Monografias | Aplicación de metodología Análisis de Ciclo de Vida (ACV) a la empresa arrocera en la provincia de Granma Cuba

Resumen:

En el siguiente trabajo se realiza un análisis desde el punto de vista energético y su influencia sobre el medio ambiente en la producción arrocera actual en la provincia de Granma tomando como referencia para el estudio el CAI arrocero ¨Fernando Echenique¨. Para evaluar lo antes mencionado fue necesario realizar un análisis de inventario en cada etapa del proceso productivo identificando las entradas energéticas y desechos de salidas, para evaluar el impacto ambiental se utilizó la herramienta de gestión ambiental ¨Análisis de Ciclo de Vida¨ identificando el estado actual de los problemas medioambientes de efecto invernadero, acidificación y formación de partículas en suspensión, arribando como resultado que el consumo de mezcla combustible utilizada para el secado del grano es el energético de mayor influencia. Palabra claves: Ciclo de vida, impacto ambiental.

Abstract:

In the following work he/she is carried out an analysis from the energy point of view and their influence on the environment in the current rice production in the county of Granma taking like reference for the study the I CAI rice ¨Fernando Echenique¨. To evaluate the before mentioned it was necessary to carry out an inventory analysis in each stage of the productive process identifying the energy entrances and waste of exits, to evaluate the environmental impact the tool of environmental administration ¨Análisis of Cycle of Life¨ it was used identifying the current state of the problems medioambientes of effect hothouse, acidification and formation of particles in suspension, arriving as a result that the consumption of mixture fuel used for the drying of the grain is the energy of more influence.   

Introducción:

A partir de que el hombre se percata que su actividad es el elemento fundamental que contribuye al aceleramiento de los problemas ambientales que hoy en día padecemos, se dedicó a buscar soluciones que le permitieran un desarrollo en ascenso pero con el menor daño al medioambiente, de ahí comenzaron los primeros trabajos focalizado al Tratamiento de los daños producidos, lo cual no resolvía del todo pues el daño ya estaba causado surgiendo de este modo el Reciclaje , creándose plantas de tratamientos las cuales son costosa y de difícil generalización por lo cual se emplea lo llamado Producciones limpias lo cual lograba estudiar un proceso determinado y aportar elementos para la sustitución de la tecnología, materiales utilizados ect. Para lograr productos menos contaminantes, pero a veces la centralización en la tecnología no evaluaba la posible búsqueda de mejoras en otras áreas del ciclo de vida del producto además de la posibilidad de trasladar el problema ambiental, es por eso que surge el Ecodiseño facilitando la consideración de factores ambientales en la fase de diseño pero el foco en el diseño puede limitar la aplicación general surgiendo de este modo los indicadores de Ecoeficiencia donde se encuentran una serie de herramientas las cuales pueden utilizarse de forma individual o un conjunto de ellas para dar solución a un análisis determinado.

El ahorro de energía se ha convertido en la actualidad en una necesidad, no solo por el agotamiento de los recursos naturales, sino también por los problemas medioambientales que el uso de la energía tiene asociados. El efecto invernadero, la reducción de la capa de ozono y la lluvia ácida, principalmente, han hecho realidad el conocido principio de que ¨ la energía que menos contamina es la que no se consume ¨.

Las principales sustancias que ocasionan desequilibrios ambientales pueden ser agrupadas en cuatro grandes núcleos: polvo (partículas en suspensión, gases (tóxicos o inflamables), calor y ruido. La producción de energía es hoy la causante de los mayores problemas de contaminación ambiental del planeta (6).

Cuba finalizó el año 2003 con aproximadamente 245 000 T de arroz que representa solamente el 40 % de la demanda nacional, lo cual comparado con países productores como la India, China, Bangladesh que producen alrededor de 200 000 000 T  e inclusive con países del área como Brasil, Colombia y Perú que producen de 2 a 10 millones de toneladas anual, es un resultado pobre. No obstante el representante de la FAO en Cuba (Francisco Areas Milla) expresa en enero del 2004  que Cuba por su trayectoria y medidas como el movimiento popular en un tiempo no muy lejano podrá autoabastecerse del grano, para lo cual será necesario intensificar la producción de las instalaciones estatales. La intensificación de la producción arrocera en Cuba a traído serios daños al medioambiente como la pulición hídrica, la salinidad y alcalinidad de los suelos además de daños a la salud por la emisión de gases tóxicos producto de la combustión fósiles.

