Sostenibilidad y energía en ambientes urbanos

Sostenibilidad y energía en ambientes urbanos

Por Carlos Garibotti

Más de la mitad de la población mundial vive en ciudades, y dos tercios de la energía que se produce se consumen en ellas. ¿Qué medidas deben tomarse para lograr un uso energético eficiente que permita la inclusión social y no ponga en riesgo la supervivencia de la especie?
 
Doctor en Física de la Universidad de Buenos Aires. Profesor Honorario del Instituto Balseiro, Univ. Nac. de Cuyo. Investigador Superior del CONICET


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La definición más aceptada de sostenibilidad ha sido dada por la Comisión Mundial de Medio Ambiente y Desarrollo en su informe Brundtland de 1987:

“El desarrollo sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades actuales sin poner en peligro la capacidad de las futuras generaciones de satisfacer sus propias necesidades”.

Si bien el concepto de “necesidades” es un término amplio, está claro que la propuesta es que las generaciones futuras puedan utilizar los recursos del planeta con la misma intensidad con que los utilizan las generaciones actuales. Esto sin entrar a analizar la gran disparidad en el nivel de “necesidades” que logran satisfacer actualmente los distintos grupos humanos.

Los recursos contenidos en la Tierra son finitos y por lo tanto agotables, independientemente de los plazos y de la intensidad que se propongan para su explotación. Los únicos recursos que podemos suponer inagotables, al menos en tiempos geológicos, son los recibidos del exterior: la energía radiante que llega del sol y la energía gravitacional, que se traduce en las mareas. La energía solar absorbida por la Tierra es de 3,85 x 1024 Joules anuales; esta se aplica al calentamiento del ambiente terrestre, a la generación de biomasa, al movimiento de la atmósfera, etc. Si la comparamos con los 4,87 x 1020 Joules anuales en que se estima el consumo actual de energía primaria y con los 5,80 x 1019 Joules anuales de consumo de energía eléctrica, no parece necesario que la especie humana sobreexplote los recursos contenidos en la Tierra para obtener la energía que necesita para subsistir. Sin embargo la captación, almacenamiento, distribución y uso de esta energía, en sus versiones de solar directa, eólica o biomasa, requieren una disponibilidad de territorio, una tecnología y una infraestructura aún no completamente resueltas.

Un problema diferente se plantea con los restantes insumos: agua, aire y minerales, de los cuales no hay aporte externo. Aunque existe una gran disponibilidad de estos recursos en el planeta, el uso depredador que la especie humana hace de ellos origina amenazas a su propia supervivencia. Toda especie biológica toma insumos de la Tierra, los procesa para satisfacer sus necesidades y devuelve sus desechos, estos vuelven al sistema y, en general, se convierten en insumos para otras especies, cerrándose ciclos estables. Termodinámicamente estos ciclos se pueden renovar continuamente gracias al aporte externo de la energía solar que compensa el balance de entropía, estableciéndose un estado de sostenibilidad. Sin embargo se requieren períodos de tiempo apropiados para que cada ciclo se complete y para que cada especie participante se adapte a los cambios del ambiente donde evoluciona. El uso intensivo de energías fósiles y nucleares por parte de la especie humana, acompañado por los “avances” tecnológicos, ha aumentado los requerimientos selectivos de insumos y producido un aumento de los desechos, acelerando la evolución de los ciclos y hasta la ruptura de muchos de ellos, imposibilitando el mantenimiento de un equilibrio apropiado para la supervivencia de muchas especies y amenazando la del hombre. De este modo se produce la acumulación acelerada de desechos producidos por el hombre, que resultan no procesables por otras especies, dando como resultado la degradación del medio ambiente, con acumulación de residuos de diversos grados de peligrosidad, con la consiguiente contaminación física, química y bacteriológica de ríos, lagos y mares, el aumento de los gases de efecto invernadero y la acumulación de residuos sólidos.

