CAPÍTULO 7

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO AMBIENTAL

Ideas para el Capítulo

En este capítulo se discutirán varias metodologías que serán empleadas en diferentes etapas de diseño:

Sección A : Tier 1 Herramientas del Desempeño Ambiental

Sección B : Tier 2 Herramientas del Desempeño Ambiental

Introducción al Tier 3 Herramientas del Desempeño Ambiental.

Evaluación del Desempeño Ambiental (EPE) – Metas

Un proceso de administración interno que provee información para facilitar las decisiones administrativas

respecto al desempeño ambiental de la organización

Apoyado por ISO 14001 – Sistemas de manejo ambiental – Especificaciones con guía de uso, 1996, 2003.

Por medio de la herramienta ISO/TC 207/SC 4 - desarrolla guías internacionales sobre EPE, y,

ISO 14031 – Manejo ambiental – Evaluación del desempeño ambiental – Guía, 1999

ISO/TR 14032 – Manejo ambiental - Ejemplos de EPE, 1999

La EPE en contexto con la Series ISO 14000 : Manejo Ambiental

NUEVO ÍTEM: COMUNICACIÓN AMBIENTAL ( TR 14063)

SISTEMAS DE MANEJO AMBIENTAL ISO 14001/ 4

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO

AMBIENTAL SERIES 14030

EVALUACIÓN DEL CICLO DE VIDA SERIES

14040

AUDITORIA AMBIENTAL, SERIES

14010 (19011)DISEÑO PARA

TRATAM. AMBIENTAL 14062

ETIQUETADO AMBIENTAL SERIES

14020

CENTRO: Organizaciones

CENTRO: Producto

Objetivos y Beneficios del Programa EPE

• Mejorar la comprensión de los impactos ambientales de la organización,

• Proveer la base para el desempeño operacional, ambiental y de “benchmarking”,

• Identificar las oportunidades para mejorar la eficiencia del uso energético y de recursos,

• Determinar si los objetivos y metas están siendo cumplidos,

• Demostrar el cumplimiento de regulaciones,• Determinar la ubicación correcta de los recursos,• Aumentar la conciencia de los empleados, y,• Mejorar las relaciones con la comunidad y con el cliente

Indicadores EPE

Indicadores del desempeño ambiental (EPIs)

- Indicadores del desempeño administrativo (MPIs): política, gente, actividades de planeación, prácticas, procedimientos, decisiones y acciones en la organización

- Indicadores del desempeño operacional (OPIs): entradas, entrada de suministros, diseño, instalación, operación y mantenimiento de instalaciones y equipos, salidas y su manejo de salida

Indicadores de la condición ambiental (ECIs)

Proveen información sobre las condiciones ambientales locales, regionales, nacionales o globales

INTERES: Ayudar a la organización a comprender mejor el impacto o potencial impacto real de sus aspectos ambientales y ayudar en la planeación e implementación de la EPE

Plan-Do-Check-Act Model: ISO 14031

Modelo Plan-Hacer-Revisar-Actuar : ISO 14031....

PlanObjetivo: Elección de

indicadores basado en- Aspectos ambientales

importantes- Criterios de desempeño

ambiental (internos y regulatorios)

- Puntos de vista de partes interesadas (plan de negocios)

Indicadores: ECI, EPI, MPI y OPI (ver tabla para ejemplos)

Hacer – evaluación del desempeño

- Recolección de datos -regulaciones, permisos de operación, procedimientos y registros EMS, reportes a las agencias gubernamentales (producción, proceso, monitoreo), presupuesto ambiental, inventarios químicos, tanques de almacenamiento y reporte de derrames.

