Procedimiento para la valoración de la sostenibilidad energético-ambiental de estrategias energéticas (página 3)

El impacto sobre el ambiente y el logro del aumento de la utilización eficiente de los recursos energéticos, es mejor dirigido considerando la exergía, la que resulta una medida de su utilidad, calidad o potencial para causar el cambio. El último punto sugiere que la exergía pueda ser o proporcionar, la base para una medida efectiva del potencial de una sustancia o forma de energía para impactar el ambiente. La necesidad de entender la unión entre la exergía y energía y el impacto medioambiental, aumenta el interés en esta herramienta.

• Exergía y Concepto de Calidad de la Energía.

La Exergía es el 'combustible' para los sistemas disipativos, es decir, sistemas que se sostienen transformando energía y materiales. El concepto de exergía se ha usado principalmente dentro de la tecnología de producción de calor y potencia, donde se trabaja con calores de calidad variable. El campo de aplicación puede ser extendido a la conversión de la totalidad de energía y materiales en la sociedad, permitiendo una descripción uniforme del uso de recursos físicos y los impactos medioambientales en relación con su uso (Wall, 1993); lo cual permite, realizar modelos predictivos que organicen los sistemas de transformación de la energía, con vista a aumentar el aprovechamiento de los recursos no renovables y los renovables.

Los recursos naturales son tradicionalmente divididos en energéticos y no energéticos. El concepto de exergía es igualmente una medida adecuada del recurso. La exergía contenida en los recursos energéticos puede ser valorada por su contenido energético multiplicado por un factor de calidad, que se aplica a la forma de energía en cuestión.

• Exergía como concepto general del recurso.

Los recursos naturales, como la energía y materias primas, aparecen como flujos o como reservas. Estos necesitan mucho tiempo para su formación. La disponibilidad del recurso, estará en función de la velocidad de generación del mismo(Wall, 1997).

Al analizar el uso del recurso físico en las sociedades usando el concepto de exergía, la ineficiencia y el derrochante uso de los recursos quedarán expuestos totalmente. Esto, a su vez, mostrará las posibles mejoras tecnológicas que deben implementarse y las emisiones que deben ser reducidas.

La exergía de una sustancia se encuentra formada por la exergía vinculada a la formación de la misma, la exergía asociada a la capacidad para reaccionar o provocar cambio y la exergía relacionada con la diferencia entre el estado de la sustancia y su estado muerto. La integración de estos valores permitirá poseer una medida de la sustancia en unidades exergéticas.

La valoración exergética de los recursos permite establecer criterios de manejo de los mismos, ya que expresa la magnitud del consumo físico de dichos recursos, aunque no puede expresar propiedades como la viscosidad, temperatura de vaporización o temperatura de auto inflamación, si muestra el trabajo mecánico que es posible utilizar de dicho recurso. Estando además limitado por las características de los sistemas que transforman

• Exergía, aspectos económicos.

La exergía también es un concepto útil en la economía. En la macroeconomía, ofrece una manera de evaluar la disminución de los recursos y la destrucción medioambiental por medio de un impuesto exergético. En la microeconomía, se ha combinado perfectamente con el análisis costo-beneficio para mejorar el diseño. Diseñar sistemas eficientes y con costo efectivo que también tengan en cuenta las condiciones medioambientales, resulta uno de los desafíos importantes que los ingenieros enfrentan. En el mundo, con recursos naturales finitos y grandes demandas de energía, se incrementa la importancia de entender los mecanismos de degradación energética y de los recursos, desarrollando acercamientos sistemáticos para mejorar los sistemas y así también para reducir el impacto ambiental. La Exergía combinada con la economía, representa una poderosa herramienta para el estudio sistemático y la optimización de sistemas. Varios autores trabajan en los aspectos de la termoeconomía de sistemas energéticos y citan a Georgescu-Roegen con su trabajo (Georgescu-Roegen, 1971) como el padre de la termoeconomía, dándole un papel de pionero en esta dirección. La exergía y la microeconomía forman la base de la termoeconomía que también se nombra exergoeconomía (Bejan, 1996). El concepto de utilidad es un concepto central en la macroeconomía, ella también se relaciona estrechamente a la exergía y un impuesto exergético es ejemplo de cómo pudiera introducirse la exergía en la macroeconomía.