Para evitar que este proceso de deterioro alcance niveles tales que sea imposible retornar a un estado de equilibrio de los ciclos, es necesario tomar medidas para manejar apropiadamente los recursos, en particular la energía. Las generaciones humanas actuales entonces deberían tender paulatinamente a la sostenibilidad, regulando el uso de la energía fósil o nuclear disponible en el manto terrestre, mientras se avanza en la creación de las condiciones para que la humanidad pueda mantenerse sólo con la energía de aporte externo.

Dentro de las organizaciones de la sociedad humana, la ciudad es la que modifica más drásticamente el equilibrio natural. En efecto, por una parte, los sistemas urbanos tienen una total dependencia de la importación de recursos naturales y de energía, y exportan sus residuos hacia las zonas externas, circundantes o distantes, produciendo contaminación. Un sistema urbano no tiene capacidad suficiente para captar fuentes externas a la Tierra que le permitan compensar el aumento entrópico que produce con sus procesos y lo tiene que volcar al ambiente externo. Al hacerlo de forma desquiciada produce su rápido deterioro, que automáticamente impacta en la misma ciudad y perjudica en el corto plazo (años) a las generaciones subsiguientes.

Si bien es termodinámicamente imposible lograr que una ciudad sea estrictamente sostenible, bajo las pautas mencionadas al inicio, es posible tratar de reducir su impacto sobre el medio. Actualmente la mayor parte de la población mundial vive en ciudades y aproximadamente dos tercios del consumo energético mundial se producen en ellas, y este consumo es uno de los factores más importantes que alejan al desarrollo humano de la sostenibilidad. Por esto, nos concentraremos en analizar las posibles vías de optimización del consumo energético en las ciudades.

Desde un punto de vista geográfico, un ambiente urbano podría ser descrito como un conglomerado de unidades inmuebles distribuidas en un espacio acotado de territorio, en el que se desarrolla un sistema de interacciones sociales y culturales entre personas y un intercambio de productos y servicios. Cada unidad tiene su propia logística de racionalización energética de acuerdo con el destino que tenga: vivienda, comercio, industria, escuelas, organismos de salud, etc. Si bien una ciudad tiene límites espaciales jurídicamente definidos, un análisis de su funcionamiento energético debe comprender también sus suburbios. Una ciudad surge de la acción de sus habitantes, de los planes individuales que se ejecutan continuamente, día tras día. La implementación de un plan de racionalización energética debe dar normas generales para orientar y regular estas acciones individuales.

Los elementos más importantes a analizar para optimizar el uso energético urbano son las formas de producción, almacenamiento, distribución y consumo de la energía y del agua, el transporte de personas y mercaderías dentro de la ciudad, los sistemas productivos de bienes y servicios, el manejo de los desechos sólidos y líquidos y las técnicas constructivas a aplicar.

El criterio básico para decidir las medidas conducentes a optimizar el uso energético urbano es analizar el impacto social, ambiental y económico que esta racionalización puede provocar en la sociedad, procurando un equilibrio y su aceptación por los ciudadanos.

El principal elemento a considerar en la optimización es la forma urbana, es decir, la distribución espacial y diseño de la ciudad, y su grado de compatibilidad con la estructuración de las actividades económicas y sociales que se desarrollan en ella. La elección de la distribución más apropiada depende de la posición geográfica, de la topografía e hidrografía, de las vías de conexión con el exterior y de los tipos de actividades económicas dominantes en la ciudad. Debe procurarse una fácil circulación entre las áreas residenciales y los lugares de trabajo y un sistema descentralizado de servicios que facilite las actividades. Hay que tener en cuenta que uno de los factores más importantes que condicionan la distribución urbana y su crecimiento es el régimen de propiedad previa de la tierra. De hecho la expansión del área urbana está condicionada por la subdivisión de las propiedades rurales lindantes. De modo que, como primer paso de un programa de racionalización, es indispensable un estricto control de las autorizaciones de subdivisiones de tierras y loteos.