Los estudios basados en la Evaluación del Ciclo de Vida como herramienta de ecoeficiencia posibilitan un análisis integral de la situación y la consiguiente propuesta de mejores prácticas de manejo de los productos, procesos y actividades desde su “cuna hasta la tumba” y la determinación de los principales indicadores de impacto. Este tipo de estudio se está abriendo paso día a día por su carácter integrador y las amplias posibilidades que brinda para el manejo de los recursos y se vislumbra como el instrumento por excelencia de la gestión ambiental del siglo XXI.

En la actualidad se desconoce el comportamiento energético a través del ciclo de vida de la producción arrocera y su influencia que este tiene sobre el medioambiente lo cual hace necesario el empleo de herramientas de gestión ambiental con el objetivo de conocer el estado actual energético – ambiental  en los procesos de producción del rroz.

Materiales y Métodos:

Para la realización del diagrama de flujo fue necesario realizar un inventario según la metodología del Análisis del ciclo de Vida (10) y de las diferentes normas ISO 14 000 como (4, 5, 6, 7, 8), basado fundamentalmente en los datos estadísticos acumulados por la entidad se determino las entradas (valores como el consumo de mezcla, electricidad en el secado del arroz húmedo, el consumo de electricidad para el molinado del arroz seco y el proceso de arroz precocido y el consumo diesel en la preparación del suelo, siembra y cosecha) y salidas (desechos) en cada etapa con el propósito de evaluar su comportamiento. Los volúmenes de cáscara (en el molino) y las impurezas (en el secado), fueron determinados a partir del comportamiento de los porcientos dado por el laboratorio.

Los valores de los volúmenes de gases producto de la combustión del diesel (consumido en la preparación, siembra y cosecha), la electricidad y la mezcla combustible (consumida en el secado) fueron calculados según (9) y (11).

Para la evaluación de los impactos medioambientales asociados al consumo de energía se procedió al análisis de la metodología propuesta anteriormente (sobre Análisis de Ciclo de Vida), clasificando los impactos más representativos asociados al consumo de energía, los mismos fueron:

Ø Calentamiento Global (efecto invernadero).

Ø Acidificación.

Ø Formación de partículas en suspensión.

Luego a cada parámetro inventariado (mezcla combustible, diesel, electricidad y cáscara de arroz combustible) se le determinó su contribución a cada impacto medio ambiental propuesto, mediante el cálculo de los productos emitidos por su utilización como fuente de energía, para esto se tomó como referencia (11) (para la mezcla)  y (9) (para la electricidad y el diesel). En el caso de la cáscara de arroz se determinó según (Carrasco 2002 ).

Posteriormente se caracterizaron según la metodología, refiriendo en cada caso las emisiones de cada contaminante a la unidad representativa del impacto, para lo cual nos auxiliamos de la tabla 2 y según (3).

Resultados y Discusión:

1.      Representación del diagrama actual de flujo.

En el gráfico 1 y tabla 7 se detallan las áreas que conforman el ciclo de vida del arroz y el resultado del inventario, como se puede apreciar existe una instalación de arroz precocido donde se utiliza la cáscara de arroz como combustible para producir vapor en una caldera con el objetivo de garantizar el proceso de precocido y secado. En esta instalación se vota el agua del condensado.

Los volúmenes de consumo de la cáscara de arroz como combustible son bajos (1.7 %) debido a la falta de utilización de este recurso energético en otras instalaciones y en la propia planta de precocido donde los volúmenes de cáscara generados son de  917.98 T es muy bajo con un 24 %, debido en lo fundamental a los volúmenes de producción de arroz precocido.

Los mayores consumos eléctricos y combustible diesel se localizan en el área de molinado y preparación – siembra respectivamente.

Gráfico 1: Diagrama actual del flujo energético en la producción de arroz.

Gráfico 1: Diagrama actual del flujo energético en la producción de arroz (Leyenda). (Continuación)

Tabla 7: Balance del ciclo de vida actual para el arroz (año 2003)

Determinación de los parámetros inventariados (Según gráfico 1 y resumidos en la tabla 7):

1- Preparación y siembra

D₁ = Según controles estadísticos de la entidad en el año 2003 se consumieron 428316 l de diesel los cuales se pueden expresar en kg si lo convertimos a m³ y luego lo multiplicamos por su peso específico (838.8 kgf/m³), resultando 359271.461 kg.

