplicación y utilidad. Frente a la primera idea de que tuvieran un aspecto humanoide, se ha impuesto el diseño con una forma lo más eficiente posible para la tarea que debe desempeñar, así como una estructura únicamente mecánica y no orgánica. En cualquier caso, en el diseño se suelen tener en cuenta formas y movimientos que imitan a la naturaleza. El tipo de robot al que se refiere este capítulo es el robot móvil y autónomo, es decir, aquél que no necesita de supervisión y es capaz de moverse de sitio e interactuar con el entorno, recibiendo información del mismo y actuando en consecuencia. Para ello, es necesario dotar al robot de una cierta “inteligencia”, basada en programas o algoritmos informáticos más o menos complicados. Debido al avance tecnológico sufrido en los últimos años, los robots son, cada vez más, parte de la sociedad actual. Como consecuencia surgen ciertos problemas éticos que hay que resolver. Las teorías éticas contemporáneas no resuelven adecuadamente los retos que plantean la tecnología y ciencia actuales [SCHO07]. Esto se debe a que los argumentos clásicos de la ética proporcionan un enfoque centrado únicamente en la responsabilidad de las acciones intencionadas individualizadas, pero los desarrollos científicos y tecnológicos han producido consecuencias directas y colaterales no intencionadas. Estas consecuencias son frecuentemente debidas a la toma de decisiones colectiva. Uno de los problemas más importantes que ha surgido ante la falta de un claro marco ético que encaje con el progreso actual es la garantía de preservar el futuro para las próximas generaciones. Esto implica que el desarrollo debe ser sostenible, es decir, debe contribuir a resolver las necesidades del presente sin comprometer que futuras generaciones puedan conseguir resolver también sus necesidades. El fuerte desarrollo de las últimas décadas ha mostrado la necesidad de controlar tal progreso, para hacerlo compatible con el mantenimiento del entorno. Además, la crisis energética o la escasez de materias primas ponen de manifiesto que hay que buscar alternativas para mantener el avance técnico sin comprometer el medio. Los robots móviles podrían ser una vía para ayudar a 381


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alcanzar un desarrollo sostenible. Es aquí desde donde parte este capítulo, en ver de qué manera los robots pueden o no contribuir a que se produzca un desarrollo sostenible. En este sentido se puede hacer un análisis desde dos puntos de vista: ❙ ¿Cómo enfocar el avance de la robótica dentro del marco del desarrollo sostenible? ❙ ¿Cómo la robótica puede ayudar a la sociedad para conseguir un mejor desarrollo sostenible? En este capítulo se abordará la segunda cuestión. Para ello en primer lugar se describirán posibles usos que se le podría dar a diferentes tipos robots para contribuir al desarrollo sostenible, y en un segundo lugar se mostrará un ejemplo de aplicación detallado realizado en la Universidad Pontificia Comillas.

Los robots y el desarrollo sostenible Los robots pueden contribuir de manera eficaz a que se puedan realizar ciertas tareas enfocadas hacia un verdadero desarrollo sostenible. Las tareas en las que los robots pueden ser empleados se pueden clasificar en: ❙ Tareas precisas. ❙ Tareas peligrosas. ❙ Tareas monótonas. Quizá sea en el campo de las tareas precisas en donde los robots tienen una mayor aplicación. Las tareas precisas son aquéllas que requieren la aplicación o utilización de una determinada cantidad de producto o sustancia. En numerosas ocasiones estos productos necesarios son tóxicos o perjudiciales, tanto para las personas como para el medio ambiente. Los robots son una solución a este problema, ya que pueden analizar el entorno para decidir la cantidad óptima de producto a utilizar, con la consecuente disminución del impacto ambiental y de la generación de residuos, así como el ahorro en material. Desde el punto de vista de las tareas precisas, los robots contribuyen a la sostenibilidad de tres maneras distintas: ❙ Reducen la contaminación del aire, agua y tierra debida a los procesos industriales. ❙ Realizan un mejor aprovechamiento de los recursos debido a que utilizan únicamente las cantidades precisas. ❙ Disminuyen la generación de residuos debido al mejor aprovechamiento de los materiales. En el campo de las tareas precisas, el área de trabajo en la que están más presentes los robots móviles es en la agricultura. La agricultura convencional está pasando a ser la llamada “agricultura de precisión”, que pretende maximizar la producción reduciendo al máximo los perjuicios medioambientales en los que se pueda incurrir. Los robots en este ámbito pueden dedicarse a la toma de imágenes que posteriormente pueden ser analizadas. Una de las tareas importantes dentro del campo de la agricultura de precisión es tener una gestión eficiente y automatizada del riego de los cultivos [COLA00] [RABE02] [MACD96] [HATF93]. Por ejemplo, Hatfield y Printer presentan un sistema de control de un cultivo de algodón gracias a cámaras infrarrojas, que permite el ahorro de agua de hasta un 50%, dependiendo de las necesidades reales del algodón en cada zona. Por otra parte, se han realizado igualmente avances de manera que los cultivos puedan ser analizados de manera más eficiente. Una de las técnicas que se proponen [TONG02] es la combinación de los datos recogidos de cada cepa con datos meteorológicos obtenidos por satélites para un seguimiento automatizado de cada planta. De esta manera, se asegura que a cada planta se le suministran los nutrientes estrictamente necesarios, y se recogen los frutos en el momento idóneo, independientemente del estado del resto del cultivo. En [GOPA99] [GOPA00] proponen otras técnicas para el análisis de la producción utilizando imágenes aéreas de la plantación. Las imágenes aéreas cogidas por vehículos voladores no tripulados pueden igualmente ser utilizadas para encontrar y monitorizar el crecimiento de malas hierbas [BROW94] [YAO_00b]. Las imágenes cogidas por robots móviles pueden ser utilizadas para detectar excesos de fumigación [BAUS96] [YAO_00a]. Partiendo del color predominante en diferentes zonas, y con la ayuda de 382


