Author(s): Kurt Ziegler Rodríguez
(Español) Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
La generación y tratamiento de los residuos sólidos municipales es un problema con el que ha tenido que lidiar toda civilización desde sus inicios. Desde el siglo XX el manejo y control de ellos se fue perfeccionando a lo largo de Europa de modo que los impactos a la salud humana y al ambiente se vean minimizados. Por ello, se inició la migración del uso de rellenos sanitarios a sistemas de tratamiento más avanzados e integrales, de modo que se pueda optimizar el consumo energético y mejorar el desempeño socio-económico y ambiental de estos. Sin embargo, la realidad al día de hoy en el Perú es muy distante de esto. Actualmente, el país está buscando hacer la transición de la disposición en botaderos informales a rellenos sanitarios, por lo que se están abriendo nuevos emplazamientos a lo largo y ancho del país. Por esto y con el fin de poder identificar los principales impactos ambientales y tomar medidas de mitigación adecuadas, se ha realizado una evaluación ambiental por medio del Análisis de Ciclo de Vida de un relleno sanitario ubicado en la ciudad de Nauta (Loreto), en la selva amazónica. El ciclo de vida del relleno sanitario incluyó las etapas desde la extracción de los materiales, construcción del emplazamiento y operación, hasta el cierre del relleno. La unidad funcional estudiada fue de 1 tonelada de residuos sólidos municipales generados en la ciudad de Nauta y su desempeño a lo largo de 100 años. Se utilizó el software de cálculo especializado en sistemas de tratamiento de residuos sólidos EASETECH para llevar a cabo el modelado del sistema. Se modelaron 5 escenarios: un botadero abierto poco profundo, un botadero abierto profundo, el relleno sanitario actual, en el que no se realiza tratamiento de biogás, y dos escenarios de mejora: uno en el que se realiza combustión del biogás y otro en el que se realiza recuperación de energía. Para evaluar los impactos se emplearon 9 categorías de impacto, siendo 1 de ellas Cambio Climático con el método IPCC 2013 y las restantes del método ReCiPe 2008. Los principales resultados muestran que el impacto total del relleno en la categoría de Cambio Climático asciende a 1376 kg CO2-eq por unidad funcional, y se reduce a 696 y 355 kg CO2-eq si se implementa la quema de biogás y recuperación de energía, respectivamente. Asimismo, la mayor parte de las emisiones se generan a lo largo de los primeros 5 años debido a las condiciones climáticas calurosas y húmedas de la selva amazónica. En cuanto a las categorías de impacto restantes, estas se ven incrementadas en gran medida por las elevadas precipitaciones de la región. Además, la migración de botadero informales a rellenos sanitarios, si bien incrementa el impacto en Cambio Climático, reduce en hasta 4 órdenes de magnitud los impactos en la mayoría de categorías restantes, lo que implicaría definitivamente un beneficio ambiental significativo. Finalmente, se concluye que se deben realizar mejoras en la infraestructura actual y en el manejo del relleno para lograr reducir impactos en eutrofización y toxicidad. De igual manera, para poder reducir el impacto en la categoría de Cambio Climático se deben implementar sistemas de tratamiento de biogás. El Ministerio del Ambiente debe tomar en consideración estos hallazgos para poder mejorar la propuesta de las Contribuciones Nacionales Determinadas ante el Acuerdo de París, para así poder cumplir el compromiso tomado. Esto se debe a que la transición de botaderos abiertos a rellenos sanitarios sin tratamiento de biogás no reduce el potencial de calentamiento global, sino lo incrementa. Por último, se puede afirmar que los resultados de la presente investigación marcan un hito en el rubro de los residuos sólidos y deben formar la base de futuras investigaciones a desarrollar en el país.
