M. López, S. Curadelli, B. Civit, R. Piastrellini, Cocción sostenible en la producción de ladrillos cerámicos artesanales

COCCIÓN SOSTENIBLE EN LA PRODUCCIÓN DE LADRILLOS CERÁMICOS ARTESANALES.

M. LOPEZ Ing.ª Recursos Renovables Grupo CLIOPE UTN-FRM Mendoza; Argentina [email protected]

S. CURADELLI Prof. Mg. Ing.a Química Grupo CLIOPE UTN-FRM Mendoza; Argentina [email protected]

B. CIVIT Prof. Esp. Ing.a Civil Grupo CLIOPE UTN-FRM Mendoza; Argentina [email protected]

R. PIASTRELLINI Prof. Dra. Ing.a Química Grupo CLIOPE UTN-FRM Mendoza; Argentina [email protected]

RESUMO La fabricación de ladrillos cerámicos artesanales, es una actividad que se caracteriza por la falta de innovación tecnológica y el uso de recursos no renovables, que modifica las condiciones del lugar de emplazamiento, dejando suelos erosionados, zonas desforestadas y altos niveles de contaminación en el aire. La adopción de medidas encaminadas a la reducción del consumo energético y la optimización de los recursos utilizados contribuyen a reducir la carga ambiental que se genera. En este sentido, en el presente trabajo se presenta un estudio preliminar de alternativas tecnológicas en el proceso de cocción del material, a partir de la aplicación de un Análisis de Ciclo de Vida comparativo, que permite conocer, valorar y cuantificar, de forma objetiva, el impacto ambiental del material, y con modelos econométricos, se realizaron proyecciones energéticas para proponer mejoras en ciertas etapas de su producción. 1. INTRODUCCIÓN La fabricación de ladrillos cerámicos artesanales, desde hace varias generaciones, es una práctica habitual en los países en vías de desarrollo y particularmente en la provincia de Mendoza, Argentina. Se desarrolla con la técnica ancestral del amasado y moldeado manual, secado del bloque al sol y posteriormente se procede a su cocción en hornos denominados de campaña, en los que se apilan los bizcochos secos, intercalando leña de desmonte en cantidad proporcional al volumen de ladrillos a cocinar. Posteriormente se enciende la leña, que se utiliza como combustible, y de este modo comienza el proceso de cocción, que por la propia naturaleza de este tipo de hornos, es difícil de controlar, originando grandes pérdidas térmicas y sin control en las emisiones a la atmósfera. Esta actividad se caracteriza por la falta de innovación tecnológica y utiliza recursos no renovables, se instalan en un lugar, extraen el suelo y cuando se consumió la materia prima, la fábrica desaparece dejando suelos erosionados, zonas desforestadas (porque se utilizó leña obtenida de los árboles para quemar los hornos) y altos niveles de contaminación en el aire. Por ello, la forma de producción, a partir de la extracción de la capa de tierra superficial vegetal (humus), y la cocción con leña en grandes hornos a cielo abierto, constituye un verdadero problema ecológico. Por otra parte, el proceso tiene asociada la emisión de gases de efecto invernadero, material particulado, pérdida de biodiversidad, entre otros, que podrían mejorarse a partir de cambios tecnológicos en etapas claves del proceso con mejores resultados en la calidad del producto y que reducirían en gran medida los efectos nocivos. .

