MINIMIZACIÓN DE IMPACTOS A TRAVÉS DE LA OPTIMIZACIÓN DEL CICLO DE VIDA DE LA TELA DE ALGODÓN[1]

MINIMIZATION OF IMPACTS THROUGH OPTIMIZATION OF THE LIFE CYCLE OF COTTON FABRIC

El algodón es la fibra natural más importante en el mundo a nivel textil puesto que representa la mitad de todas las fibras utilizadas en el mundo, dadas sus características únicas de durabilidad, resistencia y absorción gracias a su composición celulósica (Alonso Felipe, 2015). Para el 2012 la producción mundial de algodón fue de 25.10 millones de toneladas métricas, con una participación del 77% por China, Estados Unidos, India, Brasil y Pakistán. Se estima que el consumo mundial anual de algodón hasta el 2022 aproximadamente sea de 3.5 kg per cápita al año (FAO, 2013). En Colombia, esta producción se estimó en 45 toneladas métricas de fibra para el año 2011 (Comité Consultivo Internacional del Algodón, 2012) y para el año 2010 la industria textil aportó 414 millones de dólares al país, teniendo un crecimiento del 211% desde 1990 convirtiéndose el sector textil una de las principales locomotoras de la economía en Colombia, puesto que para el año 2013 esta industria ha representado más del 3% del total del PIB. Sin embargo, el cultivo del algodón es uno de los más intensivos y exigentes respecto a las condiciones para su desarrollo, causado principalmente por el uso de pesticidas químicos, fertilizantes y estimulantes del crecimiento en grandes cantidades, generando importantes consecuencias sobre el recurso hídrico, edáfico, atmosférico y a la salud humana (Pfister et al., 2009).

La afectación principal al recurso edáfico es causada principalmente por la erosión excesiva del suelo dada la mecanización de los procesos agrícolas; detrimento del recurso hídrico y atmosférico por la cantidad de agua necesaria para suplir el riego en la etapa de cultivo y emisión de material particulado en el proceso de recolección y desmotado. Por ello se hace necesaria la identificación de los impactos generados durante todo el proceso productivo de la tela de algodón y se hace uso del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) como herramienta metodología para la valoración de éstos, con el objetivo de implementar estrategias de mejora con miras a la reducción de esos impactos dentro de las categorías de: calidad del ecosistema, daño a la salud humana y uso de recursos. Dichas mejoras, se realizan en las etapas más críticas del cultivo de algodón y la producción del textil, a través de la reducción de las entradas energéticas e hídricas en el ciclo. Esto, mediante la aplicación del ACV al proceso de cuna a puerta usando el software Umberto NTX LCA a partir de información secundaria. La metodología elegida para el estudio es el ACV consecuencial, el cual se orienta al cambio en las etapas del sistema productivo que supone mejoras a los impactos generados por la unidad funcional que se está estudiando, no sólo enfocándose simplemente a los resultados obtenidos por la producción del textil, como lo hace el análisis atribucional.

El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una metodología mundialmente aceptada para la evaluación de impactos ambientales en la generación de bienes y servicios (Chen et al., 2013) a lo largo de su vida útil y las diferentes etapas de su producción. Esta metodología permite cuantificar y comparar los impactos en distintas categorías de impacto ambiental, para la toma de decisiones, en la implementación de estrategias y políticas que permitan la reducción de carga ambiental a lo largo de todo el proceso de producción.

Diversos estudios se han desarrollado en torno a la valoración de los impactos ambientales en la producción de algodón a nivel mundial mediante diferentes metodologías de análisis. Bevilacqua et al. (2014) presentan diversos escenarios para la fabricación de la hilatura de algodón, en donde la productividad de estos modifica el valor del impacto ambiental, pues los mayores impactos son generados en la etapa de blanqueado e hilado, con valores iguales a 1.24 kgCO2-eq y 0.64 kgCO2-eq, respectivamente. Mientras otros autores como Murugesh & Selvadass (2013a) y PE Iinternational AG (2014) centran sus estudios solo en la etapa de cultivo del algodón. Los primeros autores analizan el proceso en África, usando como unidad funcional 1000 kg de hilas de algodón mediante la metodología CML, con las categorías de cambio climático, acidificación y eutrofización. El segundo autor, compara la producción de hilas de algodón orgánico y convencional de forma general usando las categorías de calentamiento global, acidificación, toxicidad humana, entre otras. A la fecha ningún autor ha implementado la metodología del ACV para analizar todas las etapas de la producción de la tela de algodón, desde la cuna de la cadena productiva (plantación y cultivo de semillas) hasta la puerta (tela de algodón).