Gc₁ = Según tabla 4, 1 kg de diesel consumido produce emisiones al  aire equivalentes a 3.445 kg de contaminantes, como el consumo de diesel fue de 359271.461 kg, el resultado sería de 1237690.18 kg.

2- Cosecha

D₂ = Resulta como en 1, se consumieron 135194 l, expresado como 113400.73 kg

Gc₂ = Resulta como 1, obteniéndose como resultado 390665.5 kg

Ra = Según estudios efectuados por el ¨Frente científico M.Gral. Francisco J. de Céspedes y del Castillo. Estación  territorial de Investigación del arroz. Jucarito¨. Plantea que por cada tonelada de arroz cáscara cosechado, queda en el campo 1 T de residuos. En el 2003 se cosecharon 33 716.795 T, quedando en campo la misma cantidad.

 3- Secado

M = Según controles estadísticos se consumiendo 355037.85 l

E₃ = Según controles estadísticos de la entidad en el año 2003 se consumieron 521.228 MW h.

I = Las impurezas procedentes del campo según informe del laboratorio se comportaron al 10.74 %, como se cosecharon 33 716.795 T, entonces el resultado fue de 3621.184 T_impurezas.

Gc₃ = Según la tabla 1, y tomando como referencia el combustoleo (comparable con el crudo cubano) para referirlo a la mezcla, plantea que por cada 1 kg consumido se obtiene emisiones de 3.3685 kg. Afectando el consumo de mezcla por el peso específico (960 kgf/m³), se tiene como resultado 1148107.198 kg de contaminante.

4- Molinado

E₄ = Según controles estadísticos de la entidad en el año 2003 se consumieron 1162.194 MW h.

Ct = Según informe del laboratorio se comportaron al 23 % la cáscara y al 7 % las impurezas procedentes de los secaderos, contabilizando un 30 %. En el año 2003 se molinaron 42441 T de cáscara lo cual reporta 12732.3 T_cáscara.

5- Precocido

C₅ = La capacidad de producción de la planta es de 60 T_precocido/día = 2.5 T_precocido/h. El consumo de la caldera para la temperatura del agua de alimentación a 27 ⁰C es 729.64 kg _cáscara/h  entonces:

  como en el año se procesaron 757.270 T_precocido, entonces para esta condición se consumió 221.01 T_cáscara.

E₅ = Según controles estadísticos de la entidad en el año 2003 se consumieron 51.126 MW h.

C_e = Es el 20 % aproximadamente del consumo de cáscara, por tanto fue de 44.2T_cáscara.

H₂O_(desecho) = Por cada tonelada de arroz precocido se necesitan 1 m³ de agua para el remojo (se desecha después del proceso), por tanto se gastan 757.270 m³, por este concepto. Para el proceso de secado y precocido la caldera produce 1500 kg/h de vapor (considerándose las pérdidas por purgas insignificantes el agua de alimentación tendrá el mismo valor), dividiendo por el peso específico del agua, el flujo volumétrico será igual a 1.5  m³/h. Considerando la capacidad de la planta y las toneladas de precocido producidas, la producción se realizó en 12.6 días = 302.91 h, afectando al flujo volumétrico se arriba a 454.365 m³ de agua que se pierde por no recuperar el condensado, que sumado con el volumen anterior contabiliza un total de 1211.63 m³.

 Gc₅ =  El flujo total de gases a la temperatura de 27 ⁰C es de 1.1729 m³/s y afectado por el tiempo de funcionamiento, da como resultado 1279019.3m³.

H₂O_(consumo) = Este valor se determinó, igual a 454.365 m³.

2.      Evaluación de los impactos medioambientales asociados al consumo de energía actual.

                En las tablas 8,  9 y 10 de los anexos se cuantifican las emisiones actuales de los contaminantes producto del consumo de los energéticos (diesel, electricidad, mezcla combustible y cáscara de arroz) durante el ciclo de vida del proceso de producción arrocero y que influyen en los problemas medios ambientales sujeto de análisis. Cada resultado fue obtenido a partir del inventario realizado y explicado en el punto 1 afectándolo por los kg de contaminantes producidos según tabla 1, 3 y 4 de los anexos y luego afectado por el potencial según tabla 2 y 5 de los anexos  para expresarlo en las unidades de medidas según tabla 11, quedando como sigue:

Para el efecto invernadero:

Para la Acidificación:

Para la formación de partículas en suspensión:

Para el caso de la cáscara de arroz se tomó como referencia la tabla 6 de los anexos. Para el cálculo se multiplica el consumo de cáscara por el poder calórico de la misma quedando expresado en unidades de energía, afectándose luego por los valores de la tabla y por el potencial referido anteriormente.