La adopción de medidas encaminadas a la reducción del consumo energético y la optimización de los recursos utilizados contribuyen a reducir la carga ambiental que se genera. En este sentido, en el presente trabajo se presenta un estudio ambiental preliminar de tres alternativas tecnológicas en el proceso de cocción del material, a partir de la aplicación de un análisis de ciclo de vida comparativo. Para ello, se consideran tres escenarios donde se analizan distintos comustibles en la etapa de cocción de los ladrillos para una planta típica ubicada en la zona ladrillera de El Algarrobal, Mendoza, Argentina. Los combustibles empleados son: leña, gas licuado y biogás. 2. CASO ANALIZADO En este estudio se utiliza el método del análisis de ciclo de vida para determinar el perfil ambiental del proceso de elaboración de ladrillos artesanales utilizando tres combustibles alternativos en la etapa de cocción de los mismos. El Análisis del Ciclo de Vida (en adelante ACV) es una metodología estandarizada por la serie de Normas Internacionales ISO 14.040. Estas establecen las condiciones necesarias para realizar un estudio de comparación de productos en los que se pretende establecer la superioridad ambiental de uno sobre otro. El concepto de “ciclo de vida”, significa que se puede evaluar el impacto de un producto, proceso o actividad desde la extracción de las materias primas hasta el fin de vida, pasando por las etapas de manufactura, distribución, transporte, uso por parte del consumidor y fin de vida (reúso, reciclo o disposición final). Según la norma ISO 14040 [1], un ACV se compone de cuatro etapas: Definición de objetivos y alcance; Inventario; Evaluación de Impactos (LCIA) e Interpretación (ISO, 1997). 2.1. Descripción, Objetivo y Alcance La producción en Mendoza es principalmente artesanal y con escaso desarrollo tecnológico, llevada a cabo por Pequeñas y Medianas Empresas (PyMES), en general de manera informal, en condiciones laborales precarias y con mano de obra extranjera (Arena et al., 2008). Si bien la fabricación se realiza durante todo el año, es principalmente fuerte durante el periodo de setiembre a abril, cuando las condiciones climáticas (temperatura, humedad y precipitaciones) son más favorables. Por lo general, los hornos de ladrillos se encuentran en propiedades rurales de donde se extrae la principal materia prima (arcilla). En El Algarrobal (Figura1), la producción de ladrillos comenzó en la década de los 60, de manera artesanal y con prácticas tradicionales; desde ese entonces las mejoras tecnológicas han sido escasas y la infraestructura ha permanecido precaria. Esta actividad empezó a desarrollarse por la baja rentabilidad de la producción agrícola predominante en ese momento, en coincidencia con un aumento de la demanda de insumos para la construcción. La producción se encuentra concentrada en una pequeña área, con suelo de alto valor agrícola y apto también para la fabricación de ladrillos (Codes et. al., 2002) [2]. Por la informalidad de la actividad, los datos sobre la cantidad de hornos ladrilleros es difusa, pero según estudios de la OTIyA (2012) [3] y Arena et. al. (2008) [4], serían entre 118 y 180; la mayoría de ellos trabaja sin habilitación y se trata de pequeños hornos con baja capacidad de producción. 2.2 Localización del área de estudio

M. López, S. Curadelli, B. Civit, R. Piastrellini, Cocción sostenible en la producción de ladrillos cerámicos artesanales

Figura 1. Der.: Imagen aérea de la zona ladrillera de El Algarrobal, Mendoza, donde se pone de manifiesto el uso intensivo del suelo y la poca visibilidad causada por las emisiones de material particulado y gases (Fuente: Google Earth). Izq.: Ubicación del área de estudio en un mapa de Argentina. El objetivo del trabajo es la realización de un estudio ambiental preliminar de tres alternativas tecnológicas en el proceso de cocción del material, a partir de la aplicación de un análisis de ciclo de vida comparativo. El sistema analizado comprende los procesos de obtención de la arcilla, mezclado, secado y cocción de ladrillos (Figura 2). En el proceso de cocción se consideraron tres escenarios: a) escenario que representa la situación actual de las ladrilleras en Mendoza, en la cual se utiliza leña como combustible, y dos escenarios hipotéticos en los que se utiliza b) Gas Licuado de Petróleo (LPG) y c) biogás como combustible. El análisis se realizó considerando un enfoque “cradleto-gate”, en el cual no se tiene en cuenta el uso y disposición final del producto. Asimismo, a partir del estudio ambiental, se ha demostrado la potencialidad de la utilización de la metodología del ACV para la estimación del uso de técnicas alternativas .

Gasoil Agua Viruta/Aserrín Arena Agua

NOx, CO2 COV, CO Partículas

Leña/LPG/Biogás

Figura 2. Esquema del proceso de producción de ladrillos con hornos a leña. El alcance del sistema, la unidad funcional (UF) y las reglas de corte1, se definieron de acuerdo a la norma ISO 1440. Dado que las opciones de análisis propuestas son sólo durante la etapa de producción, se determinó que el límite del sistema abarca “desde la cuna a la puerta”, lo que significa que se consideraron las entradas y salidas desde la extracción de las materias primas hasta el final de la fabricación de los ladrillos, excluyendo su uso y disposición final; se tuvieron en cuenta las etapas de transporte de materias primas y el consumo de combustible usado en las maquinarias, no así la fabricación de la infraestructura y de la maquinaria empleadas en el proceso de producción, puesto que no son impactos comparativamente significativos. Se estableció la unidad funcional (UF), como “la producción de ladrillos macizos necesarios para construir 1m2 de muro”, para el que son necesarios 50 ladrillos. Como regla de corte, se tomó el “1% en masa”, lo que determina que se excluyeron las entradas que representaban menos del 1% de masa de entradas total al sistema. Se definieron también las categorías de impacto2 para el enfonque midpoint3, que son seleccionadas siguiendo diversos criterios, como la relevancia ambiental, la pertinencia en el tipo de proceso evaluado, legislación y normativas, entre 1

