Desde lubricantes marítimos hasta materias primas y combustible para aeronaves, los comités de ASTM International están impulsando la economía circular encontrando formas de mejorar la sostenibilidad de los materiales relacionados con la energía y el tran

By Jack Maxwell

Apr 29, 2021

Líneas y círculos. En el mundo de la geometría, son conceptos simples y fáciles de entender.

Metafóricamente, sin embargo, en el contexto de la relación entre el medioambiente y la economía global, apuntan a una marcada dicotomía: el modelo lineal de tomar, fabricar y desechar frente al enfoque más holístico al que se suele hacer referencia como “economía circular”.

La fundación Ellen MacArthur Foundation describe la economía circular como la separación de la actividad económica del consumo de recursos finitos. Este enfoque se apoya en una transición a energías y materiales renovables y toma como base tres principios: eliminar los residuos y la contaminación a través del diseño, mantener los productos y materiales en uso y regenerar los sistemas naturales.

Las iniciativas para impulsar la economía mundial masiva hacia una mayor sostenibilidad (para convertir esta línea recta en un círculo) adoptan muchas formas diferentes. Unas contemplan el impacto ambiental de dos tipos de productos esenciales para el sector del transporte: los lubricantes marítimos y el combustible para aeronaves. Otras, buscan desarrollar estándares que se puedan utilizar para comparar la sostenibilidad relativa de diversas materias primas de origen biológico y demás productos.

ASTM International respalda el trabajo en estas tres áreas con los comités sobre productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes (D02); embarcaciones y tecnología marítima (F25); y bioenergía y productos químicos industriales de biomasa (E48).

Agua y petróleo

La Organización Marítima Internacional estima que el 90 % del comercio mundial se traslada por vía marítima. Un informe realizado hace varios años por una asociación de comercio de la industria de la refinación en Europa ubicó la cifra en 80 % por volumen e identificó más de 50.000 embarcaciones mercantes con actividad internacional en ese momento.

Estas estadísticas ilustran qué tan esencial es la industria naviera global para la economía mundial. Además, las cifras ofrecen una noción de la posible escala de la contaminación producida por los lubricantes marítimos de los que depende el funcionamiento normal de estas embarcaciones. Los miembros de ASTM han sido fundamentales para inclinar la balanza con respecto de este tema, que en los Estados Unidos se refleja en la evolución de lo que se denomina “permiso general para embarcaciones” (vessel general permit, VGP).

La Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) implementó el VGP en 2008 como un modo de controlar las descargas de las embarcaciones comerciales de más de 79 pies (pronto en sistema métrico) de eslora que operan en los lagos y las vías fluviales costeras y continentales de los EE. UU. El Dr. Gareth Fish es miembro del comité D02 y gerente de Tecnología de Grasas y Aditivos Industriales de Lubrizol. Él señala que, de 2008 a 2013, el uso de lo que se denomina “lubricantes ambientalmente aceptables” (environmentally acceptable lubricants, EAL) fue voluntario.

Las revisiones del programa de permisos de 2013 hicieron que el uso de EAL fuera obligatorio cuando estuvieran disponibles y se demostrara que cumplieran con los requisitos de desempeño necesarios. Desde entonces, Fish indica: “Los proveedores mismos son quienes certifican si los EAL cumplen con el VGP”.

Este enfoque donde cada uno genera su propio informe es similar al esquema de biolubricantes de Europa conforme a la norma EN16807 (se incluye más información a continuación), aunque el usuario final puede verificarlo fácilmente”, explica el Dr. Mathias Woydt. “En contraste, la etiqueta ecológica europea califica la ecotoxicología de los componentes individuales. El formulador debe divulgar la fórmula de manera confidencial a un organismo competente a fin de recibir la etiqueta”. Woydt es consultor de la industria en Matrilub y, además, miembro del comité sobre productos derivados del petróleo de ASTM.

Lubricantes ambientalmente aceptables

Hay dos preguntas fundamentales que acechan a esta actividad: ¿qué es exactamente un lubricante ambientalmente aceptable?, y ¿cómo distinguen los operadores navieros entre la gran cantidad de opciones?

Con respecto de la primera pregunta, Fish señala que depende de la organización. “El Instituto Estadounidense de las Grasas Lubricantes usa la frase ‘que contiene un líquido de origen biológico’, aunque no parece tener una concentración mínima. Otras organizaciones tienen sus propias definiciones, que suelen ser diferentes”. Por ejemplo, el estándar de criterios para productos líquidos derivados del petróleo (biolubricantes) y requisitos de los biolubricantes y lubricantes de origen biológico de Europa (EN16807) se aplica a los productos completamente formulados y exige un contenido mínimo de componentes renovables del 25 %.

