Journal of Transportation Technologies, 2013, 3, 149-161 doi:10.4236/jtts.2013.32015 Publicado en línea, abril de 2013 (http://www.scirp.org/journal/jtts)

Análisis de ciclo de vida de durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota en los EUA y comparaciones con durmientes ferroviarios de concreto y de plástico compuesto Christopher A. Bolin1, Stephen T. Smith2 AquAeTer, Inc., División de Sostenibilidad, EUA 2 AquAeTer, Inc., División de Sostenibilidad, EUA Correo electrónico: [email protected], [email protected] 1

Recibido: 9 de marzo de 2013; revisado: 11 de abril de 2013; aceptado: 17 de abril de 2013 Copyright © 2013 Christopher A. Bolin, Stephen T. Smith. Éste es un artículo de acceso abierto distribuido bajo la Licencia de Creative Commons Atributtion, que permite el uso, distribución y reproducción ilimitados por cualquier medio, siempre que se cite debidamente la obra original. RESUMEN Los durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota se han usado por más de un siglo para soportar rieles de acero y para transmitir carga de los rieles al balasto subyacente manteniendo los rieles con el ancho de vía apropiado. Ya que los ingenieros del transporte buscan vida de servicio y desempeño ambiental mejorados en los sistemas de vías férreas, se están considerando alternativas a los durmientes de madera tratados con creosota. Este artículo compara los resultados del análisis de ciclo de vida (ACV) ambiental de la cuna a la tumba de durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota con los de los productos alternativos principales: durmientes de concreto y de plástico compuesto (P/C). Este ACV incluye un inventario de ciclo de vida (ICV) para catalogar los datos de entrada y salida de fabricación, vida de servicio y disposición de durmientes, y una evaluación de impacto de ciclo de vida (EICV) para estimar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), el uso de combustibles fósiles y agua, y las emisiones con el potencial de causar acidificación, esmog, ecotoxicidad y eutrofización. Las comparaciones de los productos están hechas para una unidad funcional de 1.61 kilómetros (1.0 millas) de vía férrea por año. Con este ACV se encuentra que la fabricación, uso y disposición de durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota ofrecen un uso más bajo de combustibles fósiles y agua, e impactos ambientales menores que los productos competidores fabricados con concreto y P/C. Palabras clave: creosota; impacto ambiental; durmientes ferroviarios; análisis de ciclo de vida (ACV); concreto; plástico compuesto. 1. Introducción Los ferrocarriles son un elemento de transporte fundamental en la economía de los EUA, al distribuir grandes cantidades de bienes materiales a menudo de manera más eficiente que el transporte que circula por caminos [1]. Esta eficiencia de transporte se mide a menudo con el equipo que traslada los bienes [2-4], pero para entender las cargas asociadas con distintos modos de transporte, se debe considerar el sistema como un todo, incluyendo no sólo el equipo que traslada los bienes, sino también la superficie sobre la cual se mueve el equipo. Los componentes estructurales que constituyen la línea de ferrocarril incluyen los rieles, la placa Copyright © 2013 SciRes.

de asiento para rieles, los durmientes, el balasto de soporte y la explanación [5]. Los durmientes ferroviarios son los miembros básicos, a los cuales se fijan rieles de acero para transmitir la carga de los rieles al balasto subyacente. Los durmientes también proveen de la función fundamental de mantener los rieles con el ancho de vía y alineación apropiados. Los durmientes de madera han sido la columna vertebral de este sistema por más de 150 años, un sistema que, en los EUA, tiene un estimado de 273,700 kilómetros (170,000 millas) de vía férrea [6]. Si bien los productos de madera perecederos son susceptibles de degradación cuando no se tratan [7], los tratamientos de JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH preservación de madera pueden extender la vida útil de un producto de madera de 20 a 40 veces en comparación con la madera no tratada [8] al ser usada en ambientes expuestos al clima o húmedos sujetos al ataque de microbios o insectos. La preservación de madera con creosota de alquitrán de hulla se volvió viable comercialmente cuando John Bethell tramitó una patente en 1838 [9]. El “tratamiento de célula vacía” de creosota fue introducido por Rueping en 1902 y refinado en 1907, con lo que se logró un proceso en el que se llena un gran cilindro con aire comprimido, la creosota se bombea manteniendo la presión del aire, la inyección ocurre bajo presión, el conservante se bombea y después se aplica un vació al final del proceso de manera que el aire contenido en las celdas de la madera expulse el exceso de conservante. Lowry introdujo en 1906 un vacío rápido al final del proceso de presión [9]. Hoy en día, la mayoría de los durmientes se tratan con creosota usando el proceso de célula vacía de Rueping. Los productos de madera tratada con creosota de alquitrán de hulla tienen una larga historia de desempeño comprobado en sistemas de transporte [10]. La preocupación de las agencias de consumo y regulatorias sobre el impacto ambiental que resulta de la fabricación, uso y eliminación de productos de infraestructura, tales como los durmientes tratados con creosota de alquitrán de hulla, ha resultado, como es de suponer, en un creciente escrutinio durante la selección de productos de construcción para el transporte. Productos tales como los durmientes de madera tratados con creosota están siendo sustituidos, en algunos casos, por durmientes de concreto y plástico compuesto (P/C) por varias razones, pero al menos parcialmente con base en percepciones más que en consideraciones científicas o cuantitativas sobre estos asuntos. 2. Objetivo y alcance El objetivo de este estudio es proveer de una comprensión amplia, con bases científicas, imparcial, exacta y cuantificable de las cargas ambientales asociadas con la fabricación, uso y disposición de durmientes de madera tratados con creosota usando datos primarios