Usualmente se acepta que una forma compacta para la ciudad es energéticamente más eficiente que un diseño extendido y desparramado. Está claro que de esta forma reduce las distancias de desplazamientos humanos, de los trayectos para provisión de insumos y servicios y de recolección de residuos, con la consecuente reducción en el consumo energético y de los tiempos empleados para los desplazamientos. Sin embargo, el funcionamiento satisfactorio de una ciudad compacta puede tener un equilibrio relativamente inestable. En efecto, las deficiencias en la coordinación entre sus componentes pueden derivar en problemas de congestión de circulación, efectos de islas de calentamiento local, desborde de los servicios disponibles, tanto en trasporte y abastecimiento como en los sistemas de salud y educación. Por otra parte los problemas sociales (pobreza, marginalidad, delincuencia, seguridad) resultan más agudos y evidentes y pueden ser más difíciles de abordar.

Durante muchos años el desarrollo de megaciudades pareció apropiado para el control de una economía y cultura global, pero ellas fueron creciendo con una parte importante de sus habitantes ubicados en viviendas precarias y barrios marginales, que por su forma de ocupación de la tierra requieren inversiones públicas muy altas para recibir los servicios elementales. Mientras que otra parte de los ciudadanos ocupan zonas “selectas” con buenas viviendas, acceso a servicios de educación y salud, centros de compras y artísticos, y restaurantes de moda. Si bien ese tipo de ciudad logra un buen nivel de aprovechamiento de la energía falla en su “eficiencia” social.

Las ciudades más pequeñas, en general, parecen ofrecer mejores condiciones de vida y mayores alternativas para un equilibrio social que las congestionadas megalópolis, ya que logran ofrecer facilidades equivalentes (aeropuertos, universidades, servicios de comunicación, actividades culturales, etc.), sin presentar sus principales falencias.

En cambio, una urbanización extendida implica altos costos energéticos para el traslado de personas y la distribución de bienes y servicios. Por lo tanto la optimización debería lograrse mediante la mayor autonomía de cada inmueble o grupo de ellos, sea en la provisión de agua, en la depuración de líquidos cloacales, en el reciclado de residuos y en una alta eficiencia energética de las construcciones. Estas condiciones constructivas deben ser obligatorias, a solventar en forma particular para los inmuebles de nivel medio o alto, y requerirán del apoyo municipal en sectores económicos de menores recursos.

En todos los casos es importante una organización por barrios, que cuenten localmente con escuelas, hospitales, bancos, comercios, oficinas públicas, salas de espectáculos, locales de esparcimiento, clubes deportivos y lugares de reunión ubicados a corta distancia de las viviendas. Disponer de estas facilidades dentro de un área accesible por calles peatonales y bicisendas reduciría el consumo energético y facilitaría la vinculación social. Para favorecer la aceptación de los ciudadanos de las actividades barriales, es necesaria una activa acción municipal que controle y promueva la actividad local, para evitar que la población ignore la participación barrial. Si bien también sería conveniente lograr la cercanía de los lugares de trabajo con las viviendas, la actual movilidad laboral lo convierte en algo difícil de concretar.

