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ANÁLISISDELCICLODEVIDADELAPRODUCCIÓNDEBIOETANOLAPARTIRDEBIOMASALIGNOCELULÓSICAPROVENIENTEDERESIDUOSAGRÍCOLASMasterEnergíasRenovables.
Noelia Martín García
Directores:
Stella Moreno Grau
Francisco Vera García
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
2
AGRADECIMIENTOS
Megustaríaagradecerenprimerlugaramisdirectoresdeltrabajofindemaster,
StellaMorenoGrauyFranciscoVeraGarcíaporsusinnumerablesconsejosysutiempo
invertido enmí, pero sobre todo por haber aceptado ser mis consejeros. Pero en
especialaStellaMorenoporquesuayudahasidofundamental.
HedeagradecertambiénaYolandaFernándezNavaprofesoradelauniversidad
deGijónporpermitirmeguiarmeconsutrabajodeACV.
Y,paraterminar,agradeceramifamiliaporquesonincondicionalesysiempre
estánahíencadapasoquedoy.AsícomoJavierquesiempreestáparaayudarmecon
misdificultadestecnológicas.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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RESUMEN
Enelsiguienteprocesoserealizaráunanálisisdeciclodevida,herramientaque
serviráparacuantificarycalificar losposibles impactosambientalesquetienen lugar
durante el proceso de producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica
provenientederesiduosagrícolas,siendoelegidomásconcretamentelapajadetrigo.
Duranteelprocesodeanálisisdeciclodevidasetrabajaráenlasdiferentesfases
delprocesoqueestándefinidasen laNorma ISO,así comosedefinirán losdistintos
subsistemas que tienen lugar durante la producción para contabilizar las entradas y
salidasdeenergíaymateria.
Paralaeleccióndelosdiferentesprocesosaelegirenlasetapassehatenidoen
cuentaelgastoenergéticoydemateriapuestoquesebuscareducirestebalance,como
ejemplodeellosehaelegidolaexplosióndevaporcomométododepretratamientoo
lafermentaciónysacarificaciónsimultáneaenlatransformación.
Al finalizar este trabajo se llegará a una discusión sobre el uso de esta
herramienta, en la actualidad es común la utilización de software específicos que
facilitan el trabajo, en el caso de este estudio y como se menciona en apartados
posteriores han surgido problemas técnicos y se ha tenido que recurrir a métodos
teóricos. Aun así, se puede concluir que el uso de bioetanol a partir de biomasa
lignocelulósicatienegrandesventajasfrenteaelusodecombustiblesfósiles,también
incluirqueadíadehoyesunabuenaformadereciclajedelosresiduosagrícolas.
Encuantoalaevaluacióndeimpactosqueseharealizadodelciclodevidade
esteproceso,sehapodidoobservarquelamayoríadeellossonasumiblesyaqueson
moderados.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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ABSTRACT
Inthefollowingprocess,alifecycleanalysiswillbecarriedout,atoolthatwill
servetoquantifyandqualifythepossibleenvironmentalimpactsthattakeplaceduring
thebioethanolproductionprocessfromlignocellulosicbiomassfromagriculturalwaste,
wheatstrawbeingchosenmorespecifically.
Duringthe lifecycleanalysisprocess,workwillbecarriedout inthedifferent
phases of the process that are defined in the ISO Standard, aswell as the different
subsystemsthattakeplaceduringproductiontoaccountforenergyandmaterialinputs
andoutputs.
Thechoiceofthedifferentprocessestobechosenateachstagehastakeninto
accounttheenergyandmaterialcosts,sincetheaimistoreducethisbalance,asan
exampleofwhichthesteamexplosionhasbeenchosenasapre-treatmentmethodor
thesimultaneousfermentationandsaccharificationinthetransformationprocess.
Attheendofthiswork,adiscussionwillbereachedabouttheuseofthistool,at
presentitiscommontousespecificsoftwarethatfacilitatesthework,inthecaseofthis
studyandasmentionedinlatersections,technicalproblemshavearisenandithashad
toresorttotheoreticalmethods.Evenso,itcanbeconcludedthattheuseofbioethanol
from lignocellulosic biomass has great advantages over the use of fossil fuels, also
includethattodayisagoodwaytorecycleagriculturalwaste.
Withregardtotheevaluationoftheimpactsofthelifecycleofthisprocess,it
hasbeenobservedthatmostofthemareassumablesincetheyaremoderate.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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TABLADECONTENIDO
AGRADECIMIENTOS...................................................................................................2
RESUMEN..................................................................................................................3
ABSTRACT.................................................................................................................4
INDICEDETABLAS.....................................................................................................6
INDICEDEILUSTRACIONES........................................................................................7
1. INTRODUCCIÓNYCONTEXTO...........................................................................8
2. OBJETIVO.........................................................................................................10
3. ELBIOETANOL..................................................................................................113.1. ORIGENYCONCEPTO....................................................................................................113.2. ESTRUCTURADELABIOMASALIGNOCELULOSA...........................................................123.3. APROVECHAMIENTOENERGÉTICO...............................................................................14
4. METODOLOGÍADELANÁLISISDECICLODEVIDA..............................................154.1. DEFINICIÓNDELANÁLISISDECICLODEVIDA...............................................................154.2. DESARROLLODEUNACV..............................................................................................17
Etapa1.Definicióndelobjetivoyalcance...............................................................................17Etapa2.Análisisdelinventariodelciclodevida(ICV)...........................................................17Etapa3.Evaluacióndelimpactodelciclodevida(EICV).......................................................19Etapa4.Interpretacióndelciclodevida................................................................................20
5. ANÁLISISDELCICLODEVIDADELAPRODUCCIÓNDEBIOETANOLAPARTIRDE
PAJADETRIGO........................................................................................................215.1. Etapa1:ObjetoyAlcancedelestudio...........................................................................21
Definicióndelobjetivo:...........................................................................................................21AlcancedelACV:....................................................................................................................22
5.2. ETAPA2.INVENTARIODELCICLODEVIDA(ICV)...........................................................275.3. ETAPA3.EVALUACIÓNDELIMPACTODELCICLODEVIDA(EICV).................................37
Listadechequeo:...................................................................................................................42Matrizde Identificación........................................................................................................47Caracterizacióndelosimpactos.............................................................................................53
6. discusiones......................................................................................................58
BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................60
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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INDICEDETABLAS
Tabla1:Composicióndelmateriallignocelulósico........................................................13
Tabla2:Balancesubsistema1.......................................................................................29
Tabla3:BalanceSubsistema2.......................................................................................31
Tabla4:BalanceSubsistema3.......................................................................................33
Tabla5:Balancesubsistema4.......................................................................................35
Tabla6:BalanceSubsistemaactividadesauxiliares.......................................................36
Tabla7:PuntosintermediosdelaEIA............................................................................39
Tabla8:PuntosfinalesdelaEIA.....................................................................................40
Tabla9:Listadechequeodelmedionatural.................................................................45
Tabla10:Listadechequeodelmediosocioeconómico................................................46
Tabla11:MatrizdeIdentificacióndeimpactos............................................................52
Tabla12:Matrizdecaracterizacióndelosimpactos....................................................57
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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INDICEDEILUSTRACIONES
Ilustración1:Producciónmundialdecrudoyestimacióndelaproducciónfuturapor
regiones.(AdaptacióndeEWG2007)......................................................................8
Ilustración2:Estructuradebiomasalignocelulósica(FiguraadaptadadesdeTommeet
al.,1995).................................................................................................................12
Ilustración3:EtapasdelCiclodeVidadelproducto(IlustracióndeEcointeligencia)....15
Ilustración4:FasesdeunACV.......................................................................................16
Ilustración5:EtapasdelAnálisis....................................................................................18
Ilustración6:ElementosdelafaseEICV........................................................................19
Ilustración7:Esquemadelossubsistemasdelproceso(Elaboraciónpropia)...............25
Ilustración8:Resumensubsistema1.............................................................................28
Ilustración10:Resumensubsistema3...........................................................................32
Ilustración11:ResumenSubsistema4...........................................................................34
Ilustración12:Ejemplodeesquemadeevaluación(UdodeHaesycol.,1999b)..........38
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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1. INTRODUCCIÓNYCONTEXTO
Elbioetanolhaganadoimportanciaenlosúltimosañosinfluenciadoporlacrisis
delpetróleo,lasespeculacionessobresuagotamiento,lainviabilidadeconómicadelos
actualesyacimientos(larentabilidaddelyacimientonoesviablesisecomparaconla
inversiónquesenecesitaparalasinfraestructurasdelaexplotación)ylasubidaenlos
preciosdelcrudo,hanpuestoenelpuntodemiraabiocombustiblescomoelbioetanol,
haciendodelosmismosunaalternativaalpetróleo.