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recolectados en plantas de tratamiento de los EUA y datos secundarios de otras fuentes. El alcance de este estudio incluye la investigación de los impactos ambientales del ciclo de vida de la cuna a la tumba de durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota en ferrocarriles Clase 1 de los EUA usando metodologías de análisis de ciclo de vida (ACV). Los resultados del ACV de durmientes tratados con creosota se comparan con los hallazgos de ACV de productos alternativos: durmientes de concreto y de P/C. El ACV es el método preferido para evaluar los impactos ambientales de un producto de la cuna a la tumba y determinar los beneficios ambientales que un producto puede ofrecer frente a su alternativa [11]. Las metodologías de ACV usadas en este estudio son consistentes con los principios y directrices provistos por la Organización Internacional de Normalización (ISO) en las normas ISO 14040 [12] y 14044 [13]. El estudio incluye las cuatro fases de un ACV: 1) Definición de objetivo y alcance; 2) Análisis de inventario; 3) Evaluación de impacto, y 4) Interpretación. Los impactos ambientales de los durmientes ferroviarios tratados con creosota, de concreto y de P/C se evalúan a través de sus ciclos de vida, desde la extracción de las materias primas, pasando por el procesamiento, transporte, vida de servicio primario, reutilización y reciclaje o eliminación del producto. Las alternativas de durmientes son producidas por muchos fabricantes diferentes usando materiales y procesos de fabricación distintos. Por tanto, se ha considerado un “producto típico” para ambos durmientes, de concreto y de P/C. Los productos típicos de concreto y de P/C tienen aproximadamente las mismas dimensiones que, y son usados generalmente como alternativas directas a, los durmientes ferroviarios tratados con creosota. Sin embargo, los durmientes de concreto tienen un requisito de espaciado diferente y no pueden intercalarse con otros tipos de durmientes. Los ACV para durmientes de concreto y P/C no incluyen datos de inventario de fabricación independientes (datos primarios). En JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH consecuencia, se hace una comparación general de indicadores de impacto de EICV para entender cómo se comparan los ciclos de vida de los durmientes tratados con creosota y los de productos independientes. Se requieren recolección y análisis de datos adicionales de los productos alternativos para detallar completamente la posibilidad de comparación de productos alternativos específicos. 3. Análisis de inventario de ciclo de vida La Railway Tie Association (Asociación de Durmientes Ferroviarios) [14] estima que los ferrocarriles de Norteamérica adquirieron 20,394,000 durmientes de madera nuevos en 2007. La industria de tratamiento con creosota reporta que se usaron aproximadamente 314 millones de litros (82.9 millones de galones) o 345 millones de kilogramos (760 millones de libras) de creosota en los EUA en 2007 para tratar 2.86 millones de metros cúbicos (101 millones de pies cúbicos) de madera, de lo cual aproximadamente el 71% se produjo para aplicaciones para ferrocarriles, la mayor parte de lo cual fue para durmientes tratados con creosota [15]. Los datos e información primarios del inventario de ciclo de vida (ICV) se obtienen de tratadores de durmientes ferroviarios de madera de los EUA que usan conservante de creosota. Los datos secundarios se obtienen de la literatura científica y del Life Cycle Inventory Database (Base de Datos de Inventarios de Ciclos de Vida), mantenido por el National Renewable Energy Laboratory (NREL) (Laboratorio Nacional de Energías Renovables). Las entradas y salidas de ICV de los durmientes de madera tratados con creosota se cuantifican por 28.3 metros cúbicos (1000 pies cúbicos (mpc)). La unidad del pie cúbico (pc) es una unidad de medida estándar para la industria de durmientes de los EUA y es equivalente a 0.028 metros cúbicos (m3). Los datos de inventario se convierten a una unidad funcional de 1.61 kilómetros (1.0 millas) de ferrocarril Clase 1 por año de uso, lo que permite la evaluación de los impactos de espaciado y vida de servicio de los durmientes. Las etapas del ciclo de vida de la cuna a la

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tumba considerados en este ICV se ilustran en la Figura 1. Este análisis de ciclo de vida ubica entradas de fabricación en términos de volumen y masa, y salidas en términos de masa. En la mayoría de los casos, los módulos de proceso de ciclo de vida se descargaron del NREL. Los módulos del NREL incluyen las ubicaciones requeridas para determinar las entradas y salidas aplicables asociadas con procesos de adquisición de material y fabricación. En la disposición, parte del producto deja el sistema como energía térmica y se ubica como crédito para el uso de combustibles fósiles. 3.1. Inventario de durmientes ferroviarios tratados con creosota Este estudio se basa en investigaciones existentes sobre recursos forestales y agrega las etapas de tratamiento, uso de servicio y disposición de durmientes ferroviarios de madera tratada con creosota. En estudios previos, tales como investigaciones llevadas a cabo por el Consortium for Research on Renewable Industrial Materials (Consorcio para la Investigación sobre Materiales Industriales Renovables) (CORRIM), se han investigado los impactos ambientales de productos de madera. Los esfuerzos de CORRIM se basan en un reporte emitido bajo los auspicios de la National Academy of Sciences (Academia Nacional de Ciencias) con respecto al consumo de energía de materiales renovables durante el proceso de producción [16]. Los esfuerzos recientes de CORRIM [17-19] se han enfocado en una lista extendida de aspectos ambientales necesarios para llevar productos de madera al mercado. La fuente principal de los datos de ICV de productos forestales usados en este estudio es Oneil et al. [19]. Los datos incluyen prácticas forestales aplicables a productos de maderas duras del Noreste y Centro-Norte de los EUA desde el bosque (cuna) hasta el aserradero (puerta). Los árboles de maderas duras se regeneran naturalmente y usualmente no se aplica fertilizante, de modo que las entradas relevantes ambientalmente se limitan al combustible requerido para cortar, podar, cargar y transportar los leños hasta los aserraderos. JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH

Combustibles fósiles

Electricidad

Transporte

Agua

Procesos de la cuna a la puerta para durmientes tratados con creosota

Combinación de procesos de la puerta a la tumba

Creosota Hornos de coque

Destilación de alquitrán y producción de creosota

oduction Uso secundario

Portador de aceite Fueloil/aceite solvente

Crecimiento de maderas duras

Cosecha de maderas duras

Aserrado de durmientes

Secado de durmientes (aire/Boultonización)

Conservació n de creosota

Uso en vía férrea

Relleno sanitario

Procesos de la cuna a la puerta para durmientes de concreto y de P/C

Extracción de materia prima /recolección y procesamiento de producto reciclado

Combustió n para energía

Fabricación de durmiente de concreto o P/C

Frontera del sistema

Emisiones hacia el aire, liberación hacia la tierra y el agua

Desechos sólidos

Figura 1. Etapas del ciclo de vida de durmientes ferroviarios. Bergman y Bowe [20] completaron un ICV puerta a puerta de las entradas y salidas del proceso de aserrado de leños de maderas duras que se adapta en el inventario de este ACV para representar la producción de durmientes ferroviarios de maderas duras. Las entradas y salidas incluyen los requisitos de electricidad y combustible, transporte, uso de agua y emisiones de partículas. Los datos de Oneil et al. y Bergman y Bowe se ubican por volumen para un durmiente “típico” que mide 18 cm (7 in) de alto por 23 cm (9 in) de ancho por 2.6 m (8.5 ft) de largo. Veintidós (22) plantas de tratamiento con creosota de los EUA aportaron respuestas de datos primarios a operaciones de cobertura de cuestionarios en 2007. El volumen total de los durmientes tratados con creosota reportados en los estudios es de aproximadamente 2.0 millones de metros cúbicos (71,000 mpc) de producto, incluyendo aproximadamente 1.7 millones de metros cúbicos (60,000 mpc) de durmientes de maderas duras. Vlosky [15] estima el total del tratamiento de durmientes Copyright © 2013 SciRes.