Con estos resultados se conformó el gráfico 2 donde se manifiesta que para los tres problemas ambientales clasificados (PEI: Potencial de efecto invernadero, PAC: Potencial de acidificación, PFPS: Potencial de formación de partículas en suspensión), el energético de mayor peso resulta ser la mezcla combustible seguido del diesel, confirmando de esta forma que soluciones encaminadas a desplazar este energético por otro con efectos menos significativos, es positivo.

Gráfico 2: Emisiones actuales en el ciclo de vida del proceso del arroz.

Por otro lado, la utilización de la cáscara de arroz como energético, permite que prácticamente los daños ocasionados al medioambiente por concepto de los impactos ambientales clasificados, sean bajos.

Conclusiones:

1.   Los volúmenes de consumo de la cáscara de arroz como combustible son bajos (1.7 %) debido a la falta de utilización de este recurso energético en otras instalaciones.

2.   Los mayores consumos eléctricos y combustible diesel se localizan en el área de molinado y preparación – siembra respectivamente.

3.   La evaluación del análisis del ciclo de vida actual mostró que la mayor influencia sobre los impactos clasificados se refiere a la mezcla combustible  con más de un 50 %.

4.   Del análisis del ciclo se determinó que para disminuir los  impactos ambientales clasificados se pueden hacer en el complejo las siguientes mejoras:   Recuperación del condensado en la caldera de la planta de precocido.

      Sustitución de la mezcla combustible por cáscara de arroz para el secado del grano.

      Cogeneración en la planta de precocido a partir del vapor suministrado por la caldera al proceso.

Recomendaciones:

1.      Aplicar mejoras dentro del ciclo de vida de la producción del arroz y específicamente la utilización de la cáscara como energético para el secado del grano.

2.      Evaluar la posibilidad de utilización dentro del proceso o fuera de este de las cenizas originadas por la combustión de la cáscara de arroz.

3.      Evaluar el comportamiento de los impactos ambientales propuestos u otros luego de aplicadas las mejoras.

Referencias Bibliográficas:

1.      Carrasco García, Juan. E.  Aspectos medioambientales de la producción y uso de la biomasa como recurso energético. CIEMAT.  2002   

2.      Centeno, J.C. El efecto invernadero. www.earthsystems.org.

3.      Current Greenhouse Gas Concentrations. http://cdiac.esd.ornl.gov/pns/current_ghg.html. Updated November 2003.

4.      International Standard Organisation. “Norma ISO 14042. Gestión Medioambiental. Análisis de Ciclo de Vida. Evaluación de Impacto de Ciclo de Vida”. 1997.   

5.      International Standard Organisation. “Norma ISO 14043. Gestión Medioambiental. Análisis de Ciclo de Vida. Interpretación.” 1997.

6.      International Standard Organisation. “Norma ISO/TR 14049. Gestión Medioambiental. Análisis de Ciclo de Vida. Ejemplos ilustrativos de cómo aplicar la norma ISO 14041”.

7.      International Standard Organisation. “Norma UNE-EN ISO 14040. Gestión Medioambiental. Análisis de Ciclo de Vida. Principios y Estructura”. 1997.

8.      International Standard Organisation. “Norma UNE-EN ISO 14041. Gestión Medioambiental. Análisis de Ciclo de Vida. Definición de Objetivos y Alcance y Análisis de Inventario”. 1998.

9.      Puig, Rita. Análisis de ciclo de vida. Ed. Barcelona. 2002.

10.  Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC). “Guidelines for Life Cycle Assesment: A “Code of Practice”. 1993.

11.www.amgn.org.mx/preguntas.htm.

Anexos:

Tabla 2: PA para algunos gases representativos (kg eq. SO₂ /kg i)

 Tabla 8: Estado actual de las emisiones producidas en la producción del arroz (2003). Potencial de efecto Invernadero.

Tabla 9: Estado actual de las emisiones producidas en la producción del arroz (2003). Potencial de Acidificación.