- Convertir datos a información- Evaluar la información- Comunicación de resultados

Ejemplos de indicadores del desempeño y métricas1

OPI MPI ECIMateria prima usada por unidad de producto (Kg/unidad)

Costos o presupuesto ambiental ($/año)

Concentración de contaminación en el aire (µg/m3)

Energía anual usada por unidad de producto (MJ/1000 L producto)

Porcentaje de objetivos ambientales alcanzados (%)

Frecuencia de eventos fotoquímicos de smog (#/año)

Energía conservada (MJ) Número de empleados entrenados (% # entrenados/a entrenar)

Concentración de contaminación en agua superficial o de subsuelo (mg/L)

Número de eventos de emergencia o cortes no planeados (#/año)

Número de conclusiones de auditorias (#)

Cambio en el nivel del agua del subsuelo (m)

Consumo promedio de combustible de la flota vehicular (L/100 Km)

Tiempo usado para corregir las conclusiones de las auditorias (persona-hr)

Concentración de contaminación en la superficie de la tierra (mg/Kg)

Desechos peligrosos generados por unidad de producto (Kg/unidad)

Tiempo usados para responder a los incidentes ambientales (persona-hr/año)

Concentración de un contaminante en el tejido de alguna especie local (µg/Kg)

Emisiones de contaminantes específicos al aire (Ton CO2/año)

Número de quejas de los empleados o sociedad (#/año)

Población de especies específicas dentro de un área definida (#/m2)

Agua de desecho descargada por unidad de producto (1000 L/unidad)

Número de proveedores contactados para el manejo amb. (#/año)

Peces muertos en un curso de agua específico (#/año)

Emisiones al aire excedidas (días/año) Niveles de manejo con responsabilidades amb, específicas (#)

Niveles de plomo en la sangre en los empleados (µg/100 mL)

Revisar y Actuar – revisión y mejoramiento del desempeño

Objetivo: Identificar oportunidades para mejorar el desempeño ambiental incluyendo

- Costo del programa y beneficios

- Progreso para alcanzar el desempeño ambiental

- Qué tan apropiados son los criterios e indicadores del desempeño ambiental

- Datos de calidad y métodos de recolección

Caso de estudio1

Implementación del EPE en Mother Dairy Fruit and Vegetable Ltd., Nueva Deli, India, 2001Problema: la planta monitoreaba el consumo de combustible líquido y energía eléctrica junto con el volumen de agua de desecho procesada en el sistema de tratamiento del efluenteEPE estrategia: todos los parámetros fueron normalizados usando el volumen de la leche procesadaResultados: la planta aumentó la cantidad de leche procesada por unidad de energía eléctrica (23%) y consumo de diesel (38%) y reducción en el agua de desecho generada (20%)

Modelo Plan-Hacer-Revisar-Actuar : ISO 14031....

Caso de Estudio: Compañía Mother Dairy - EPIsObjetivo Programa Indicadores de Desempeño Tipo de

Indicador

Conservación correcta de agua

Cosecha con agua de lluvia

Nivel de agua estática

Análisis de agua correcta

ECI

ECI

Reducción del uso de agua

Auditoria de agua Uso correcto de agua por volumen de leche procesada (L agua/L leche)

OPI

Tratamiento de agua eficiente

Análisis microbiológico de lodo

Uso de microcultura mejorada

Efluente procesado (L)

Energía consumida (MJ/L efluente)

OPI

OPI

Entrenamiento y concientización de los empleados

Entrenamiento de conciencia ambiental

# Empleados entrenados MPI

Horticultura verde Jardinería en y fuera de sitio

Composición de biolodos por vermicultura

# de plantaciones

Cantidad de composto producida (Kg)

OPI

OPI

Ejemplo de la aplicación de las EPEs: Medición del Proyecto de Desempeño Ambiental de la

Industria en Europa (MEPI)

Objetivo del MEPI: el mejoramiento de la transparencia interna y externa sobre los efectos al ambiente y las respuestas para mitigarlos

Herramientas del MEPI: Indicadores de Desempeño Ambiental – impactos físicos, económicos y ambientales

Enfoque del MEPI: uso de materias y energía y emisión de desechos a niveles de la planta

Herramientas (indicadores) en el Proyecto MEPI

Actividad de negocios

Indicadores físicos

Indicadores de manejo de negocios

Indicadores de impacto

Valor agregado (Ventas – Costo de materiales)

Ventas

Ganancia operativa

Número de empleados

Entradas de energía y agua

Generación de desechos

Emisiones al aire de CO2, SO2, Nox y VOC’s

Emisiones al agua de COD/BOD, N, P, metales pesados

Certificaciones ISO 14001 y/o EMAS (sí / no)

Revelación de inversiones ambientales (sí / no)