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La robótica y el desarrollo sostenible | Tema VI | Avances de Ingeniería

cámaras de infrarrojo, se puede saber qué zonas son las que han sido excesivamente fumigadas. De esta manera se puede controlar mejor el uso de insecticidas. Esto lleva a la utilización de pequeños robots comerciales de bajo coste para llevar a cabo las tareas de fumigación selectiva de zonas de cultivo. Estos robots deben tener integrados tanto sensores (GPS para la localización absoluta y relativa, potenciómetros, odómetros, cámaras, ...) como actuadores (cilindros neumáticos, herramientas) [RIBE05] [GARC05] [GARC01]. Por último, cabe destacar la gran utilidad de estos robots móviles en las tareas del día a día en los campos de cultivos. Los robots son capaces de calcular el recorrido óptimo dentro de un campo, ya sea para recorrerlo entero o para ir de un punto específico a otro [HAGR02] [MAKI99]. Así la recogida y el mantenimiento del cultivo se realiza minimizando el destrozo del mismo y consumiendo el mínimo tanto en tiempo como en combustible. Desde el punto de vista de las tareas peligrosas, los robots contribuyen a disminuir el número de accidentes laborales. Son muchas las aplicaciones, pero merece la pena destacar algunas como la detección de minas militares [BERN05] [SANT07], la ayuda en la minería [JIAN03], la manipulación de residuos radiactivos, el mantenimiento de centrales nucleares [XIAO04], etc. Hay varias empresas dedicadas a la comercialización de estos robots, como podría ser Roboserv [ROBO08] y su robot ASENDRO EOD que permite llevar a cabo tareas de reconocimiento y desactivación de explosivos a una distancia segura para los servicios de emergencia. Por último, dentro de las tareas monótonas quedan englobadas todas aquéllas de supervisión medioambiental. La supervisión forestal (tanto para incendios como para preservación natural de especies), el control de superficies cultivadas y la supervisión de costas y playas son ejemplos de la aplicación de robots.

Aplicación: helicóptero autónomo en apoyo al medio ambiente La fumigación tradicional de plantaciones se realiza aplicando la misma cantidad de compuestos químicos a toda la superficie. Los vehículos automáticos de fumigación no son capaces de detectar qué zonas requieren tratamiento adicional, y por lo tanto aplican fumigación uniforme. En general se utiliza un exceso de componentes químicos, lo que supone gastos económicos adicionales y un importante impacto ambiental. Resulta más efectivo realizar el análisis de fotografías aéreas para localizar las regiones que requieren tratamiento adicional y aplicar una fumigación selectiva. En el Instituto de Investigación Tecnológica se ha desarrollado un proyecto que consiste en un sistema de visión artificial instalado a bordo de un helicóptero a escala que explorará la plantación a diferentes alturas, realizando análisis de imágenes con distinta resolución y diagnosticando con precisión y en tiempo real las zonas dañadas de cultivo. El sistema desarrollado, |Figura 1|, se basa en un helicóptero a escala (VISICOPTER) que se encarga de la captura de imágenes aéreas, para posteriormente realizar un procesamiento que determine la localización de las áreas a fumigar. La fumigación la llevará a cabo un tractor autónomo provisto de los equipos necesarios para realizar la fumigación selectiva [GARC05] [GARC01]. El helicóptero se telecontrola desde tierra, lo que hace necesario tener a un piloto experto en helicópteros telecontrolados. La captura de imágenes se realiza con una cámara de fotos de alta resolución que guarda las imágenes en el propio helicóptero, acompañada de una cámara de vídeo que envía imágenes de baja resolución por un enlace WIFI a una estación en tierra, compuesta de un PC con un enlace WIFI. Desde esta estación se determina el instante adecuado en el que se debe capturar una imagen, de alta resolución, y se envía una señal para que la cámara de fotos realice dicha captura. Cuando el helicóptero termina de capturar fotos, aterriza y las imágenes de alta resolución se transfieren por conexión USB a la estación de tierra donde se procesan. Desde esta estación se envía el tractor automático a las regiones que debe fumigar, y éste procede a realizar su labor. Gracias a esta arquitectura se minimiza el daño al cultivo, ya que el tractor sólo fumiga las zonas que lo necesitan, y se minimiza el impacto ecológico, al utilizar componentes químicos de forma precisa. En el ejemplo que se mostrará a continuación se llega a ahorrar un 87% de agentes químicos. 383


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Tel e

con tro l

|Figura 1| Sistema de fumigación selectiva

Imágenes de alta calidad USB

Imágenes de baja calidad WIFI

Mapa de fumigación WIFI

El sistema en su conjunto se pude dividir en varios subsistemas: ❙ El helicóptero instrumentado para captura de imágenes [VISI06]. Se trata de un Benzin Acrobatic con motor de 25,4 cc y arrancador automático. ❙ Sistema de monitorización del helicóptero, formado por un conjunto de módulos electrónicos embarcados en el helicóptero, que toman medidas de su posición, y de una estación base terrestre, y se encuentran intercomunicados con un enlace de radio de datos. ❙ Sistema de visión aérea formado por una cámara de fotos de alta resolución y de una cámara de vídeo de baja resolución que envía vídeo en tiempo real a la estación base terrestre, donde se puede observar la imagen captada por el helicóptero desde el aire. ❙ El tractor de fumigación que actúa de forma automática en los lugares que se le indica. ❙ Un módulo de procesamiento de las imágenes para determinar las zonas a fumigar, obteniendo las coordenadas geodésicas concretas. A continuación se explica alguno de estos subsistemas de forma más detallada.

Sistema de visión aérea

Consta de dos cámaras, una de vídeo de baja resolución y otra de fotos de alta resolución. Ambas cámaras están situadas muy cerca una de otra para que obtengan aproximadamente la misma imagen |Figura 2|.

Sistema de monitorización del helicóptero

En la |Figura 3| se muestra una foto con los componentes de los que consta el sistema de monitorización del helicóptero: ❙ Tarjeta MP2028g de Micropilot es una tarjeta que tiene todos los sensores inerciales necesarios para determinar la posición relativa del helicóptero respecto de un punto inicial: tres acelerómetros para detectar movimientos de translación y tres giróscopos para detectar movimientos de rotación en las tres dimensiones. Estas medidas, junto con las aportadas por el sensor GPS, que estima la posición absoluta del helicóptero, permite conocer la posición del helicóptero. ❙ Equipo de radio: permite comunicar la electrónica del helicóptero con una estación base terrestre, para enviar las medidas y el estado del helicóptero a la misma como ayuda a la toma de decisiones desde tierra. ❙ Sensor de ultrasonidos: permite determinar la altura a la que se encuentra el helicóptero de forma precisa, pero únicamente cuando el helicóptero está a menos de 15 metros del suelo. 384


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|Figura 2| Sistema de visión Transformación del tubo de escape

Cámara de alta resolución

Cámara de vídeo de baja resolución WIFI

|Figura 3| Instrumentación del helicóptero

Mp2028g

Módulo de ultrasonidos Fuente de alimentación

Equipo de radio

Sensor de ultrasonidos

Brújula

❙ Brújula electrónica: da una medida absoluta de la orientación del helicóptero en las tres dimensiones. Esta medida, junto con las proporcionadas por los giróscopos de la tarjeta MP2028g, permiten estimar la orientación del helicóptero de forma precisa. ❙ Fuente alimentación.