Ilustración1:Producciónmundialdecrudoyestimacióndelaproducciónfuturaporregiones.(AdaptacióndeEWG2007)
Elbioetanolesunafuentedeenergíaconocidaydesimplicidadrelativa,puesto
queesunaditivosencillode lagasolina.Estebiocarburantequepodríadenominarse
comoecológico,esconocidodesdehacetiempo,tantoesasíqueyaenlaprimeraguerra
mundialseexperimentóconeletanolparaproduciracetona,productoqueseutilizaría
asuvezparaproducircordita,pólvoraqueseríaimportanteendichaguerra.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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Adíadehoy,comosehamencionadoanteriormente,elbioetanolhaganado
unagranimportancia,tantoesasíqueseestácreandounagrancarreradeinvestigación
alrededordeél.
En el estudio que se va a realizar a continuación se va a centrar en tratar la
biomasa lignocelulósica, que sería toda aquella biomasa vegetal constituida
fundamentalmenteporcelulosa,hemicelulosa,y lignina.Seexcluiríanenestecasola
biomasaconstituidaprincipalmenteporalmidón,proteínasyazúcares,comoeselcaso
delosgranos,cereales,mielesyotros.Dejandoasítambiéndeladoeldebateéticoque
sehageneradoalrededordelusodegranosycerealesparalaproduccióndebioetanol
cuandoestemismopodríaservircomoalimentoparaunagranpartedelapoblación,
teniendoencuentaquegranpartedelapoblaciónmundialmalvivesinalimentodiario.
Losmaterialeslignocelulósicos,enelcasopresentelosprovenientesderesiduos
agrícolas,tienencomoventajaquesonrenovablesybiodegradables,puestoquesonel
resultado del proceso de fotosíntesis de los vegetales mediante la energía solar.
Teniendo en cuenta lo anterior, su empleo como combustible lo convierte en una
manerasostenibleybeneficiariaconelmedioambientedeaprovecharlaenergíasolar.
Existen gran cantidad de tipos de biomasa lignocelulósica, como se ha
mencionadoantes,eltrabajosecentraráenlosprovenientesderesiduosagrícolas,a
continuación,semuestranalgunosejemplos:
- PajayBagazodecañadeazúcar
- Pulpadecafé
- Residuosdeproduccionesdefrutales
- Pajasdecosechasdecereales
- Residuosdeproduccióndevinos,aceitesyotrosproductos.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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2. OBJETIVO
Elobjetivodeesteproyectofindemasteresanalizarlosaspectosambientalese
impactosambientalespotencialesde laproduccióndebioetanolapartirdebiomasa
lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas, más específicamente la paja,
mediantelatécnicadelanálisisdeciclodevida.Llevandoacaboesteanálisisdesdela
cunahastalatumba.
Se tratarán los beneficios del aprovechamiento energético de la biomasa
lignocelulósicapuestoquesetratadelaenergíarenovablealternativaalpetróleo.Ytras
finalizarelanálisisdeciclodevidaseevaluaránlosresultadosobtenidosllegandoaunas
conclusiones.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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3. ELBIOETANOL
3.1. ORIGENYCONCEPTO
Labiomasaesaquellamateriaorgánicadeorigenvegetaloanimal,incluyendo
losresiduosydesechosorgánicos,susceptibledeseraprovechadaenergéticamente.Las
plantas transforman la energía radiante del sol en energía química a través de la
fotosíntesis,ypartedeestaenergíaquedaalmacenadaenformademateriaorgánica.
Segúnladirectiva2003/30/CE:biomasaes“fracciónbiodegradabledeproductos
de desecho y residuos procedentes de la agricultura, silvicultura y de las industrias
relacionadas, así como de la fracción biodegradable de residuos industriales y
municipales”.
Atendiendoasuorigen,labiomasasepuedeclasificaren:
• Biomasa natural: se produce en la naturaleza sin intervención del
hombre.
• Biomasa residual: es un subproducto o residuo generado en las
actividades agrícolas (poda, rastrojos, etc) silvícolas y ganaderas, así
como residuos de la industria agroalimentaria (bagazos, cáscaras,
vinazas...)yenlaindustriadetransformacióndelamadera(aserraderos,
fábricas de papel, muebles…) así como residuos de depuradoras y el
recicladodeaceites.
• Cultivos energéticos: están destinados a la producción de
biocombustibles. Además de los cultivos existentes para la industria
alimentaria,existenotros cultivos como los lignocelulósicos forestales,
herbáceosycosechas.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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3.2. ESTRUCTURADELABIOMASALIGNOCELULOSA
Labiomasalignocelulósicaesensumayoríadeorigenvegetal.Estáformadapor
tejidos vegetales cuyas células contienenunapared celular queestá constituidapor
microfibrillasdecelulosa,formandocapasrecubiertasdehemicelulosaysobrelasque
se deposita la lignina, como se muestra en la ilustración 2 que se muestra a
continuación…
Ilustración2:Estructuradebiomasalignocelulósica(FiguraadaptadadesdeTommeetal.,1995)
Para entender bien su composición, se explicará brevemente los diferentes
componentes:
- Celulosa: es un biopolímero compuesto exclusivamente de b-glucosa. Se
trata de la biomoléculamás abundante. La celulosa tiene una estructura
linealofibrosa,enlaqueseestablecenmúltiplespuentesdehidrógenoentre
losgruposhidroxilo,haciéndolasimpenetrablesalagua,loqueseainsoluble
alaguayoriginandofibrascompactasqueconstituyenlaparedcelulardelas
célulasvegetales.Sufunciónenlosvegetalesesformarpartedelostejidos
desostén.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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- Hemicelulosa:Setratadeunpolisacáridocompuestopormásdeuntipode
monosacáridos formando una cadena lineal ramificada. Entre los
monosacáridosdestacanlaglucosaolafructosa,aunqueelporcentajedel
restodemonosacáridostambiénesimportantecomosemuestraenlatabla
1.Formapartedelasparedesdelacélulavegetal,recubriendolasuperficie
delasfibrasdecelulosaypermitiendoelenlacedepectina.
- Lignina: es una clase de polímeros orgánicos complejos que forman
materiales estructurales importantes en los tejidos de soporte de plantas
vascularesydealgunasalgas.Laligninaesparticularmenteimportanteenla
formacióndeparedescelulares.
Material
lignocelulosico
Xilosa Manosa Galactosa Arabinosa Grupo
Acetilo
Ácido
Urónico
PajadeTrigo 16,9–18,5
0–0,7 0,7–2,2 1,6–2,1 2,4 2,2
Tabla1:Composicióndelmateriallignocelulósicoenporcentajes.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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3.3. APROVECHAMIENTOENERGÉTICO
Elaprovechamientoenergéticodelabiomasalignocelulósicacomienzaentodos
loscasosconunacombustión.Dependedelproductoquesequieraobtener,serealizan
procesoscomplementarios.
Labiomasasepuedequemardirectamenteenunhornoproduciendocalor,o
añadirantesdeesteprocesotratamientosfísicos,químicos…produciendounproducto
liquidoogaseosoquepodemosutilizarencalderasquenosproducentrabajoycalor,el
cualseutilizaríaenmáquinasindustrialesyenmotoresdecombustióninterna.
Encuantoalasaplicaciones,sondiversas,puestoquecomosehacomentado
anteriormente existen gran variedad de biomasas y distintas tecnologías de
transformación.Podemosdestacar:
- Produccióndeenergíatérmica:eselaprovechamientomáscomúnparael
usodelabiomasasólida,conélseproveedecaloryaguacalientesanitariaa
viviendas.
- Produccióndeenergíaeléctrica:seobtieneapartirdebiomasaresidualy
cultivos energéticos, se trata de un sistema más complejo de
aprovechamiento,seprecisadecentralestérmicasespecíficas.
- Producción de biocombustibles: En este aprovechamiento se debe
distinguirdosvías:laproduccióndebiocarburantesparavehículosconmotor
diéselqueseobtienenapartirdecultivosoleaginososy lossegundos, los
biocarburantes destinados a motores de encendido provocado, que se
obtienenapartirdecultivosoespeciesricasenazucares.