Número de eventos de no-conformidad reportados

Emisiones al aire de sustancias destructoras de ozono

Los indicadores MEPI incluyen: especificaciones genéricas (Tabla) y específicas

Variables más Influyentes en el Desempeño Ambiental en las Compañías de Papel, Fertilizantes y Electricidad

en Países Europeos

Sector Emisión de desechos

Emisiones al aire

Emisiones al agua Consumo de agua

Consumo de energía

Papel

N=270

Desechos sólidos totales (53)

Desecho reciclado (71)

CO2 (63)

SO2 (44)

COD (107)

N (91)

P (54)

Consumo total de agua (120)

Entrada total de energía (39)

Fertilizante

N=91

Desechos sólidos totales (10)

SO2 (13)

NOx (15)

COD (9); N (20); P (12); Metales pesados (17)

Consumo total de agua (26)

Entrada total de energía (26)

Electricidad

N=184

Desechos sólidos totales (75)

CO2 (118)

NOx (134)

SO2 (135)

No se seleccionaron variables debido a la falta de información

Combustible total (16); aceite total (78); Renovables (20); Energía total (10)

Los números en paréntesis indican los casos disponibles del total (n)

Herramientas para el Desempeño Ambiental Sección A

Tier 1

Principales Herramientas para el Desempeño Ambiental

• Criterios Económicos

• Criterios Ambientales (Persistencia y Bioacumulación)

• Criterios de Toxicidad e Importancias (Weighting)

• Evaluación de Caminos de Síntesis Alternativos

• Estructuras Conocidas de Entrada y Salida

• Estructuras Químicas Conocidas

• Existencia de Varios Caminos Alternativos

Diseño de Pasos de Síntesis

Criterios Económicos

Estimación del costo de la materia prima versus el valor y/o costo de los sub-productos y productos.

El costo de varias opciones puede ser estimado por:

Esto es más un análisis cualitativo porque no toma en cuenta otros costos potenciales asociados con la producción de una sustancia dada (i.e. temperaturas altas requieren más energía, etc).

ii tricoEstequeoméeCoeficientCostoCosto *

Criterios Ambientales

• Sólo toma en cuenta las propiedades de Persistencia, Toxicidad y Bioacumulación de una sustancia.

• La persistencia y bioacumulación son fácilmente estimadas y una tabla muestra un índice de clasificación de valores en la siguiente diapositiva.

Índice de Clasificación (RI)

PersistenciaRápida >60% degradación en 1 semana RI = 0

Moderada >30% degradación en 28 días RI = 1

Lenta <30% degradación en 28 días RI = 2

Muy lenta <30% degradación en más de 28 días RI = 3

BioacumulaciónPotencial Alto 8.0 > log Kow > 4.3 o BCF > 1000 RI = 3

Potencial Moderado 4.3 > log Kow > 3.5 o 1000 > BCF > 250 RI = 2

Potencial Bajo 3.5 > log Kow o 250 > BCF RI = 1

Fuente : Green Engineering, Allen and Shonnard, pp. 204

Evaluaciones de Toxicidad Umbral de los Valores Límite (TLVs) :

– Definición : Concentraciones límite en flujos de aire para exposiciones individuales en un ambiente de trabajo.

– Establecido por : ACGIH -http://www.acgih.org

Límites de Exposición Permisible (PELs) : – Definición : Similar al TLV; representa las implicaciones legales en la

definición de las condiciones de trabajo.

– Establecido por : OSHA -http://www.osha.gov/

Límites de Exposición Recomendedos (RELs) :– Definición : Más actual que los PELs ; basados solamente en la

investigación de toxicidad.

– Establecido por : NIOSH -http://www.cdc.gov/niosh/homepage.html

Un Índice de Toxicidad puede calcularse usando :

)(

1TLV

AmbientalÍndice

Índice de Toxicidad

Fuente : Green Engineering, Allen and Shonnard, pp 205.

Importancia (Weighting) de Toxicidad

Tomando en cuenta las rutas de ingestión :- Referencia de Concentración de Inhalación

- Factor de Pendiente en la Ingestión Oral

- Riesgo Unitario

- La base de datos de IRIS es una fuente de datos : http://www.epa.gov/ngispgm3/iris/subst/index.html

El factor de importancia tóxica (Ftox) representa el “peso” dado a cada sustancia para hacer posible la comparasión de las descargas.