Procesamiento de imágenes tomadas por el helicóptero

Se han desarrollados dos algoritmos para realizar el procesado automático de las imágenes captadas por el helicóptero. Estos algoritmos están orientados a la detección de las zonas problemáticas del cultivo y son complementarios, ya que el primero se basa en el análisis del color y el segundo en análisis morfológico del cultivo. Los algoritmos se aplican a cada imagen individualmente y producen resultados en las coordenadas de la imagen. Cuando se quieren detectar las zonas que necesitan fumigación, se combinan las zonas problemáticas de acuerdo al algoritmo de análisis morfológico con las zonas de elevado contenido en hierbas detectadas por análisis del color. En la |Figura 4| se 385


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|Figura 4| Zonas de malas hierbas detectadas

muestra un ejemplo de una imagen procesada. En rojo se delimita la zona a fumigar. Gracias a las marcas blancas se puede geo-referenciar la imagen y así poder indicar al tractor las zonas a fumigar de forma precisa. Estas marcas han sido situadas con un GPS de alta precisión. En este caso, se produce un ahorro de un 87% de agentes químicos, lo que claramente contribuye a una agricultura más sostenible.

Futuro

Dado que situar las marcas en las zonas de cultivo para poder geo-referenciar las imágenes es una labor que lleva mucho tiempo y está sometida a posibles fallos, actualmente se está trabajando en el desarrollo de tres robots autónomos y móviles que se van moviendo justo por debajo del helicóptero y que llevan GPS de precisión. De esta manera se están sustituyendo las marcas fijas por otras móviles con la misma precisión. Además, se está dotando al helicóptero de un sistema de auto-estabilización y de detección de las marcas móviles en tiempo real.

Conclusiones Los robots móviles juegan un papel importante en la ayuda al desarrollo sostenible, pero ciertamente todavía queda mucho camino por andar. El área más desarrollada en este ámbito es la que concierne a la realización de tareas peligrosas, donde se pueden encontrar robots comerciales. Estos robots han ahorrado muchas vidas y permiten realizar labores de inspección que en otras circunstancias serían muy difíciles de llevar a cabo por parte de una persona. Desde el punto de vista de las tareas de precisión, en la mayor parte de los casos los robots móviles tienen presencia como prototipos. Su contribución al desarrollo sostenible en muchos casos se intuye, pero no se puede demostrar. Permiten realizar tareas que, generalmente, aumentan la producción sin comprometer el medio ambiente, o mantienen una producción disminuyendo la emisión de agentes nocivos. A este nivel y como ejemplo práctico, se ha expuesto el caso del uso de un helicóptero a escala como apoyo para la fumigación en la agricultura, con la consiguiente reducción (hasta un 87%) de emisiones de plaguicidas tóxicos y el ahorro de productos químicos. Finalmente, los robots que realizan tareas monótonas, al igual que los anteriores, suelen encontrarse como prototipos. Son capaces de procesar gran variedad de variables de forma simultánea sin perder la atención y a gran velocidad. Esto permite realizar labores de forma más eficaz. 386


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De forma general se puede concluir que es necesario invertir más en el desarrollo de robots para que tengan mayor presencia en la sociedad, y que son muchas las aplicaciones en las que juegan y podrían jugar un papel muy importante en el desarrollo sostenible. |❙|

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Capítulo 40. La ingeniería de la decisión como herramienta para la sostenibilidad Pedro Linares Llamas Andrés Ramos Galán Pedro Sánchez Martín

Palabras clave Optimización, programación matemática, teoría de la decisión, simulación. En la Escuela de ICAI se tiene amplia experiencia en la concepción y desarrollo de modelos de decisión en el ámbito de la planificación, operación y economía de sectores como el sector eléctrico o el ferroviario. En este artículo se pretende ofrecer una visión necesariamente breve y resumida del potencial de las distintas técnicas de la Investigación Operativa para ayudar a resolver los problemas de desarrollo sostenible de nuestra sociedad. Se describe con mayor detalle el uso de la programación matemática, posiblemente la más utilizada de todas las técnicas, y también se describen otras técnicas que pueden ser consideradas complementarias.

Introducción Una de las posibles maneras de definir la sostenibilidad es cómo el satisfacer las necesidades del presente sin comprometer las oportunidades de las futuras generaciones de satisfacer las suyas [WCED87]. También es bastante intuitiva la idea de Hicks (1946): es la máxima cantidad de recursos que se pueden consumir en un período de forma que al final del mismo el bienestar se mantiene al menos constante. Por otra parte, también es generalmente aceptado que esta satisfacción de necesidades debe incluir aspectos económicos, medioambientales y sociales, que deben tratar de mantenerse en un equilibrio adecuado. Existen muchas otras definiciones, aunque generalmente mantienen muchos elementos comunes con las citadas. Pero es interesante observar cómo todas ellas pueden terminar reduciéndose a un problema de asignación de recursos: la sostenibilidad consiste finalmente en asignar de manera adecuada los recursos económicos, medioambientales y sociales, ahora y en el futuro, es decir, en tomar la mejor decisión respecto a esta asignación. Y esto es, al fin y al cabo, el objetivo y la definición de la ingeniería de la decisión, clásicamente denominada Investigación Operativa (IO), que es la disciplina que aplica métodos analíticos avanzados para ayudar a tomar mejores decisiones en entornos complejos. Estas decisiones son habitualmente de planificación o de operación de sistemas. La búsqueda de la sostenibilidad, como se ha visto, es un problema muy complejo, ya que se deben combinar distintos tipos de recursos (no reducibles a una única magnitud) y se debe considerar de manera adecuada el elemento temporal, que a su vez introduce un elevado nivel de incertidumbre. Por consiguiente, parece que tanto por la definición del problema en sí, como por su complejidad, presenta todas las características para que las técnicas de IO sean parte esencial de la resolución del problema. Estas técnicas deben aportar una visión sistémica transversal a otras áreas de conocimiento más específicas. Esto es reconocido cada vez más tanto en el campo del desarrollo sostenible como en el de la IO. Así, numerosas publicaciones plantean el logro del desarrollo sostenible como un problema de 389


