Ecología industrial

La ecología industrial (IE) es el estudio de los flujos de materia y energía a través de los sistemas industriales. La economía industrial global se puede modelar como una red de procesos industriales que extraen recursos de la Tierra y transforman esos recursos en productos y servicios que se pueden comprar y vender para satisfacer las necesidades de la humanidad. La ecología industrial busca cuantificar los flujos de materiales y documentar los procesos industriales que hacen que la sociedad moderna funcione. Los ecologistas industriales a menudo se preocupan por los impactos que las actividades industriales tienen en el medio ambiente, con el uso de los recursos naturales del planeta y con los problemas de eliminación de desechos. La ecología industrial es un campo de investigación multidisciplinario joven pero en crecimiento que combina aspectos de la ingeniería, la economía, la sociología, la toxicología y las ciencias naturales.

La ecología industrial se ha definido como un "discurso multidisciplinario basado en sistemas que busca comprender el comportamiento emergente de sistemas humanos/naturales integrados complejos". El campo aborda cuestiones de sostenibilidad mediante el examen de problemas desde múltiples perspectivas, que generalmente involucran aspectos de la sociología, el medio ambiente, la economía y la tecnología. El nombre proviene de la idea de que la analogía de los sistemas naturales debe usarse como ayuda para comprender cómo diseñar sistemas industriales sostenibles.

Resumen

Ejemplo de simbiosis industrial. El vapor de residuos de un incinerador de residuos (derecha) se canaliza a una planta de etanol (izquierda) donde se utiliza como entrada a su proceso de producción.

La ecología industrial se ocupa del cambio del proceso industrial de sistemas lineales (bucle abierto), en los que las inversiones de capital y recursos se mueven a través del sistema para convertirse en residuos, a un sistema de bucle cerrado donde los residuos pueden convertirse en insumos para nuevos procesos.

Gran parte de la investigación se centra en las siguientes áreas:

• estudios de flujo de materiales y energía ("el metabolismo industrial")
• desmaterialización y descarbonización
• el cambio tecnológico y el medio ambiente
• planificación, diseño y evaluación del ciclo de vida
• diseño para el medio ambiente ("eco-design")
• responsabilidad extendida del productor ("administración de productos")
• parques ecoindustriales ("simbiosis industrial")
• política ambiental orientada al producto
• ecoeficiencia

La ecología industrial busca comprender la forma en que los sistemas industriales (por ejemplo, una fábrica, una ecorregión o una economía nacional o mundial) interactúan con la biosfera. Los ecosistemas naturales proporcionan una metáfora para comprender cómo las diferentes partes de los sistemas industriales interactúan entre sí, en un "ecosistema" basado en los recursos y el capital de infraestructura en lugar del capital natural. Busca explotar la idea de que los sistemas naturales no tienen residuos para inspirar un diseño sostenible.

Junto con los objetivos más generales de conservación de energía y conservación de materiales, y la redefinición de los mercados comerciales internacionales relacionados y las relaciones de administración de productos estrictamente como una economía de servicios, la ecología industrial es uno de los cuatro objetivos del capitalismo natural. Esta estrategia desalienta las formas de compra amoral que surgen de la ignorancia de lo que sucede a distancia e implica una economía política que valora mucho el capital natural y se basa en más capital de instrucción para diseñar y mantener cada ecología industrial única.

Historia

Vista de Kalundborg Eco-industrial Park

La ecología industrial se popularizó en 1989 en un artículo de Scientific American escrito por Robert Frosch y Nicholas E. Gallopoulos. Frosch y Gallopoulos' La visión era "por qué nuestro sistema industrial no se comportaría como un ecosistema, donde los desechos de una especie pueden ser un recurso para otra especie? ¿Por qué los productos de una industria no serían los insumos de otra, reduciendo así el uso de materias primas, la contaminación y el ahorro en el tratamiento de residuos? Un ejemplo notable reside en un parque industrial danés en la ciudad de Kalundborg. Aquí se pueden encontrar varios vínculos de subproductos y calor residual entre numerosas entidades, como una gran central eléctrica, una refinería de petróleo, una planta farmacéutica, una fábrica de placas de yeso, un fabricante de enzimas, una empresa de residuos y la propia ciudad. Otro ejemplo es el EIP de Rantasalmi en Rantasalmi, Finlandia. Si bien este país ha tenido EIP anteriores formados orgánicamente, el parque en Rantasalmi es el primer EIP planificado de Finlandia.

El campo científico de la Ecología Industrial ha crecido rápidamente en los últimos años. El Journal of Industrial Ecology (desde 1997), la Sociedad Internacional de Ecología Industrial (desde 2001) y la revista Progress in Industrial Ecology (desde 2004) otorgan a Industrial Ecology una posición sólida y dinámica en la comunidad científica internacional. Los principios de la ecología industrial también están surgiendo en varios ámbitos políticos, como el concepto de economía circular que se está promoviendo en China. Aunque la definición de Economía Circular aún no se ha formalizado, por lo general, la atención se centra en estrategias como la creación de un flujo circular de materiales y flujos de energía en cascada. Un ejemplo de esto sería utilizar el calor residual de un proceso para ejecutar otro proceso que requiera una temperatura más baja. La esperanza es que estrategias como esta creen una economía más eficiente con menos contaminantes y otros subproductos no deseados.

