22 ago. 2017

Sostenibilidad energética más allá del carbón.
“La búsqueda de una energía más limpia no es sólo buscar formas renovables de energía, sino encontrar nuevas formas rentables de minimizar la huella de carbono a medida que extraemos hidrocarburos convencionales y no convencionales" (Leaving Carbon Behind Seminar, University of Calgary, 2017).

La generación energética en base a combustibles fósiles, sobre todo carbón mineral, es actualmente la mayor fuente de emisiones de CO2 en procesos de generación eléctrica. Según la Agencia Internacional de Energía (IEA) lo seguirá siendo durante los próximos 15 años a pesar de los compromisos climáticos globales y el crecimiento continuado del mercado de las energías renovables. (1) Esta tendencia se revertirá a partir del 2030, en donde se espera que la generación eléctrica renovable sobrepase al carbón y a otras fuentes de energía fósil.

Figura 1 - Generación Eléctrica por tipo de fuente 2014-2040
IEA, 2015


Mientras esto ocurre, es necesario entender que la producción de energía en base combustibles fósiles, seguirá existiendo. Así nuevos procesos de innovación tecnológica para reducir las emisiones a la atmósfera y los impactos ambientales asociados a su desarrollo, serán necesarios. 

En la actualidad, existen tecnologías de mejora de eficiencia operacional en centrales térmicas existentes. Las centrales de ciclo combinado de gasificación integradas (IGCC por sus siglas en inglés), permiten reducir las emisiones contaminantes de combustibles fósiles de baja calidad como el carbón, residuos de refinería, etc.  Estas plantas permiten también integrar sistemas de Captura y Almacenamiento de Carbono (CSS – Carbon Capture and Storage), para reducir aún más las emisiones antes, durante y después de la combustión. Según la IEA, el CSS es la única solución para reducir profundamente las emisiones de los procesos industriales y del uso de combustibles fósiles en el sector eléctrico. (2) En este sentido, el rol de las empresas eléctricas de generación es clave en el desarrollo y adopción rápida de nuevas tecnologías que permitan mejorar la eficiencia de las plantas y reducir al mínimo sus impactos ambientales.

Para entender los impactos ambientales y de cambio climático en la generación eléctrica de carbón, tuve la suerte de visitar hace algunos meses una de las mayores plantas de generación térmica en Europa. La Central Térmica de As Pontes García Rodríguez en la Coruña - España. Operada por ENDESA, posee una capacidad instalada de 1468,5 MW y en 2016 generó alrededor de 7,15 GWh. Fue construida en la década de los 70 y aún sigue operativa después de varios reacondicionamientos. El lignito que se quemaba en ella, provenía de la mina a cielo abierto de la misma zona, sin embargo al verse agotado este recurso, el carbón que se quema ahora es importado. 

Central As Pontes y Lago Artificial.
D.Torres. 2017
Como en la mayoría de las centrales térmicas de Europa, As Pontes cumple estrictas normas ambientales de control de emisiones, residuos y descargas. Adicionalmente, después de 10 años de cierre y un proceso de restauración ambiental importante, la mina es el lago artificial más grande de Europa, el cual es un placer visitar.  

As Pontes, cerrará sus operaciones en 2050 y mientras esperamos la descarbonización de sus actividades, ENDESA deberá invertir mucho dinero en mejorar cada vez más la eficiencia de su central e incluir las últimas tecnologías de control de la contaminación asociada a su operación.

Las emisiones de CO2 a la atmósfera de la combustión del carbón dependen sobre todo de la eficiencia en el proceso de combustión. La IEA menciona que las centrales térmicas de carbón poseen rendimientos de hasta 40-45% y se espera que en un futuro, gracias a innovaciones tecnológicas, estas eficiencias alcanzan eficiencias  de hasta un 50%.- 55%. As Pontes se encuentra sobre la media del sector y espera en el año 2020 reducir sus emisiones de manera significativa, mientras se prepara para su cierre operativo en el año 2050. No obstante, las emisiones de otros gases como los óxidos de nitrógeno o las partículas que quedan como residuo de esta combustión, requieren controles ambiental exhaustivos y tecnologías de vanguardia para evitar episodios de contaminación ambiental mayores.