- Producción de gases combustibles: es lamenos conocida. Consiste en la
obtencióndeungasapartirdeladescomposicióndelabiomasa.Dichogas
está compuesto básicamente por metano, no tiene elevado contenido
calorífico,peroesútilenlaindustriaganaderayagrícola.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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4. METODOLOGÍADELANÁLISISDECICLODEVIDA
4.1. DEFINICIÓNDELANÁLISISDECICLODEVIDA
CuandosehabladeAnálisisdeCiclodeVidaoACVserefiereaunaherramienta
de gestión ambiental que pretende analizar de unamanera objetiva ymetódica los
aspectos e impactos potenciales del producto (en este caso de la producción de
biodieselapartirdelignocelulosa)desdelacunaalatumba(desdelaadquisicióndela
materia prima hasta su disposición final). Dicho análisis se realiza como una visión
generalparaevitardesplazamientosdecargaambientalpotencialentreetapasdedicho
ciclo.
Ilustración3:EtapasdelCiclodeVidadelproducto(IlustracióndeEcointeligencia)
LanormaISO14040:2006definequeunestudiodeACVtienecuatrofases:
- Lafasededefinicióndelobjetivoyelalcance:sedebendejarclarosloslímites
y el nivel de detalle que se pretende realizar en el estudio, para ello es
importantesabercuáleselfindelanálisis.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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- Lafasedeanálisisdel inventario(ICV):setratadeun inventariodedatosde
entrada/salidaenrelaciónconelsistemaqueseestudia,estarecopilacióntiene
quecumplirlosobjetivosdelestudio.
- La fase de evaluación del impacto ambiental (EICV): Durante esta fase se
evalúanlosresultadosdelafaseanteriordesdeunpuntodevistaambiental.
- Lafasedeinterpretación:porúltimo,seinterpretanlosresultadosobtenidosen
lasfasesanterioresparasacarconclusionesypodertomardecisiones.
Ilustración4:FasesdeunACV
ParalaimplantacióndeunACVsedebenconsultarlassiguientesnormas:
- ISO14040:2006.GestiónAmbiental.AnálisisdelCiclodeVida.Principiosymarco
dereferencia.
- ISO14044Gestiónambiental.Análisisdelciclodevida.Requisitosydirectrices.
Fase de definición del objetivo y el alcance
Fase de análisis del inventario
Fase de evaluación del impacto ambiental
Fase de interpretación
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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4.2. DESARROLLODEUNACV
ElDesarrollodelACVnospermiteanalizarlasentradasysalidasdelossistemas
del producto o proceso a estudio, evaluando en cada entrada y salida los impactos
ambientalespotencialesqueestánasociadosaestasmismas.
ElDesarrollodeunACVsedivideendiferentesetapasdefinidasqueseexplicaran
acontinuación.
ETAPA1.DEFINICIÓNDELOBJETIVOYALCANCE
LaEtapaprimera,odefinicióndelobjetivoyalcance,segúnlaNormaISO14040
incluyeloslímitesdelsistemayelniveldedetalle,asícomolaprofundidadyamplitud
delACV.
ETAPA2.ANÁLISISDELINVENTARIODELCICLODEVIDA(ICV)
Estaetapasebasaenlarecopilacióndedatosquenosayudaranacomprender
las etapas posteriores. Es importante tener bien definidos los flujos de entradas
(materiasprimasyfuentesdeenergíaqueactúenenelproceso)ysalida(emisionesal
aire,aguaysuelo)quetienenlugarduranteelciclodevidadeunproducto.
Larealizacióndeuninventariodeciclodevidaesunprocesoiterativo,amedida
queseavanceenelestudiodelproyecto,sevanaconocernuevosdatosporloquelos
límitespodríansermodificados.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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En el proyecto a analizar se han definido diferentes subsistemas dentro del
sistemaglobal,parafacilitarsuestudio,porloque,sevanaestudiarycuantificarlas
entradasysalidasdecadaunodeellosindividualmente.
Estaetapadelanálisissedivideasuvezendistintaspartes:
Ilustración5:EtapasdelAnálisis
Enelproyectoqueseestádesarrollandolosdatosquesevanautilizarsevana
obtenerdebalancesdeenergíaymateriaydefuentesbibliográficas.
Recopilación de datos• Entradas de energía, materia prima , entradas auxiliares y otras entradas
físicas.• Productos, coproductos y residuos.• Emisiones al aire, vertidos al agua y suelo• Otros aspectos ambientales
Cálculo de datos• Validación de los datos recopilados• Relación de los datos con los procesos unitarios• Relación de los datos con el flujo de referencia de la unidad funcional.
Asignación de flujos , emisiones y vertidos.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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ETAPA3.EVALUACIÓNDELIMPACTODELCICLODEVIDA(EICV)
DurantelafasedeEvaluacióndelimpactodelciclodevidasevaaevaluarlos
impactos ambientales potenciales que tienen lugar en cada sistema del producto,
utilizandolosresultadosobtenidosenlafaseanterior.
Se asociarán los datos obtenidos en la ICV, con las categorías de impactos
ambientalesespecíficosyconlosindicadoresdeesascategorías,todoelloconelfinde
comprenderdichosimpactos.
En la siguiente figura se pueden ver los elementos de la fase que estamos
desarrollando:
Ilustración6:ElementosdelafaseEICV
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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ETAPA4.INTERPRETACIÓNDELCICLODEVIDA
Lainterpretacióndelciclodevidaeslafasequediscutelosresultadosobtenidos
de las fases anteriores, sirve como referencia a la hora de tomar decisiones o
simplementedellegaraunaconclusión.
Esta fase permite llegar a la conclusión de que sistema del producto tiene
mayoresimpactosybuscarposiblessolucionesaello.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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5. ANÁLISISDELCICLODEVIDADELAPRODUCCIÓNDEBIOETANOLAPARTIRDEPAJADETRIGO
Enelcapítuloanteriorsehadefinidocomoseríaunanálisisdeciclodevida,en
estaocasiónsecentraespecíficamenteenlarealizacióndelanálisisdeciclodevidade
laproduccióndebioetanolapartirdepajadetrigo,profundizandomásenloqueesun
análisisdeciclodevidareal.
5.1. ETAPA1:OBJETOYALCANCEDELESTUDIO
DEFINICIÓNDELOBJETIVO:
El presente trabajo tiene como objetivo realizar un ACV de la producción de
bioetanolapartirdebiomasalignocelulósica,centrándoseenaquellaqueprovienede
residuosagrícolas,másespecíficamentelapaja.
Serealizaráelanálisisdesdelacunahastalatumba,teniendoencuentaqueeste
ciclocomenzaríaenlarecoleccióndelapaja,considerandolarecoleccióncomolacuna,
hastalautilizaciónporcombustiónenmotoresdecombustióninternadelbiocarburante
(bioetanol)quesehayageneradodenominandoestocomolatumba.
Losobjetivosaanalizarsepodríandefinircomo:
• Obtener el valor de emisiones de óxido de carbono que el proceso de
transformación haya generado, valorando así las emisiones netas que
producenlautilizacióndeestetipodebiocarburantes.
• Analizarlasoportunidadesqueofreceelaprovechamientoenergéticodela
biomasalignocelulósica.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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• Cuantificaryevaluarlosimpactosambientalespotencialesgeneradosenel
procesodeproducción.
• Identificarlasposibilidadesqueexistenparareducirlosimpactosquesehan
fijadoanteriormente
ALCANCEDELACV:
SegúnlanormaUNE-ISO14040.2006sedebedefinir:
• Sistemadelproductoaestudiar:Sedividiráelprocesoenvariossistemaspara
hacermás sencilla su evaluación, estos sistemas se reflejarán en el siguiente
gráficohaciendoasuvezreferenciaalossubsistemasqueactúanenél.
- Sistema de pretratamiento: se incluirá la recolección, el transporte y la
manipulación de la paja hasta la planta de tratamiento, almacenamiento,
procesospara reducir el tamaño, así como lograr la aperturadelmaterial
fibroso que facilite la posterior penetración de los agentes químicos de
hidrólisis.Tambiénformaríaparteseltratamientotermoquímico,elcualse
utiliza para ablandar la lignina y la hemicelulosa, esta parte también es
importante para ayudar en la siguiente fase a que las enzimas o
microorganismospuedantrabajar.