ferroviarios con creosota de la industria de los EUA en 2007 en aproximadamente 2.0 millones de metros cúbicos (71,000 mpc). Gauntt [14] estima que 20,394,000 durmientes de madera nuevos fueron comprados por ferrocarriles de Norteamérica en 2007, o entre 1.9 y 2.1 millones de metros cúbicos (entre 67,000 y 75,000 mpc) con un promedio de entre 0.093 y 0.11 metros cúbicos (entre 3.3 y 3.7 pies cúbicos) por durmiente. Ambas estimaciones respaldan la afirmación de que todo, o casi todo, el tratamiento con creosota en los EUA aportó entradas a los datos primarios usados en este estudio. El ICV para producción de creosota considera tanto procesos de horno de coque como de destilación de alquitrán. El conservante de creosota se produce para cumplir con los estándares P1/P13 [21], P2 [22] o P3 [23] de la AWPA. La creosota de estándar P2 se usa generalmente para durmientes. Se usa un promedio ponderado de tipos de creosota de los datos del estudio como conservante de referencia para este ACV. Los tratadores bajo JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH estudio como parte de este ACV reportan un promedio ponderado de uso de conservante de creosota de 94% de creosota (tanto P1/P13 como P2) y 6% de aceite de petróleo. La AWPA [24] especifica una retención de creosota de 112 kg/m3 (7.0 libras por pie cúbico (lpc)) o rechazo para durmientes de roble o pacana. La retención se basa en una medida de calibre, lo que significa que la retención es el peso total de la creosota inyectada dividido entre el volumen total de la madera tratada. La tasa promedio de uso de creosota, según se reporta en los estudios, es de aproximadamente 88 kg/m3 (5.5 lpc). La diferencia es consistente con las especificaciones de la AWPA porque un gran porcentaje del volumen total de los durmientes de madera acepta menos que las cantidades especificadas de conservante (“rechazo”). Por tanto, en esta prueba se usan datos de estudio. Las salidas en forma de desechos sólidos, descargas de aguas residuales, emisión de químicos de equipo de procesamiento y productos almacenados son datos primarios. La emisión de creosota hacia el aire se reporta bajo el programa de reportes del Toxic Release Inventory (Inventario de Emisiones Tóxicas) (TRI) e incluye emisiones del equipo de proceso, como válvulas de tanque y cilindros de tratamiento. Las pérdidas por evaporación de los durmientes terminados se estiman en 0.12 kg/m3 (7.5 libras/mpc) para los primeros 120 días siguientes al tratamiento [25]. Las emisiones de creosota del proceso de tratamiento, usadas en el ICV, se resumen en la Tabla 1. Los durmientes ferroviarios tratados con creosota están instalados con un espaciado de 49.5 cm (19.5 pulgadas), centro con centro, o a una frecuencia de 3,249 durmientes por 1.61 km (1.0 millas). La vida de servicio es función de la calidad y clase de madera, calidad y tipo de tratamiento, condición de tendido, intensidad de uso y factores ambientales. Con base en estudios de ferrocarriles de los EUA de Zarembski [26] y el contacto con fuentes de la industria, en este ICV se asume una vida de servicio promedio de 35 años para durmientes ferroviarios tratados con creosota, una Copyright © 2013 SciRes.

estimación mayor que la estimación de 15 años en Japón [27], la estimación de entre 20 y 30 años en Australia [28] y la estimación de entre 24 y 30 años en Suiza [29]. La vida de servicio extendida por tratamiento dual con borato y creosota también se aplica por medio de análisis de sensibilidad. Las aplicaciones de mantenimiento de conservante a un durmiente instalado, tales como aquellas que contienen borato, se consideran poco comunes y no se incluyen en este ACV. La cantidad de acero, incluyendo placas de asiento, clavos y anclas para riel, es calculada e inventariada en el ACV. La frontera del sistema no incluye el balasto de soporte, a excepción de los productos de durmientes de concreto que requieren material de balasto adicional para estabilidad. Se considera sólo el balasto que se requiere adicionalmente al que se usa normalmente para durmientes de madera y P/C. En los estudios hechos por Becker et al. [30], Brooks [31], Burkhardt et al. [32], Chakraborty [33], Gallego et al. [34], Geimer [35], Gevao y Jones [36], y Kohler y Kunniger [37] se han investigado las emisiones de “creosota” a través del tiempo y el mecanismo de emisión (es decir, las emisiones por volatilización o lixiviación). El término “creosota” describe el líquido usado para tratar los durmientes de madera, pero es impreciso cuando se aplica a emisiones ambientales hacia el aire, suelo o agua. Ninguno de los estudios de emisiones de creosota proporciona información de componentes químicos individuales necesaria como entradas en este ICV para determinar indicadores de impacto; por tanto, se desarrollaron estimaciones de emisiones para este estudio. Los pesos moleculares y fracciones de masa de los numerosos componentes químicos de la creosota de Estándar P2 de la AWPA son proporcionados por Sparacino [38] y se usan para estimar cantidades fraccionarias de componentes químicos emitidos por durmientes en el tratamiento y durante su tiempo de servicio. Los componentes de la creosota son emitidos en proporción a sus presiones de vapor puro (PV) y concentraciones iniciales. Las PV componentes varían entre aproximadamente 4 kilopascales (kPa) y aproximadamente 2 × 10-6 JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH KPa (entre 6 × 10-1 libras-fuerza por pulgada cuadrada absoluta (psia) y 3 × 10-7 psia). Los componentes de la creosota se clasifican en cuatro grupos según los valores de PV (alto, medio-alto, medio y bajo). Para cada grupo, se hacen suposiciones con respecto a la cantidad de cada componente emitido y la fracción de la emisión liberada en el aire, como se muestra en la Tabla 2. Estos factores de pérdida de creosota se multiplican por la masa componente en la creosota y se calculan como la cantidad emitida. La emisión multiplicada por el valor de la fracción de aire es la cantidad emitida hacia el aire. Se estima que las emisiones totales de creosota son de aproximadamente 1% por año con emisiones hacia el aire de aproximadamente 0.1% por año de la masa tratada inicialmente. De acuerdo con la Railway Tie Association, se remueven aproximadamente

17.1 millones de durmientes de madera de vía activa e inactiva en los EUA cada año. Después de la remoción, los durmientes son: 1) Reciclados en otros usos de madera tratada tales como materiales del paisaje (39%); 2) Usados de manera benéfica para recuperación de energía (56%); o 3) Desechados como basura en rellenos sanitarios (5%). Tabla 1. Salidas de proceso de tratamiento de estudios de tratadores con creosota. Origen Creosota contenida en escorrentía de agua de tormenta Creosota descargada hacia obras de tratamiento Emisiones de creosota (goteo) hacia la tierra Emisiones de componentes de creosota hacia el aire Residuos peligrosos desechados Otros residuos desechados

Cantidad (kg/m3) 0.00019 0.00038 0.000045 0.038 0.64 3.7

Tabla 2. Emisión de componentes de creosota según presión de vapor. Suposición de componentes Para cada componente con una PV de Xe-1 Para cada componente con una PV de Xe-2 Para cada componente con una PV de Xe-3 Para cada componente con una PV de Xe-4+ Fracción de masa total medida % del total medido: Emisión proyectada a 35 años Emisión como fracción del tratamiento inicial

Pérdida supuesta/año

Fracción hacia el aire

Fracción hacia la tierra

Fracción de pérdida de masa/año

Pérdida de masa contra fracción de aire/año

2.0%

30%

70%

0.0019%

0.00057%

1.5%

15%

85%

0.0037%

0.00056%

1.0%

5.0%

95%

0.0024%

0.00013%

0.50%

0%

100%

0.0014%

0%

Suma:

0.0094% 1.1% 33%

0.0013% 0.15% 4.4%

38%

5.1%

0.86

Los durmientes retirados usados de manera benéfica como combustible se modelan como combustible en una central eléctrica de vapor y el valor energético se calcula asumiendo 20% de humedad y considerando el contenido de carbón de la madera, creosota y aceite de petróleo portador restantes. La producción de electricidad está basada en una eficiencia térmica del 50%. La cantidad de electricidad producida con el combustible del durmiente se ingresa como crédito de electricidad. Todo el carbón de madera emitido es inventariado como dióxido de carbono biogénico. Todo el carbón de creosota y de conservante de aceite de petróleo emitido es Copyright © 2013 SciRes.