El límite del sistema estaría definido por los procesos y las etapas del sistema que han de incluirse en el estudio; la unidad funcional es el objeto de análisis, que debe ser medible ya que se trata de la unidad de referencia “a partir de la cual se normalizan (en un sentido matemático) los datos de entrada y de salida”; y las reglas de corte determinan qué entradas y salidas se incluirán en la evaluación, de acuerdo a su masa, energía o importancia ambiental.

otros. Por tanto, en conocimiento de la situación ambiental general del Algarrobal y considerando el objetivo del estudio, se escogieron aquellas categorías juzgadas como esenciales para entender, comparar y proyectar los escenarios abordados. Ellas son: cambio climático, toxicidad humana, ecotoxicidad terrestre, ecotoxicidad de agua dulce, formación de material particulado y agotamiento de combustibles fósiles. 2.3. Inventario “En la etapa de inventario toda la información relevante es cuantificada y organizada. Se identifican y cuantifican los insumos materiales y energéticos empleados y los desperdicios generados y liberados al ambiente” (Chambouleyron et. al., 2003) [6]. “Por otra parte, la evaluación de impactos provee información para la etapa de interpretación” (UNEP, 2000, en Civit, 2009) [7]. En esta etapa se identifica cada salida del inventario con las categorías de impacto. Se confeccionó el inventario para cada caso seleccionado y el análisis de impactos se realizó con el el software SimaPro V. 7.1, a través del método de evaluación ReCiPe V1.06 Mid/Endpoint (2011), elegido por ser actualizado y contar con un enfoque ajustado a condiciones regionales. Los datos se obtuvieron a través de visitas a cinco hornos de producción de ladrillos ubicados en la zona de estudio. Se consideró el transporte de cada materia prima al sitio donde se emplazan los hornos, que van desde los 35 km a 1100 km. Se tuvo en cuenta el poder calorífico de cada combustible para el análisis comparativo y la eficiencia de los hornos. Las proporciones de insumos y materia primas utilizadas corresponden a datos obtenidos por medio de entrevistas realizadas a dueños y arrendatarios de ladrilleras de la zona. Para el amasado se considera un consumo de 28 litros de gasoil por km recorrido de tractor. Con respecto a los escenarios alternativos, se asumió que el gas licuado de petróleo a granel proviene de la refinería, Luján de Cuyo, Mendoza a 40,9 Km de los hornos, mientras que el biogás se obtiene a partir de un biodigestor que utiliza residuos sólidos urbanos (RSU) provenientes de un vertedero ubicado en la localidad El Borbollón a 13 km de la zona considerada para el estudio. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN El Gráfico 1 muestra los impactos normalizados en cada categoría de impacto seleccionada de las alternativas de combustible consideradas. Se observa que en las categorías toxicidad humana, formación de material particulado y cambio climático son las más significativa para el caso del uso de la leña como combustible representando el 50%, 15%, 14% respectivamente del total del impacto para cada categoría mencionada. El LPG posee el mayor impacto en la categoría agotamiento de combustibles fósiles con un 92%.

Gráfico 1: Impacto potencial total según tipo de combustible

2

Categoría de Impacto: Clase que representa asuntos ambientales de interés a la cual se pueden asignar los resultados del análisis del inventario del ciclo de vida” (IRAM-ISO, 2008) [5]. 3 El enfoque midpoint (o de puntos intermedios), significa que serán evaluados impactos potenciales, que podrían llegar a ocurrir en cualquier lugar del mecanismo ambiental (cadena de causa-efectos para determinada categoría de impacto) (Civit, 2009)

M. López, S. Curadelli, B. Civit, R. Piastrellini, Cocción sostenible en la producción de ladrillos cerámicos artesanales

Analizando en particular la categoría de impacto: Toxicidad humana cuando se utiliza leña como combustible (Graf. 2), se observa que los elementos que más contribuyen son la combustión de la leña y la carbonilla (33% cada una), mientras que el transporte de la leña lo hace con un 22.6%.

Graf. 2: Categoría de impacto toxicidad humana para caso de leña En la categoría de impacto formación de material particulado utilizando leña como combustible (Graf 3), se observa que es precisamente la combustión de la leña el elemento más significativo (85.8%).