- Sistemadesacarificaciónyfermentación:Laetapadefermentacióntiene
como objetivo fermentar los azucares y la xilosa a etanol, utilizando
normalmentetratamientosenzimáticos.Sevaaoptarporunasacarificación
y fermentación simultanea (SSF) usando células de fuentes externas, las
razones para elegir este método son su rendimiento y su velocidad de
hidrolisis, quehabitualmente sonmayor, senecesita una cargamenorde
enzimas,loquereducecostesyparaterminarelriesgodecontaminaciónes
menor.
- Sistemadedestilación:abarcalaobtencióndeletanolcrudo,larectificación
yladeshidratación
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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• Sistemadeactividadesauxiliares:consisteenlasactividadesqueayudana
solucionarelproblemadelosresiduosgeneradosenlasanterioresetapas,
comoson:
- Productosquímicos
- Biomasacelularresidualdelafermentación
- Aguaresidualdelproceso
- Vinazas,quesonlosresiduosdeladestilacion
- Funcionesdelsistemadelproducto:
El sistemaestudiadocumple la funciónde,apartirde lapajaprovenientede
residuos agrícolas y de su transformación, producir etanol que pueda ser usado en
motores.
- Launidadfuncional
Launidadfuncionalactúacomounamedidadereferenciaenelsistema,conla
quesepuedecompararelcomportamientodelasentradasysalidasdelmismo.Enel
presenteestudiosetomarácomounidadfuncional1kgdebioetanol.
Teniendo en cuenta que en todos los procesos se ha definido como unidad
funcional un kilogramo (kg) de bioetanol, el número de hectáreas necesarias de
diferentescultivosparalaproduccióndedichacantidadylosproductosquededicha
transformaciónseobtienen:
Terreno 8,4m2
Cantidad 3kg
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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• Sistemasestudiados:
Pararealizarunestudiomásdetalladodelsistema,sedividiráelprocesodeproducción
en:
- Subsistemas:Sonlasdistintasfasesquevanteniendolugarduranteelsistema
global,sedividenasíparafacilitarloscálculos.Serepresentaráneneldiagrama
mediantecuadrosazules.
- Entradas:tantodemateriacomodeenergía.Serepresentanencolorverde.
- Salidas:demateriayenergía.Serepresentanencolormorado.
- Flujodeproducto:sonaquellasmateriasquesontransferidasdeunsubsistema
aotro.
- Entradaprincipal:enestecasosetratadelapajadetrigo
- Productofinal:Bioetanol.
Enlailustración7sepuedenobservarlossubsistemasenlosquesehadivididoel
proceso.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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Ilustración7:Esquemadelossubsistemasdelproceso(Elaboraciónpropia)
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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• Loslímitesdelsistema:
Loslímitesdelsistemasedefinencomolosprocesosquedebenincluirsedentro
delACVyelniveldedetalledeestudio.Sedividenen:
Límitesgeográficos:Hemosutilizadolapajacomomateriaprima,lacualesuna
delasfuentesmásabundantesdemateriaprimadelmundo.Enlapenínsulaibérica
sucultivoesmuyamplioporloquenoharíafaltasuperarestoslímitesgeográficos.
Límitestemporales:consideraremoscomolímitesdelosprocesoselaño2016y
2017.
Etapasexcluidasdelanálisis:enelanálisisqueseestárealizandosehaexcluido
lascargasdelosprocesosagrícolasanterioresalarecogidadelapajaysuseparación
delgrano.
• Requisitosdecalidaddelosdatos
Segúnlanormativasehandedefinirlasbasesdedatosutilizadas,asícomolas
fuentesde información,paraasegurarque losdatoscumplen loscriteriosdecalidad
establecidosendichanormativa.
Para el estudio del sistema que se ha planteado, se ha dividido en distintos
subsistemasparaunestudiodesu flujomásclaroyconciso.Atendiendoa lacunay
tumba establecidas, se dividirá en: almacenamiento y preparación, pretratamiento,
sacarificaciónyfermentación,destilaciónyparafinalizaractividadesauxiliares.
Durantelabúsquedadedichosdatossehantenidociertosproblemasalahora
desuobtención,puestoquelasbasesdedatosmásfiablesyusadassondeusoprivado.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
27
Por ello mismo, se ha realizado un estudio o comparación de los datos usados en
diversastesisdoctoraleseinvestigacionesqueseencuentranpúblicas.
5.2. ETAPA2.INVENTARIODELCICLODEVIDA(ICV)
Durantelaetapadeinventariodelciclodevidaserealizaránunaseriedecálculos
paraconocerlosflujosdeentradaysalidaencadaunodelossubsistemasquesehan
definidoenapartadosanteriores.
Así se define, como entradas la materia procedente de fuentes externas o
subsistemasanterioresysalidaslasemisionesalaire,aguaysueloeinclusivemateria
queseránecesariaensubsistemasposteriores.
Durantetodoelbalancedeenergíaymateriaserelacionarálosflujosdeenergía
ymateriaconlaunidadfuncional.
Como se ha dicho anteriormente, se dividirá el sistema en diferentes
subsistemas:
o Subsistema1.Almacenamientoypreparación
Como se ha determinado se estudiará el proceso a partir de los trabajos de
almacenamientodelapajarecogida,lapreparacióndelamisma(separacióndelgrano)
yempaquetamientodeesta,nosetendránencuentaprocesosanteriorescomosonel
cultivodeltrigo,usodefertilizantes,etc.Enelsiguientediagramasemuestradeuna
maneraclaratantolasentradas,losprocesos,asícomolassalidas.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
28
Ilustración8:Resumensubsistema1
Seincluyencomoentradasprincipaleslapajadetrigoyelcamiónquelaempaca.
Enprimerlugar,centrándonosenlapajadetrigotenemosvariosdatosdediferentes
estudios.Elprimeronosindicaqueporcadahectáreadetrigocultivadoserecogeuna
mediade3409 tdepaja, yquepara laproduccióndeuna toneladadebioetanol se
necesitan0,85hadetrigo;sellegaalaconclusióndeque,atendiendoanuestraunidad
funcionaldeproducciónde1kgdebioetanol,necesitamos8,5m2o3kgdepaja.
Enotro estudio se consideraque se recogen5,94 t depaja/hade trigo, este
cálculoesenbaseseca,considerandouncontenidodehumedaddel15%,loqueserían
5,940kgdepaja.
Elprocesodetransportehacereferenciaaltransportedelapajadetrigodesde
lazonadecultivohastalaplantadetransformaciónobiorefinería.Sedeterminaque
será aproximadamente de 10 km ya que se supone que se encontrará en una zona
cercanayqueelcamiónserádeaproximadamente16t,datoqueseobtienedeuna
comparaciónrealizadaconvarioscatálogosdetransportesagrícolas.Todosestosdatos
quedanrecopiladosenlatabla2,quemuestralasentradasysalidasdeestesubsistema.
Entradas•Paja de trigo
•Camión
Procesos•Almacenamiento
•Transporte•Preparación
•Empaquetamiento
Salidas•Paja de trigo empaquetada
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
29
Tabla2.INVENTARIOS1PARALAOBTENCIONDE1KGDEBIOETANOL
EntradasdesdelaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Pajadetrigo(suponemosunvalormedioderecolección) 3
Transporte Cantidad(t)
Camión 16
SalidasalaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Pajadetrigoempaquetada 3
Tabla2:Balancesubsistema1
o Subsistema2.Pretratamiento
El segundo subsistema incluye losprocesosparaelpretratamientode lapaja
empaquetada.
Elpretratamientode lapajadetrigose llevaráacabomedianteexplosiónde
vapor,queesunprocesoquecombinaunefectoquímicoconunefectomecánico.Con
este pretratamiento se espera debilitar la estructura lignocelulósica, para facilitar el
tratamientodelamisma,estoseproducesometiéndolaaaltastemperaturasypresión
parafinalmenterealizarunadescompresiónrápida.
Entre losdiferentesprocesosexistentes, sehadecantadopor laexplosiónde
vaporporunadesusventajasfrentealresto,queeselconsumodeenergíaqueesun
70%menoralostratamientosmecánicos.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
30
Comoenelanteriorsubsistemaserealizaunbalancedeentradasysalidas,tabla
3,teniendoencuentalaenergíanecesariaqueserequiereparalarealizacióndedicho
proceso.