inventariado como dióxido de carbono fósil. Las emisiones de recuperación de energía son inventariadas y se asume que ocurren con el uso de controles de partículas avanzados. Los créditos, desde los durmientes de madera que se reciclan hasta la energía después del uso, resultan en que algunas entradas del ICV sean menores a cero, por lo que son benéficas ambientalmente cuando se suman en el ciclo de vida completo del producto, como se muestra en la Tabla 3. En contraste con un ACV para evaluar emisiones de GEI de durmientes de concreto y madera tratada hecho por Crawford [28], este JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH ACV da cuenta de los GEI antropogénicos y los GEI biogénicos como neutros en relación con el calentamiento global. Crawford asumió que toda la masa de madera del producto forestal, que no era usada como durmientes, se quemaba como basura y que al final de su vida de servicio, los durmientes de madera se descomponían completamente. El dióxido de carbono emitido por el producto forestal y los durmientes se contabilizó como GEI, igual que el dióxido de carbono fósil, sin ninguna contabilidad de absorción de carbono por crecimiento arbóreo y con la suposición de que no se producía ninguna energía benéfica ni de la biomasa forestal ni de los durmientes usados. Este ACV refleja mejor la práctica norteamericana real y desarrolla conclusiones de GEI que contradicen las de Crawford. Las placas de asiento de acero y otras partes instaladas con los durmientes son inventariadas en la etapa de uso según su masa, asumiendo que la producción es en un alto horno. El acero reciclado es inventariado en la etapa de destino final como un uso negativo que compensa el uso inicial y también como la cantidad de electricidad típicamente usada en una “minifábrica” de arco eléctrico para fundir y reformar figuras de acero. De esta manera, ya que el acero reciclado se acerca al 100%, las entradas mínimas requeridas para el acero son aquellas para fundir y reformar el acero en cada ciclo de uso. La fabricación primaria de acero, en alto horno, se basa en datos de inventario del NREL. En la información de la base de datos del NREL se asume que el 85% del acero se recicla. El acero nuevo producido a partir de acero reciclado es el 95%. Se asume que la entrada de energía en minifábricas, que procesan acero reciclado, es de 0.011 terajoules (TJ) por tonelada métrica (1.33 kilowatt-hora por libra (kWh/lb) de acero) de electricidad de la red [39]. Los durmientes desechados en rellenos sanitarios se modelan como si se descompusieran hasta el punto en que la fase primaria de degradación anaeróbica ha ocurrido y el 17% del carbono del producto se ha emitido como dióxido de carbono, el 6% se ha emitido como metano y el 77% [40] permanece en depósito de largo plazo en el relleno sanitario. Las entradas y salidas relacionadas Copyright © 2013 SciRes.

con la construcción y cierre de rellenos sanitarios se asignan en términos de la masa desechada [41]. Las entradas y salidas relacionadas con el transporte se cuantifican para cada proceso de ciclo de vida. Las distancias y modos de transporte para suministro de conservante para tratadores, los durmientes sin tratar de entrada y los durmientes tratados de salida se basan en promedios ponderados de estudios de tratadores. 3.2. Inventario de durmientes ferroviarios de concreto El durmiente de concreto “representativo” tiene un peso de 318 kg (700 libras) e incluye ocho hilos de 9.5 mm (3/8 in) de cable de acero pretensado. Se asume la colocación de los durmientes de concreto a 61 cm (24 in), al centro. No se hizo un estudio de fabricantes de durmientes de concreto para entradas y salidas de producción; por tanto, algunas entradas y salidas pudieran no estar completamente identificadas o cuantificadas. Se incluyen en el inventario sujetadores y clips elásticos, construidos de acero. La frecuencia de mantenimiento de los durmientes de concreto incluye la sustitución de clips una sola vez durante la vida del durmiente. En el inventario no se toma en cuenta la carbonización del concreto. Este ICV no da cuenta de placas de durmiente de polímero, repuestos de placas o reparaciones de áreas de instalación de durmientes de concreto, elementos que podrían aumentar los impactos de los indicadores. La Railway Tie Association comisionó un estudio de vida de servicio de durmientes de concreto específicamente para usarlo en este proyecto de ACV [42]. El estudio concluyó: “Al parecer una estimación razonable de la vida de servicio de durmientes de concreto bajo las condiciones de operación de los ferrocarriles de Norteamérica es de entre 40 y 45 años”. Sin embargo, el estudio destacó que mientras que los durmientes de concreto se instalaron en un ferrocarril desde la década de 1970, los durmientes de concreto actuales son un producto relativamente nuevo en el sistema de ferrocarriles moderno de Norteamérica con un promedio de edad de durmientes en servicio de aproximadamente 13 años. La variabilidad de JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH vida es alta con una vida proyectada de entre aproximadamente 20 años (usando datos de Norfolk Southern) y 41 años (datos de Canadian National). Se han documentado fallas prematuras de durmientes de concreto [43], lo cual aporta un mayor respaldo a estimaciones de vida de servicio conservadoras. Dada la alta variabilidad y un desempeño a largo plazo aún desconocido, en este ICV se usa una suposición de 40 años para la vida promedio del durmiente de concreto. Los durmientes de concreto requieren de balasto adicional en comparación con sistemas de durmientes de madera o P/C. En este ACV sólo se considera el balasto adicional requerido para durmientes de concreto. Se asumen 23 cm (9 in) de balasto adicional para el modelo de durmientes de concreto. Los sistemas de durmientes ferroviarios de concreto ofrecen ventajas a los ferrocarriles en situaciones específicas. En particular, algunos ferrocarriles, si bien no todos, usan durmientes de concreto para lugares de vía de carga pesada y gran curvatura. Se piensa que el mayor peso de los durmientes de concreto reduce el movimiento de los rieles en comparación con durmientes de madera más ligeros. Semejantes situaciones especiales están fuera del alcance de este ACV. Cuando los durmientes de concreto se retiran de su servicio, se asume que una pequeña fracción (5%) se reutilizará para ferrocarriles mientras que la mayor parte será triturada y reutilizado como árido (25%) o desechado en rellenos sanitarios (70%). La pequeña fracción reciclada como árido refleja la dificultad y el costo de moler concreto reforzado de alta resistencia. Se asume que el acero de sujetadores encastrados y el refuerzo de durmientes es reciclado e inventariado de la misma forma que los durmientes tratados con creosota. Los durmientes ferroviarios de concreto desechados en rellenos sanitarios tienen entradas y salidas asociadas con la construcción