En los Estados Unidos, la EPA definió a los biolubricantes en un informe en la materia de 2011 como “productos que se ha demostrado que cumplen con estándares de biodegradabilidad, baja toxicidad acuática y potencial de bioacumulación que minimizan sus consecuencias adversas probables en el entorno acuático, en comparación con los lubricantes convencionales”. El programa BioPreferred del Departamento de Agricultura de los EE. UU. (USDA) detalla la cantidad mínima de materiales bioderivados en el lubricante.

Este programa también incluye un protocolo de etiquetado voluntario para los productos de origen biológico. Bajo el encabezado general de lubricantes y grasas, se enumeran 13 tipos de productos. Se incluyen grasas, lubricantes para cadenas y cables, lubricantes para engranajes, lubricantes multiuso y demás lubricantes, todos los cuales tienen aplicaciones marítimas.

Guía estándar para los EAL

Si las diversas partes interesadas de la industria definen a los biolubricantes de distintas maneras, ¿cómo pueden distinguirse entre sí los diferentes productos del mercado? Para ayudar a responder esta pregunta, dos de los comités de ASTM empezaron a colaborar en una guía sobre los EAL que cumplen con el VGP de los EE. UU.

“Creo que las personas que trabajan en este tema entendieron cuán importante era que los EAL tuvieran un buen desempeño en las embarcaciones y, además, lo poco que sabía la industria marítima en su totalidad sobre los EAL”, comenta John Sherman. Él es jefe de Proyectos de Tecnología de Lubricantes de Polialquilenglicol (PAG) de Shell Lubricant Solutions, Inc., (EE. UU.) y miembro de los comités sobre productos derivados del petróleo y sobre embarcaciones y tecnología marítima. Asimismo, Sherman es un colaborador clave de un estándar nuevo recientemente aprobado que ampliará este conocimiento.

El proceso que lleva a la nueva guía para la selección de lubricantes ambientalmente aceptables para el permiso general para embarcaciones de la EPA (D8324/WK68688revisaresto) empezó realmente en 2015, cuando Sherman comenzó a coordinar los esfuerzos de dos subcomités que acordaron trabajar en conjunto en este documento: protección ambiental marítima (F25.06) y estándares ambientales para lubricantes (D02.12). El borrador inicial se presentó en diciembre de 2015 y sirvió como punto de partida para la colaboración que empezó de verdad el año siguiente.

El estándar propuesto estuvo listo para una votación inicial en junio de 2018. No obstante, la actualización a los cinco años entonces pendiente del VGP y la posterior sanción de una nueva ley en diciembre de 2018, la Ley sobre Descargas Incidentales de Embarcaciones (Vessel Incidental Discharge Act, VIDA), que en última instancia reemplazará al VGP de 2013, demoraron el proceso.

La ley VIDA exige que la EPA y la Guardia Costera de los EE. UU. (USCG) desarrollen estándares nacionales de desempeño que aborden las descargas incidentales de las embarcaciones comerciales para diciembre de 2020. La USCG debe desarrollar las normativas correspondientes a lo largo de los dos años siguientes.

“La ley modifica la manera en la que la EPA regulará las descargas incidentales de las embarcaciones con base en estándares nacionales de desempeño y cómo estas normativas se implementarán, cumplirán y harán valer por la USCG y la EPA. Hasta que las normativas de la ley VIDA estén terminadas y se compruebe que son eficaces y exigibles, permanecerán vigentes las disposiciones y los requerimientos del VGP de 2013”, afirma Sherman.

La actividad legislativa y reglamentaria en torno a la transición del VGP a la ley VIDA no impidió que un grupo de trabajo de ASTM avanzara con determinación en esta área, y el borrador del estándar se votó por primera vez en otoño de 2019. Se resolvieron los comentarios y las inquietudes, se realizaron revisiones, la versión revisada se presentó para su votación concurrente en diciembre pasado, y la aprobación final de la guía D8324 para seleccionar EAL que cumplan con el VGP se obtuvo en marzo.

“Este documento intenta unificar las diversas categorizaciones de estos bioproductos, aunque principalmente se centra en cumplir con los requisitos reales del VGP”, comenta Mark Miller, director ejecutivo de Biosynthetic Technologies y vicepresidente del subcomité sobre estándares ambientales para lubricantes (D02.12) de ASTM. “Porque los compañeros de nuestra subsección realmente tienen dificultades con su significado y con la manera de cumplir con los requerimientos del permiso general para embarcaciones. No quieren cometer errores de manera involuntaria”.