El factor de importancia tóxica es definido como el inverso del criterio más estricto de calidad del agua para cada sustancia (MSCi):

Ftox i = 1/MSCi

MSCi = min (CTACi, CCOAi)

Este es un número adimensional, y representa el potencial de toxicidad asignado a un contaminante dado para evaluar su importancia relativa en las descargas.

Fuente: http://www.slv2000.qc.ca/plan_action/phase1/chimiotox_a.pdf

Evaluación Alternativa

• Se puede establecer un Índice General Compuesto de la estructura global de entradas-salidas con las propiedades PBT de las sustancias e incluso puede basarse en las tasas de emisión.

Rutas Sintéticas

• Métodos de aplicación de Factores de importancia : 1) Toxicidad como Factor de Importancia.

2) Enfoque de Toxicidad de la US EPA.

3) Uso de los Factores PBT de Importancia.

Herramientas del Desempeño AmbientalSección B

Tier 2

Tier 2 :Herramientas del Desempeño Ambiental

• Evaluación de Desechos Ambientales• Métodos de Cuantificación de Emisiones• Modelamiento de Emisiones Estimadas• Caracterización y Documentación de Emisiones• Evaluación del Desempeño Ambiental

Tópicos cubiertos por esta sección:

• Diagramas de Flujo Preliminares.

• Conocimiento Básico de las Unidades de Operación.

• Estimación Burda del Escalamiento de las Unidades de Operación.

Pasos del Diseño de Síntesis

Información básica requerida

Evaluación de Desechos Ambientales

El Medio ambiente incluye : - Agua - Aire - Tierra

Las emisiones pueden incluir : Derrame - Goteo - Bombeo

Vertedero - Emisión - Vaciado

Descarga - Inyección - Escape

Filtrado - Tiradero al ambiente

Disposición en el ambiente

Conocimiento Necesario sobre Emisiones

Componentes de la Evaluación de Emisiones

Determinar el mejor Método para cuantificar

la tasa de emisión de cada WES

Obtener Diagrama de Flujo de

proceso

Determinar los datos/info necesarios

para usar los métodos determinados

Identificar el Propósitoy Necesidad de la

Evaluación de Desechos

Identificar y Enlistarlas Corrientes de

Emisión y Desecho (WESs)

Documentar la evaluación de emisiones; incluyendo la

caracterización de la incertidumbre estimada

Cuantificar las tasas de emisiones químicas +

frecuencias + los medios en como son emitidos

Recolección de datos + info

para llenar los espacios

Determinar WESs

Adicionales

Análisis de Proceso Cuando se analizan diagramas de flujo, el informe

sobre emisiones desapercibidas incluye : – Emisiones Fugitivas (incluyendo goteras).– Ventilación de Equipos (incluyendo pérdidas por

respiración y desplazamiento).– Limpieza Periódica de Equipos(frecuente y no-frecuente)– Residuos en Contenedores de Transporte (incluyendo

tambores, tanques de camión, contenedores de ferrocarril).

– Separaciones Incompletas (incluyendo destilación, separación por gravedad y filtración).

• Es crucial para la evaluación del impacto ambiental determinar la forma como las sustancias son liberadas

• Las emisiones también pueden ocurrir en y fuera de sitio, incluyendo : - Aire : incluyen emisiones primarias y secundarias.

- Agua : transferencia hacia corrientes o cuerpos de agua.

- Inyección Subterránea : generalmente en pozos.

- Tierra : dentro de los límites de las instalaciones.

Análisis de Procesos... continuación

Existen diferentes patrones de dispersión para stacks altos (más de 75 metros), stacks medianos (25-75 metros) y stacks bajos (menos de 25 metros).

Los stacks altos son sinónimo de las plantas eléctricas, los stacks medianos lo son de las plantas industriales, las plantas de calentamiento y servicios energéticos sub-óptimos y los stacks bajos, o de bajo nivel, los son de pequeñas plantas industriales, transporte y el sector doméstico.