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y cierre de rellenos sanitarios proporcionales a la masa de los durmientes desechados. No se modelan liberaciones o emisiones de durmientes de concreto una vez desechados en un relleno sanitario. 3.3. Inventario de durmientes ferroviarios de P/C Los durmientes de P/C se pueden hacer de plásticos reciclados, generalmente polietileno, pero a menudo incluyen otros materiales tales como fibra de acero, barra de refuerzo de acero, neumáticos usados triturados, relleno mineral, plástico virgen o concreto. Se asume que el durmiente de P/C representativo modelado tiene 8% de plástico PEAD virgen, 7% de talco (relleno mineral) y el balance es una mezcla de botellas de leche, bolsas de supermercado y neumáticos reciclados post-consumidor [44]. Se requiere energía eléctrica para procesar la mezcla y extrudir el producto de P/C. Se asume que el espaciado del producto de P/C y el acero requerido usado para sujetar el durmiente de P/C a la vía son iguales que los de los durmientes tratados con creosota. Cuando el plástico reciclado no es portador de salidas y entradas de material virgen, el uso de plástico post-consumidor requiere de entradas de recolección y procesamiento [45]. Las entradas y salidas incluidas en el inventario son similares a aquellas del reciclaje de termoplásticos de Garrain et al. [46]. Los durmientes de P/C no han desarrollado todavía historia suficiente como para que se pueda predecir su vida de servicio con exactitud. Este ACV asume que los durmientes de P/C prestarán una vida de servicio promedio de 40 años, semejante a la de los durmientes de concreto. Además, el mercado de los durmientes de P/C no es todavía lo suficientemente maduro como para que se pueda saber cómo es que los durmientes serán manejados cuando se retiren de su servicio. Para este ACV se asume que después de su remoción en el uso de los ferrocarriles,

JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH Tabla 3. Resumen de inventario de ciclo de vida de la cuna a la tumba de durmientes ferroviarios tratados con creosota, de concreto y de P/C (por durmiente).

Proceso de infraestructura Entradas desde la tecnósfera Electricidad, en la red, EUA Gas natural, procesado, en planta (materia prima) Gas natural, con combustión en caldera industrial Gasóleo, en planta (materia prima) Gasóleo, con combustión en caldera industrial GLP, con combustión en equipo Aceite residual, procesado (materia prima) Fueloil residual, con combustión en caldera industrial Gasóleo, con combustión en equipo industrial Gasolina, con combustión en equipo industrial Hogfuel/biomasa (50%MC) Carbón bituminoso y sub. con combustión en caldera Carbón (materia prima) Energía (No se especifica) Transporte en camión, impulsado por diésel Transporte en ferrocarril, impulsado por diésel Transporte en barcaza, impulsado por aceite res. Transporte en buque, impulsado por aceite res. Diésel usado para transporte Aceite residual usado para transporte Leños recolectados Durmientes verdes sin tratar Subproductos del alquitrán de hulla Creosota Durmientes tratados usados Capacidad de relleno sanitario Entradas desde la naturaleza Agua Carbón sin procesar U3O8 sin procesar Petróleo crudo sin procesar Gas natural sin procesar Energía de biomasa/madera Energía hidráulica Otras energías renovables Carbón biogénico (desde el aire) Otros recursos minerales extraídos Salidas hacia la naturaleza (hacia el aire a menos que se especifique lo contrario) CO2-fósil CO2-no fósil Monóxido de carbono Amoniaco Ácido clorhídrico Ácido fluorhídrico Óxidos de nitrógeno (NOx) Óxido nitroso (N2O) Óxido nítrico (NO) Dióxido de azufre Óxidos de azufre Partículas en suspensión (PM10) COV Metano Creosota Creosota hacia el suelo Desechos sólidos a relleno sanitario Desechos sólidos a reciclaje Desechos sólidos y peligrosos del proceso a relleno sanitario

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Unidades

Tratado con creosota (/durmiente) Vida de servicio = 35 años

Concreto (/durmiente) Vida de servicio = 40 años

P/C (/durmiente) Vida de servicio = 40 años

kWh m3 m3 L L L L

-54 -2.8 2.9 0 -0.11 0.0035 0

128 7.4 0.65 0 0.83 0 0

123 18 7.6 0 0.31 0.00034 0

L

0.71

0.052

0.097

L L kg

3.1 0.11 3.2

0.86 0.085 1.6

0.19 0.041 1.5

kg

12

0.055

0.016

kg MJ ton-km ton-km ton-km ton-km L L m3 m3 kg kg m3 ton

0 0 65 122 -1.7 20 2.6 0.086 0.11 0.11 10 9.2 0 0.011

7.8 21 110 569 4.2 10 6.6 0.088 0 0 0 0 0 0.23

0 0 100 131 4.5 5.5 3.6 0.027 0 0 0 0 0 0.090

L kg kg L m3 MJ MJ MJ kg kg

26 4.5 -0.000033 7.6 3.0 0.0000016 -14 -1.1 4.9 7.3

320 44 0.000091 11 2.0 0.0000051 38 2.6 0 717

315 37 0.000083 5.35 19 0.0000024 35 2.5 -1.3 11

kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg

20 -35 0.37 0.00014 -0.0026 -0.0010 0.20 0.00019 0.0037 -0.19 0.043 0.10 0.0074 0.29 0.42 2.6 11 1.6

207 1.7 0.55 0.00044 0.024 0.0025 0.57 0.00049 0 0.76 0.09 0.077 0.026 0.27 0 0 6.7 5.5

133 1.6 0.25 0.00012 0.019 0.0024 0.17 0.00027 0 0.93 0.044 0.0093 0.027 0.83 0 0 4.1 2.3

kg

0.068

0

0

JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH el 5% de los durmientes de P/C será reutilizado por ferrocarriles para otro fin, 20% será reciclado en el mercado de reutilización de plásticos y 75% será desechado en rellenos sanitarios. Se asume que el acero, fijado a los durmientes de P/C, es reciclado (75%) e inventariado de la misma forma que los durmientes tratados con creosota. Se proporciona un resumen de entradas y salidas de inventario seleccionadas para durmientes tratados con creosota, de concreto y de P/C en la Tabla 3. 4. Evaluación de impacto de ciclo de vida 4.1. Selección de indicadores de impacto La fase de evaluación de impacto del ACV usa los resultados del ICV para calcular los indicadores de impacto. Los indicadores de impacto ambiental se consideran en el “punto medio” en vez de en el “punto final” en tanto, por ejemplo, se proporciona la cantidad de emisiones gases de efecto invernadero (GEI) en masa de dióxido de carbono equivalente (CO2eq) en el punto-medio en vez de estimar los puntos finales de temperatura global o aumentos en el nivel del mar. La evaluación de impacto de ciclo de vida se lleva a cabo usando la Tool for the Reduction and Assessment of Chemical and Other Environmental Impacts (Herramienta para la Reducción y Evaluación de Impactos Ambientales Químicos y de Otros Tipos) de la USEPA, Versión 2002 (TRACI [47] y [48]) para evaluar impactos de GEI, acidificación, ecotoxicidad, eutrofización y esmog potencialmente resultantes de emisiones hacia el aire del ciclo de vida. También se rastrean otros indicadores de interés, tales como contribuciones biogénicas y antropogénicas a las emisiones netas de GEI, uso de combustibles fósiles y uso de agua.

indicadores de impacto adicionales que fueron considerados durante el desarrollo del ACV, tales como impactos en la salud humana e impactos en varios indicadores de impacto de emisiones hacia el suelo y el agua. Se tomó la decisión de no incluir estos indicadores de impacto debido a datos limitados e/o insuficientes y preocupaciones al respecto de malas interpretaciones. Por tanto, el inventario de ciclo de vida incluye emisiones de químicos asociados con impactos (tales como impactos a la salud humana y ecológicos en el suelo y el agua), pero no se calculan indicadores de impacto para estas categorías. Los impactos en el uso del suelo están más allá del alcance de este ACV. 5. Interpretación de ciclo de vida 5.1. Hallazgos Se totalizan los valores indicadores de impacto en dos etapas para productos de durmientes tratados con creosota, de concreto y de P/C: 1) El durmiente nuevo en las instalaciones de fabricación después de la producción y 2) Después del servicio y disposición final. Se proporciona un resumen de valores indicadores de impacto para los tres productos de durmiente en la Tabla 4. Los impactos de valor negativo se reconocen como créditos o benéficos para las condiciones ambientales. Se hacen comparaciones por año y por 1.61 km (1.0 mi) de vía férrea para dar cuenta de las diferencias en expectativa de vida de servicio y espaciado.