Author(s): Gustavo Larrea Gallegos
(Español) Asesor: Ian Vázquez
Tesis de Maestría
Resumen:
La selva amazónica alberga alrededor del 60 % del bosque tropical del mundo y es un elemento fundamental en términos de biodiversidad, clima y secuestro de carbono del planeta. En este contexto, el Gobierno Peruano ratificó el año 2015 sus intenciones por reducir sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero en un 20 % con respecto a un escenario habitual mediante reducciones en el sector de cambio de uso de suelos. La construcción de carreteras es una de las principales actividades asociadas a este sector e importante generador de deforestación. En los últimos años el Perú se ha atravesado un considerable incremento de su infraestructura vial, y se espera que esta expansión siga en aumento. En este sentido, la presente investigación tiene como principal objetivo contribuir al entendimiento de los efectos que la expansión vial puede generar en el cambio de uso de suelos, y posteriormente en el cambio climático en toda la Amazonía peruana. Para ello, se construyeron diferentes modelos de aprendizaje automático (random forest, regresión logística y redes neuronales) para predecir la potencial deforestación en un periodo de 15 años. Se utilizó información georreferenciada y herramientas computacionales del estado del arte. Los resultados indican que, evaluando solo un proyecto vial en particular, se podrían generar 73.2 Mt de CO2eq. Este valor supera en demasía a las 60 Mt de CO2eq estimadas por el Gobierno Peruano como meta de reducción. Por lo que se concluye que las estimaciones realizadas por el estado subestiman los efectos de la construcción de carreteras. Finalmente, el marco metodológico presentado es novedoso y útil para construir e implementar modelos de predicción de deforestación para el cálculo de emisiones de GEI y puede ser implementado para analizar otros casos de estudio.
Author(s): Ramzy Kahhat Abedrabbo, Eduardo Parodi Gonzales Prada, Gustavo Larrea Gallegos, Carlos Mesta Cornetero, Ian Vázquez Rowe
(Español) Alluvial gold mining activities in the Peruvian Amazon rainforest are responsible for mercury emissions and deforestation. To understand related environmental impacts, specifically toxicity and climate change, this study uses Life Cycle Assessment methodology. Four predominant extraction systems were selected and modelled and three scenarios that reflect currently available gold recovery systems were modelled: amalgamation, amalgamation with mercury recovery through retort system and gravimetric tables. The USEtox and IPCC life cycle impact assessment methods were used to assess the environmental impacts in term of human toxicity, freshwater ecotoxicity and climate change. Results show that for all systems, human toxicity values are governed by mercury emissions in gold recovery activities (ca. 80%). However, the use of retort significantly lowers these impacts (ca. 90%). Machines and diesel use for ore extraction and freighting activities drive freshwater ecotoxicity. Moreover, deforestation has a major contribution on the environmental impacts related to climate change. However, these impacts are dependent on the type of extraction system. Although human toxicity, freshwater ecotoxicity and climate change are frequently studied separately, a direct relationship between them has been identified in this system. Finally, beyond the environmental burdens related to alluvial gold mining, there are impacts affecting the social, cultural, and economic dimensions that will need to be analyzed to ensure a comprehensive understanding of the system.
Open linkAuthor(s): Daniel Verán Leigh, Ian Vázquez Rowe
(Español) Purpose: Low-carbon emissions are usually related to hydropower energy, making it an attractive option for nations with hydropower potential as it enables them to meet increasing electricity demand without relying on burning fossil fuels. In fact, the new wave of hydropower plant construction is occurring mainly in tropical areas where an additional environmental impact must be considered: biogenic greenhouse gas (GHG) emissions due to the degradation of biogenic carbon in reservoirs. Peru is planning to install up to 2000 MW in hydropower until 2021, but the input and output flows, as well as the environmental impacts that these generate, have not been explored. Hence, a set of three hydropower plants built in the past decade located in the Peruvian Andes were analyzed from a life cycle perspective. The main objective of the study is to generate detailed life cycle inventories for each of these three hydropower plants with the aim of obtaining specific information for current conditions in Peru. Methods: The life cycle assessment methodology was applied to compute the environmental impacts. Data collection was based mainly on primary data obtained directly from the hydropower companies, although biogenic emissions were modeled considering local net primary productivity conditions and other site-specific conditions. Although the calculation of GHG emissions related to hydropower plants was a priority, considering the important policy implications of decarbonizing the Peruvian electricity grid, other environmental categories, such as eutrophication or the depletion of abiotic resources, were also considered. The IPCC method was used to calculate GHG emissions, whereas a set of eight additional impact categories were computed using the ReCiPe 2016 method. Results and discussion: Results show that GHG emissions per unit of electricity generated were in the lower range of emissions observed in the literature, in all three cases below 3 g CO2eq/kWh. Biogenic emissions represented less than 5% of the total GHG emissions despite their location in a tropical nation, due to the arid conditions of the landscape in the Andean Highlands, as well as the mild temperatures that are present in the reservoirs. In terms of stratospheric ozone depletion, a GHG with ozone depletion properties, N2O, was the main source of impact. Conclusions: The results are intended to be of utility for an array of applications, including relevance in decision-making in the energy sector and policy-making at a national level, considering the implications in terms of meeting the nationally determined contributions to mitigate climate change in the frame of the Treaty of Paris.