Vuelos ecológicos

Otra iniciativa importante en el desarrollo de estándares que mejorará la sostenibilidad de la infraestructura de transporte está relacionada con el trabajo que está realizando el subcomité sobre combustibles emergentes para turbinas (D02.JO.06) en cuanto al combustible para aeronaves.

En un informe de octubre de 2019, el Environmental and Energy Study Institute calculó que la aviación produjo el 2,2 % de las emisiones globales de dióxido de carbono (CO₂) en 2018. Si bien esta cifra parece pequeña, si la aviación fuera un país, habría ocupado el sexto puesto ese año entre todos los países del mundo, entre Japón y Alemania, en términos de emisiones.

En otras palabras, la familia 737 de Boeing (uno de los aviones más vendidos del mundo) consume 750 galones (pronto en sistema métrico) de combustible en una hora. Eso se traduce en alrededor de 12,5 galones (pronto en sistema métrico) por minuto. Esto hace que mejorar la eficiencia de las aeronaves comerciales sea una prioridad continua para el sector.

Un momento crucial en el abordaje de este tema tuvo lugar en 2006, cuando la Unión Europea (UE) impuso requisitos de emisión de carbono para todas las aerolíneas que vuelan en Europa. Desde entonces, el Régimen de Comercio de Derechos de Emisión (RCDE) de la UE ha dado lugar a diversos estándares internacionales diseñados para limitar las emisiones de las aeronaves en todo el mundo. Un ejemplo reciente son las normas relacionadas con las emisiones de gases de efecto invernadero recientemente publicadas por la Organización de Aviación Civil Internacional y la EPA. Las normas se aplican a ciertas aeronaves comerciales nuevas, incluidas todas las aeronaves de pasajeros grandes.

El uso de combustibles renovables para aeronaves es una manera en la que las aerolíneas pueden cumplir con estos estándares globales (la otra es la compra de compensaciones). Los combustibles para aviación de bajas emisiones se pueden elaborar con diversos componentes de mezcla sintéticos y convencionales, lo que incluye algas y materiales de origen vegetal. ¿Pero cuáles son los criterios para estas opciones renovables?

“Desde la perspectiva de ASTM, la seguridad es fundamental”, afirma Mark Rumizen, especialista técnico sénior en combustibles para aviación de la Administración Federal de Aviación de los EE. UU. y presidente del subcomité D02.J0.06. “La seguridad debe tener prioridad sobre otros factores tales como las emisiones y los aspectos económicos. La función de ASTM consiste en evaluar todas las nuevas opciones de combustibles para aeronaves y redactar especificaciones para garantizar que sean tan seguras como sea posible y tengan un desempeño adecuado”.

La especificación para el combustible para turbinas de aviación que contiene hidrocarburos sintetizados (D7566) es una referencia de esta índole. Esta especificación, actualizada en enero, define los requisitos mínimos de propiedades para el combustible que contiene hidrocarburos sintetizados o se deriva de fuentes renovables. Asimismo, el estándar detalla los aditivos aceptables para usar en motores y aeronaves de operación civil. La especificación está desarrollada para escenarios de aviación civil, y también puede adoptarse para usos gubernamentales, militares y otros usos especializados.

Los combustibles basados en este estándar que se elaboren a partir de fuentes sintéticas o renovables reducirán las emisiones netas de gases de efecto invernadero de manera considerable. En un poderoso ejemplo de circularidad, el CO₂ emitido por motores de aeronaves se compensará con el CO₂ consumido por las materias primas renovables utilizadas para fabricar el combustible.

Rumizen también señala que, hace poco, varias empresas de aviación importantes anunciaron su intención de operar con combustible sostenible de aviación (sustainable aviation fuel, SAF) sin mezclar o 100 % puro. “Se ha convocado al subcomité D02.J0 de ASTM y creado un grupo de trabajo para desarrollar actualizaciones de especificaciones que contemplen el uso de estos combustibles sostenibles de aviación sin mezclar. Si bien apenas comienzan, los miembros del grupo de trabajo ya están ocupados desarrollando conceptos para debatir”, afirma.

Cómo determinar la verdadera sostenibilidad

La actividad de ASTM International en el sector de transporte y energía tiene muchas otras aristas, y una gran cantidad de tecnologías en desarrollo son muy prometedoras en cuanto a propulsar a la industria de la aviación hacia un perfil más ecológico, uno que reemplazaría los combustibles derivados del petróleo tradicionales con alternativas que se valen, en diversas medidas, de materias primas renovables derivadas de la biomasa.