4.2. Indicadores de impacto considerados pero no presentados

Los valores indicadores de impacto se normalizan al producto (durmiente tratado con creosota, durmiente de concreto o durmiente de P/C) con el valor de la cuna a la tumba más alto, permitiendo la comparación relativa entre productos en la Figura 2. El producto con el mayor valor en la disposición final recibe el valor de uno, y los otros productos fracciones de uno.

El modelo de TRACI, un producto de la USEPA, y el modelo USEtox [49], un producto de la Life Cycle Initiative (programa conjunto del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) y la Society for Environmental Toxicology and Chemistry (Sociedad para la Toxicología y Química Ambientales) (SETAC)) ofrecen diversos

De acuerdo con la Research and Innovative Technology Administration (Administración de Investigación y Tecnología de Innovación) (RITA [50]), el volumen de carga total de los ferrocarriles Clase 1 fue de aproximadamente 2.58 billones de toneladaskilómetros (1.77 billones de toneladas-millas) en 2008.

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JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH Tabla 4. Resumen de los indicadores de impacto totales por etapas de ciclo de vida para durmientes con creosota, de concreto y de P/C (por año de uso y por 1.6 km (1 milla) de vía férrea).

Indicador de impacto

Gases de efecto invernadero GEI netos Uso de combustibles fósiles Acidificación Uso de agua Esmog Eutrofización Ecotoxicidad

Durmiente tratado con creosota Durmiente de concreto Durmiente de plástico compuesto

Durmientes tratados con creosota Vida de servicio = 35 años Espaciado = 49.5 cm (19.5 in) De la De la cuna cuna a la a la tumba puerta

Unidades

Durmientes de concreto Vida de servicio = 40 años Espaciado = 61 cm (24 in)

Durmientes de P/C Vida de servicio = 40 años Espaciado = 49.5 cm (19.5 in)

De la cuna a la puerta

De la cuna a la tumba

De la cuna a la puerta

De la cuna a la tumba

2400

8400

14,000

9200

12,000

kg-CO2-eq

2700

kg-CO2-eq

-7500

-800

8400

14,000

9200

12,000

TJ

0.12

0.093

0.11

0.16

0.23

0.23

kg-mol H+ L g NOx-eq/m kg-N-eq kg-2,4-D-eq

830 1600 12 0.36 6.4

65 2400 25 0.84 -3.1

1800 22,000 24 0.74 65

4400 21,000 58 1.7 85

3200 28,000 22 0.54 13

4,700 26,000 29 0.62 30

Gases de efecto invernadero

GEI netos

Uso de combustibles fósiles

Lluvia ácida

Uso de agua

Esmog

Eutrofización

Ecotoxicidad

0.17

-0.06

0.40

0.01

0.10

0.44

0.51

-0.037

1.0

1.0

0.70

1.0

0.82

1.0

1.0

1.0

0.87

0.87

1.0

1.00

1.0

0.51

0.37

0.34

Figura 2. Comparaciones de impactos normalizados de durmientes de madera tratada con creosota, de concreto y de P/C (normalizados a un impacto máximo = 1).

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JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH Los impactos anuales atribuibles a todos los durmientes en los EUA, si estuvieran hechos del mismo material, se comparan como porcentaje de los impactos de carga anual de Clase 1 relacionados en la Tabla 5 (es decir, se comparan los impactos calculados para fabricación, uso y disposición de durmientes de cada material de durmiente con los impactos de carga de ferrocarriles).





5.2. Análisis de calidad de datos Los análisis de calidad de datos según ISO 14044 [13] incluyen análisis de gravedad, análisis de incertidumbre y análisis de sensibilidad. 5.2.1. Análisis de gravedad Se hace un análisis de gravedad para identificar los procesos de fabricación, uso y disposición más significativos para los valores indicadores de impacto. Este análisis de gravedad sólo considera durmientes tratados con creosota. Los procesos que contribuyen significativamente a la gravedad de cada indicador de impacto se describen a continuación.

Las emisiones de GEI antropogénicas son impactadas de la manera más notable por las placas y clavos de acero, pero también por la producción de durmientes verdes y el tratamiento de durmientes. Las emisiones de GEI se reducen o compensan con el reciclaje de acero y por compensación de energía fósil al producir electricidad con durmientes usados reciclados. Las emisiones netas de GEI muestran los beneficios ambientales de los productos de madera que primeramente extraen dióxido de carbono durante el crecimiento del producto forestal. El resultado neto es una reducción de GEI en conjunto cuando se usan durmientes de madera tratados con creosota, mientras que los durmientes hechos de materiales extraídos solamente emiten GEI en todas las etapas. Esta diferencia entre los productos de madera y los de otros materiales es clara en la Figura 3.

Tabla 5. Impacto nacional normalizado de la cuna a la tumba por año para millas totales de durmientes de vía en los EUA como fracción de los impactos totales de transporte de carga de F. C. Clase 1 por RITA [50].





Indicador de impacto

Unidades

Durmientes de madera con creosota

Durmientes de concreto

Durmientes de P/C

GEI

lb-CO2-eq

2.4%

6.6%

5.4%

Uso de combustibles fósiles

MMBTU

3.1%

6.0%

7.8%

Acidificación

lb-mol H+

0.025%

2.0%

2.0%

Esmog

g NOx-eq/m

0.33%

0.80%

0.39%

Eutrofización

lb-N-eq

0.32%

0.66%

0.24%

El uso de combustibles fósiles es impactado de la manera más notable por el uso y fabricación de conservante, la fabricación de placas y clavos de acero, y las compensaciones de combustibles fósiles de la recuperación de energía de durmientes tratados con creosota usados. La acidificación es impactada de la manera más notable por la fabricación de placas y clavos de acero y los créditos de la compensación de electricidad de la recuperación de energía. Los créditos

