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Análisis de flujo de materiales

El análisis de flujo de materiales ( MFA ), también conocido como análisis de flujo de sustancias ( SFA ), es un método analítico para cuantificar flujos y existencias de materiales o sustancias en un sistema bien definido . MFA es una herramienta importante para estudiar los aspectos biofísicos de la actividad humana en diferentes escalas espaciales y temporales. Se considera un método central de la ecología industrial o del metabolismo antropogénico , urbano , social e industrial . MFA se utiliza para estudiar flujos de materiales, sustancias o productos en diferentes sectores industriales o dentro de ecosistemas . MFA también se puede aplicar a una sola instalación industrial, por ejemplo, para rastrear los flujos de nutrientes a través de una planta de tratamiento de aguas residuales . Cuando se combina con una evaluación de los costos asociados con los flujos de materiales, esta aplicación de MFA orientada a los negocios se denomina contabilidad de costos de flujo de materiales . MFA es una herramienta importante para estudiar la economía circular y diseñar la gestión del flujo de materiales . Desde la década de 1990, el número de publicaciones relacionadas con el análisis del flujo de materiales ha crecido de manera constante. Las revistas revisadas por pares que publican trabajos relacionados con el MFA incluyen Journal of Industrial Ecology , Ecoological Economics , Environmental Science and Technology y Resources, Conservation, and Recycling . [1]

Metodología

Motivación

Las necesidades humanas como vivienda, alimentación, transporte o comunicaciones requieren materiales como madera, almidón, azúcar, hierro y acero, cobre o semiconductores. A medida que la sociedad se desarrolla y la actividad económica se expande , la producción, el uso y la eliminación de materiales aumentan hasta un nivel en el que los impactos no deseados sobre el medio ambiente y la sociedad ya no pueden ignorarse , ni a nivel local ni global. Los flujos de materiales están en el centro de los problemas ambientales locales, como la lixiviación de los vertederos o los derrames de petróleo . La creciente preocupación por el calentamiento global coloca a un flujo de desechos que antes no tenía importancia, el dióxido de carbono , en lo más alto de la agenda política y científica. El cambio gradual de la producción de materiales primarios a la minería urbana en los países desarrollados requiere una evaluación detallada de las existencias de materiales obsoletos y en uso dentro de la sociedad humana. Por lo tanto, los científicos, las industrias, los organismos gubernamentales y las ONG necesitan una herramienta que complemente la contabilidad y la modelización económicas. Necesitan un método sistemático para realizar un seguimiento y mostrar las existencias y flujos de materiales que entran, permanecen y salen de los diferentes procesos de la antroposfera . El análisis del flujo de materiales es uno de esos métodos.

Principios básicos

La MFA se basa en dos principios científicos fundamentales y bien establecidos: el enfoque de sistemas y el equilibrio de masas . [2] [3] La definición del sistema es el punto de partida de todo estudio de MFA.

Definición del sistema

Sistema MFA básico sin cuantificación.
Un sistema AMF más general y sin cuantificación.

Un sistema MFA es un modelo de una planta industrial, un sector industrial o una región de interés. El nivel de detalle del modelo del sistema se elige para que se ajuste al propósito del estudio. Un sistema MFA siempre consta del límite del sistema, uno o más procesos , flujos de materiales entre procesos y existencias de materiales dentro de los procesos. El intercambio físico entre el sistema y su entorno se produce a través de flujos que cruzan los límites del sistema. Contrariamente a la noción preconcebida de que un sistema representa una instalación industrial específica, los sistemas y procesos en MFA pueden representar entidades mucho más grandes y abstractas siempre que estén bien definidas. La definición explícita del sistema ayuda al profesional a localizar la información cuantitativa disponible en el sistema, ya sea como existencias dentro de ciertos procesos o como flujos entre procesos. La descripción de un sistema MFA puede perfeccionarse desagregando procesos o simplificarse agregando procesos.