Otro de los métodos para evaluar impactos fue desarrollado por Zahedi et al. (2013) en Irán, utilizando la metodología de Valoración Económica de los Impactos del cultivo de algodón, a través de encuestas personales a los productores de la región. Adicional a ello, se han hecho estudios para evaluar impactos sobre recursos específicos como el agua; un ejemplo de este, es el realizado por Hoekstra et al. (2005) donde evalúan los impactos sobre el recurso hídrico en los países donde las semillas son cultivadas. El Análisis por Redes Ecológicas o ENA (por sus siglas en inglés Ecological Network Analysis) ha sido también ampliamente utilizado en sistemas agropecuarios; esta metodología tiene como objetivo mejorar la producción agrícola con la mínima cantidad de recursos, su análisis se realiza dentro de un contexto de ecosistema como un sistema complejo y estructurado, analiza las interacciones y relaciones entre las especies de un ecosistema a través de los flujos de energía (Stark et al., 2016).

El Análisis de Ciclo de Vida es un marco de referencia para estimar y evaluar los impactos ambientales atribuibles al ciclo de vida de un producto, como cambio climático, daño en la capa de ozono, creación de ozono troposférico, eutrofización, acidificación, entre otros. Según el conjunto de normas ISO 14040, éste consta de cuatro etapas fundamentales: definición de objetivo y alcance, análisis de inventario, evaluación de impactos e interpretación de resultados (International Standard, 1997); las cuales, sirven para dejar en claro todas las consideraciones hechas a la hora de hacer el análisis y la repercusión que éstas tienen sobre los impactos en las diferentes categorías escogidas.

3.3. Proceso de fabricación

El proceso de fabricación de la tela de algodón cuenta con cuatro etapas principales: materias primas, cultivo del algodón, producción de la fibra y producción de la tela como se muestra en la Figura 1. Dentro de la etapa de materias primas se incluyen los insumos iniciales del sistema, tierra cultivable, agua, semillas, energía y herbicidas. La etapa de cultivo cuenta con tres subetapas: siembra o establecimiento del cultivo, cultivo y recolección mecánica junto con una etapa intermedia de transporte de la zona de cultivo a la fábrica (Kalliala & Nousiainen, 1999); siendo ésta, la única etapa de transporte a tener en cuenta, debido a que se considera que los procesos de manufactura se harán dentro de la misma fábrica. La tercera etapa, está relacionada con la producción de la fibra de algodón, la cual contiene dos subetapas, el desmotado o separación de las semillas y sus impurezas, y la producción de las fibras de algodón (Textile Exchange, 2014), en esta etapa el algodón es secado y convertirlo en un cordón. Como etapa final, se encuentra la producción de la tela de algodón, que cuenta con nueve sub etapas consecutivas: hilado, tejido, desencolado, fregado, blanqueo, lavado, tintura, secado y embalaje (Kalliala & Nousiainen, 1999). Es de resaltar que en el presente estudio no se tiene en cuenta los procesos de tintura y embalaje, debido a los múltiples usos potenciales que tiene la Unidad Funcional (1000 kg de tela de algodón) y teniendo en cuenta que posteriormente será procesada para tales objetivos.

Figura 1
Proceso de la fabricación de tela de algodón.
Elaboración propia con base en Kalliala & Nousiainen (1999) y Textil Exchange (2014).

3.6. Inventario del Análisis de ciclo de Vida (ICV)

La información que se presenta a continuación corresponde a los datos tomados de bibliografía variada a nivel mundial, que no corresponde únicamente a información relacionada con el análisis de ciclo de vida y que comprende otro tipo de información como estudios relacionados con los cultivos, como el caso de Bartl (2009), Cotton Counts (n.d.), Hasan & Kane (2010), Infoagro (n.d.), Lopez et al. (2015), Mateus (2012) y Secretaría General del Medio Rural y Producción Ecológica (2009). Esto, debido a que proveen la información necesaria para simular un cultivo y las mejoras posibles de éste como se muestra en la Tabla 1, Tabla 2 y Tabla 3.