Wall en 1993 señaló que el concepto de exergía no sólo es crucial para los estudios de eficiencia, sino también para la contabilidad de costos y análisis económico(Wall, 1993). Usando la exergía contenida como una base para la contabilidad del costo, es importante dar valor a los productos para la evaluación de las ganancias. Es también útil para la operación y toma de decisiones en el diseño, incluso la optimización del propio diseño. Así, la exergía es la única base racional para evaluar la eficiencia de combustibles y recursos, procesos, mecanismos y sistema, las dispersiones y sus costos, el valor y costo de los rendimientos de los sistemas.

En uno de los más recientes trabajos, Sciubba indicó que los procedimientos importantes del diseño, en una etapa abandonaron reconocer que las irreversibilidades en los procesos y componentes dependen de la 'proporción de degradación' de la energía y no sólo en la proporción entre las intensidades de salida y entrada de los flujos, y que existe una escala de calidad energética que puede ser cuantificada mediante un análisis de la entropía (Sciubba, 2001). En esencia, el legado de este acercamiento, universalmente aceptado, es que la idea de la eficiencia de la conversión basada solamente en la consideración de la primera ley es errónea y engañosa.

El análisis de Exergía, aunque completamente satisfactorio desde un punto de vista termodinámico, siempre se ha considerado como incapaz de determinar el óptimo de un diseño real y, por consiguiente, su uso ha sido asociado con el habitual análisis de costo monetario. Recientemente ha surgido una completa y teóricamente sólida herramienta, basada en una combinación de métodos como el económico y el termodinámico nombrada 'termoeconomía', fue desarrollada para la industria.

En este acercamiento, las eficiencias son calculadas por medio de un análisis exergético y los "gastos no energéticos" (financieros, mano de obra y costos de mitigación de las afectaciones medioambientales) relacionados explícitamente a parámetros técnicos y termodinámicos del proceso, teniendo en cuenta que la optimización consiste en determinar el punto de diseño y programa de operación que minimizan el costo total (monetario), bajo un juego apropiado de financiación, Restricciónciones normativas, medioambientales y técnicas. A pesar de una larga tradición de opiniones contrarias, la exergía parece poseer una correlación intrínseca muy fuerte y directa con los valores económicos, una de las metas del método de contabilidad exergética extendida (EEA) es explotar esta correlación, para desarrollar una teoría formalmente completa de valor, basada en una métrica energética o monetaria indistintamente. Este es, un método general en que kJ/kg o kJ/kW son consistentemente equivalentes a $/ kg y $/ kW respectivamente. Se basa en la idea fundamental de que, mientras la exergía y los costos monetarios puedan tener la misma morfología, su topología (la estructura) puede ser diferente, llevando a la posibilidad de puntos óptimos de diseño diferentes.

• Exergía y Medioambiente.

La exergía también se sugiere como la conexión más apropiada entre la segunda ley de la termodinámica y el impacto medioambiental, en parte porque es una medida del cambio del estado de un sistema con respecto al ambiente (Edgerton, 1992). La magnitud de la exergía de un sistema, depende de los estados del sistema y el ambiente. Esta desviación sólo es cero cuando el sistema está en equilibrio con su ambiente, el concepto del ambiente aplicado al análisis exergético es planteado por Kotas (Kotas, 1995).

Una comprensión de las relaciones entre la exergía y el ambiente, puede revelar los modelos fundamentales subyacentes y las fuerzas que alteran los cambios en el ambiente, así como los estudios para disminuir los daños medioambientales. De hecho, Tribus y McIrvine en 1971 sugirieron que realizando un análisis de la exergía de los procesos naturales que ocurren en la tierra, pudiera formase una función para una planificación ecológicamente segura porque indicaría la perturbación causada por los cambios a gran escala (Tribus, 1971).