Ilustración9:ImágenesdeMEByMFAdepajadetrigopretratadaporEV.(A)SeparacióndefibrastraslaEV(imagenporMEB).
(B) Capa superficial de una fibra individual con depósitos de polímeros de la pared celular (MEB). (C) Depósitos globulares
característicosdelalignina(imagenporMFA)(Kristensenycol.,2008)
Tabla3.INVENTARIOS2PARALAOBTENCIONDE1KGDEBIOETANOL
EntradasdesdelaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Pajadetrigo(suponemosunvalormedioderecolección) 3
Vaporaaltapresión 3,8
Energía Cantidad(MJ)
Electricidad 3,8
Entradasdesdeelmedioambiente
Materiales Cantidad(L)
Agua 5,3
SalidasalaTecnosfera
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
31
Materiales Cantidad(kg)
Pajadetrigopretratada 10,85
Salidasalmedioambiente
Materiales Cantidad(g)
Ácidoacético(C2H4O2) 30
Tabla3:BalanceSubsistema2
o Subsistema3.Sacarificaciónyfermentación
Paraeltercersubsistemasehadecantadoporunasacarificaciónyfermentación
simultánea, reduciendoasíelaportedeenzimasyel riesgodecontaminaciónporel
proceso.Medianteestepasosetransformarálaglucosaenetanol.
Dentrodeestesubsistemaseincluyelaentradadelosnutrientesyquímicos,así
como su transporte, para su posterior uso en los procesos de sacarificación y
fermentación.Seutilizaráelmismomodelodecamiónutilizadoanteriormente(16t)
perosemodificaráladistanciaalaqueseencuentranlasmaterias.Balanceespecificado
enlatabla4.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
32
Ilustración9:Resumensubsistema3
Entrada•Paja de trigo
pretratada•Químicos
orgánicos•Químicos
inorgánicos•Sulfato de amonio•Enzimas
Proceso•Consumo de
energía•Sacarificación•Fermentación•Transporte
Salidas•Caldo•CO2
Tabla4.INVENTARIOS3PARALAOBTENCIONDE1KGDEBIOETANOL
EntradasdesdelaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Pajadetrigopretratada 10,85
Químicosorgánicos 0,085
Químicosinorgánicos 0,0025
Sulfatodeamonio(NH4)(SO4)comoN 0,0015
Enzima 0,5
Energía Cantidad(MJ)
Electricidad 1
Transporte Cantidad(t)
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
33
o Subsistema4.Destilación
Estesubsistemacuentaconladestilación,consideradaentresetapas:obtención
deletanolcrudo45%,rectificacióna96%ydeshidratacióna99,9%.
Se utilizará el caldo proveniente de la anterior etapa y sin necesidad de
transporte alguno. La energía proviene de la misma refinería como resultado de
procesosadyacentes.
Sehandetenerencuentalassalidasalmedioambiente,comosemuestraenla
tabla5,puestoquesonunagranfuentedecontaminación.
Paraentenderlasentradasysalidasdeesteprocesosehadeexplicarcómotiene
lugar.Elobjetivoprincipalessepararelcaldoqueestáformadoporetanolyaguapara
elloserealizaranunaseriededestilacionesrepetitivasenlasqueseiraobteniendoun
caldomáslimpiodeagua.
Camión 16
Entradasdesdeelmedioambiente
Materiales Cantidad(L)
Agua 0,8
SalidasalaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Caldo 12
Salidasalmedioambiente
Materiales Cantidad(kg)
CO2 0,7
Tabla4:BalanceSubsistema3
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
34
Ilustración10:ResumenSubsistema4
Tabla5.INVENTARIOS4PARALAOBTENCIONDE1KGDEBIOETANOL
EntradasdesdelaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Caldo 12
Energía Cantidad(MJ)
Calor 200
Electricidad 0,17
SalidasalaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Aguaresidual 7,5
Jarabeyresiduossolidos 3,4
Etanol 0,8
Entradas
• Caldo• Energía• Agua
Procesos
• Destilación
Salidas
• Etanol• Residuos
solidos• Agua residual• Bioetanol
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
35
Salidasalmedioambiente
Materiales Cantidad(kg)
Bioetanol 18
Tabla5:Balancesubsistema4
o Subsistema5.Actividadesauxiliares
Seconsiderancomoactividadesauxiliares,ladepuracióndelasaguasresiduales
provenientesdelsubsistema4,asícomolaproduccióndeenergíaqueseutilizaráen
cualquieradelossubsistemasanteriores.Todoelloquedaenglobadoenlatabla6.
Tabla6.INVENTARIOACTIVIDADESAUXILIARESPARALAOBTENCIONDE1KGDEBIOETANOL
EntradasdesdelaTecnosfera
Materiales Cantidad(kg)
Aguaresidual 7,5
Jarabeyresiduossolidos 3,4
Energía Cantidad(MJ)
Electricidad 1,1
Transporte Cantidad(t)
Camión 16
Entradasdesdeelmedioambiente
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
36
Materiales Cantidad(L)
Agua 100
SalidasalaTecnosfera
Materiales Cantidad(MJ)
Calorproducido 200
Salidasalmedioambiente
Materiales Cantidad(kg)
CO2 0,3
Tabla6:BalanceSubsistemaactividadesauxiliares
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
37
5.3. ETAPA3.EVALUACIÓNDELIMPACTODELCICLODEVIDA(EICV)
La EICV es una evaluación del impacto que tiene el producto o el proceso a
estudiarenelmedioambiente,todoelloconunenfoquerelativobasadoenlaunidad
funcional.Entodomomento,elEICVdebeestarenlazadoconelrestodefasesdelACV,
paraconseguirlograrelobjetivoyelalcancedelestudio.
SegúnlanormaUNE-ISO14044laEICVdebeestarconstituidaporlossiguientes
elementos:
- Elementosobligatorios:
o Seleccióndecategoríasdeimpacto,indicadoresdecategoríaymodelosde
caracterización.
o AsignaciónderesultadosdelICValascategoríasdeimpactoseleccionadas
(clasificación).
o Calculodelosresultadosdeindicadoresdecategoría(caracterización).
- Elementosopcionales:
o Normalización:cálculodelamagnituddelosresultadosdecategoríasen
relaciónconlainformacióndereferencia.
o Agrupación: organización y posible clasificación de las categorías de
impacto
o Ponderación:conversiónyposiblesumadelosresultadosdelindicadora
través de las categorías de impacto utilizando factores numéricos
basadosenjuiciosdevalor,losdatospreviosalaponderacióndeberían
seguirestandodisponibles.
o Análisisdelacalidaddelosdatos:mejorcompresióndelafiabilidadenla
recopilacióndelosresultadosdelindicadorydelperfildelaEICV.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
38
Otradelasdiferenciasentre losdistintosmétodosdeevaluaciónquesedebe
definireslaelecciónentreelmétodo“Endpoint”yelmétodo“Midpoint”.
- Endpoint:analizaelefectoúltimodelimpactoambiental.- Midpoint:analizalosefectosintermedios.
Enelcasodelascategoríasmidpointseproporcionainformaciónmásdetallada
delosimpactos:elmomentoylamaneraenqueafectanalmedioambiente.Conlas
categoríasendpointsebuscaunaevaluaciónmásglobal.