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IO. Y por otra parte, desde el campo de la IO cada vez se es más consciente del potencial de la disciplina para resolver problemas globales como el del desarrollo sostenible (como por ejemplo la iniciativa Doing good with good O.R. lanzada por INFORMS, o Green Manufacturing, Green Supply Chain, Green Energy con conferencias internacionales específicamente dedicadas a estos temas). Entre los principales sistemas complejos donde el uso de las técnicas de IO pueden ayudar a mejorar la sostenibilidad se pueden mencionar: sistemas de producción, sistemas logísticos, sistemas de energía y sistemas de explotación agrícola y forestal. Una producción limpia no sólo implica reducción de costes sino mejora en la eficiencia de los procesos, promoción del desarrollo de nuevos productos innovadores que no deterioran el medio ambiente y gestión adecuada de la fuerza de trabajo. La implicación de los trabajadores en este proceso, desde el proceso de diseño del producto hasta el reciclado de materiales en su puesto de trabajo, se ha detectado como fundamental para conseguir éxito en el mismo. La sostenibilidad implica la gestión del ciclo completo de vida de un producto, incluyendo su posible reutilización, más que su simple producción. En los sistemas logísticos cobran importancia las emisiones asociadas al transporte de productos, los sistemas de empaquetado mediante el uso de materiales reciclados y la denominada logística inversa o la cadena de suministro de bucle cerrado que gestiona también el retorno de los productos a dicha cadena. Desde un punto de vista de política pública pueden tenerse en cuenta otros impactos medioambientales como el ruido, el uso del suelo, la combinación de los diferentes modos de transporte o la seguridad en el transporte. En los sistemas de energía, la sostenibilidad se ha traducido en la promoción de energías renovables, la eficiencia energética, la reducción de emisiones; y en procesos de extensión del suministro energético a los estratos más desfavorecidos, como prácticas habituales para conseguir un desarrollo sostenible. En la práctica, estas políticas han derivado en la planificación integrada de los recursos incluyendo la consideración de las externalidades y la seguridad de suministro, en la operación del sistema de manera eficiente y con máxima integración de energías renovables, o en el diseño de programas de electrificación rural. La explotación agrícola y forestal orientada a la conservación de la diversidad y respeto medioambiental y al mantenimiento de tejido social en el entorno rural constituye otro ámbito de actuación fundamental.

La sostenibilidad como un problema de programación matemática La manera más fácil de ver un problema de asignación de recursos como éste es plantearlo como un problema de Programación Matemática (PM), y así se puede ver cómo la sostenibilidad puede tener distintas maneras de formularse. La formulación general de un problema de PM incluye la función objetivo, las variables y las restricciones. La función objetivo es la medida que define el funcionamiento del sistema; las variables son las decisiones que afectan este comportamiento; y las restricciones son las relaciones necesarias para reflejar de manera realista su funcionamiento. La complejidad de las decisiones que se deben abordar exige no sólo de la programación matemática sino del uso de técnicas complementarias como la teoría de la decisión y la simulación, que se explican a continuación de ésta.

La sostenibilidad como objetivo

Tal como se ha mencionado previamente, la función objetivo debe reflejar un equilibrio entre aspectos económicos, medioambientales y sociales. Para introducir la visión de sostenibilidad en el problema se habla de gestión de capital económico (los costes o beneficios), de capital de los recursos naturales (las emisiones contaminantes o el deterioro de la capa de ozono, por ejemplo) o de capital social (la justicia social, el bienestar de los accionistas o de los grupos de interés). Estos tres atributos pueden constituir, de forma simplificada, la base de la medida de la sostenibilidad bajo el 390


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La ingeniería de la decisión como herramienta para la sostenibilidad | Tema VI | Avances de Ingeniería

paradigma de la sostenibilidad “débil”, es decir, aquélla que supone que los distintos atributos son intercambiables desde el punto de vista de la maximización del bienestar de la sociedad o de su sostenibilidad. Por ejemplo, dentro de procesos de producción, las funciones objetivo que se manejan habitualmente para incorporar criterios de sostenibilidad son: ❙ Minimización del consumo de recursos: los recursos habituales en sistemas de producción suelen ser energía, agua, materia prima virgen. ❙ Minimización de los residuos: la minimización de los residuos industriales, desperdicios y viruta aparece muy frecuentemente en los problemas de corte de material. Las emisiones o materiales contaminantes del proceso productivo se pueden considerar también como residuos. En el caso de sistemas logísticos la introducción de costes externos de emisiones de CO2 asociadas al transporte de productos es un mecanismo habitual para considerar criterios de sostenibilidad. Un aspecto adicional fundamental de la sostenibilidad es la perdurabilidad o incluso su mejora a lo largo del tiempo. Luego la reducción de los recursos consumidos o de emisiones es un objetivo a corto, medio y largo plazo para una empresa sostenible. Algunas empresas incluso se fijan como objetivo desarrollar sus actividades con criterios de emisiones cero.

La sostenibilidad como variable

Las decisiones asociadas al problema de optimización son los recursos económicos, medioambientales y sociales. Luego los costes del capital, las emisiones de diferentes tipos, el bienestar social, etc. son las variables del problema. Más concretamente, dentro de los sistemas de producción habrá variables específicas para la sustitución de productos por otros nuevos más “sostenibles” con iguales o mayores prestaciones que los anteriores, pero con menor diversidad de componentes, y mayor reutilización de materiales o componentes utilizando incluso la propia cadena de suministro. En los sistemas logísticos las variables principales determinarán la estructuración de la cadena de distribución, definida ésta como número y localización de centros de agrupamiento y almacenes, flujos y portes a través de la red o niveles y rotación de inventarios en almacenes intermedios. Es importante tener en cuenta que la planificación estará sometida a la incertidumbre de las decisiones a lo largo del tiempo y debe analizarse cómo ésta puede afectar a la consecución de los objetivos.

La sostenibilidad como restricción

Las restricciones asociadas a la sostenibilidad deben incorporar los criterios de perdurabilidad en el tiempo de los recursos económicos, medioambientales y sociales, además de las restricciones habituales en los respectivos sistemas. De alguna forma, la sostenibilidad como restricción viene a representar la idea de “sostenibilidad fuerte”. Algunas de estas restricciones pueden ser difíciles de establecer con criterios de sostenibilidad. Por ejemplo, determinar cuáles son los niveles aceptables y tipos de emisiones contaminantes que van a tener impacto no sostenible en el medio ambiente.