1.3.4.1 Exergía, emisiones contaminantes.

La exergía asociada con las emisiones contaminantes puede verse como un daño potencial para el medioambiente. Los desechos, al no estar en equilibrio con el ambiente poseen un alto potencial para producir cambios desfavorables en el medioambiente del sistema analizado. Normalmente, la exergía emitida en los desechos causa daño al ambiente, aunque existen algunas excepciones. Más allá, las emisiones de exergía al ambiente pueden interferir con la entrada neta de exergía proveniente de la radiación solar a la tierra, por ejemplo, las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero que son desechos de procesos, los que causan cambios debido a su concentración en la atmósfera, afectando la recepción e irradiación de la radiación solar por la tierra. La relación entre las emisiones de exergía en la sustancias desechadas y el daño medioambiental se ha reconocido por varios investigadores, como Reistad en 1970 (Reistad, 1970) el que consideró el valor económico de la exergía en los combustibles y desarrolló una tasa de polución del aire para cada tipo de combustible, estimándolo como el costo para eliminar el contaminante o el costo en que tendría que incurrir la sociedad por la polución en forma de un impuesto que debe ser cobrado.

Aquí, podemos resumir los factores claves como sigue:

Los estudios energéticos y ambientales, llevando al incremento de la eficiencia energética, pueden reducir el impacto medioambiental reduciendo las pérdidas de energía. Dentro del alcance de los métodos exergéticos, tales actividades llevan al aumento de la eficiencia exergética.

El aumento de la eficiencia puede contribuir, a menudo, de mejor manera a lograr la seguridad energética en condiciones medioambientalmente aceptables por la reducción directa de las emisiones que podrían haber ocurrido.

El aumento de la eficiencia también reduce los requerimientos para los nuevos medios de producción, transporte, transformación y distribución de varias formas de energía; estos medios adicionales llevan algunos impactos medioambientales.

Para controlar la polución medioambiental, las acciones de aumento de la eficiencia necesitan a menudo ser apoyadas por tecnologías apropiadas de control de la polución o substitución de combustible.

• Exergía y Desarrollo Sostenible.

Un suministro estable de recursos energéticos es generalmente necesario, pero no un requisito suficiente para el desarrollo dentro de una sociedad. Además, el desarrollo sostenible demanda un suministro sustentable de recursos energéticos. Las implicaciones de estas declaraciones son numerosas y depende cómo se define dicho término. Al efecto hay dos aspectos vitales que se plantean a continuación:

Una implicación importante de estas afirmaciones es que el desarrollo sustentable dentro de una sociedad, requiere un suministro de recursos energéticos que, al ser disponible a largo plazo, debe ser suministrado en el flujo requerido, de manera sustentable, a un costo razonable y utilizándose en las tareas que se requieran, sin causar impactos sociales negativos.

Una segunda implicación es que el desarrollo sustentable requiere que los recursos energéticos sean usados de la manera más eficiente posible. De esta forma, la sociedad aumenta al máximo los beneficios que se derivan de la utilización de los recursos energéticos, minimizando los impactos negativos asociados con su uso.

La presente tendencia al consumo desmedido de los recursos y la destrucción medioambiental, lleva a la interrogante de ¿por qué no usar la exergía en la sociedad para potenciar el desarrollo sustentable? La persistente negativa de usar el concepto exergía en la sociedad, tiene trágicas consecuencias. Los análisis exergéticos son necesarios si se pretende realizar esfuerzos serios para lograr una distribución más justa de los recursos en el mundo y de nuestra preocupación por las generaciones futuras (Wall, 1993).

• Uso de los análisis exergéticos en trabajos anteriores.

La exergía, como ya se ha visto constituye una herramienta poderosa para el logro de la sostenibilidad energética, por lo que se considera importante analizar diferentes trabajos realizados con anterioridad que en la mayoría de los casos, fundamentan el presente trabajo doctoral.

• Exergía como índice.

Como se mencionó anteriormente la utilización de índices y sistemas de indicadores ha sido un método utilizado para caracterizar sistemas. Como ejemplos de ello se encuentran el Índice de Desarrollo Humano (IDH), el sistema de indicadores elaborado en el marco del proyecto ELANEM y otros que de una manera o de otra, tratan el aspecto energético de forma superficial y, en algunos casos, prácticamente imperceptible, los que pueden, en cierta medida, ser interpretados de manera errónea.