Aire: Emisiones PrimariasEmisiones de Stacks (Chimeneas)

Fuente: http://lnweb18.worldbank.org/SAR/sa.nsf/Attachments/FFCh2/$File/FFCh2.pdf

Aire: Emisiones SecundariasEmisiones Fugitivas

Las fuentes de emisiones fugitivas están categorizadas como (1) procesos, operaciones, actividades y materiales industriales que emiten partículas o químicos contaminantes o (2) actividades u operaciones que generan polvo fugitivo.

Las partículas que se son aerotrasnportadas por el viento y/o actividades humanas también son tratadas como polvos fugitivos.

Fuente: http://www.seattle.battelle.org/forscom/Hot_Air/Fugitive.htm

Métodos de Cuantificación de Emisiones

1. Datos de emisiones medidas para los químicos o datos de emisiones medidas indirectamente usando balances de masa o razones estequeométricas.

2. Datos de emisiones para químicos sustitutos con similares propiedades de emisión-efectos y usados en el mismo (o muy similar) proceso. Los datos sustitutos o similares pueden ser medidos, medidos indirectamente, modelados o combinados.

Algunos factores de emisión serán considerados parea servir como datos sustitutos.

3. Estimaciones de las emisiones modeladas :

a. Estimaciones matemáticamente modeladas para los químicos o por analogía para químicos sustitutos o similares.

b. Estimaciones de emisiones por la regla del pulgar, o aquellas siendo desarrolladas usando juicios de ingeniería.

• Usualmente aplicable sólo al proceso real

• Para un proceso continuo :

• También se puede estimar usando la fracción en peso del químico y el flujo másico de la corriente de emisión

Datos de Emisiones Medidas para Químicos

eemisióncorrientedeemisióncorrientedpromavg Qemisión ** .

• Usando datos de químicos sustitutos, se debería asegurar que existen similitudes en algunas propiedades físicas/químicas de los químico, unidades y sus condiciones de operación y en cantidades de rendimiento químico.

• Ver ejemplo

Datos de Emisión para Químicos Similares

- Usualmente usados sólo para Emisiones al Aire.

- Existen varias bases de datos que contienen estos factores.

Factores de Emisión

A. Factores de Emisión Marginal Promedio de CO2 para la Generación de Energía por Región según la EPA (2000):

Fuente: http://www.epa.gov/appdstar/pdf/brochure.pdf

B. Factor de Emisión de CO2 por Tipo de Combustible por UnidadDe Volumen. Masa y Energía:

Fuente: http://www.epa.gov/appdstar/pdf/brochure.pdf

Ecuación para la Razón de Emisión:

Donde :

mvoc es la fracción masa del VOC en la corriente o unidad de proceso,

EFav es el factor promedio de emisiones atribuido a la corriente o unidad de proceso (kg emitido/103kg rendimiento),

M es el flujo másico a través de la unidad (masa/tiempo). Ver tablas con listas ejemplos de los diversos factores.

Emisiones de Unidades de Proceso y Fuentes Fugitivas

MEFmE avvoc

Pérdidas de Residuos en la Limpieza de Tambores y Tanques

– Se debe considerar la naturaleza del proceso de limpiado

– Capacidades.

– Formas.

– Materiales de construcción de los contenedores a limpiar.

– Programa (itinerario) de limpieza.

– Cantidad de residuo químico en los contenedores.

– Tipo y cantidad de solvente usado (acuoso vs orgánico).

– Solubilidad/miscibilidad del químico en el solvente.

– Si aplica, tratamiento del agua de desecho que contiene al químico.

• El uso de servicios causa varios problemas ambientales. • Ecuaciones de estimación de emisiones:

Donde:ED es la demanda de energía de una unidad de proceso (demanda de energía/unidad/año).EF es el factor de emisión para el tipo de combustible (kg/volumen del combustible usado).FV es el valor del combustible (energía/volumen del

combustible usado).BE es la eficiencia del boiler (adimensional; 0.75-0.9 valores

típicos).

Emisiones Secundarias de Fuentes de Servicios

11 )())()(()//( BEFVEFEDañounidadkgE

Donde:

ED es la demanda de electricidad de la unidad de proceso (demanda de energía/unidad/año).EF es el factor de emisión para el tipo de combustible(kg/volumen de combustible usado).ME es la eficiencia del equipo.