Durante mi visita a As Pontes, me llamó la atención el Sistema de Control de Emisiones Contaminantes  de la Central. Este está constituido por analizadores automáticos de dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx), monóxido de carbono (CO), partículas en suspensión, temperatura y oxígeno en los generadores  y chimeneas de la central. Los datos de concentración de los analizadores, se transmiten en tiempo real para control ambiental y contraste con los límites permisibles.

Las cenizas y partículas, se capturan con un sistema de recuperación con precipitadores electrostáticos, donde se retienen con una eficacia superior al 99,0%. Este residuo (cenizas, volantes y escorias), luego es tratado y colocado en vertederos controlados. Sin embargo,  aún se requieren nuevos procesos y tecnologías para poder aprovechar este residuo para otros procesos industriales.


Para el control de la calidad de aire en la zona de influencia de la Central, existe una Red de Vigilancia y Control de la Calidad Atmosférica constituida por 7 estaciones automáticas. Estas están distribuidas en un radio de 30 km y miden de forma continua el NOx, SO2, PM10 y PM2.5, ozono, CO y parámetros meteorológicos como temperatura y la velocidad y dirección de viento. La información recolectada es enviada en tiempo real al regulador ambiental, en este caso la Junta de Galicia para su control y análisis.

Red de Vigilancia, ENDESA. 2017
Red de Vigilancia, ENDESA. 2017.

Toda la información recopilada en los sistemas de monitorización y vigilancia ambiental de la Central están disponibles y sus datos están disponibles para análisis. El tener información en tiempo real y datos históricos sobre de emisiones, abre un número de posibilidades para nuevas aplicaciones que permitan medir el impacto real de la Central en el ambiente y en la sostenibilidad de su área de influencia.

La existencia de marcos regulatorios claros e incentivos para promover la innovación ambiental en el sector eléctrico es fundamental para esta esperada transformación. Sabemos que muchas centrales seguirán operando con combustibles fósiles e los próximos años, pero la sostenibildad de su operación dependerá de cambios tecnológicos importantes. 

Fuentes.

(1) International Energy Agency. 20 years of carbon capture and storage - Accelerating future deployment. 2016.
(2) IEA. Coal. https://www.iea.org/topics/coal/
(3) Siemens Energy Sector, Power Generation Solutions. 
(4) Red Eléctrica España Informe del Sistema Eléctrico Español 2016.

22 may. 2017

Tecnologías para gestión de agua en Smart Cities.

Las TIC ofrecen valiosas oportunidades para mejorar la eficiencia, el mantenimiento adecuado y la optimización de todos los aspectos de la red de agua de la ciudad. En la última década, han surgido varios tipos de tecnologías, incluidas las Tecnologías de la Información y las Telecomunicaciones (TIC), para superar la difícil tarea de gestionar este escaso recurso a nivel de ciudad. La creciente disponibilidad de medios más inteligentes para gestionar y proteger los recursos hídricos, impulsado por las TIC, ha promovido el desarrollo de nuevas soluciones inteligentes de gestión del agua o smart water management (SWM), por sus siglas en inglés. Éstas promueven el consumo sostenible de los recursos hídricos mediante una coordinación de las capacidades de gestión del agua y la integración de productos, soluciones y sistemas TIC. Estos pueden aplicarse a múltiples sectores (por ejemplo, industrias, agricultura, utilities) y sobre todo en entornos urbanos.

Dentro de los entornos urbanos, la implementación de sistemas de gestión inteligente de agua, puede hacer mejoras significativas en toda la cadena de gestión del agua. Por ejemplo, en la distribución de agua, ayudando a disminuir las pérdidas debido al agua no recaudada y ayudando a mejorar la gestión de aguas residuales y aguas pluviales. Estas mejoras pueden aumentar la eficiencia del sector de agua urbana ya que los municipios y las empresas de agua potable pueden recuperar los costos de las pérdidas de agua, incluyendo la detección de conexiones ilegales. (UIT FGSSC, 2015).