Open linkAuthor(s): Daniel Verán Leigh, Gustavo Larrea Gallegos, Ian Vázquez Rowe
(Español) Purpose: Road construction and transportation generate significant environmental impacts. Hence, it is increasingly important to understand the environmental burdens produced throughout the different stages of road development: construction, maintenance, traffic, and end-of-life. In this study, life cycle assessment (LCA) was used as an environmental management methodology to determine the impacts associated with a 22.4 km stretch of the South Pan-American (PS) highway in the province of Lima, Peru, one of the main access routes for traffic and goods entering Lima, located in a hyper-arid area parallel to the Pacific Ocean. Methods: Life cycle modeling included the site-specific estimation of particulate matter emissions due to tire abrasion, brake lining, and road surface dust. In addition, different modeling options for combustion emissions for vehicles were considered. For this, sensitivity and uncertainty analysis were undertaken considering different emission standards and current vehicle fleet characteristics. The impact assessment stage included the calculation of climate change emissions, as well as air quality and abiotic depletion impact categories. Results and discussion: Results demonstrate that environmental impacts are mainly attributable to traffic, representing in all impact categories assessed over 97% of burdens. The sensitivity analysis suggests that the use of secondary data from commonly used life cycle databases is a good proxy for the estimation of global warming potential impacts in the transport sector. However, for air quality categories, important variability was detected based on modeling assumptions. Conclusions: This study intends to serve as a reference for the life cycle modeling of controlled access highways in developing countries, particularly in hyper-arid or desert areas.
Open linkAuthor(s): Ian Vázquez Rowe, Ramzy Kahhat Abedrabbo, Gustavo Larrea Gallegos, Kurt Ziegler Rodríguez
(Español) Most developing nations have had to perform a swift transition from the voluntary greenhouse gas (GHG) emissions mitigation actions engaged in the Copenhagen Accord, to the relatively ambitious mitigations signed in the frame of the Paris Agreement. Consequently, Peru is currently creating its national structure to combat climate change through mitigation and adaptation actions. Nationally-determined contributions (NDCs) are the planned interventions that nations report for intended reductions in GHG emissions. In fact, Peru has now committed to reduce its annual GHG emissions by 30% in 2030 with respect to a business-as-usual estimation for that same year. The 76 NDCs have been divided into six main sectors: energy, transport, industrial processes, agriculture, forestry and waste. In this context, the main goal of this study is to provide a critical review of the validity and effectiveness of current mitigation NDCs proposed by the Peruvian government to comply with the Paris Agreement. Moreover, the analysis is accompanied by a discussion on how the use of life-cycle methods, namely Life Cycle Assessment, can be of utility in terms of policy support to evaluate the mitigation potential of these NDCs, as well as in the identification of additional contributions in sectors where the mitigation potential has been obviated. The expansion of system boundaries beyond the national context to account for the globalized nature of current market flows or the modelling of indirect impacts of a particular policy appear as relevant advantages of including life-cycle methods in public climate policy. The analysis, which is intended to be of utility to policy-makers in Peru and in other developing and emerging economies across the world, suggests that life-cycle methods arise as adequate tools to monitor the environmental appropriateness of adopting or adapting low-carbon technology to the local context.