El método exergético no ha quedado excluido de este tipo de análisis. Este método, combinado con otros, se ha utilizado para formular índices que permitan la modelación de ecosistemas, con vistas a predecir su evolución en el futuro, así como a diferentes cambios que en su entorno pudieran producirse (Fath, 2004, Ludovisi, 2003).

Un acercamiento diferente al problema energético medioambiental, ha sido la contabilidad de la energía global en sistemas complejos, análisis energéticos que se basan en la definición de un ''Índice Energético Acumulativo '' que tiene en cuenta el ''Índice de Calidad de la Energía '' y así cuantificar la calidad de diferentes portadores energéticos (Nilsson, 1997, Odum, 1996, Ulgiati, 1998).

Los análisis exergéticos también han sido utilizados para lograr la sostenibilidad de áreas urbanas. C. Balocco, S. Papeschi, G. Grazzini y R. Basosi utilizaron la eficiencia, de la primera y la segunda ley como índices termodinámicos que caracterizarán la sostenibilidad de las construcciones en particular y de las áreas urbanas en general (Balocco, 2004). En su metodología, este grupo sostiene un único criterio termodinámico ambiental por la ponderación dada a la eficiencia de segunda ley (eficiencia exergética), lo cual demostraron comparando los resultados de los análisis, utilizando ambas eficiencias. Por otro lado también constataron la relación existente entre la eficiencia exergética y las emisiones contaminantes, durante el ciclo de vida de las construcciones en el sector residencial.

Al analizar el uso de los índices e indicadores para lograr la sostenibilidad, pode concluirse que aunque permiten apreciar el estado de un sistema y, hasta cierto punto, determinar sobre qué aspecto debe actuarse, no permiten por otra parte, decidir la mejor manera de modificar las condiciones, tanto internas como externas del sistema, y así acercarlo a un estado de sostenibilidad más elevado. Existe un sector de tomadores de decisión al que sin dudas, un análisis por medio de índices o sistemas de indicadores les permitiría ganar conciencia del estado del sistema analizado y las zonas en las que se debe actuar para mejorar sus condición, pero a la hora de decidir qué tecnología utilizar o qué portador energético consumir, para cada caso, resulta imprescindible una herramienta de decisión con más posibilidades.

• La exergía, su relación con la economía.

Al estudiar las condiciones en las que se mueven las sociedades actuales y la gran influencia que sobre la sostenibilidad tiene la economía, se palpa el especial interés de varios autores que han destacado la importancia de este aspecto para el logro de la sostenibilidad, especialmente energética.

Verda V. planteó un acercamiento para el diagnóstico termoeconómico. El procedimiento, inicialmente desarrollado para la situación de anomalías en la explotación de plantas térmicas, la que es extendida para evaluar económicamente la energía recuperada al eliminar las anomalías encontradas. La aplicación de un sistema de mantenimiento basado en el aumento de las irreversibilidades y su costo, por el funcionamiento defectuoso de una o varias partes del sistema, permite tomar las medidas pertinentes para que los sistemas operen con las menores irreversibilidades posible (Verda., 2004).

Traversa A., Massardo A. F., Cazzola W. y Lagorio G. desarrollaron un software que basado en cálculos de balances termoeconómicos, permite la optimización de sistemas energéticos complejos. A este análisis le fue incluido el de ciclo de vida, resaltando los impactos ambientales causados por la combinación de las tecnología seleccionadas (Traversa, 2004). Este trabajo demuestra la posibilidad de generar herramientas para la toma de decisiones en cuanto a qué tecnología o combinación de tecnologías utilizar que satisfagan las necesidades de energía de un sistema.

Es importante señalar que recientemente la Segunda Ley ha sido utilizada junto a la exergía-base del costo del ciclo de Vida como los casos de Ayres en 1998 y Rosen en 2002 (Ayres, 1998, Rosen, 2002) los que incluyen el equilibrio de la energía de un sistema, computado sobre toda su vida útil de trabajo, el daño medioambiental (principalmente tomando el costo de limpieza real o previsto) y el reciclaje, derivados del proceso que pueden re-usarse en otros pasos productivos pudiendo considerarlos rendimientos positivos del balance. Otros autores han preferido realizar análisis termo-exergo-económico (Poredos, 2002, Sollner, 1997, Ulgiati, 1998, Zabalza, 2002, Zhou, 1996). La metodología de Contabilidad Exergética (Sciubba, 1999) puede ser considerada propiamente una síntesis de los diferentes acercamientos descritos con anterioridad.