Ilustración11:Ejemplodeesquemadeevaluación(UdodeHaesycol.,1999b)
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
39
Alahoradeseleccionarunacategoríadeimpactotenemosquetenerencuenta
queexistendiferentesmétodos.EnestetrabajosehadecididoseguirelmétodoRécipe,
quecombinalosmétodosCML2001yEco-Indicator99,setratadeunametodologíaque
seusaaniveleuropeoyqueasuvezcombinadosenfoques:elorientadoalproblema
ambientalyaldaño.Incluyedosgruposdecategoríasquesemuestranenlatabla7y
8:
PUNTOSINTERMEDIOS
CambioClimático Radiaciónionizante
Disminucióndelacapadeozono Acidificaciónterrestre
Toxicidadhumana Eutrofizaciónmarina
Formacióndeoxidantesfotoquímicos
Ecotoxicidadterrestre
Formacióndemateriaparticulada Ecotoxicidaddeaguadulce
Ecotoxicidadmarina Ocupacióndeterrenoagrícola
Ocupacióndeterrenourbano Transformacióndeterrenonatural
Disminucióndecantidaddeaguadulce
Disminuciónderecursosminerales
Disminucióndecombustiblesfósiles Eutrofizacióndeaguadulce
Tabla7:PuntosintermediosdelaEIA
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
40
PUNTOSFINALES
Saludhumana
Ecosistemas
Aumentodelcostederecursos
Tabla8:PuntosfinalesdelaEIA o Cambio climático: Fenómeno observado en las medidas de la temperatura que
muestraenpromediounaumentoenlatemperaturadelaatmosferaterrestreyde
los océanos en las últimas décadas. Todo se definiría como el impacto de las
emisionesantropogénicasenlaabsorcióndelaradiacióntérmicaporlaatmosfera
terrestre.Partedeestaradiaciónsolaresabsorbidaporlosgasesexistentesenla
atmosferaprovocandoelaumentodetemperaturadelquesehablabaalprincipio
deestepárrafo,estosgasessonvapordeagua,CO2yotrosgasescomoCH4N2Oy
CFC[kgequivalenteCO2]
o Disminución de la capa de ozono: Efectos negativos sobre la capacidad de
protección frente a las radiaciones ultravioletas solares de la capa de ozono
atmosférica.[kgequivalentedeCFC-11]
o Ecotoxicidad para ecosistemas de agua dulce: Categoría de impacto ambiental
relativaalosimpactostóxicosqueafectanaunecosistema,quesonnocivospara
distintas especies y que cambian la estructura y función del ecosistema. La
ecotoxicidad es resultado de una serie de diferentes mecanismos toxicológicos
provocadosporlaliberacióndesustanciasconunefectodirectosobrelasaluddel
ecosistema.[CTUe(Unidadtóxicacomparativaparalosecosistemas)]
o Toxicidad humana: Categoría de impacto correspondiente a los efectos nocivos
sobre la salud humana debidos a la absorción de sustancias tóxicasmediante la
inhalacióndeaire, la ingestadealimentosoagua,o lapenetraciónatravésdela
piel,enlamedidaenqueesténrelacionadosconelcánceryefectosnocancerígenos.
[CTUe(Unidadtóxicacomparativaparalaspersonas)]
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
41
o Partículas/sustanciasinorgánicasconefectosrespiratorios:Categoríadeimpacto
que corresponde a los efectos nocivos sobre la salud humana debidos a las
emisionesdepartículas y de susprecursores (NOx, SOx,NH3). [kg equivalentede
PM2.5]
o Radiaciones ionizantes, efectos sobre la salud humana: Categoría de impacto
correspondientealosefectosnocivossobrelasaludhumanadebidosadescargas
radiactivas.[kgequivalentedeU235(enelaire)]
o Acidificación: Pérdida de la capacidad neutralizante del suelo y del agua, como
consecuenciadelretornoalasuperficiedelatierra,enformadeácidos,delosóxidos
deazufreynitrógenodescargadosalaatmósfera.[molequivalentedeH+]
o Eutrofización,terrestreyacuática:Crecimientoexcesivode lapoblacióndealgas
originado por el enriquecimiento artificial de las aguas de ríos y embalses como
consecuenciadelempleomasivodefertilizantesydetergentesqueprovocaunalto
consumodeloxígenodelagua.[molequivalentedeN]
o Agotamientodelosrecursos,minerales,fósiles:Consumodematerialesextraídos
delanaturaleza[kgequivalentedeantimonio(Sb)]
o Agotamientodelosrecursos-agua:Consumoderecursoshídricos[m3deconsumo
deaguaenrelaciónconlaescasezdeaguaanivellocal]
o Transformación de la tierra: Categoría de impacto correspondiente al uso
(ocupación) y conversión (transformación) de una superficie de tierra por
actividades tales como la agricultura, carreteras, viviendas, minería, etc. La
ocupacióndelatierraconsideralosefectosdelusodelatierra,laextensióndela
superficieimplicadayladuracióndesuocupación(cambiosencalidadmultiplicados
porsuperficieyduración).Latransformacióndelatierraconsideralaamplitudde
loscambiosenlaspropiedadesdelatierra(cambiosencalidadmultiplicadosporla
superficie).[kg(déficit)]
Debidoalosproblemastécnicosqueseexplicaranenunapartadoposterior,y
dadoquenosedisponededatosnimediospararealizarlaEICVcomoestabaprevisto
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
42
seutilizaráotrométododeanálisisenestecasodeimpactoambientalparasolventarel
problemaydeestamanerapoderconcluirconelanálisisdelproyectorealizandouna
valoracióndeimpactos.
Paraelloserealizaránunaseriedepasosdescritosacontinuación:
LISTADECHEQUEO:
Setratadeunmétododeidentificaciónmuysimple,porloqueseusaparauna
evaluaciónpreliminaryorientativa.Consisteencomprobar los impactosquepueden
producirseatravésdelaslistasdereferenciaexistentesalefecto(manuales,artículos,
prensa,etc.).
Setratadeunalistadeimpactosnegativos,positivosonosignificativos,sobreel
mediofísicoyelmediosocioeconómico.Hayquedestacarqueestaslistasdereferencia,
pormuycompletasquesean, siemprepueden teneromisiones,por loqueconviene
tener en cuenta que cada estudio es un caso concreto y que se pueden producir
impactosnoincluidosenestaslistas.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
43
a) Mediofísico:
ASPECTOSAMBIENTALES IMPACTOSPOSITIVOS IMPACTOSNEGATIVOS
CALIDADAMBIENTAL
-Emisióndecontaminantesgaseosos
-Emisióndepartículas
-Aumentodelos
nivelessonoros
-Alteracióndelacalidad
delaireporaplicaciónde
fitosanitarios
-Modificacióndelmicroclima
-Emisióndeolores
-Contaminaciónlumínica
GEOLOGÍA;LITOLOGÍAYGEOMORFOLOGÍA
-Erosiónycompactación
delterreno
-Degradaciónde
estructurasgeológicas
EDAFOLOGÍA -Recuperacióndeáridos -Contaminacióndelsuelo
HIDROLOGÍA
-Consumoderecursoshídricos
-Alteracióndelacalidad
delagua
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
44
-Modificacióndelatasadeinfiltracióndeagua
-Modificacióndelrégimen
deaguassubterráneas
VEGETACIÓN
-Posibleafecciónaespeciesvegetales
presentes
-Contaminación
FAUNA-Aparicióndenuevos
biotiposynuevasespecies
-Destruccióndehábitatsy
biotoposnaturales.
-Alteracióndepautasde
comportamientoy
desplazamientodela
faunaexistente.
-Efectossobrelaestabilidaddelas
comunidadesy
ecosistemasy
molestiasalafauna.
-Posibleafeccióna
especiesanimales
endémicas,raras,
amenazadas,vulnerables
oconalgúntipode
protección.
PAISAJE -Integraciónpaisajística
-Visualizacióndelasactuaciones.
-Modificacióndelas
formas,coloresy
texturas.
-Pérdidadenaturalidad.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
45
-Introduccióndelíneasgeométricasquerompencon
elentornonatural
-Eliminaciónde
componentesdelpaisajee
introduccióndeotros
nuevos,modificandola
diversidad
ÁREASDESENSIBILIDADECOLÓGICA
-Perturbacióndelosplanesdeseguimiento,
conservaciónyrecuperacióndeespecies
-Afecciónaldominio
públicoforestal
-Coincidenciaterritorialcon
EspaciosNaturales
Protegidos.
REDNATURA2000 -Destruccióndehábitats
Tabla9:Listadechequeodelmedionatural
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
46
b) MedioSocioeconómico:
ASPECTOS
AMBIENTALES
IMPACTOSPOSITIVOS IMPACTOSNEGATIVOS
SISTEMADEMOGRÁFICO
-Cambiosenlaestructurademográfica
-Alteracionesenlapoblaciónactiva
-Modificacióndelplanderecogidadebasura
-Afecciónalacalidaddevida,condicionesybienestar
SISTEMATERRITORIAL-Modificación
deequipamientos
-Ocupacióneinterrupcióndeltráfico(VíaPecuariay
caminos)
-Modificaciónde
Redde
abastecimiento,
redde
saneamiento,red
eléctrica
SISTEMAECONOMICO
-Recaudaciónpública
-Efectoatrayentealainversiónydesarrollo
-Potenciacióndelsectorterciarioy
creacióndepuestosdetrabajo
-Interrupcióndelaactividadagropecuariaydisminucióndelaproductividaddelos
terrenoscolindantes
-Demandade
suministrosymateriales
-Aumentodelnúmero
devisitantesalazona
ORDENACIONDELTERRITORIOYPLANEAMIENTOURBANISTICO
-ModificacióndelPlaneamientoUrbanístico
-Incumplimientodela
normativavigenteen
cuantoaedificación.