Open linkAuthor(s): Ian Vázquez Rowe, Kurt Ziegler Rodríguez, Isabel Quispe Trinidad, Ramzy Kahhat Abedrabbo y otros
(Español) Cement production is one of the main drivers of the construction sector worldwide. While cement demand has plateaued in many developed nations recently, several emerging and developing economies have experienced important increases in demand. This is the case of Peru, a nation with a growing economy and a high demand for seismic-resistant infrastructures and housing. Recent estimates have shown that cement is responsible for approximately 5–10% of worldwide anthropogenic CO2 emissions, of which more than half are linked to the production of clinker, due to the use of fossil fuels and direct clinkering emissions. To face this concern in the Peruvian context, producing a more sustainable product with improved environmental performance, it is necessary to first understand the environmental profile of current production standards. Therefore, this study analyzed the environmental impacts, specifically climate change, of cement production in three relevant national cement plants to identify the main greenhouse gas mitigation strategies throughout the whole supply chain. Three different types of cement produced in the three different plants were analyzed: ordinary Portland cement, cement with added natural pozzolan and cement with added blast furnace slag. Life Cycle Assessment was used to quantify the GHG emissions linked to the production of one standard bag of cement. Although results were in the lower range as compared to the literature, these varied significantly across the cement plants, reaffirming that Portland cement tends to have higher global warming impacts than when blended cement is produced, although the energy carrier for the kiln or the import of clinker can have an influence on the final results.
Open linkAuthor(s): Karen Biberos Bendezú
(Español) Asesor: Ian Vázquez
Tesis para optar el título de Licenciado en Ingeniería Civil
Resumen:
El turismo —transporte, alimentación y alojamiento—, representa el 8% de las emisiones globales de Gases de Efecto Invernadero (GEI) y se prevé que dicha cifra se duplique al 2025. Al mismo tiempo, el sector sufrirá las consecuencias del cambio climático dependiendo de la ubicación de los destinos. Particularmente, el Perú es altamente vulnerable a dicho fenómeno y el turismo representa parte importante de su economía —cerca del 4% del Producto Bruto Interno (PBI)—. Para enfrentar el cambio climático, el país se ha comprometido a una reducción de sus emisiones para 2030 en el Acuerdo de París. En tal sentido, se espera que el transporte relacionado al turismo pueda contribuir en el logro de dichos objetivos. En este contexto, se realizó un Análisis de Ciclo de Vida Comparativo para contrastar los impactos ambientales de dos alternativas de infraestructuras de transporte que permiten el acceso al Complejo Arqueológico de Kuélap. La primera de ellas es la carretera Tingo-Kuélap, vía a nivel de afirmado de 33 km y la segunda, el Sistema de Telecabinas Kuélap (ST) de 4 km, que incluye un viaje de 3 km en carretera afirmada. Se evaluaron las etapas de construcción, operación y mantenimiento de ambos sistemas. Asimismo, se analizaron siete categorías de impacto utilizando los métodos de evaluación ReCiPe 2016 e IPCC 2013. Los resultados, reportados por pasajero en un viaje de ida y vuelta, mostraron que el Sistema de Telecabinas es la opción más adecuada para reducir los impactos ambientales en comparación con la carretera afirmada. Por ejemplo, las emisiones de GEI para el ST fueron un orden de magnitud menores (2.0 kg CO2 eq) que para la carretera (17.0 kg CO2 eq). Resultados similares se obtuvieron para la formación de material particulado y otras categorías de impacto relacionadas con la calidad del aire. Curiosamente, sin embargo, más del 50% del impacto en todas las categorías es el resultado de la fase de uso del tramo corto de carretera en el ST. En el caso de la carretera de 33 km, el mayor impacto fue atribuible a la fase de uso, en particular a las emisiones de escape de los vehículos y el material de re-suspensión de la superficie de la carretera. Se concluye que factores como el uso de energía eléctrica y una matriz eléctrica local baja en carbono llevaron al ST a generar sustancialmente menos impactos que los generados por el tráfico vehicular en la carretera Tingo-Kuélap. Asimismo, se demostró que es posible reducir el impacto ambiental en la fase de operación del ST en un 48% mediante el uso de buses eléctricos a lo largo de la carretera de 3 km. Finalmente, los resultados obtenidos pueden ser aplicados para propiciar mejoras en la ejecución y operación de teleféricos tanto turísticos como urbanos que el Estado ha proyectado ejecutar en un futuro próximo.