Asimismo, aplicaciones basadas en el Internet de las Cosas (IoT), proporcionan a las ciudades y los ciudadanos los medios para recopilar datos en tiempo real sobre la calidad del agua de miles de sitios, así como para identificar los problemas en el barrio o incluso nivel de unidad de vivienda.  (Mckinsey Global Institute, 2015). Algunos ejemplos de tecnologías TIC para la gestión del agua en las ciudades son:

  • Tuberías inteligentes y redes de sensores: La integración de tuberías inteligentes y sensores dentro del sistema urbano permite funciones clave como: la detección de eventos basados ​​en la supervisión del caudal, la presión de tubería, puntos de estancamiento, secciones de flujo lento, fugas de tubería y de calidad de agua a ser monitoreada. Esta información provista en tiempo real, brinda los datos necesarios para optimizar el funcionamiento de las redes actuales. Los sensores de IoT ahora se pueden instalar a un precio mucho más barato, a travez de soluciones conectadas en red con baterías de larga duración.
  • Medición inteligente (smart metering): la medición inteligente permite a las empresas de agua proporcionar información real sobre el consumo de agua de sus clientes, permitiéndoles rastrear y controlar su uso de agua e identificar ahorros inmediatos en sus facturas. A nivel operativo, esto permite a las empresas de agua, mejorar el desempeño de la red de distribución y planificar el consumo gracias a sus capacidades de monitoreo en tiempo real.
  • Sistemas de información geográfica (SIG): Los SIG permiten la visualización y análisis de los recursos hídricos y de la actividad humana vinculando la información geográfica con la información descriptiva. Esto es muy valioso para la gestión del agua urbana, sobre todo en la evaluación de la calidad del agua y las operaciones cotidianas a escala local y regional, incluida la gestión de las cuencas hidrográficas.
Adicionalmente a estas tecnologías, se suman las Herramientas de Optimización basadas en modelos matemáticos. La gestión del agua basada en modelos ha evolucionado a lo largo de los años para mejorar la calidad, la cantidad y los costos de operación del suministro global de agua a través de aplicaciones de modelización completas. Estas tecnologías contribuyen a calcular y pronosticar el consumo, reducir los costos mediante la optimización de las operaciones, planificar y evaluar estrategias, así como realizar estudios de vulnerabilidad para informar el diseño de la estrategia. Estas herramientas se han construido con la información y datos de las empresas, quienes se encuentran desarrollando modelos cada vez más sofisticados.


Las TIC y la gran cantidad de datos disponibles sobre procesos de gestión de agua a nivel urbana, permiten el desarrollo de nuevas herramientas avanzadas de software con modelos que incluyan técnicas de aprendizaje automático (machine learning) y aprendizaje profundo (deep learning). Estos modelos facilitan la toma de decisiones para la gestión de redes de recursos hídricos urbanos. Por ejemplo, OmniEarth, una compañía de análisis geográfico, está utilizando la tecnología Watson de IBM para dar sentido a los datos de agua para combatir la sequía en California. Al alimentar imágenes aéreas en el servicio de reconocimiento visual IBM Watson y entrenar el software para diferenciar entre piscinas, césped, grava y otras características del terreno, OmniEarth puede evaluar parcelas de tierra y ayudar a los distritos de agua a identificar propiedades que usan más agua de lo necesario. 

Finalmente, las aplicaciones móviles también forman parte de las TIC para gestión de agua. Estas permiten la participación ciudadana para la gestión y el control del agua. Permiten informar a los ciudadanos sobre su consumo de agua o sobre el ahorro de agua resultado de implementar medidas. Algunas aplicaciones, permiten la recolección de datos sobre la calidad del agua, ubicaciones y hábitos y generan mapas en tiempo real para compartir con los ciudadanos y la administración local. Estas aplicaciones están destinadas a ayudar a los ciudadanos a conservar el agua, proporcionando información como la cantidad de agua que consume y consejos para reducir el uso del agua. Un buen ejemplo de esta tecnología es la solución de agua inteligente Smart aqua de la Municipalidad de Santander en España.



Fuente: http://www.smart-aqua.com

Las ciudades deben asegurar un acceso confiable a agua potable y saneamiento adecuado y deben planificar nuevas inversiones en agua urbana y mejorar la infraestructura existente bajo la gestión costo-efectiva del agua urbana. Por lo tanto, no se puede ignorar el potencial de innovación para el desarrollo de nuevas tecnologías TIC para manejar el agua en las ciudades.