-Faltadelaseñalización
deobstáculosdeobra
Tabla10:Listadechequeodelmediosocioeconómico
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
47
MATRIZDE IDENTIFICACIÓN
Lasmatrices usadas para la identificación de impactos, están típicamente
constituidasporunalistadelasactividadesprecisasparaeldesarrollodelproyecto,
la cual se enfrenta, enuna tabladedobleentrada, a otra listade indicadoresde
impacto.Seformaasíunamatrizquepuedeusarseparaladeteccióndelasrelaciones
causa-efecto.
LaMatriz de Identificación, que es del tipo causa-efecto, consistirá en un
cuadrodedobleentradaencuyascolumnasfiguraránlasaccionesimpactantesyen
lasfilaslosfactoresmedioambientalessusceptiblesderecibirimpactos.
Para laejecuciónde laMatrizde Identificaciónde impactos(tabla11)será
necesario identificar lasaccionesquepuedancausar impactos sobreunaseriede
factoresdelmedio(MedioFísicoyMedioSocioeconómico).
A continuación, se establecerán las acciones susceptibles de producir
impactosdurantelosdiversossubsistemas.
Cuando una acción determinada produce una alteración en un factor
ambiental,seanotaenlacuadrículadeinterseccióndesuscorrespondienteslíneas
(filaycolumna),paradespuésprocederaunanálisismásminuciosoydescribirlo.
a) Subsistema1:Almacenamientoypreparación.
- Almacenamientoytrabajosdeempacamientode lapaja:Tras larecolección
delgranoseutilizaránmaquinariaspesadasparacrearlasalpacasconlapaja
queposteriormenteseutilizaraparaelproceso.
- Traslado de la materia: Se procederá al traslado de las alpacas de paja en
camiónhastalarefinería.
b) Subsistema2:Pretratamiento.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
48
- Pretratamientodelapajadetrigo:Sellevaráacabomedianteexplosiónde
vapor,esteprocesocombinatrabajosmecánicosyquímicos.
c) Subsistema3:Sacarificaciónyfermentación.
- Transporte de las materias primas: Se portearán todos los materiales
necesariosparaestafase,talescomoenzimas,químicos…
- Sacarificación y fermentación: Procesos que tendrán lugar dentro de la
refinería.
d) Subsistema4:Destilación.
- Destilación:Comopropiamentediceelnombre,seprocederáasepararen
elcaldo,elaguadeletanol,mediantesucesivasrepeticionesdelproceso.
e) Subsistema5:Actividadesauxiliares.
- Transportederesiduos:Traslosprocesosanteriores,ademásdelbioetanol
se producen residuos sólidos que serán trasladados a plantas
especializadas.
- Depuracióndeaguasresiduales:Provenientesdeladestilacióndeletanol.
- Generacióndeelectricidad:Procesoadyacentequeproporcionaráenergía
paraelrestodeprocesos.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
49
Subsistema 1 Subsistema 2
Subsistema 3 Subsistema 4
Actividades Auxiliares
Factores ambientales Impactos
Alm
acen
amie
nto
y tr
abaj
os d
e em
paca
mie
nto
de la
paj
a:
Tras
lado
de
la
mat
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Pret
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os
Dep
urac
ión
de
agua
s re
sidu
ales
G
ener
ació
n de
el
ectr
icid
ad
Calidad ambiental Emisiones de contaminantes gaseosos
X X X X X X
Emisiones de partículas X X X
Aumento de los niveles sonoros
X X X X X
Modificación del microclima
X
Emisión de olores X X X X X X
Geología, litología y geomorfología
Erosión y compactación del terreno
X X X X
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
50
Subsistema 1 Subsistema 2
Subsistema 3 Subsistema 4
Actividades Auxiliares
Factores ambientales Impactos
Alm
acen
amie
nto
y tr
abaj
os d
e em
paca
mie
nto
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la p
aja
Tras
lado
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e re
sidu
os
Dep
urac
ión
de
agua
s re
sidu
ales
Gen
erac
ión
de
elec
tric
idad
Edafología Contaminacióndel
suelo X X X X
Alteraciónde
horizontesydelas
característicasdel
suelo
X X X X
Hidrología Consumoderecursos
hidrológicos X X X X
Alteracióndelacalidad
delagua X X
Vegetación Contaminación
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
51
Fauna Destrucciónde
hábitatsybiotopos
naturales
Paisaje Integraciónpaisajística X
Medio socioeconomico
Sistema demográfico Alteracionesenla
poblaciónactivaV V V V V V V V
Afecciónalacalidad
devida,condicionesy
bienestar.
X
Sistema territorial Modificacióndelos
servicios,plande
recogidadebasuras,
reddesaneamiento…
Sistema económico Demandade
suministrosy
materiales
V V
Recaudaciónpública V V
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
52
Potenciacióndel
sectorterciarioy
creacióndepuestosde
trabajo
V V V V V V V
Sistema Cultural Destrucciónen
elementossingulares
delpaisajeyrestos
arqueológicos.
Beneficiossobreel
patrimonioHistórico-
Artístico
Tabla111:MatrizdeIdentificacióndeimpactos(XimpactonegativoyVimpactopositivo)
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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CARACTERIZACIÓNDELOSIMPACTOS
La caracterización de todos los impactos reales responde a los conceptos
descritosenelAnexoIdelRealDecreto1131/1988,de30deseptiembre,porelquese
apruebaelReglamentoparalaejecucióndelRealDecretoLegislativo1302/86,de28de
juniode1986(BOEnº239,de5deoctubrede1988);aunsabiendoqueestánderogadas
porlanuevaleydeEvaluaciónAmbientalvigentelaley21/2013del9dediciembrese
hanutilizadocomoreferenciaparalarealizacióndeestaevaluación.
a) Gradodeincidencia
-Efectonotable:aquelquesemanifiestacomounamodificacióndelmedioambiente,
de los recursos naturales o de sus procesos fundamentales de funcionamiento, que
produzcaopuedaproducirenelfuturorepercusionesapreciablesenlosmismos.
-Efectomínimo:aquelquepuededemostrarsequenoesnotable.
b) Caráctergenérico
-Efectopositivo:aqueladmitidocomotaltantoporlacomunidadtécnicaycientífica
comoporlapoblaciónengeneral,enelcontextodeunanálisiscompletodeloscostes
ybeneficiosgenéricosydelasexternalidadesdelaactuacióncontemplada.
- Efecto negativo: aquel que se traduce en pérdida de valor naturalístico, estético-
cultural, paisajístico, de productividad ecológica o en aumento de los perjuicios
derivadosdelacontaminacióndelaerosiónocolmataciónydemásriesgosambientales
endiscordanciaconlaestructuraecológico-geográfica,elcarácterylapersonalidadde
unalocalidaddeterminada.
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c) Tipodeacción
-Efectodirecto:aquelquetieneunaincidenciainmediataenalgúnaspectoambiental.
-Efectoindirecto:aquelquesuponeincidenciainmediatarespectoalarelacióndeun
sectorambientalconotro.
d) Interrelaciónacciones/efectos
-Efectosimple:aquelquesemanifiestasobreunsolocomponenteambiental.
-Efectoacumulativo:aquelquealprolongarseeneltiempolaaccióndelagenteinductor
incrementaprogresivamentesugravedad.
- Efecto sinérgico: aquel que se produce cuando el efecto conjunto de la presencia
simultánea de varios agentes supone una incidencia ambientalmayor que el efecto
sumadelasincidenciasindividualescontempladasaisladamente.
e) Momentodelaactuación
- Efecto a corto, medio y largo plazo: aquel cuya incidencia puede manifestarse
respectivamentedentrodeltiempocomprendidoenuncicloanual,antesdecincoaños,
oenunperíodosuperior.
f) Duración
- Efecto permanente: aquel que supone una alteración indefinida en el tiempo de
factoresdeacciónpredominanteen laestructuraoen la funciónde los sistemasde
relacionesecológicasoambientalespresentesenellugar.