Graf. 3: Categoría de formación de material particulado para caso de leña En el caso del cambio climático utilizando leña para la cocción de los ladrillos (Graf 4), la combustión de dicho combustible aporta el 34.7%, mientras que el trasnporte de la leña lo hace con un 30.3%.

Graf. 4: Categoría cambio climático para caso de leña Por otro lado, para el agotamiento de los combustibles fósiles, el combustible que posee un mayor impacto es el LPG. Si se analiza en detalle (Graf 5), la quema de carbonilla es el elemento que aporta el 89.7% en esta categoría de impacto.

Graf. 5: Categoría formación de material particulado para caso de LPG 4. CONCLUSIONES Este trabajo analiza seis categorías de impacto ambiental a partir de un ACV en una planta típica en la zona ladrillera de Mendoza, usando combustibles diferentes en la etapa de cocción. A priori, se podría suponer que la incorporación de LPG de modo masivo en lugar de leña, reduciría considerablemente las emisiones de material particulado y mejoraría las categorías de cambio climático y de impacto toxicidad humana con respecto al uso de leña. No obstante, el LPG posee el mayor impacto en la categoría agotamiento de combustibles fósiles, con respecto al uso de leña o biogás. Según la hipótesis planteada en el aprovechamiento de biogás como combustible, su uso presentó las mejores condiciones en las seis categorías analizadas para sustituir la leña como combustible, aprovechando el uso del biogás generado en un biodigestor que utiliza residuos sólidos urbanos (RSU) provenientes de un vertedero en las cercanías de la zona considerada para el estudio. Sin embargo, se debe considerar que el reemplazo de los hornos de leña en la zona ladrillera de Mendoza por otros que empleen LPG o biogás, implica modificaciones en la infraestructura industrial tradicional que deben ser evaluadas desde el punto de vista de la factibilidad técnica y económica. Por último, se destaca que la cuantificación de los impactos se ha realizado mediante factores de emisión generales presentes en la bibliografía especializada. La aplicación local de los mismos, posee cierto grado de incertidumbre,

M. López, S. Curadelli, B. Civit, R. Piastrellini, Cocción sostenible en la producción de ladrillos cerámicos artesanales

siendo evidente la necesidad de realizar mediciones específicas para una estimación más exacta de los efectos sobre las categorías ambientales analizadas. Sin embargo, los resultados obtenidos son considerados representativos de la magnitud de los efectos para cada alternativa de producción, porque se observaron grandes variaciones entre los efectos estimados para cada tipo de combustible. 5. REFERENCIAS [1] [2] [3]

[4]

[5] [6]

[7]

ISO (International Organisation for Standardisation). ISO 14044:2006, Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines, 2006. Codes, M. I.; Robledo, S. B.; Alessandro, M. & Maffei, A. Impacto ambiental de las ladrilleras en El Algarrobal, Departamento de Las Heras, Mendoza, Argentina. Facultad de Filosofía y Letras, UNCuyo. Mendoza, 2002. OTyA (OBSERVATORIO DE TRABAJO INFANTIL Y ADOLESCENTE). Trabajo infantil en hornos de ladrillos, Las Heras, Mendoza: Diagnóstico y propuestas a partir de un estudio rápido. Dirección de prensa y comunicaciones. Mendoza, 2012. Arena, A.P.; Civit, B. & Da Silva, S. M. Perfil ambiental de la producción de ladrillos en Mendoza: Caso de estudio en El Algarrobal. Encuentro de Investigadores y Docentes de Ingeniería EnIDI 2008, Mendoza, Argentina, 2008. IRAM-ISO (Instituto Argentino de Normalización y Certificación - International Organisation for Standardisation). Norma Argentina 14044:2008 Gestión ambiental - Análisis de Ciclo de Vida - Requisitos y directrices, 2008. Chambuleyoron, M.; Correa, E.; Pattini, A.; Arena, P. Análisis comparativo de metodologías cuantitativas y cualitativas de ecodiseño: Un aporte para el desarrollo sustentable de productos. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, Vol. 7, nº2, 12.01-12.06. ISSN 0329-5184. La Plata, Argentina 2003. Civit, B. Sostenibilidad ambiental: Desarrollo de indicadores regionales para su aplicación en estudios de Análisis de Ciclo de Vida en la región árida del centro oeste argentino. Universidad Nacional de Cuyo, Mendoza Argentina. ISBN 978-987-9126-91-2, 2009.