Más información:

  1. UIT FGSSC. (2015). Informe Técnico sobre la Gestión Inteligente del Agua para Ciudades Sostenibles Sostenibles.
  2. Mckinsey Global Institute. (2015). El Internet de las cosas: Mapeando el valor más allá del bombo.
  3. Aplicación de Aqualia. Ciudad de Santander. España (2016)
  4. IBM. Omniearth. https://www.ibm.com/blogs/watson/2016/07/omniearth-uses-ibm-watson-combat-california-drought/

22 mar. 2017

Gestión Sostenible del Agua en Nuestras Ciudades

Fuente: www.cedeus.cl
En el Día Mundial del Agua he querido escribir sobre la importancia de este recurso para las ciudades en las que vivimos.

La disponibilidad del líquido vital es crucial para la producción industrial, para el mantenimiento de actividades domésticas y para actividades agroecológicas urbanas. 

La provisión de agua en las ciudades del mundo, se fundamenta en la captación de cuerpos de agua asociados a cuencas hidrográficas cercanas (i.e Madrid o Quito), acuíferos subterráneos (i.e Cuidad de México) o incluso la propia agua del mar (i.e Dubai). Sin embargo, debido a la creciente demanda de este recurso, las ciudades deben mirar más allá de sus fronteras para garantizar su abastecimiento constante [1]. Se estima que las 100 ciudades más grandes del mundo (i.e Beijing o Los Angeles), actualmente transfieren desde otras cuencas 3,2 millones de metros cúbicos de agua a una distancia de 5700 kilómetros diarios a través de canales artificiales [2]. Esto significa que alrededor del 43% del suministro de agua se obtiene por "transferencia interbase", es decir, de mover el agua de una cuenca a otra [2]. Esta es una práctica predominante de las ciudades que poseen suficientes recursos para importar agua, mientras que aquellas de bajos ingresos dependen principalmente de los fuentes hídricos que se encuentran cerca, ya que no pueden permitirse el mismo nivel de infraestructura [2]. En ambos tipos de ciudad, el movimiento de masas de agua para cubrir la demanda urbana, requiere  mucha cantidad de energía.

Los desafíos urbanos del agua que afectan la sostenibilidad de las ciudades, se pueden dividir en tres grupos principales. El primero, la falta de acceso a agua potable y saneamiento; en segundo lugar, los crecientes desastres relacionados con el agua, como las inundaciones y las sequías [3] y el tercero, la contaminación del agua sobre todo por actividades industriales o por una mala gestión de las aguas residuales. Estos desafíos demandan inversiones y costes importantes para la administración local, quién tiene que trabajar en varias líneas, para asegurar el acceso confiable a agua potable y brindar un saneamiento adecuado[4]. El alto costo de las soluciones de ingeniería y la infraestructura de agua y saneamiento, está fuera del alcance de muchas ciudades, especialmente en los países en desarrollo. [2] El problema se vuelve aún más grave, en ciudades con barrios y asentamientos informales en los que el agua y el saneamiento a menudo se vuelven inaccesibles. [1]

La Figura 1,  resume el ciclo de gestión del agua en las ciudades desde una perspectiva general, incluyendo la cadena de suministro de agua y la cadena de aguas residuales y saneamiento. Ambas deben evaluarse conjuntamente para definir medidas eficaces de gestión de agua urbana. Asimismo, tienen que estar acompañadas de esquemas de conservación de las cuencas hidrográficas y de los cuerpos de agua que abastecen las ciudades.

Figura 1 - Ciclo Gestión del Agua en Ciudades
Fuente: Daniela Torres. 2016. MSc City Sciences Thesis.