De lo anterior se puede concluir que la reducción de impactos medioambientales, el crecimiento de la eficiencia de utilización de los recursos, la sostenibilidad energética y la reducción de las emisiones contaminantes, pueden ser dirigidos de mejor forma si se usa el método de la evaluación exergética.

Para alcanzar la Sostenibilidad se apunta a la importancia de la eficiencia energética, las energías renovables y las nuevas tecnologías, tanto para suministro como para el uso final de la energía. Ni Weidou y Thomas B Johansson plantean que existen estrategias y tecnologías energéticas creíbles que permitirán un uso más racional de los recursos energéticos y aseguran los suministros de energía, junto con el mantenimiento de la calidad ambiental de los sistemas (Weidou, 2004).

• Utilización de los análisis exergéticos para la definición de políticas energéticas.

La exergía ha sido utilizada como una herramienta para la definición de políticas energéticas, siendo una medida de cantidad y calidad de recursos energéticos diferentes. Por otro lado, se han evaluado procesos reales que involucran energía con el propósito de establecer o mejorar políticas ambientales que tengan en cuenta los siguientes aspectos: la calidad, la conservación de la energía, el ambiente, la influencia de la economía y el desarrollo sustentable. Ibrahim Dincer demostró la utilidad de la exergía como herramienta para la elaboración de políticas energéticas (Dincer, 2002) dando pié al desarrollo de procedimientos que permitan la selección de tecnologías o combinaciones tecnológicas que satisfagan las necesidades de energía que una región o sistema posee.

El logro del desarrollo sustentable de un sistema ha sido visto como la media de la sostenibilidad de sus partes más elementales. Slawomir W. Hermanowicz propone la dependencia existente entre la sostenibilidad y los procesos fundamentales, ya sean químicos, transformación física o biológica y transporte de masa, energía y cambios de entropía; enfocando su trabajo en los funcionamientos de las unidades más pequeñas y los procesos, permitiendo que se agreguen en sistemas mayores, considerando explícitamente el horizonte de tiempo en la determinación de la sostenibilidad (Hermanowicz, 2004). Es de destacar en cuanto a este aspecto que para el logro de la sostenibilidad energética, en analogía con los

procesos productivos, resulta imprescindible tener en cuenta el nivel de sostenibilidad de cada uno de los subsistemas definidos dentro del sistema analizado.

Un método innovador para el cálculo de la eficiencia exergética en un sistema energético intensivo y complejo con estructura arbitraria fue descrito por V. Nikulshin, C. Wu, y V. Nikulshina. El método es basado en una nueva ecuación general para calcular la eficiencia exergética total del sistema y en un gráfico de flujo de exergía propuesto por los autores. Este acercamiento permite no sólo obtener la eficiencia exergética total del sistema, sino también mostrar la relación entre la eficiencia exergética de un elemento individual y la de todo el sistema (Nikulshin, 2002). Por otro lado, aunque se aplica para una planta térmica, pudiera tenerse en cuenta para el análisis de matrices de sistemas de transformación energética que suplan la demanda energética de una región determinada.

• Uso del análisis exergético para el estudio del comportamiento del consumo en sociedades.

La entropía a sido usada como indicador de la sostenibilidad de diferentes áreas, urbanas (Balocco, 2000), zonas agrícolas (Steinborn, 2000); también se usan las variaciones de entropía de un área estudiada como la medida del costo de polución medioambiental mediante la exergía del desecho como acercamiento a la comparación cuantitativa de impactos ambientales (Seager, 2002).

Para la evaluación energética de las economías, resulta vital el método de agregación de los que existen varios, pero ninguno se encuentra mundialmente aceptado y es precisamente la agregación de los recursos energéticos por su calidad, el método más aceptado. Cleveland Cutler J., Kaufmann Robert K. y Stern David I. realizan un análisis de la economía de Estados Unidos de América durante el período de 1954 a 1992 utilizando para ello, las calidades de la energía entregada en exceso y su relación con el PIB, demostrando la importancia del uso de esta forma de agregación de los portadores energéticos (Cleveland, 2000).