1))()(()//( MEEFEDañounidadkgE

Estimaciones Modeladas de Emisiones• Los softwares de diseño de procesos toman

en cuenta algunas emisiones, pero no todas. Las siguientes diapositivas introducirán información que permitan el cálculo de las emisiones omitidas :- Carga de contenedores de transporte

- Pérdidas por evaporación de estanques con líquidos estáticos

- Tanque de almacenamiento y pérdidas por respiración.

• Las pérdidas por evaporación durante la carga de los contenedores es función de :- Las características físicas y químicas de las cargas

anteriores- Método de descraga de la carga anterior- Operaciones del transporte del contenedor vacío a la

terminal de carga- Método de carga del nuevo cargamento- Características físicas y químicas del nuevo

cargamento

Carga de los Contenedores para Transporte

- Razón de Evaporación :

Donde : G es la razón de generación (lb/hr),M es el peso molecular (lb/lb mol),P es la presión de vapor (rn Hg),A es el área (ft2),

Dab es el coeficiente de difusión (ft2/s de a a través de b es aire),

Vz es la velocidad del aire (ft/min),T es la temperatura (K),Δz es la longitud del estanque a lo largo de la dirección del flujo

(ft).

Pérdidas por Evaporación de Estanques con Líquidos Estáticos

5.011 )(32.13 zvDTAPMG zab

- Coeficiente de Difusión

Donde las unidades son :

Dab (cm2/s), M (g/gmol),

Pt (atm), T (K).

133.05.0119.15 )29(1009.4 tPMMTD

• Existen dos tipos de pérdidas : - Pérdidas de Trabajo (originadas por el

aumento y disminución de nivel en un tanque como resultado del uso de materia prima y de la producción del producto)

- Pérdidas Estacionarias (originadas por las fluctuaciones en la temperatura y presión diarias)

Tanques de Almacenamiento de Trabajo y Pérdidas por Respiradores

Caracterización y Documentación de las Emisiones

La incertidumbre depende en qué tan conocido sea el proceso, qué tanto comprendamos los métodos de estimación así como sus datos y parámetros, y qué tan bien se ajusten los métodos y parámetros con aquellos esperados para el proceso real.

GENERACIÓN DE COMBUSTIBLE DE HIDRPOGENO DE ALTA EFICIENCIA USANDO ENERGÍA NUCLEAR

• El ciclo de separación termodinámica del agua es un conjunto de reacciones químicas que suman la descomposición del agua en hidrógeno.

“El objetivo de este trabajo es definir un concepto económicamente viable para la producción de hidrógeno, por medio nucleares, usando un avanzado reactor nuclear a alta

temperatura como fuente de energía.”

• El ciclo Azufre-Iodo, es un ejemplo del ciclo puro de la separación termodinámica.

Fuente: web.gat.com/hydrogen/images/pdf%20files/ brown_si_cycle.pdf

Sección 2

Sección 1

Sección 3

Concentración y descomposición del ácido sulfúrico

Reciclo químico ygeneración de ácido

Concentración y descomposiciónDe ioduro de hidrógeno

Sección 1 – Reciclo químico y generación de ácido

Sección 2 – Concentración y descomposición del ácido sulfúrico

Sección 3 – Concentración y descomposición del ioduro de hidrógeno

Evaluación del Desempeño Ambiental

Se pueden usar dos tipos de evaluación general :

1. Evaluar el manejo o costos del tratamiento de las corrientes de desecho.

2. Evaluar un conjunto de indicadores del desempeño ambiental :

a. Energía consumida por todas las fuentes dentro del proceso de manufactura o entrega por unidad de producto manufacturado.

b. Masa total de materiales usados directamente en el producto, por unidad de producto manufacturado.

c. Consumo de agua por unidad de producto manufacturado.

d. Emisión de contaminantes específicos (targetted) por unidad de producto manufacturado.

e. Contaminación total por unidad de producto manufacturado.

Herramientas del Desempeño Ambiental

IntroducciónTier 3

Introducción al Tier 3 Herramientas del Desempeño Ambiental

• Pasos del diseño de síntesis.- Diagramas de flujo del proceso detallado.

- Especificaciones del equipo.

- Especificaciones de energía.

• Alternativas de diseño limitadas.

• Existe mucho conocimiento, por lo tanto, todo este conocimiento se debe incorporar en la evaluación.