Principios

Uno de los principios centrales de la ecología industrial es la visión de que los sistemas sociales y tecnológicos están limitados dentro de la biosfera y no existen fuera de ella. La ecología se utiliza como una metáfora debido a la observación de que los sistemas naturales reutilizan materiales y tienen un ciclo de nutrientes en gran parte cerrado. La ecología industrial aborda los problemas con la hipótesis de que al usar principios similares a los de los sistemas naturales, los sistemas industriales también pueden mejorarse para reducir su impacto en el medio ambiente natural. La tabla muestra la metáfora general.

IE examina los problemas sociales y su relación con los sistemas técnicos y el medio ambiente. A través de esta visión holística, IE reconoce que la resolución de problemas debe implicar la comprensión de las conexiones que existen entre estos sistemas, varios aspectos no pueden verse de forma aislada. A menudo, los cambios en una parte del sistema general pueden propagarse y provocar cambios en otra parte. Por lo tanto, solo puede comprender un problema si observa sus partes en relación con el todo. Basado en este marco, IE analiza los problemas ambientales con un enfoque de pensamiento sistémico. Un buen ejemplo de IE con estos impactos sociales se puede encontrar en Blue Lagoon en Islandia. La laguna utiliza agua sobrecalentada de una planta de energía geotérmica local para llenar cuencas ricas en minerales que se han convertido en centros recreativos de curación. En este sentido, el proceso industrial de producción de energía utiliza sus aguas residuales para proporcionar un recurso crucial para la industria recreativa dependiente.

Tome una ciudad por ejemplo. Una ciudad se puede dividir en áreas comerciales, áreas residenciales, oficinas, servicios, infraestructuras, etc. Todos estos son subsistemas de la 'gran ciudad' sistema. Los problemas pueden surgir en un subsistema, pero la solución tiene que ser global. Digamos que el precio de la vivienda está aumentando drásticamente porque hay una demanda demasiado alta de vivienda. Una solución sería construir casas nuevas, pero esto llevará a que más personas vivan en la ciudad, lo que generará la necesidad de más infraestructura como carreteras, escuelas, más supermercados, etc. Este sistema es una interpretación simplificada de la realidad cuyos comportamientos pueden ser 'predicho'.

En muchos casos, los sistemas con los que trabaja IE son sistemas complejos. La complejidad dificulta la comprensión del comportamiento del sistema y puede provocar efectos de rebote. Debido a un cambio de comportamiento imprevisto de los usuarios o consumidores, una medida tomada para mejorar el desempeño ambiental no conduce a ninguna mejora o incluso puede empeorar la situación.

Además, el pensamiento del ciclo de vida es también un principio muy importante en la ecología industrial. Implica que se tienen en cuenta todos los impactos ambientales causados por un producto, sistema o proyecto durante su ciclo de vida. En este contexto, el ciclo de vida incluye

• Extracción de materia prima
• Tratamiento de materiales
• Fabricación
• Uso
• Mantenimiento
• Eliminación

También se tiene en cuenta el transporte necesario entre estas etapas y, en su caso, etapas adicionales como la reutilización, la refabricación y el reciclaje. Adoptar un enfoque de ciclo de vida es esencial para evitar cambiar los impactos ambientales de una etapa del ciclo de vida a otra. Esto se conoce comúnmente como cambio de problema. Por ejemplo, durante el rediseño de un producto, se puede optar por reducir su peso, disminuyendo así el uso de recursos. Es posible que los materiales más ligeros utilizados en el nuevo producto sean más difíciles de desechar. Los impactos ambientales del producto obtenido durante la fase de extracción se trasladan a la fase de eliminación. Las mejoras ambientales generales son, por lo tanto, nulas.

Un último principio importante de IE es su enfoque integrado o multidisciplinariedad. El IE tiene en cuenta tres disciplinas diferentes: las ciencias sociales (incluida la economía), las ciencias técnicas y las ciencias ambientales. El desafío es fusionarlos en un solo enfoque.

Ejemplos

El parque industrial de Kalundborg se encuentra en Dinamarca. Este parque industrial es especial porque las empresas reutilizan los desechos de las demás (que luego se convierten en subproductos). Por ejemplo, la central eléctrica Energy E2 Asnæs produce yeso como subproducto del proceso de generación de electricidad; este yeso se convierte en un recurso para BPB Gyproc A/S, que produce placas de yeso. Este es un ejemplo de un sistema inspirado en la metáfora de la biosfera-tecnosfera: en los ecosistemas, los desechos de un organismo se utilizan como insumos para otros organismos; en los sistemas industriales, los residuos de una empresa son utilizados como recurso por otras.

Además del beneficio directo de incorporar residuos al circuito, el uso de un parque ecoindustrial puede ser un medio para hacer que las plantas generadoras de energía renovable, como la energía solar fotovoltaica, sean más económicas y respetuosas con el medio ambiente. En esencia, esto ayuda al crecimiento de la industria de las energías renovables y los beneficios ambientales que se derivan de la sustitución de los combustibles fósiles.