Otras técnicas de IO para lograr la sostenibilidad En ocasiones, el problema de cómo lograr la sostenibilidad incorpora aspectos difícilmente tratables mediante la programación matemática. Así, la presencia de incertidumbre o riesgo, la existencia de criterios múltiples, o la necesidad de representar adecuadamente la complejidad del problema y su evolución dinámica pueden hacer necesario recurrir a técnicas alternativas o complementarias a la programación matemática, como son la teoría de la decisión o la simulación.

Teoría de la decisión

Un problema de decisión se puede definir como aquél en que es necesario elegir, de entre varias alternativas, aquélla que mejor satisface los fines buscados. Esto evidentemente parece una definición 391


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muy amplia, aunque en realidad no lo es tanto: para que realmente exista una decisión debe haber ambigüedad, es decir, no debe resultar evidente conocer la mejor elección, y esta ambigüedad generalmente se asocia a la existencia de criterios múltiples de decisión, o a la presencia de riesgo o incertidumbre. Cuando no existe ninguno de estos elementos, el problema no se considera de decisión, sino de búsqueda. Así, las técnicas anteriormente comentadas de optimización son generalmente técnicas de búsqueda, no de decisión. El objetivo principal de la teoría de la decisión es ayudar a tomar mejores decisiones. Sin embargo, no es el único. La teoría de la decisión pretende, mediante la aplicación del método científico, analizar, sistematizar y comprender mejor los procesos de decisión para, además, formalizar las decisiones, hacerlas reproducibles, y permitir su explicación y su simulación. Como es fácil observar, los problemas relacionados con la sostenibilidad son generalmente problemas de decisión: la propia definición de sostenibilidad incluye distintos criterios (medioambientales, sociales o económicos), y además, el largo plazo considerado hace que sea inevitable la consideración de la incertidumbre o el riesgo. Por tanto, resulta especialmente pertinente el considerar estos métodos en la toma de decisiones sostenibles. En cualquier caso, el primer paso en cualquier método de decisión es la identificación de las preferencias del decisor o del grupo de decisores. Como ya se ha mencionado antes, estos problemas se caracterizan por una cierta ambigüedad, y son las preferencias las que permiten deshacerla. Y no es factible pretender tomar una decisión de manera “objetiva”, ya que incluso aquellos métodos en los que se propone no considerar las preferencias de los decisores están haciendo uso de una estructura de preferencias implícita pero real. Ahora bien, existen muchos tipos posibles de estructuras de preferencias. En primer lugar, atendiendo a su racionalidad, se podrá distinguir entre preferencias normativas (las que deberían ser, de acuerdo a una serie de supuestos o axiomas) o positivas (las que se dan en la práctica, y que pueden ser hasta cierto punto ilógicas o irracionales, pero sin que esto las haga menos válidas). Por ejemplo, cuando se habla de sostenibilidad, se pueden considerar que la preferencia temporal de las personas debe ser una determinada, dada por una tasa social de descuento. Sin embargo, las preferencias reales de los consumidores pueden estar muy concentradas en el momento presente. Existen distintas clasificaciones de las estructuras de preferencias según cumplan unas características u otras (simetría, transitividad, etc.). También se pueden distinguir entre estructuras cardinales u ordinales (sólo importa el orden, no la cuantía). La identificación de la estructura real de las preferencias es de gran importancia, ya que, por ejemplo, hay estructuras que hacen imposible elegir una “mejor” alternativa. Una vez conocidas las preferencias, se procederá a describir brevemente los distintos métodos de decisión disponibles para enfrentarse al problema de la sostenibilidad.

Decisión bajo incertidumbre

En primer lugar, se encuentran los métodos de decisión bajo incertidumbre. Estos métodos son los que se deben utilizar cuando no se conoce la probabilidad de ocurrencia de los sucesos (algo bastante habitual en temas de sostenibilidad). En este caso existen dos opciones: una, estimar las probabilidades, tal como propone la escuela bayesiana; en ese caso, el problema se convierte en uno de decisión en presencia de riesgo. Otra opción es no estimar probabilidades. En ese caso, hay varios criterios disponibles para tomar una decisión en ausencia de probabilidades, de los cuales los más conocidos son el de Wald, el de Savage y el de Hurwicz, cada uno con distintas implicaciones. El primero de ellos consiste en seleccionar la alternativa que proporciona el mejor resultado, suponiendo que el escenario será el peor previsto para cada una de ellas. Éste es un criterio altamente conservador, donde la precaución se lleva a un caso extremo. De alguna manera, podría corresponderse con el principio de precaución habitualmente utilizado en política ambiental, y con el principio de sostenibilidad fuerte. Sin embargo, también es cierto que en ocasiones puede llevar a la inacción. Por lo tanto, habitualmente se considera también el criterio de Savage. Este criterio trata 392


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de minimizar el arrepentimiento asociado a una decisión, entendiéndose como arrepentimiento la diferencia entre haber adoptado una decisión y el haber adoptado la mejor decisión para cada escenario. Este criterio es el que más cercano se encuentra a una fórmula de compromiso, lo que es habitualmente más apropiado en el caso de problemas de sostenibilidad débil. Finalmente, el criterio de Hurwicz ayuda a evaluar la robustez de las decisiones frente al grado de optimismo del decisor, lo cual también es muy útil en este tipo de problemas en que el desconocimiento no sólo sobre los sucesos sino sobre nuestra estimación de los mismos es elevado.

Decisión bajo riesgo

Si se conocen las probabilidades de ocurrencia de los sucesos, o se pueden estimar con una cierta seguridad, el problema pasa a ser uno de decisión bajo riesgo. En este caso se suele usar como criterio de decisión la maximización del valor esperado de la decisión, aunque también hay otros. Como se ha mencionado, en el caso de los problemas de sostenibilidad es complicado conocer las probabilidades o incluso estimarlas, pero aun así este tipo de técnicas tienen gran interés, especialmente en lo que se refiere a la valoración de la ganancia de información. Efectivamente, los métodos de decisión bajo riesgo incluyen la evaluación del valor de la ganancia de información, algo fundamental en el caso de la sostenibilidad, para la cual muchos aspectos aún están en fase de investigación. Así, se puede comparar el valor de una decisión en ausencia de información con el valor de dicha decisión si se mejora la calidad de la información. Y por tanto, se puede evaluar si vale la pena realizar investigaciones que permitan ampliar nuestros conocimientos en determinados aspectos del problema. Finalmente, y en este contexto, también resulta conveniente el mencionar la importancia de las preferencias de los decisores frente al riesgo (que también se tratan habitualmente bajo el nombre de teoría de la utilidad). Efectivamente, el valor de una decisión determinada no tiene por qué corresponderse con el valor monetario o físico de la misma. Es habitual más bien, especialmente en el contexto de la sostenibilidad, encontrarse con preferencias aversas al riesgo: es decir, que se valoran más decisiones menos arriesgadas, aunque su valor esperado sea menor. En este sentido, determinados elementos relacionados con la sostenibilidad, como la posible ocurrencia de eventos catastróficos con un riesgo muy bajo, cobran gran importancia en el análisis.