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



recibidos del uso benéfico de durmientes para recuperación de energía son suficientemente grandes como para resultar en un impacto de acidificación de la cuna a la tumba en conjunto cercano a cero. El uso de agua es impactado de la manera más notable por el uso en las instalaciones de tratamiento y en la fabricación de placas y clavos de acero. El impacto potencial de esmog es impactado de la manera más notable por la fabricación de placas y clavos de acero, JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH







emisiones de creosota de durmientes en servicio y el transporte de durmientes a través del ciclo de vida; sin embargo, también se reconoce un crédito en el reciclaje de acero y la compensación de electricidad por recuperación de energía. La eutrofización es impactada de la manera más notable por la fabricación de placas y clavos de acero y la combustión de durmientes usados en la etapa de recuperación de energía. Las emisiones relacionadas con el transporte también son significativas en la eutrofización. La eutrofización se reduce con el reciclaje de acero. El impacto por ecotoxicidad es resultado en gran medida de la fabricación de placas de acero, emisiones de creosota de durmientes en servicio y combustión de durmientes usados para recuperación de energía. El indicador de impacto de ecotoxicidad se reduce con el reciclaje de acero y la compensación por la combustión de durmientes usados para recuperación de energía, lo que resulta en un crédito para la ecotoxicidad en conjunto. A medida que se recicla más acero, esto resulta en uso de combustibles fósiles, agua y eutrofización menores, pero con aumentos en la acidificación y la ecotoxicidad. Estos cambios ocurren al derivarse menos energía de fuentes primarias, tales como carbón, para alimentar la producción primaria de acero, y se deriva más energía de la red eléctrica para fábricas de arco eléctrico que convierten acero reciclado.

5.2.2. Análisis de incertidumbre Las áreas de incertidumbre identificadas en este ACV incluyen: 



Los productores de conservante de creosota no proporcionaron datos detallados de entradas y salidas de ICV para producción de creosota; por tanto, expertos de la industria proporcionaron estimaciones para el modelo de fabricación de creosota. Las estimaciones de emisión de creosota, durante el tratamiento, almacenaje, uso y

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





desecho en rellenos sanitarios, están guiadas por investigación y suposiciones. Las emisiones de componentes de creosota son función de factores propios del sitio y del producto que resultan en incertidumbre. Los métodos de disposición de final de vida empleados por los ferrocarriles varían según el operador, con base en políticas corporativas, ubicaciones geográficas y economía. El destino de relleno sanitario y los modelos de emisión están basados en datos de inventario de emisiones de GEI de la USEPA [40] y las suposiciones modeladas resultan en la variabilidad de los valores indicadores de impacto, especialmente en el caso de GEI. En este ACV, se asume de manera conservadora que los durmientes tratados con creosota se degradan al mismo nivel y con la misma tasa que ramas de madera redondas desechadas en un relleno sanitario. La fase de análisis comparativo de este ACV incluye el ensamblaje de ICV para durmientes de concreto y de P/C. El ICV de la cuna a la tumba de durmientes de concreto y de P/C incluye entradas de datos que involucran un dictamen profesional. No se hizo ningún estudio de fabricantes de productos de concreto o P/C.

5.2.3. Análisis de sensibilidad El análisis de sensibilidad se completó para determinar la magnitud de los cambios en los indicadores de impacto que resultan de las suposiciones e incertidumbres que difieren de aquellas identificadas en el ICV y el impacto en las conclusiones del ACV. La sensibilidad del modelo de durmientes ferroviarios tratados con creosota se analizó después de variaciones en: uso de conservante (retención de conservante en el producto tratado), emisiones al ambiente, vida de servicio, disposición posterior al uso, porcentajes de descomposición en relleno sanitario y la adición de borato al tratamiento con creosota como aplicación de tratamiento dual. El modelo de durmientes de concreto se investigó usando análisis de sensibilidad e

JTTs

GEI netos (kg CO2/durmiente)

C. A. BOLIN, S. T. SMITH

Disposición de final de vida

Fabricación y uso Crecimiento arbóreo

Años desde el inicio del crecimiento arbóreo Madera tratada con creosota

Concreto

Plástico compuesto

Figura 3. Admisión y emisión de GEI en la fabricación, uso y disposición de durmientes a través del tiempo. incluyó variaciones en: destino posterior al uso, vida de servicio, impacto de resistencia a la rodadura y requisitos de balasto. El modelo de durmiente de P/C se investigó usando análisis de sensibilidad e incluyó variaciones en: vida de servicio y destino posterior al uso. Los elementos considerados como más notables a partir del análisis de sensibilidad se discuten más ampliamente a continuación. Alterar la vida de servicio promedio estimada (35 años) de durmientes ferroviarios tratados con creosota a 20 años resulta en aumentos notables en los GEI, uso de combustibles fósiles, uso de agua, esmog y eutrofización de los indicadores de impacto. En este escenario, se reciclan más durmientes para recuperar energía y los indicadores mejoran (GEI netos, acidificación y ecotoxicidad) debido a compensaciones de combustibles fósiles adicionales. Sin embargo, aun con una vida de servicio acortada, muchos de los indicadores de impacto, incluyendo GEI, GEI netos, acidificación, uso de agua y ecotoxicidad, se comparan favorablemente con ambas alternativas. Se ha mostrado el tratamiento dual con borato seguido de creosota para aumentar la Copyright © 2013 SciRes.

vida de servicio de durmientes [51], pero con el costo de aumentar las entradas y salidas del tratamiento. La adición del tratamiento con borato, antes de considerar la vida de servicio extendida, tiene un impacto mínimo en los indicadores. Al asumir un incremento de 10 años (30%) en la vida de servicio debido a tratamiento dual, los indicadores de impacto disminuyen entre 10% y 25% para GEI, uso de combustibles fósiles, esmog y eutrofización al tiempo que aumentan para otros indicadores. Resultan cambios al considerar el uso y reciclaje como energía de menos durmientes de madera. Las comparaciones con productos alternativos no cambian. El uso de boratos en sistemas de tratamiento dual ha generado el aumento de ferrocarriles que experimentan con la reducción de la cantidad de creosota usada en durmientes con tratamiento dual hasta entre 30% y 40%. Si la experiencia demuestra que estas reducciones se pueden mantener sin impactar de manera negativa la vida de servicio, se espera un desempeño mejorado de los durmientes de madera tratada en la mayoría de las categorías de indicadores de impacto. La evaluación teórica indica que el transporte en rieles sobre sistemas de durmientes de concreto podría resultar en un JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH consumo menor de combustible del que ocurre con los durmientes de vía de madera tradicionales, debido a que el sistema de concreto es “más rígido”, lo cual resulta en menor resistencia a la rodadura. El modelado indica que se ahorran hasta 0.19 litros (0.05 galones) de combustible de diésel por 1,459 toneladas-kilómetros (1,000 toneladas-millas) de carga [52]. En un caso de sensibilidad que asume que un ahorro de combustible del 10% es atribuible al uso de durmientes de concreto, se encontraron reducciones de GEI (-11%), uso de combustibles fósiles (-25%), acidificación (35%), esmog (-83%) y eutrofización (-100%). Esto no incluye impactos elevados debido al aumento del desgaste y daño en los trenes. Bajo este escenario, el concreto ofrece impactos menores comparado con la madera tratada con creosota para esmog y eutrofización, pero mayores que la madera para los demás indicadores. Una prueba de sensibilidad considera menos del 10% de durmientes tratados con creosota reciclados para energía y más del 50% depositados en rellenos sanitarios. El cambio de durmientes usados de recuperación de energía benéfica a rellenos sanitarios impacta notablemente los indicadores para GEI (4 veces más) combustibles fósiles (2 veces más) y esmog (+55%). Los impactos de GEI netos, lluvia ácida y ecotoxicidad se elevaron de valores negativos o cercanos a cero a valores similares a los productos alternativos. 5.3. Limitaciones El inventario de ciclo de vida completado tanto para durmientes de concreto como de P/C fue diseñado para ser representativo de una categoría de producto; por tanto, por diseño, probablemente no será exacto para una marca de producto específica. No se hizo un estudio de fabricantes de durmientes ferroviarios de concreto y P/C; por tanto, se estiman entradas tales como uso de combustible y electricidad, uso de agua y generación de desechos sólidos en las instalaciones de fabricación. 6. Conclusiones y Recomendaciones 6.1. Conclusiones El uso de durmientes ferroviarios tratados con creosota ofrece un uso menor de combustibles Copyright © 2013 SciRes.