Por ejemplo, el queroseno parafínico sintético de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados (HEFA-SPK, anexo A2 de la especificación D7566) es un tipo específico de combustible renovable producido mediante la desoxigenación y el hidroprocesamiento de aceites naturales derivados de algas o plantas de semillas oleaginosas como la jatropha y la camelina. El combustible para aeronaves por hidrotermólisis catalítica (CHJ) utiliza un método diferente para convertir el aceite de fuentes tales como algas, sebo y otros aceites usados en un producto de combustible para aeronaves.

¿Pero cómo se determina la sostenibilidad relativa de los combustibles alternativos?

El comité sobre bioenergía y productos químicos industriales de biomasa (E48) es responsable de dos estándares clave diseñados para facilitar la evaluación de la sostenibilidad relativa de las opciones cuando por lo menos una contiene productos derivados de recursos renovables.

El método para evaluar la sostenibilidad relativa relacionada con energía o productos químicos de biomasa (E3066), aprobado por primera vez en 2016, se actualizó el año pasado. Y, dado que se recomienda un proceso iterativo de medición y evaluación para identificar oportunidades para mejorar la sostenibilidad, el punto de comparación se convierte en un factor crítico. Por lo tanto, se necesitan métodos con base científica para desarrollar y documentar escenarios de referencia al momento de evaluar la sostenibilidad de los bioproductos. El nuevo método estándar para los escenarios de referencia al evaluar la sostenibilidad relativa de los bioproductos (E3256) aborda esta necesidad.

“El E3256 es un estándar más fundamental, desarrollado para acompañar al E3066”, comenta Charles Corr, un consultor de la industria, miembro del comité D02 y asesor técnico del comité E48. “Para mejorar la sostenibilidad en el mundo real, tenemos que comparar las opciones con detenimiento. Para ello, el escenario de prueba debe compararse con lo que habría sucedido ante la ausencia de este o un “escenario de actividad habitual”. El estándar E3256 se desarrolló para ofrecer criterios y pautas estándar para seleccionar el escenario de referencia”.

Keith Kline, científico del Oak Ridge National Laboratory, retoma el hilo. “El objetivo es ayudar a los usuarios a aplicar con claridad los métodos definidos que contemplan comparaciones transparentes, repetibles y justas. Al lidiar con sistemas biológicos complejos que involucran bosques o campos de cultivo, esto es un desafío. Aun así, es importante analizar y documentar los usos alternativos más probables para terrenos, cultivos o residuos. Es necesario definir el uso escalonado y la disposición definitiva de la biomasa en cada escenario. Es fundamental documentar con claridad las fuentes de datos y las suposiciones para cada escenario al momento de evaluar los impactos de un sistema de productos de origen biológico. Un ejemplo de ello es la manera en la que cambiarían la administración de la tierra, las emisiones y los servicios ambientales del paisaje si uno no usara determinados cultivos o residuos para productos de energía”, señala.

Kline describe el desafío de identificar opciones más sostenibles en un mundo de conocimientos imperfectos. “Es esencial incluir a las partes interesadas en un proceso sistemático para evaluar y probar opciones que proporcionen mejoras graduales para lograr metas y objetivos definidos. Se requiere una administración adaptable a medida que las circunstancias cambien o que haya información nueva disponible. Y el contexto importa. En la actualidad, es probable que las mejores opciones para producir combustibles para aeronaves limpios y renovables en Chicago sean diferentes de las que habría en Miami o Los Ángeles, y estas serán diferentes dentro de 20 años”, indica.

Allí es donde entran en juego los nuevos estándares. Dado lo complicados que se vuelven los escenarios de referencia en cualquier sistema biológico, una manera estandarizada de documentarlos es valiosa.

“La iniciativa del comité E48 aborda la sostenibilidad como un sistema para mejorar”, dice Corr. “La sostenibilidad no es un estado estable. Hemos desarrollado estándares para fomentar un enfoque uniforme y transparente a fin de facilitar una comparación equivalente de las opciones. La comparación puede ser entre refinamientos propuestos para un proceso o productos opcionales de una materia prima. De manera más tradicional, podría pensarse en la comparación entre un bioproducto y lo que se usaría ante la ausencia de este, la fuente tradicional”.

Cambiar las fuentes “tradicionales” por otras más sostenibles, según hace hincapié Corr, es un proceso continuo. Es un proceso con un largo camino por delante. La organización Circle Economy calcula que, hoy en día, solo el 8,6 % de la economía mundial puede considerarse circular, aunque se espera que los estándares de ASTM mencionados ayuden a mejorar este porcentaje.

La ventaja podría ser significativa. El Foro Económico Mundial considera que la eliminación de los residuos y un uso más cuidadoso de los recursos puede devengar beneficios económicos por hasta USD 4,5  billones de ahora a 2030.

Jack Maxwell es un escritor independiente que reside en Westmont, Nueva Jersey.