Decisión multicriterio

Por último, el tercer tipo de problemas considerados por la teoría de la decisión, y de una gran importancia en la búsqueda de la sostenibilidad, es el que incluye los problemas con criterios múltiples de decisión. Como se comentó anteriormente, la existencia de varios criterios es consustancial a todos los problemas de sostenibilidad. Cuando un problema presenta criterios múltiples, el primer paso habitualmente es descartar aquellas soluciones que no son óptimos de Pareto, o soluciones dominadas. Una solución está dominada cuando existe otra que permite mejorar en un aspecto, sin empeorar en el resto. Cuando ya no es posible mejorar en uno sin empeorar en otros, entonces existe un óptimo de Pareto o solución eficiente. Sin embargo, todavía resta un problema: cómo seleccionar la decisión más apropiada de entre todos los óptimos de Pareto. En estos casos es muy útil el utilizar técnicas de decisión multicriterio establecidas, ya que como se ha comentado anteriormente, permiten formalizar, estructurar y replicar los problemas. La técnica a utilizar dependerá fundamentalmente de las posibilidades de elección. Si el conjunto de alternativas es continuo, se pueden utilizar técnicas basadas en la optimización, como la programación compromiso, o en la satisfacción de metas, como la programación por metas. Si el conjunto de alternativas es discreto, además de las anteriores también se pueden utilizar otros métodos de ordenación y clasificación de alternativas, como AHP, Electre, o la teoría de la utilidad multiatributo. Todas estas técnicas permite seleccionar, en función de las preferencias del decisor, aquella decisión que se considere más adecuada de acuerdo con los distintos criterios considerados entre los cuales la sostenibilidad formaría parte, y lo que es a veces más importante, permite explicar dicha decisión, dando razones que la justifiquen y hasta poder replicar los análisis realizados. 393


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Decisión en grupo

Todas las consideraciones que se han efectuado anteriormente se refieren generalmente a un único decisor, en especial en lo que tiene que ver con las preferencias. Sin embargo, es muy habitual que la decisión no deba tomarla una única persona, sino un grupo de ellas, que podrá ser homogéneo o heterogéneo. De hecho, la gran mayoría de las decisiones relacionadas con la sostenibilidad deben tomarse en grupo, precisamente para garantizar el apoyo a largo plazo de las mismas, en ocasiones debiendo participar toda la sociedad. Una posibilidad para tomar decisiones en grupo es la votación. Como es bien sabido, los sistemas de votación tienen sus problemas (relacionados con el teorema de la imposibilidad de Arrow), por lo que en ocasiones también resulta de interés el utilizar métodos de agregación o de comparación de preferencias, que permitan esquivar los problemas asociados a las votaciones o, más importante aún, que permitan alcanzar posturas de consenso (al lograr que los decisores se pongan de acuerdo en sus valores o en las alternativas a elegir). Como se ve, de nuevo las técnicas de decisión pueden proporcionar una ayuda inestimable en la búsqueda de la sostenibilidad.

Simulación

La simulación es otra técnica de IO que mejora la evaluación del impacto de las decisiones sobre la sostenibilidad. Esta técnica emula el comportamiento de los sistemas internalizando de forma explícita las relaciones lógicas y matemáticas entre los subsistemas condicionados por la aleatoriedad de entradas y respuestas del modelo. La simulación está especialmente indicada en aquellas situaciones en que las interacciones dentro del sistema son complejas a lo largo del tiempo, al tener múltiples agentes con entradas y respuestas con un alto componente aleatorio. La utilización de esta técnica permite cuantificar el impacto de las posibles decisiones haciendo más creíble los resultados obtenidos al aplicar técnicas de visualización y animación gráfica a lo largo del proceso de simulación. Las respuestas de sistemas sociales y naturales son generalmente complejas, tal es así que su modelización con técnicas de optimización resulta a veces limitante, y por ello se acude a la simulación. El modelado correcto de la aleatoriedad inherente a los sistemas y la inclusión de la lógica adecuada del comportamiento del sistema resultan piezas claves para una correcta validación y posterior credibilidad de los resultados. El uso de esta técnica requiere habitualmente de una implantación informática específica y diseño concreto de experimentos lo cual suele alargar el proceso de toma de decisiones. En la actualidad se puede partir de software de simulación generalista aplicando técnicas avanzadas de simulación, tales como técnicas de reducción de varianza, con el fin de reducir el tiempo de obtención de resultados. De hecho, un número creciente de modelos que se utilizan en la actualidad para evaluar la sostenibilidad de distintos sistemas están basados en técnicas de simulación.

Conclusiones La conclusión fundamental del capítulo es que las técnicas de la ingeniería de la decisión pueden, y deben, jugar un papel esencial en la resolución de los graves problemas de sostenibilidad a los que se enfrenta distintos sectores económicos y sociales, ya que permiten tomar mejores decisiones, y además dar razones justificativas y en su caso replicar los análisis realizados de una manera sistémica y transversal a otras disciplinas. La programación matemática, como técnica relevante de Investigación Operativa, se utiliza incorporando en función objetivo, variables y restricciones el modelado de la sostenibilidad. Otra técnica distinta como la teoría de la decisión resulta adecuada para el análisis comparativo de decisiones según las prioridades y preferencias en la toma de decisión. Y por último la técnica de la simulación resulta más conveniente para analizar con mayor detalle el impacto de las decisiones a lo largo del tiempo y su interacción con distintos parámetros de entrada al modelo. 394