fósiles y agua, e impactos ambientales menores que productos similares fabricados con concreto y P/C, a excepción del impacto de eutrofización de los durmientes de P/C. En comparación con durmientes ferroviarios tratados con creosota y usando las suposiciones de este ACV en el entendido de que los valores reales pueden variar con respecto a las suposiciones, el uso de durmientes de concreto resulta en un uso de combustibles fósiles 1.8 veces mayor y un uso de agua 8.7 veces mayor, y resulta en emisiones con el potencial de causar aproximadamente 5.8 veces más GEI, 68 veces más lluvia ácida, 2.3 veces más esmog y 2.0 veces más eutrofización. En comparación con durmientes ferroviarios tratados con creosota, el uso de durmientes de P/C resulta en un uso de combustibles fósiles 2.5 veces mayor y un uso de agua 11 veces mayor, y resulta en emisiones con el potencial de causar 5.0 veces más GEI, 72 veces más lluvia ácida y 1.1 veces más esmog. Los durmientes ferroviarios con creosota resultan en un impacto por eutrofización aproximadamente 1.4 veces mayor que los durmientes ferroviarios de P/C. El ciclo de vida de los durmientes tratados con creosota resulta en créditos (o beneficios ambientales) para los indicadores de impacto de GEI y ecotoxicidad. La reutilización de durmientes de madera para energía mejora el desempeño del ciclo de vida ambiental. Este estudio incluye la comparación entre durmientes ferroviarios tratados con creosota y durmientes de concreto y P/C. Los resultados están en conformidad con las normas ISO 14040 e ISO 14044 y son adecuados para su divulgación al público. Se puede solicitar un Procedures and Findings Report (Reporte de Procedimientos y Hallazgos) detallado y revisado por pares contactando al TWC en www.treated-wood.org/contactus.html. Este ACV cubre un producto de madera tratada en una serie de ACV comisionada por el Treated Wood Council (Consejo de la Madera Tratada) (TWC). La serie de ACV de productos de madera tratada cubre leños tratados con cobre alcalino cuaternario (ACQ, por sus siglas en JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH inglés) [53], leños tratados con boratos [54], postes tratados con pentaclorofenol [55], pilotes marinos tratados con arseniato de cobre cromatado (CCA, por sus siglas en inglés) [56] y sistemas de guardarraíles tratados con CCA [57]. 6.2. Recomendaciones Se debe apoyar y aumentar el reciclaje de durmientes como producción de energía. El ACV muestra beneficios claros en los indicadores de impacto considerados, particularmente energía fósil, GEI, acidificación y ecotoxicidad con el uso de durmientes usados como fuente de energía y el potencial para aumentar la reutilización permanece. La compensación de combustible ganada al reciclar durmientes tratados con creosota para recuperación de energía es 20 veces mayor que la recuperación de energía por desecho en relleno sanitario. Además, las compensaciones resultan en una disminución significativa de las emisiones de GEI cuando los durmientes se reciclan como energía en comparación con un ligero incremento en las emisiones de GEI cuando se depositan en rellenos sanitarios. Cada durmiente reciclado como energía representa aproximadamente el 0.5% de las emisiones de GEI y uso de combustibles fósiles per cápita anuales en los EUA. Por tanto, aproximadamente 200 durmientes reciclados como energía compensarían los impactos de GEI y combustibles fósiles de un residente típico de los EUA. Si todos los durmientes reemplazados anualmente en los EUA (aproximadamente 20 millones de durmientes) se reciclaran como energía, su uso compensaría los GEI y el uso de combustibles fósiles equivalente a cerca de 100,000 residentes. Se debe promover y aumentar el uso de tratamiento dual de durmientes en regiones de alta descomposición. Se espera una extensión de vida de servicio de entre 10 y 15 años cuando se usa tratamiento dual de borato/creosota. Los impactos resultantes del uso de tratamiento dual de borato/creosota son más que compensados por la reducción de impactos resultante de una vida de servicio más larga. Una aplicación más amplia del tratamiento dual de durmientes en regiones de Copyright © 2013 SciRes.

alta descomposición resultaría en impactos de ciclo de vida menores en conjunto. Debe continuarse la investigación que evalúa el uso de biodiésel como portador de conservantes a base de aceite, tales como la creosota y el pentaclorofenol. Se necesitan datos para demostrar tanto que el biodiésel tiene indicadores de impacto menores que el diésel fósil, como que su uso no impacta la vida de servicio de productos tratados. Si estos datos lo respaldan, la sustitución del aceite fósil con biodiésel podría disminuir la necesidad de aceite fósil como conservante. Debe minimizarse el desecho en relleno sanitario. La industria y la obra pública que emplea madera tratada deben buscar minimizar las emisiones de metano que resultan del desecho de madera en rellenos sanitarios de dos formas: minimizar el desecho en rellenos sanitarios y, si el desecho es necesario, fomentar el desecho en rellenos sanitarios equipados con sistemas de recolección de metano. Minimizar el desecho es especialmente benéfico, puesto que reduce el uso de la capacidad de los rellenos sanitarios, reduce las emisiones de metano desde los rellenos sanitarios y compensa el uso de combustibles fósiles y las emisiones de GEI con el uso de combustibles biogénicos renovables. Las instalaciones de producción deben continuar procurando reducir las entradas de energía por medio de conservación e innovación, incluyendo la obtención de materiales en ubicaciones cercanas al punto de tratamiento y uso. También, el uso de biomasa como fuente alternativa de energía puede reducir algunos valores de categoría de impacto en comparación con el uso de energía de combustibles fósiles o electricidad de la red. 7. Agradecimientos Los autores desean agradecer al TWC por financiar este proyecto. Los miembros del TWC y su Director Ejecutivo, el Sr. Jeffrey Miller, han sido parte integral en la conclusión del mismo. Los autores y el TWC agradecen a la Railway Tie Association por los estudios adicionales llevados a cabo para respaldar este ACV. También agradecemos a los revisores internos, James Clark, Craig McIntyre y JTTs

C. A. BOLIN, S. T. SMITH Maureen Puettmann, y a los revisores externos independientes, Mary Ann Curran, Paul Cooper y Yurika Nishioka por su apoyo, paciencia y perseverancia al acompañar este proyecto hasta su conclusión.

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REFERENCIAS

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