En resumen, la gestión del agua a nivel local puede dividirse en dos ámbitos principales [2]:
  1. La gestión de los recursos hídricos: se refiere a la gestión de los grandes ríos y cuencas hidrográficas para cubrir usos primarios del agua (agricultura o industria) y para asegurar la provisión de agua de calidad para las ciudades [2]. La gestión de los recursos hídricos se puede hacer mediante la implementación de estrategias de conservación como: protección de la tierra, reforestación, restauración de los ríos para reducir la erosión y mejorar la calidad del agua, mejores prácticas de manejo agrícola y reducción de combustible forestal [2].
  2. La gestión de los servicios de agua: se refiere a la gestión de la pequeña porción de agua que se toma de una condición de agua cruda y se trata para obtener niveles de calidad y fiabilidad para consumo humano o uso industrial a nivel de ciudad [2]. Los servicios de agua incluyen: plantas de tratamiento, plantas de desalinización, redes de distribución y plantas de aguas residuales.  Todos estos servicios consumen energía, por lo que es necesario gestionar la relación agua-energía de manera eficiente.
Dentro de este esquema, se han establecido algunos principios clave para el abastecimiento sostenible de agua potable a nivel municipal. [5].  Estos son:
  • La disponibilidad y calidad: cantidades suficientes y calidad de agua para los hogares y la fiabilidad de la prestación de servicios.
  • La accesibilidad: la distancia o tiempo para un abastecimiento de agua confiable y si los servicios pueden ser accesibles por todos los ciudadanos.
  • La ascequibilidad: los costos de la conexión y del consumo, requieren modelos de recuperación de costos asociados y la aplicación de mecanismos para asegurar la asequibilidad para todos.
Las ciudades deben trabajar en pro de la prestación de servicios de agua y saneamiento vistos como algo integrado. El saneamiento es de vital importancia en la sostenibilidad del ciclo del agua urbana, especialmente para reducir los riesgos de transmisión de enfermedades y mejorar la calidad ambiental a nivel vivienda. En 2015, sistemas de saneamiento deficientes causaron el 4% del total de muertes y el 5,7% de todas las enfermedades en el mundo. [5]. Por esto, es importante trabajar para que el servicio –ya sea privado, compartido o público-, esté diseñado para cumplir normas básicas, incluyendo: recolección segura, transporte, tratamiento y eliminación de desechos humanos [6]. Los sistemas de saneamiento combinados con procesos de tratamiento integrados, promueven el reciclaje de recursos mediante la reutilización de agua y la recuperación de nutrientes y energía contenidos en las aguas residuales. [7].

En conclusión, los servicios de agua y saneamiento urbano son críticos para la sostenibilidad de nuestras ciudades. El agua es un recurso escaso que debe gestionarse eficientemente por parte de la autoridad local, pero también debe ser cuidado por el ciudadano. El saneamiento y el tratamiento de aguas residuales se relacionan más con el desarrollo de la infraestructuras, sin embargo el suministro y la distribución de agua presentan mejores oportunidades de innovación, especialmente en alternativas inteligentes de gestión del agua en base a Tecnologías de la Información y Comunicación.

Feliz día mundial del Agua!

Referencias:
[1] UNEP. (2012). Sustainable, Resource Efficient Cities - Making it Happen.
[2] IWA. (2014). Urban Water Blueprint Report. 
http://www.iwa-network.org/wp-content/uploads/2016/06/Urban-Water-Blueprint-Report.pdf.
[3] UNDESA. (2015). Water for Life Decade.
http://www.un.org/waterforlifedecade/scarcity.shtml
[4] OECD. (2014). Managing water for future cities. Policy Perspectives.
[5] Robert Bos. (2016). Manual of the Human Rights to Safe Drinking Water and Sanitation for Practitioners.
[6UNHABITAT. (2016). World Cities Report. Chapter 5, Just Environmental Sustainabilities: http://wcr.unhabitat.org
[7] IWA. (2014). Sanitation 21 A Planning Framework for Improving City-wide Sanitation Services. http://www.iwa-network.org/filemanager-uploads/IWA-Sanitation-21_22_09_14-LR.pdf


27 ene. 2017

Green ICTs: New Technologies for the Environment

Information & Communication Technologies (ICTs) have transformed our society’s way of living. Continuously ICTs have delivered innovative products and services in cities, regions and countries.  Now our live is highly dependent on them.  We cannot conceive our daily activities without internet, a mobile phones or a computer.  From an environmental perspective, the manufacturing and use of ICTs generate several environmental impacts, such as e-waste or CO2 emissions generations. 