Tabla 1
Materias primas y cultivo.

Elaboración propia con base en las referencias citadas en el artículo

Tabla 2
Producción fibra de algodón.

Elaboración propia con base en las referencias citadas en el artículo.

Tabla 3
Producción de tela de algodón.

Elaboración propia con base en las referencias citadas en el artículo.

Se analiza el ciclo de vida del algodón en el software Umberto, con la metodología ReCiPe que utiliza los indicadores midpoint y endpoint, estos últimos son las categorías agregadas: daño a la salud humana, daño a los ecosistemas y daño a la disponibilidad de recursos; si bien estas categorías facilitan el entendimiento en términos finales del impacto ambiental, se debe tener en cuenta que éstas incluyen una incertidumbre debido a que la complejidad de los procesos puede no estar incluida totalmente en las subcategorías evaluadas y subjetividad asociada al enfoque metodológico desarrollado.

Los resultados de las categorías y subcategorías evaluadas se muestran en la Tabla 4. Se resalta el uso del enfoque jerárquico debido a su amplia utilización en los Análisis de Ciclo de Vida, su racionalidad se fundamenta en evitar la mayoría de problemas haciendo un balance a corto y largo plazo de los efectos posibles (Vivancos et al., 2005), para los procesos de cultivo, esta perspectiva engloba situaciones próximas de agotamiento del recurso y las materias primas, para el caso de estudio se relacionaría con el agua y la energía, además este enfoque es considerado el modelo por defecto. La metodología brinda los resultados en puntos ponderados, lo que permite compararlos entre categorías, y comparar las subcategorías dentro de éstas.

Tabla 4
Resultados del proceso por categoría y subcategoría de impacto

Elaboración propia a partir de los resultados obtenidos en el ACV en el software Umberto.

La Tabla 4 muestra que la categoría general más impactada es recursos con mayor influencia de combustibles fósiles, seguida de la categoría salud humana donde se muestran relevantes las subcategorías de cambio climático y la formación de material particulado. La ocupación de tierra por los cultivos de algodón es la subcategoría más importante dentro de la calidad del ecosistema. Impactos como ecotoxicidad acuática, ecotoxicidad terrestre y eutrofización tienen menor importancia dentro del Análisis del Ciclo de Vida de la tela de algodón.

Los resultados contienen a todas las fases productivas de la tela de algodón ya descritas, y por tanto la carga ambiental asociada a la categoría calidad de ecosistema que está altamente influenciadas por el uso de herbicidas, pesticidas y fertilizantes es menor a la de la categoría recursos, ya que en todas las fases se da una alta demanda agua y energía, esta última en forma de electricidad y combustible.

A partir de estos resultados se plantea la implementación de mejoras en la producción de la tela de algodón teniendo en cuenta el agua y la energía como los insumos críticos por tener alta demanda en las diferentes fases productivas, y se realiza una comparación de los resultados posteriormente. Se resalta además la posibilidad de incluir mejoras como la reducción de fertilizantes, herbicidas y pesticidas en estudios específicos, debido a los impactos de la etapa de cultivo en la fabricación de la tela de algodón.

El riego por goteo puede reducir la cantidad de agua utilizada por al menos 30% en comparación con los sistemas de inundación o surcos más eficientes, y es probable que sea mucho más alta en comparación con muchos sistemas de inundación o surcos que funcionan mal (Bevilacqua et al., 2014), por lo que supone una disminución de 2000 m3/ha, quedando en una cantidad de 4500 m3/ha. El consumo energético en los procesos se puede reducir según algunos fabricantes de maquinaria textil en un 10% para cada unidad, por lo cual en cada una de las etapas que se usan energía se disminuirá este valor (Bevilacqua et al., 2014). La Tabla 5 ilustra la comparación de los valores de entradas y salidas con y sin mejoras, para facilitar la interpretación del porcentaje de dichas mejores. Luego de realizar las mejoras mencionadas se tienen los resultados por categorías y subcategorías de impacto como se muestra en la Tabla 6 y que se resume en la Tabla 7 mediante la normalización de los resultados para ambos escenarios (mejoras y sin mejoras).

Tabla 5
Mejoras al proceso

Elaboración propia a partir de los resultados obtenidos en entradas y salidas con y sin mejoras.