Además de especificar la disposición de los procesos, stocks y flujos en la definición del sistema, el profesional también necesita indicar la escala y el elemento o material indicador del sistema estudiado. La escala espacial describe la entidad geográfica que cubre el sistema. Un sistema que represente un determinado sector industrial se puede aplicar a EE. UU., China, determinadas regiones del mundo o al mundo en su conjunto. La escala temporal describe el momento o el lapso de tiempo durante el cual se cuantifica el sistema. El elemento indicador o material del sistema es la entidad física que se mide y para la cual se cumple el balance de masa. Como su nombre indica, un elemento indicador es un determinado elemento químico como el cadmio o una sustancia como el CO 2 . En general, un material o un producto también puede utilizarse como indicador siempre que se pueda establecer un equilibrio de proceso para el mismo. Ejemplos de indicadores más generales son bienes como los turismos, materiales como el acero u otras cantidades físicas como la energía .

La MFA requiere que los profesionales hagan un uso preciso de los términos "material", "sustancia" o "bien", como se establece, por ejemplo, en el capítulo 2.1 de Brunner y Rechberger, [4] una de las principales referencias del método MFA. .

Un sistema típico de MFA con cuantificación.

equilibrio del proceso

Uno de los principales propósitos de MFA es cuantificar el metabolismo de los elementos del sistema. A diferencia de la contabilidad económica, la AMF también cubre los flujos de desechos no económicos, las emisiones al medio ambiente y los recursos naturales no comerciales.

Modelo de un proceso industrial en contabilidad económica (arriba) y en contabilidad física (abajo).

El balance de procesos es un principio físico de primer orden que convierte a MFA en una poderosa herramienta de contabilidad y análisis. La naturaleza de los procesos en el sistema determina qué saldos se aplican. Para un proceso de " refinería de petróleo ", por ejemplo, se puede establecer un balance de masa para cada elemento químico, mientras que esto no es posible para una central nuclear. Una planta de fabricación de automóviles respeta el equilibrio del acero, pero una acería no.

Al cuantificar los sistemas MFA, ya sea mediante mediciones o a partir de datos estadísticos, se deben verificar los balances de masa y de otros procesos para garantizar la exactitud de la cuantificación y revelar posibles inconsistencias en los datos o incluso conceptos erróneos en el sistema, como la omisión de un flujo o un proceso. . La información contradictoria se puede conciliar mediante la validación y conciliación de datos , y el software STAN ofrece una funcionalidad de conciliación básica que es adecuada para muchas aplicaciones MFA. [6]

Ejemplos de aplicaciones MFA en diferentes escalas espaciales y temporales

Los estudios de MFA se llevan a cabo en diversas escalas espaciales y temporales y para una variedad de elementos, sustancias y bienes. Cubren una amplia gama de cadenas de procesos y ciclos de materiales. Varios ejemplos:

Desarrollo historico

Desarrollo reciente

Realización de un MFA de última generación

Una MFA de última generación consta de los siguientes pasos: [4]

La diferencia entre análisis de flujo de materiales y sustancias.

Mientras que el término "sustancia" en el "análisis de flujo de sustancias (SFA) siempre se refiere a sustancias químicas, el término "material" en el "análisis de flujo de materiales (MFA)" tiene un alcance mucho más amplio. Según Brunner y Rechberger [4] el término "material" comprende sustancias Y bienes, y la razón de este amplio alcance es el deseo de aplicar el AMF no sólo a elementos o sustancias químicas sino también a materiales como el acero, la madera o productos como coches o edificios. De este modo, es posible realizar un MFA para la flota de vehículos de pasajeros registrando los vehículos que entran y salen de la fase de uso.

Relación con otros métodos

MFA es complementario a los otros métodos básicos de ecología industrial, evaluación del ciclo de vida (LCA) y modelos de entrada-salida (IO) . [43] Existen algunas superposiciones entre los diferentes métodos, ya que todos comparten el enfoque del sistema y, hasta cierto punto, el principio de equilibrio de masa. Los métodos difieren principalmente en el propósito, el alcance y los requisitos de datos.

Los estudios MFA a menudo cubren el ciclo completo (minería, producción, fabricación, uso, manejo de residuos) de una determinada sustancia dentro de un límite geográfico y un marco temporal determinados. Las existencias de materiales son explícitas en MFA, lo que hace que este método sea adecuado para estudios que involucran escasez de recursos y reciclaje de chatarra vieja. El uso común de series temporales (modelado dinámico) y modelos de vida útil hace que MFA sea una herramienta adecuada para evaluar tendencias a largo plazo en el uso de materiales.

Ver también

Referencias

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Otras lecturas

enlaces externos