En trabajos anteriores se han planteado una serie de condiciones para el diseño de sistemas de transformación energética en armonía con el ambiente. Wall ha planteado ciertas condiciones y herramientas para el diseño y explotación de sistemas de transformación energética (Wall, 2002), además de resaltar la importancia del uso de la exergía como herramienta para analizar sistemas, tanto de transformación, degradación, como sociedades.

El concepto exergía y los balances energéticos, han sido utilizados como herramienta para la evaluación de los flujos energéticos de sistemas complejos, como vía del incremento de la eficiencia en el uso de

los recursos naturales y tiene como una de sus aplicaciones el análisis de diferentes sociedades. Ejemplos de ello pueden citarse los trabajos de Wall G. sobre la conversión de exergía en la sociedad de Ghana (Wall, 1978), el caso de Suecia en los años 1920, 1975 y 1980 (Wall, 1986, Wall, 1987), Japón (Wall, 1990), la comparación entre la sociedad Japonesa y la Sueca (Wall, 1991).

Ivar S. utilizó el análisis exergético para evaluar la sociedad noruega en el año 1995. Para el estudio tuvo en cuenta los flujos exergéticos que entran al sistema analizado, tuvo en cuenta la energía hidráulica, combustible fósil, minerales como el aluminio y el hierro, cereales, pesca, caza y madera. Como resultado, verificó la eficiencia de la utilización de los flujos exergéticos en varios sectores de la sociedad noruega (Ivar, 2000).

Posteriormente, Ivar S. y Ertesva G., realizaron un estudio de varias sociedades, Suecia, Ghana, Japón, Italia y Noruega comparando los resultados del análisis y resaltando las diferencias (Ivar, 2001). En este trabajo, fue verificada una variación en la eficiencia exergética entre un 0.1 y un 0.3% y constaron que en el sector residencial-comercial es donde ocurren las mayores irreversibilidades. Por otra parte, en los países donde la electricidad de las plantas térmicas resulta una contribución significativa con respecto al uso final, también poseen grandes irreversibilidades en los procesos de transformación.

El estudio del mejoramiento de la eficiencia energética en los sectores de la economía ha sido ampliamente abordado. Tanatvanit S., Limmeechokchai B. y Chungpaibulpatana S. trabajaron en el desarrollo de un modelo que permitiera determinar los aspectos vinculados con la eficiencia en el uso de la energía en tres sectores de la economía Tailandesa (residencial, industrial y transporte) y las posibilidades del uso de las energías renovales en la generación de energía eléctrica (Tanatvanit, 2003). Este trabajo permite la valoración de diferentes escenarios y las posibles reducciones en el consumo de derivados del petróleo así como la consecuente reducción de las emisiones de CO2 por el incremento de la eficiencia tecnológica, además del uso de recursos renovables; sin embargo, careció del enfoque de la segunda ley tan apropiados para la determinación de las irreversibilidades en que se incurren, en cada uno de los sectores de la economía Tailandesa. Tampoco tuvieron en cuenta el aspecto económico de las modificaciones propuestas con la profundidad requerida.

Otros estudios han evaluado la eficiencia en la utilización de la energía como el realizado por Zafer Utlu y Arif Hepbasli en el sector residencial-comercial turco para el año 2001, usando tanto el análisis energético como el exergético (Zafer, 2003). En este estudio se calcularon la entrada de exergía, el consumo de combustible anual en calefacción, consumo de agua para calefacción, consumo energético en actividades de cocción, así como la energía eléctrica usada en el sector en el año en cuestión, calculando la eficiencia exergética en el uso de cada uno de los portadores energéticos utilizados. El estudio demostró la necesidad de los estudios sobre la eficiencia energética, para la mejor utilización de los recursos disponibles.