Ejemplos adicionales de ecología industrial incluyen:

• Sustituir el subproducto de ceniza de mosca de las prácticas de quema de carbón para cemento en producción de hormigón
• Usando biocombustibles de segunda generación. Un ejemplo de esto es convertir grasa o aceite de cocina a biodiesels a vehículos de combustible.
• El Centro Nacional de Producción Limpia de Sudáfrica (NCPC) fue creado para que las industrias de la región fueran más eficientes en términos de materiales. Los resultados del uso de métodos sostenibles incluirán una reducción de los costos energéticos y una mejor gestión de los desechos. El programa evalúa a las empresas existentes para implementar el cambio.
• Reutilización in situ de agua no potable
• El plástico biodegradable creado a partir de plumas de pollo polimerizadas, que son 90% de queratina y representan más de 6 millones de toneladas de residuos en la UE y EE.UU. anualmente. Como desechos agrícolas, las plumas de pollo se reciclan en productos plásticos desechables que luego se biodegradan fácilmente en el suelo.
• Toyota Motor La compañía canaliza una parte de los gases de efecto invernadero emitidos de vuelta en su sistema como energía térmica recuperada.
• Anheuser-Busch firmó un memorando de entendimiento con la empresa bioquímica Blue Marble para utilizar residuos de fabricación como base para sus productos "verde".
• Mejor recuperación de aceite en Petra Nova.
• Reutilizando el corcho de botellas de vino para usar en suelas de zapato, baldosas de suelo, aislamiento de construcción, juntas de automoción, materiales artesanales y acondicionador de suelo.
• Darling Quarter Commonwealth Bank Place North building in Sydney, Australia recicla y reutiliza sus aguas residuales.
• Embalaje de plástico basado en plantas que es 100% reciclable y ecológico.
• Los desechos de alimentos pueden utilizarse para compost, que pueden utilizarse como fertilizante natural para la futura producción de alimentos. Además, los desechos alimentarios que no han sido contaminados pueden utilizarse para alimentar a quienes sufren inseguridad alimentaria.
• La central eléctrica geotérmica Hellisheiði utiliza agua subterránea para producir electricidad y agua caliente para la ciudad de Reykjavik. Sus subproductos de carbono se inyectan de nuevo en la Tierra y se calcifican, dejando la estación con una emisión neta de carbono cero.

Herramientas

Direcciones futuras

La metáfora del ecosistema popularizada por Frosch y Gallopoulos ha sido una valiosa herramienta creativa para ayudar a los investigadores a buscar soluciones novedosas a problemas difíciles. Recientemente, se ha señalado que esta metáfora se basa en gran medida en un modelo de ecología clásica, y que investigadores como C. S. Holling, James J. Kay han realizado avances en la comprensión de la ecología basados en la ciencia de la complejidad, y han avanzado aún más en términos de la ecología contemporánea por otros. Para la ecología industrial, esto puede significar un cambio de una visión más mecanicista de los sistemas a una en la que la sostenibilidad se vea como una propiedad emergente de un sistema complejo. Para explorar esto más a fondo, varios investigadores están trabajando con técnicas de modelado basadas en agentes. .

El análisis exergético se realiza en el campo de la ecología industrial para utilizar la energía de manera más eficiente. El término exergía fue acuñado por Zoran Rant en 1956, pero el concepto fue desarrollado por J. Willard Gibbs. En las últimas décadas, la utilización de la exergía se ha extendido fuera de la física y la ingeniería a los campos de la ecología industrial, la economía ecológica, la ecología de sistemas y la energía.

Otros ejemplos

Otro gran ejemplo de ecología industrial tanto en la práctica como en el potencial es el Centro de producción más limpia de Burnside en Burnside, Nueva Escocia. Desempeñan un papel en la facilitación de la 'reverdecimiento' de más de 1200 empresas ubicadas en Burnside, el parque industrial más grande del este de Canadá. La creación de intercambio de residuos es una gran parte de su trabajo, lo que promoverá relaciones sólidas de ecología industrial.

El parque industrial de Onsan es un programa de estudio de caso destinado a servir como ejemplo de políticas y prácticas relevantes para buscar un modelo de desarrollo de crecimiento verde. Los beneficios potenciales del modelo EIP se muestran en la República de Corea, donde más de 1,000 empresas de una amplia gama de industrias llaman hogar al Parque Industrial Ulsan Mipo y Onsan en Corea del Sur. Este parque es la capital industrial de Corea del Sur porque tiene más de 100.000 puestos de trabajo.

Una práctica común para los sistemas de gestión de aguas residuales es utilizar los "lodos" como fertilizante. El agua residual contiene mucho fósforo y nitrógeno, que son sustancias químicas valiosas para usar en fertilizantes.

Gjenge makers ltd es otro ejemplo de ecología industrial. La empresa toma plásticos desechados y los convierte en ladrillos. Los fabricantes de Gjenge reciben los residuos plásticos sobrantes de las fábricas de embalaje y las instalaciones de reciclaje y venden los adoquines.