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En función de las características del problema a resolver, y de mayor o menor la importancia de unos u otros aspectos (incertidumbre, riesgo, dinámica temporal, etc.) en el mismo, será necesario escoger la técnica más apropiada para tratar de alcanzar con ella el óptimo o la medida más razonable de sostenibilidad en un sistema dado. En la Escuela de ICAI se tiene amplia experiencia en la concepción y desarrollo de modelos de decisión en el ámbito de la planificación, operación y economía de sectores como el sector eléctrico o el ferroviario, por lo que la incorporación de parámetros de sostenibilidad a los mismos aparece como una senda natural de expansión, al igual que se hace evidente y recomendable el interés de incorporar este tipo de preocupaciones en los ejemplos prácticos que se resuelven en las clases de las asignaturas del área, como contribución por parte de esta disciplina a la incorporación de la sostenibilidad en los planes de estudios. |❙|

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Declaración de los Directores de la Escuela del ICAI para el libro “El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible” Los ingenieros del ICAI galardonados con el Premio Javier Benjumea nos han hablado, en las primeras páginas de este libro, de los problemas asociados a la falta de sostenibilidad del modelo de desarrollo actual. En su análisis ponían de manifiesto la gravedad y complejidad del problema, así como la necesidad urgente de soluciones. Profesores de nuestra Escuela han analizado la sostenibilidad desde la óptica de sus saberes y experiencias. Faltarían otras muchas perspectivas para entender su carácter complejo, inter y multidisciplinar: agrícola, pesquera, social, cultural, de planificación del territorio, política, etc. No obstante, entendemos que el libro supone una aportación útil para iluminar los problemas y las vías de solución que la Ingeniería puede aportar. Como directores de la Escuela nos sentimos especialmente interpelados por la segunda de las preguntas del profesor Didac Ferrer: ¿Qué generaciones futuras dejamos al mundo?. En la Declaración de los Premios Javier Benjumea aparece una línea de pensamiento central para encarar la política educativa de nuestra Escuela, que puede resumirse en dos objetivos: ❙ Fomentar la inquietud permanente del profesorado por conocer los problemas que, directa o indirectamente relacionados con la Ingeniería, preocupen a la sociedad en cada momento. Preocupaciones que pueden tener su origen en aspectos técnicos o económicos, pero sin olvidar nunca los sociales. ❙ Formar a nuestros alumnos para que sean sensibles a los problemas de la sociedad, asuman la responsabilidad de intentar resolverlos, y enfoquen la solución con el máximo rigor. Este rigor exige tener en cuenta todas las circunstancias y personas relacionadas con los problemas. Una visión puramente economicista del desarrollo puede conducir a una hecatombe que afecte a todo el planeta y a la Humanidad. El deterioro moral, el aislamiento personal, el individualismo como principio y norma de vida, la insolidaridad con los seres humanos que no tienen acceso a los bienes básicos de alimentación, energía, vivienda, cultura, sanidad y libertad, muestran que esa visión del desarrollo, además de injusta, es insostenible. El proceso de globalización en el que estamos inmersos está mal enfocado, porque sólo los fuertes se están aprovechando de él y está acelerando todos los procesos de degeneración que van desde la pérdida de variedad cultural y biológica hasta el agotamiento de los recursos minerales, el agotamiento por sobreexplotación del suelo, el deterioro de la atmósfera y del clima. El desajuste entre la disponibilidad limitada de los recursos naturales y su consumo exponencialmente creciente, derivado del modelo actual de desarrollo, es totalmente insostenible. Igual calificativo podemos aplicar a la incapacidad del planeta para absorber los desechos a la velocidad con que se los entregamos. En el caso español, ha llegado el momento de preocuparse más por el aumento de la productividad y de la eficacia impulsando políticas de formación que incentiven la alta cualificación y las nuevas tecnologías. Es la única manera de cambiar nuestro patrón de crecimiento, orientándolo menos hacia sectores de mano de obra intensiva (como la construcción o el turismo), y más hacia motores económicos de largo alcance, mediante las dosis necesarias de I+D+i. Este cambio no requiere pensar sólo en grandes avances científicos y técnicos, sino también en pequeñas pero continuas mejoras en los diseños y los procesos productivos. Un incremento notable en los presupuestos para inversión de I+D+i es, ciertamente, un requisito necesario en esa búsqueda de soluciones. Pero la ciencia y la tecnología por sí solas pueden incluso empeorar la situación. La educación es, en nuestra opinión, la única vía para concienciar a los ciudadanos y tener la posibilidad real de acabar con este estado de cosas. Debemos aspirar a que nuestros estudiantes participen activamente en la sociedad civil, para que la ciudadanía tome conciencia de la situación y de las graves consecuencias que nuestro actual modo de vida puede tener. Ésta parece la única forma de que la clase política se decida a asumir decisiones impopulares. Es necesaria una educación donde los valores éticos y morales sean relevantes, sabiamente complementada por lo 397