El análisis de las causas del crecimiento económico y la disminución de sus potencialidades en la actualidad, para seguir impulsando la economía fueron discutidos por Ayres Robert U. (Ayres, 2002) demostrando, a través de un análisis energético, el comportamiento de la economía de Estados Unidos en el período comprendido entre 1900 y 1998, la gran influencia que posee sobre el consumo el precio de la energía final, siendo denominado como "motor de crecimiento". Por otro lado, demostró cómo los precios de la energía disminuyen con el incremento de la eficiencia, provocando a su vez un incremento de la demanda, el cual llamó "efecto rebote". Este estudio demuestra, según se entiende, que si bien resulta importante el incremento de la eficiencia, tanto de los procesos de transformación de la energía como el de su consumo final; resulta preciso determinadas regulaciones que eviten el incremento de la demanda. De esta manera se disminuye el consumo de los recursos disponibles y la producción de desechos. Si resultasen imprescindibles estos incrementos en la demanda, podrían ser cubiertos por medio de recursos renovables consumiéndolos a un ritmo menor o igual que su capacidad de regeneración.

Otro trabajo realizado fue el análisis de la energía para un desarrollo sostenible en China (Weidou, 2004). En este se resaltan una serie de medidas que pueden ser tomadas, desde el punto de vista energético para lograr la sostenibilidad.

Varias sociedades han tomado conciencia de los riesgos que se corren en un futuro cercano, tal es el caso de Suiza. François Marechal, Daniel Favrat y Eberhard Jochem realizaron un análisis de la sociedad suiza verificando, a través de un análisis energético, los puntos de mayores irreversibilidades y las posibilidades, en cuanto al incremento de la eficiencia exergética que las tecnologías actuales permiten (Marechal, 2004). Este estudio también pone de manifiesto el potencial que la tecnología actual brinda para la reducción de los consumos de recursos naturales. Es importante destacar la pobre alusión a las fuentes renovables de energía y sus tecnologías, así como el aspecto económico.

Varios estudios anteriores sugieren que el impacto medioambiental del uso de la energía y el logro del aumento de la eficiencia en los sistemas energéticos, pueden ser evaluados mediante análisis basados en la Segunda Ley de la Termodinámica (Gong, 2001, Moran, 1994, Rosen, 2002). Las irreversibilidades de los procesos y sus componentes, dependen de la proporción de degradación energética y no sólo de la proporción entre las intensidades de rendimiento y flujos de entrada, por lo que la calidad de energía puede ser cuantificada mediante el análisis de entropía.

• La exergía y las energías renovables.

La crisis del petróleo ha hecho mayor la necesidad de nuevas fuentes de energía. Las fuentes de energía renovables podrían proporcionar una solución al problema, ya que estos recursos son inagotables y tienen impactos menos adversos sobre el ambiente, en comparación con los combustibles fósiles. Por otro lado, todavía la tecnología de transformación de fuentes energéticas renovables no puede ser considerada competitiva, en comparación con las tecnologías de transformación de los combustibles fósiles. El uso de la energía proveniente del sol (emergía), sin dudas, podría paulatinamente ir cubriendo la demanda energética de la sociedad actual (Hau, 2004). Aunque con muchos críticos, los más recientes estudios permiten valorar esta vía como una oportunidad real.

Botero realiza un pormenorizado estudio y desarrolla las herramientas metodológicas que permiten realizar la valoración física de los recursos naturales y el capital natural de la tierra, así como aplicar dichas herramientas para realizar una primera valoración del capital natural contenido en las reservas de minerales (con un error de ᠶ %), el agua y los combustibles fósiles (Botero, 2000), allanando el camino para la determinación de la exergía de los recursos energéticos y no energéticos que entran a un sistema dado. Este autor plantea una nueva unidad de medida energética denominada tlep (toneladas limpias equivalentes de petróleo), la cual permite expresar el Capital Natural Limpio, como aquella reserva de energía fósil que aunque se usara en su totalidad, no tendría consecuencias desastrosas para el medio ambiente.

Estudios recientes, con el apoyo del análisis energético, han permitido llegar a conclusiones interesantes. Koroneos C., Spachos T. y Moussiopoulos N. centraron su estudio en tres de las llamadas energías renovables; la solar térmica y fotovoltaica, la eólica y la geotérmica analizando su competitividad para el caso de Grecia (Koroneos, 2003). Como resultado de su análisis, comprobaron que algunos de los sistemas parecen tener altas eficiencias llegando a ser en algunos casos de mayor valor que sistemas que utilizan fuentes de energía no renovables. En otros casos, como la solar fotovoltaica, las eficiencias son más bajas a la hora de satisfacer las necesidades eléctricas de ciudades. De esta forma se demuestra que resulta posible la utilización de estos recursos, aún cuando las eficiencias de las tecnologías de conversión de los recursos renovables sean bajas, ya que las mismas compensan esta deficiencia con el hecho de que son inagotables. Por otra parte, es de señalar la no inclusión en el análisis del aspecto del costo de las tecnologías utilizadas en cada caso.