-Efectotemporal:aquelquesuponealteraciónnopermanenteeneltiempo,conun
plazotemporaldemanifestaciónquepuedeestimarseodeterminarse.
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g) Reversibilidad
-Efectoreversible:aquelenelquelaalteraciónquesuponepuedeserasimiladaporel
entornodeformamedible,amedioplazo,debidoal funcionamientode losprocesos
naturalesdelasucesiónecológica,ydelosmecanismosdeautodepuracióndelmedio.
- Efecto irreversible: aquel que supone la imposibilidad o la dificultad extrema de
retornaralasituaciónanterioralaacciónqueloproduce.
h) Posibilidadderecuperación
-Efectorecuperable:aquelenquelaalteraciónquesuponepuedeeliminarse,obien
aquelenquelaalteraciónquesuponepuedeserreemplazable.
-Efectoirrecuperable:aquelenquelaalteraciónopérdidaquesuponeesimposiblede
repararorestaurar.
i) Periodicidad
- Efecto periódico: aquel que se manifiesta con un modo de acción intermitente y
continuaeneltiempo.
- Efecto de aparición irregular: aquel que semanifiesta de forma imprevisible en el
tiempo y cuyas alteraciones es preciso evaluar en función de una probabilidad de
ocurrencia.
-Efectocontinuo:aquelquesemanifiestaconunaalteraciónconstanteeneltiempo,
acumuladaono.
- Efecto discontinuo: aquel que semanifiesta a través de alteraciones irregulares o
intermitentesensupermanencia.
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IDENTIFICACIÓN/DESCRIPCIÓNDEIMPACTOS
Caracterización(AnexoI:ConceptostécnicosdelRealDecreto1131/1988,de30
deseptiembre)VALORACIÓN
MEDIOFISICO
Calidadambiental
Emisióndecontaminantesgaseososporaumentodetráficorodadoenlazona
Mínimo,Negativo,Directo,Sinérgico,Cortoplazo,Temporal,Reversible,Irrecuperable,
Efectodiscontinuo.MODERADO
Aumentodelosnivelessonorosproducidosporlamaquinaria
Mínimo,Negativo,Directo,Acumulativo,Cortoplazo,Temporal,Reversible,Irrecuperable,Efectoperiódico.
MODERADO
Emisióndeoloresdebidoalosdiferentesprocesosdeproducción
Notable,Negativo,Directo,Acumulativo,Cortoplazo,Temporal,Reversible,Recuperable,Efectocontinuo.
SEVERO
Geología,morfologíaylitologíaErosiónycompactacióndelterrenoduranteelprocesodealmacenamientoytrasporte
Mínimo,Negativo,Directo,Acumulativo,Cortoplazo,Temporal,Irreversible,Recuperable,Efectodiscontinuo.
MODERADO
Edafología
Alteracióndehorizontesydelascaracterísticasdelsueloporeliminacióndecapassuperficialesfomentadoporelpasodelamaquinaria
Notable,Negativo,Directo,Acumulativo,Cortoplazo,Permanente,Irreversible,
Recuperable,Efectodiscontinuo.SEVERO
Contaminacióndelsueloporvertidos
Notable,Negativo,Directo,Sinérgico,Largoplazo,Permanente,Irreversible,Irrecuperable,Efectocontinuo
SEVERO
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HidrologíaehidrogeologíaConsumoderecursoshidricos Notable,Negativo,Directo,Sinérgico,Largo
plazo,Permanente,Irreversible,Recuperable,Efectocontinuo
MODERADO
Alteracióndelacalidaddelaguaporaumentodesustanciasnocivas
Notable,Negativo,Directo,Sinérgico,Largoplazo,Permanente,Reversible,Recuperable,
EfectocontinuoSEVERO
MEDIOSOCIO-ECONÓMICO
Sistemademográfico Alteracionesenlapoblaciónactivaporlacreacióndepuestosdeempleo
Notable,Positivo,Directo,Simple,Cortoplazo,Temporal,Reversible,Recuperable,
EfectocontinuoMODERADO
Afecciónalacalidaddevida,condicionesybienestar
Notable,Negativo,Directo,Acumulativo,Medioplazo,Temporal,Reversible,
Recuperable,EfectocontinuoMODERADO
Sistemaeconómico Recaudaciónpúblicadebidoaqueserecaudaunimpuestoporresiduos
Notable,Positivo,Directo,Simple,Cortoplazo,Temporal,Reversible,Irrecuperable,
EfectodeapariciónirregularMODERADO
Potenciacióndelsectorterciarioycreacióndepuestosdetrabajo
Notable,Negativo,Indirecto,Acumulativo,Medioplazo,Temporal,Reversible,Recuperable,Efectoperiódico.
MODERADO
Tabla122:Matrizdecaracterizacióndelosimpactos
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6. DISCUSIONES
ElObjetivo principal de este trabajo era realizar unACVde la producción de
bioetanolapartirdebiomasalignocelulosica,quecomosehapodidoobservarenlos
primeros apartados, es una alternativamuy sugerente, puesto que no interfiere en
materiasprimasquesepuedenutilizarconfinesalimenticios,ydaunusososteniblea
residuosagrícolas,sinolvidarquesumayoraporteessustituirenlamedidadeloposible
alcombustiblefósil.
Durante la descripción del proceso se ha buscado las alternativas más
económicasalavezquerentablesencuantoamateriaprimaserefiere,llegandoala
conclusión de que procesos como la explosión de vapor o la fermentación y
sacarificación simultanea cumplen estos requisitos, aun siendo procesos de mayor
complejidadalahoradeefectuarlos.
La explosión de vapor es un método en el que la biomasa preparada
adecuadamente se somete a vapor a temperaturas y presiones muy altas y
posteriormenteserealizaunadescompresiónrápida, loqueprovoca laexplosióndel
tejidocelularylaseparacióndesuscomponentes,loquefacilitalaposteriorhidrólisis.
LaadicióndeH"SO%,SO",CO"mejoraprocesosposteriores.
En cuanto a la fermentación y sacarificación simultanea tiene una mayor
velocidad de hidrólisis y mayor rendimiento que en los procesos que se realiza de
manera separada, necesita una carga menor de enzima y reduce el riesgo de
contaminación. Como desventaja se ha de comentar que se precisa un mayor
compromisoentrelatemperaturadeoperaciónylavelocidadtotaldelproceso,yaque
elpasodehidrólisisesmáslentoquelafermentación.
Durante la realización del proyecto aquí descrito han surgido diferentes
dificultades que se han solventado con trabajo de investigación en la bibliografía
existente sobre el tema. En algunos casos no ha sido posible tener acceso a esa
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información.Favorecelaexistenciadeestasdificultadeselhechodequelasbasesde
datos son de acceso bajo suscripción y se encuentran dentro de las herramientas
softwareparaACVcomoeselcasoSIMAPROqueincluyebasesdedatoscomosonEco-
inventoelsimplehechodequeparacalcularloseco-indicadoresqueayudanarealizar
laevaluaciónambientalsenecesitanmétodoscomoelusadoRecipequeseencuentran
dentro de la biblioteca de este programa. Programa al que no se ha tenido acceso,
puestoquenecesitalicenciaylauniversidadnocontabaconella.Porestasrazonesse
harecurridoalusodemetodologíaalternativa,seharealizadocomosepuedeobservar
unaevaluacióndeimpactosdelciclodevidaenlugardeunanálisisexhaustivo.
Comobalancedelaevaluaciónambientalsellegaalaconclusióndequesetratan
deimpactosquenosonseveros,yquesonfrutodeactividadesparalelasoindirectas,
comoeselusoderecursoshídricos,losproblemasprovocadosporeltransportedelos
materiales o el uso de maquinaria pesada en el proceso de almacenamiento. El
problemamáspreocupanteseríaelquesurgeporlaemisióndeoloresquesemitigaría
con un emplazamiento y aislamiento adecuado. Los problemas que surgen del
desplazamientodematerialessonpuntualesyasumibles.
Sedebedarbastanteconsideracióna la fasedeactividadesauxiliares,puesto
queesunodelospuntosclavesdelaestrategiaambientaldeesteproceso,buscaruna
empresaderesiduosydepurardemaneraefectivalasaguasresiduales.
Análisis del Ciclo de Vida de la producción de bioetanol a partir de biomasa lignocelulósica proveniente de residuos agrícolas.
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