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que Fernando Savater llama el egoísmo inteligente: “permitamos que los demás sean felices para que nosotros podamos disfrutar de una vida buena”. La importancia del papel de la educación queda reflejada en el lanzamiento por la UNESCO del programa “Década de la Educación para el Desarrollo Sostenible”. En la declaración de intenciones, la Unesco señala: “El Decenio (2005-2014) de las Naciones Unidas para la educación, con miras al desarrollo sostenible, pretende promover la educación como fundamento de una sociedad más viable para la Humanidad e integrar el desarrollo sostenible en el sistema de enseñanza escolar a todos los niveles. El Decenio intensificará igualmente la cooperación internacional en favor de la elaboración y de la puesta en común de prácticas, políticas y programas innovadores de educación para el desarrollo sostenible”. Por todo esto, como directores de la Escuela, consideramos que el objetivo de la enseñanza en el ICAI ha de ser impulsar una educación basada en la solidaridad, que facilite una correcta percepción del estado del planeta, genere actitudes y comportamientos responsables y prepare para la toma de decisiones racionales y rigurosas. Al analizar los capítulos abordados en este libro vemos la variedad de temas en los que nuestros ingenieros tienen posibilidades de decidir, y la importancia que dichas decisiones pueden tener en el mundo que dejemos a las generaciones futuras. Por otro lado, José Luis Sancha, en su descripción de la Génesis del libro, nos ha relatado la extraordinaria respuesta del profesorado de la Escuela a este proyecto, su ilusión, su compromiso con el objetivo, y su importante contribución en cantidad y calidad. Esto nos permite ser optimistas y sentir que los profesores quieren y pueden formar profesionales conscientes de sus obligaciones con el mundo del futuro. Hemos de centrarnos en la tarea de formar ingenieros conscientes, capacitados e ilusionados. Deben ser conscientes de la importancia de la misión que van a tener que desarrollar, debido a la trascendencia socio-económica de la Ingeniería. Deben dotarse de las complejas habilidades profesionales que esta misión requiere, y comprender que esta capacitación necesita esfuerzo, rigor, actualidad y coherencia. Deben vivir con ilusión la importancia de su misión, la responsabilidad de su comportamiento social y la exigencia de su profesión. En otras palabras, sugerimos como objetivos del programa educativo de ICAI: ❙ Concienciar de los problemas asociados a la falta de sostenibilidad. ❙ Dotar a nuestros ingenieros de instrumentos, conocimientos y capacidades técnicas en conexión con una sólida formación humana. ❙ Motivar e impulsar la acción, no solamente a través del ejercicio de la profesión, sino también mediante la participación en las estructuras políticas y asociativas. Algunas líneas de acción concretas son: ❙ Para el conjunto de planes de estudios y programas, impulsar la presencia de la sostenibilidad en las asignaturas, haciendo ver los beneficios que el “desarrollo sostenible” tiene, no sólo para la sociedad en general, sino también para empresas de los sectores más conectados a los contenidos de cada asignatura. Esto puede afectar a contenidos particulares y a la coordinación entre distintas asignaturas. ❙ Para las actividades complementarias, promover encuentros multidisciplinares de ciencia, tecnología, ética social, economía, derecho, política, etc., relacionados con la sostenibilidad. También relacionar los conceptos teóricos y las actividades divulgativas con aplicaciones concretas de acción social. ❙ Para las asignaturas específicas de ética profesional, dar a la sostenibilidad la importancia y protagonismo que realmente merece. La oportunidad es única para acometer esta tarea. Por un lado, nos encontramos celebrando el Centenario de la Escuela, que comenzó su andadura en octubre de 1908. Por otro lado, estamos inmersos en la adaptación de la Universidad española al Espacio Europeo de Educación Superior. Tenemos por tanto la motivación para pensar de nuevo cómo debe ser nuestra enseñanza y la oportunidad para llevar a la práctica decisiones concretas. Debemos intentar que la sostenibilidad tenga el protagonismo que merece en el diseño de los nuevos planes de estudios y en el de cada 398


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Declaración de los Directores de la Escuela del ICAI | Avances de Ingeniería

una de sus asignaturas. Estamos seguros de que el contenido de este libro y su propio proceso de elaboración van a ser de gran ayuda para conseguirlo. El grupo de los últimos Directores de la Escuela del ICAI

D. Ángel Sarabia Viejo (1984-1989)

D. Luis García Pascual (1989-1995)

D. Francisco Luis Pagola y de las Heras (1995-2001)

D. Fernando de Cuadra García (2001-)

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La Cátedra BP de Desarrollo Sostenible planteó a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y a la Asociación y Colegio de Ingenieros del ICAI la conveniencia de escribir este libro, con una participación lo más amplia posible del profesorado, como una reflexión en profundidad sobre la contribución que cada una de las disciplinas que integran la enseñanza de la ingeniería en nuestra Escuela puede realizar en favor de un desarrollo más sostenible. La respuesta, tanto de la Asociación y Colegio como de la dirección y el profesorado de la Escuela, como simplemente se puede apreciar hojeando el libro, ha sido magnífica.

Coordinador General:

Una gran parte de las soluciones a los problemas de la falta de sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo son tecnológicas. Pero la innovación tecnológica tiene lugar de acuerdo a prioridades que se establecen de formas múltiples y complejas. El ingeniero de nuestro tiempo debe conocer las ventajas y limitaciones de las distintas tecnologías desde los diversos puntos de vista. El debate sobre las implicaciones para la sostenibilidad de nuestro modelo de desarrollo debe estar presente en las aulas, inmerso en las propias disciplinas que constituyen la formación del ingeniero. Este libro pretende contribuir al avance en esa dirección.

Coordinadores:

Desde el principio, pensamos que el proyecto de editar este libro tenía la virtud de otorgar el protagonismo al profesorado, como agente esencial de cambio de valores y actitudes requeridos por la Universidad y que, a pesar de su aparente modestia, la elaboración de un libro colectivo podría suponer una formidable experiencia de movilización y de reflexión sobre nuestras responsabilidades por un desarrollo sostenible. No ha sido una tarea fácil, tanto por la propia complejidad del tema como por la extensión del proyecto. El libro se ha desarrollado “de abajo arriba”, como fruto de la experiencia directa de los profesores de la Escuela en su labor docente e investigadora, abordando los temas que libremente han elegido. La participación, el esfuerzo desplegado y la colaboración del profesorado han sido sencillamente extraordinarios. El libro consta de 40 capítulos, elaborados por un total de 88 profesores de la Escuela. Recoge la situación actual y las perspectivas a medio plazo de las ciencias y tecnologías que forman parte del diseño curricular del ingeniero del ICAI en relación con el desarrollo sostenible y se configura en torno a 6 temas, a la vez representativos de la titulación y el ámbito de actividad de los ingenieros del ICAI y claves para la consecución de un desarrollo sostenible: ingeniería, energía, vivienda, transporte, tecnologías de la información y las comunicaciones y sistemas empresariales. Confío en que, entre todos, hayamos conseguido un libro de calidad, digno de la efeméride del Centenario de la Escuela y útil para impulsar el compromiso con el desarrollo sostenible, en nuestra universidad y en la sociedad en su conjunto.

Equipo de Edición: Estefanía Arbós Ribera Ignacio de Loyola Hierro Ausín Julio Montes Ponce de León José Luis Sancha Gonzalo

El Ingeniero del ICAI y el Desarrollo Sostenible

José Ignacio Pérez Arriaga Director de la Cátedra BP de Desarrollo Sostenible

José Luis Sancha Gonzalo

Raquel Caro Carretero Damián Laloux Dallemagne Beatriz Yolanda Moratilla Soria Antonio Arenas Alonso Ana María Santos Montes Rafael Palacios Hielscher Pedro Linares Llamas Andrés Ramos Galán

Editan:


Patrocinan:


José Luis Sancha Coordinador General

C O L E C C I Ó N :

A V A N C E S

D E

I N G E N I E R Í A

Editan:


Patrocinan:


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COLECCIÓN: AVANCES DE INGENIERÍA

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