La biomasa, resulta un recurso renovable disponible en países netamente agrícolas como alternativa energética, con vistas a lograr la sostenibilidad energética, lo que ha sido ampliamente debatido y estudiado, ya que la misma permite el aprovechamiento de una parte de la energía solar que diariamente llega desde el sol. Este recurso ha sido utilizado en Brasil en la producción de energía eléctrica y calor (Pérez, 2005).

El crecimiento de la población y el incremento del consumo de energía, por el estilo de vida, resultan razones para el aumento de la demanda de energía. Considerando la disminución de los recursos energéticos no renovables en la naturaleza, se considera que los recursos renovables tomarán mayor preponderancia en los próximos años. Iniyan utilizando el método Delphi, determino el nivel de aceptación social en el uso de fuentes de energía renovables. Por otra parte, valoró que el 25% de la demanda de energía total pudiera ser proveniente de fuentes renovables, para el caso del año 2020Ჰ21 en la India (Iniyan, 2000).

En tal sentido, se han desarrollado trabajos encaminados a la determinación de la factibilidad del uso de los recursos de la biomasa, para proveer de recursos energéticos a sistemas sociales e industriales. Un ejemplo ha sido el desarrollado por Claassen (Claassen, 1999), el cual ha estudiado los métodos de fermentación para la producción de etanol, la obtención de metano a partir de sistemas de purificación de aguas negras, para la obtención de la energía inherente a las mismas. También teniendo en cuenta la obtención por métodos biológicos de hidrógeno. Como parte de este trabajo, Claassen propone un nuevo camino para la evaluación y comparación, al tener en cuenta los valores del "trabajo contenido" y el trabajo perdido. Por otra parte, establece que debido a los problemas para la transportación de los productos que analiza, será imposible que estas tecnologías sean competitivas, hasta tanto no se internalicen los costos de los impactos asociados al uso de los portadores energéticos provenientes de los combustibles fósiles.

En cambio, Siddiqui, A. S. et al. planteó un modelo económico para la selección de las tecnologías de conversión de energía, para proveer de calor y electricidad a regiones determinadas, prestando vital importancia a los aspectos económicos, eficiencia en la conversión y teniendo en cuenta para estos estudios, el análisis exergético (Siddiqui, 2003a). Este trabajo resulta un paso de avance para el logro de la sostenibilidad energética.

1.4 Conclusiones parciales:

La humanidad jamás alcanzará el paradigma de la sostenibilidad, hasta tanto no alcance la sostenibilidad energética, ya que el centro de la actividad material de las sociedades y parte de la espiritual dependen de la energía.

No fue encontrada una herramienta lo suficientemente completa que permita cuantificar el nivel de sostenibilidad energética de un sistema dado, ni definir las áreas o subsistemas que intervienen negativamente sobre su estado de sostenibilidad. El contar con tal herramienta permitiría la realización de análisis espacio temporales que contribuirían a la obtención de la sostenibilidad energética.

De los métodos utilizados para la cuantificación parcial de la sostenibilidad, solo los sistemas de indicadores y los análisis exergéticos constituyen herramientas capaces de contribuir a un procedimiento que permita realizar valoraciones del estado del nivel de desarrollo sostenible de un sistema dado.

No fue encontrado en la bibliografía consultada una herramienta que permita la selección de una matriz energética que supla la demanda energética basada en criterios que favorezcan el alcance de la sostenibilidad energética ambiental.

Para alcanzar la sostenibilidad energética resulta necesario tener en cuenta cuatro aspectos fundamentales: la limpieza de la energía consumida, la proporción de renovabilidad de la energía consumida, la eficiencia de las transformaciones energéticas y de su degradación, así como la capacidad de un sistema de auto abastecerse energéticamente.