Realizando las mejoras anteriormente descritas e incluyendo las semillas sobrantes como materia prima para la producción de aceite, se da cuenta que en todas las categorías se da una disminución en los puntos de impacto de cada uno de los procesos. El total de impacto del ciclo de vida del algodón tiene una reducción de 53.01 puntos con 25.06, 18.2 y 9.75 de mejora en las categorías recursos, salud humana y calidad del ecosistema, respectivamente como se muestra en la Figura 2.

Tabla 6
Resultado del proceso con mejoras

Elaboración propia a partir de la normalización de los resultados.

Tabla 7
Resultados de subcategorías con y sin mejoras normalizados.

Elaboración propia.

La optimización en un 10% de los procesos energéticos y 30% en consumo de agua tiene un impacto significativo en las subcategorías de cambio climático, tanto para calidad del ecosistema como recursos, y en el agotamiento de combustibles fósiles, con 6.9, 10.91 y 19.02 puntos, respectivamente. Esta última, es la subcategoría con mayor disminución en sus impactos, lo que sugiere que los procesos de producción agrícola están ligados en buena medida al consumo de combustibles fósiles en sus distintas etapas, aunque no deja de ser la subcategoría más críticamente impactada ya que hay utilización de maquinaria en los procesos de producción de fibra y producción de tela.

Figura 2
Comparación en puntos de las subcategorías de impacto.
Elaboración propia.

Figura 3
Categoría daño a los ecosistema por etapas de producción.
Elaboración propia.

Las Figuras 3, 4 y 5 presentan una disminución en las etapas de materias primas y producción de fibra, debido a que las mejoras realizadas en el proceso se centran en estas dos etapas. Por lo anterior, las etapas de cultivo y producción de tela cobran mayor importancia dentro de todo el proceso y aumentan sus puntos de impacto en las tres categorías: ecosistemas, salud humana y recursos, por la sinergia que se presenta entre cada una de las etapas de la cadena de suministro, esto evidencia como una mejora en la eficiencia del consumo de algún insumo puede representar una minimización de los impactos ambientales en algunas etapas del proceso pero un leve aumento en otras; de allí es la importancia de la toma de decisiones por parte de un equipo multidisciplinario, que no es del alcance de este estudio. Si bien aumenta, es importante observar que el cambio no es significativo, contrario a los resultados mostrados por la disminución en la etapa de materias primas.

Figura 4
Categoría daño a la salud humana por etapas de producción.
Elaboración propia.

Figura 5
Categoría daño a la disponibilidad de recursos por etapas de producción.
Elaboración propia.

Los resultados mostrados anteriormente indican que el proceso agrícola del algodón, sigue altamente ligado a el agotamiento de los combustibles fósiles, referidos a la etapa de materias primas y producción de fibra; demostrando con los resultados que, con optimizaciones pequeñas en cada eslabón de la cadena de producción se pueden reducir los impactos en el agotamiento de recursos naturales y la calidad del ecosistema; temas de especial importancia actualmente. Por esto, es preciso ahondar en investigaciones y desarrollos tecnológicos industriales para mejorar la eficiencia de la maquinaria y disminuir los impactos asociados al uso de éstas. Además, cambios en el sistema de irrigación a nivel mundial permitirían el ahorro de grandes cantidades de agua por hectárea, la cual serviría para mitigar problemáticas ambientales y sociales, asociadas a este importante recurso en países donde se tienen grandes extensiones de cultivo.

Gran parte de los desechos están asociados a que sólo el 38% del cultivo es aprovechable, una de las acciones puede ser aprovechar el 62% restante para la fabricación de aceite y/o la alimentación de bovinos en las zonas de cultivo, obteniendo beneficios derivados de lo que actualmente se considera un desecho de producción de la fibra de algodón. En general, los mayores impactos en todas las categorías se presentan con la obtención de las diferentes materias primas de entrada (semillas, agua, energía).

Es de importancia resaltar que este estudio pretende dar una visión general sobre las diferentes etapas de la producción de tela de algodón incluyendo la etapa de cultivo, para evidenciar los efectos globales de la producción de la tela y no sólo de una única etapa de producción de ésta. El cambio planteado en el estudio es sólo uno de los que se pueden dar en situaciones reales y analizar a través del ciclo de vida de la tela de algodón; por lo cual las demás mejoras y cambios posibles pueden ser potenciales temas de estudio y análisis.