There is a specific type of ICTs called Green ICT services or solutions, which are ICT-based technologies that promote efficiency and environmental sustainability in different sectors of the economy. They are enablers for the efficient use of scarce resources such as energy or water; or support the reduction of Greenhouse Gases (GHG) emissions.


This concept was introduced several years ago by, especially by the Industry Analyst, Gartner, that in 2010 published their Hype cycle for Green IT & Sustainability. They were optimistic in mentioning that there are two groups of services for Green ICTs. The first one related to pure connectivity services, and secondly the services with added value added that could help above all to reduce increasingly energy costs. Technologies for waste and water management seemed to have a promising future too when the market will be mature enough to receive them. In 2015, after 5 years, Gartner published again a Hype Cycle for Green IT, where technologies on the rise are the ones related to energy harvesting or hosted virtual desktops. Technologies such as green-cooling, smart water management, smart OLED lighting, are in the process of being adopted by the industry.  In 2016, Gartner published the Hype Cycle for Sustainability including green ICT services for smart cities and urban environmental quality.


To make it easy, I will try to explain green ICT solutions with some examples. One of them could be the use of sophisticated videoconferencing or tele-presence services, that aim to reduce travel and CO2 emissions from the users.  Now there is no need to travel 12 hours for a 2-hour meeting, we can really meet by video.  Our Skype or Face Time are also examples of these type of technologies, with less sophistication but the principle of "virtual meetings" is the same. Now big companies such as ATT are working together to provide this service to large corporations. According to them, large U.S. and U.K. businesses can cut CO2 emissions by nearly 5.5 million metric tons in total – the greenhouse gas equivalent of removing more than one million passenger vehicles from the road for one year – by 2020.

Other group of green ICT services, are the ones related to the use of intelligent transport systems (ITS) in public or private transport fleets. These optimize routes and provide real time information to drivers. These systems, save fuel consumption and reduce CO2 emissions from the fleet itself. In the case of public transport, they reduce CO2 emissions in the fleets but also from the users that do not take their car to move from one place to another.  In Seoul, for example, city Transport Operation and Information Service, TOPIS, allows an efficient management of the whole transport in the city.  

Example of Smart Meters
In the energy sector, smart grid services to improve energy efficiency in power transmission and distribution networks, are common green ICT services too.  Smart meters for water, electricity or gas management, like the ones promoted in the United Kingdom, are also key examples of these type of technologies. The country, believes that the roll-out of smart meters will play an important part in Britain’s transition to a low-carbon economy, as consumers will have access to near real time information on their energy consumption to help them manage their energy use, save money and reduce emissions. 

According to the SMARTer2020 Report by GeSi; the intensive use of ICT services can reduce CO2 emissions from strategic sectors of the global economy: power, transport, agriculture, buildings, manufacturing and consumer and service sector. These technologies will promote energy efficiency for buildings, electric vehicles and electric mobility, distributed renewable energy, eco-design, automation and smart technology, as well as cloud services and virtualization. These savings could represent a reduction of 16,5% of global GHG emissions by the year 2020 and will generate economic savings in energy of about $1.9 trillion.

Green ICT services have a massive opportunity to support this low carbon future and these numbers seem very promising for the ICT Industry. Therefore, is important to understand that Green ICT services require innovation investment as well as corporate decisions to develop specific projects in order to make these benefits tangible. The smart services models could be good examples to drive this transformation of the digital world. Smart buildings, smart utilities services or smart transportation solutions together in an information platform to manage huge amounts of information could be the solution. 

In 2020, not only people will be connected, but also millions of devices. The “Internet of Things” and the “M2M revolution”, bring business opportunities to ICT companies but also challenges in terms of resource efficiency. The problem is that most of the technological needs to drive this intensive use of technology will occur in cities where major population growth and urbanization takes place.  

Green ICT services for cities in their journey to be smart and sustainable are a huge opportunity to look forward. We will discuss this in another post! 

[1] KPMG. Report Expect the Unexpected.

[2] Smarter 2020 Report. GESI. http://gesi.org/SMARTer2020