Establecida la distribución urbana, los sectores críticos para implementar medidas para aumentar la eficiencia energética son el transporte urbano de personas, mercaderías e insumos industriales, la provisión de agua potable, cloacas y disposición de líquidos servidos, iluminación pública, redes de energía eléctrica y térmica, recolección y tratamiento de la basura. Excluyendo industrias energéticamente intensivas, el transporte en general domina el consumo energético urbano. Este es un proceso disipativo e irreversible: para mover un objeto o persona de un sitio a otro se consume una energía proporcional a la energía cinética necesaria. Pero para “deshacer” el movimiento, o sea retornar al lugar de origen, se consume otro tanto. De modo que es fundamental la implementación de un sistema de transporte público eficiente, bien conectado y confortable y la adopción de medidas para desalentar el uso de automóviles en la ciudad. El tipo de transporte a elegir (tren, metrovía, subterráneo, ómnibus, combis, etc.) depende de las características geográficas y distribución demográfica en la ciudad. Un medio que está tomando auge es el transporte por demanda (DRT), que, mediante pequeños vehículos en horarios pico, permite resolver trayectos y horarios para los que un transporte público permanente resultaría caro e ineficiente. Hay que destacar que la implementación y accesibilidad a los ciudadanos de nuevos sistemas de comunicaciones (Internet, telefonía) puede reducir notablemente la necesidad de desplazamientos personales para trabajos de oficina, educación, conferencias y reuniones.

Una reducción importante del consumo energético necesario para transportar los insumos utilizados por la ciudad se puede lograr si se consigue producir parte de los alimentos requeridos en su periferia rural. Adicionalmente, esas explotaciones agrícolas circundantes, por una parte ayudarían a resolver el problema de las poblaciones marginales de menores recursos, y por otra pueden combinarse con la oferta de áreas de recreación, generando puestos de trabajo adicionales. La instalación en la ciudad de puntos de venta de alimentos producidos localmente facilitaría su competencia ante los grandes circuitos comerciales en beneficio de la población local.

El manejo del agua es otro elemento importante que incide en el consumo energético, cuya magnitud depende de las fuentes de provisión de agua que tenga la región. Este empieza por las plantas de potabilización, la red de distribución y finalmente la depuración y disposición de las aguas servidas. Es conveniente disponer de redes de aguas separadas para potables y naturales. Estas últimas destinadas a usos domiciliarios secundarios: sistemas refrigerantes, inodoros, lavado de pisos y vehículos, riego, etc. En primer lugar debe preverse la duplicación de cañerías y depósitos correspondientes en cada edificio, de modo de recircular las propias aguas grises. Esta agua puede eliminarse a través de la red de pluviales, aunque puede ser necesaria algún tipo de filtración previa, según el uso. De este modo la red cloacal y las plantas depuradoras podrían ser utilizadas sólo para las aguas negras, evitando su sobredimensionamiento y el consumo de energía del proceso de depuración.

Para los residuos sólidos existen varias medidas que pueden aplicarse para reducir el consumo energético: utilización de envases y embalajes retornables, selección domiciliaria, reciclado de materiales, gasificación de residuos orgánicos y barros de plantas depuradoras, etcétera.

La iluminación pública puede ser mejorada con lámparas más eficientes y control automático de encendido.

Un vez que se ha considerado la organización del espacio público, es necesario considerar las medidas que pueden tomarse para obtener un uso energético eficiente en los inmuebles que componen la ciudad, ya que las edificaciones son fuentes de elevado gasto energético. El criterio general puede enunciarse como que cada edificio logre el mayor nivel de sostenibilidad, en particular la energética. De este modo debe planearse que estructuralmente cada edificio requiera el mínimo de insumos y emita el mínimo de desechos al medio externo. Por supuesto esto no se refiere a las actividades a las que está destinado y se desarrollan en su interior, ya que las mismas deben evaluarse dentro del contexto económico y social. En el nivel individual se puede tender a una autosuficiencia energética implementando sistemas de aprovechamiento de energías renovables. Estos pueden ser paneles de calentamiento de agua, fotovoltaicos, eólicos o biogás producido con los residuos, que en un ámbito urbano pueden desarrollarse dentro de una economía de escala, aumentando su rentabilidad. Se debe notar que la factibilidad y eficacia de estas medidas depende de las condiciones climáticas del lugar.

Existen principios generales para lograr el control energético mediante el diseño de la arquitectura y una amplia bibliografía sobre esos temas, así que aquí sólo haremos una enunciación de ellos. Un diseño adecuado puede prevenir o disminuir el consumo energético sin disminuir las condiciones de confort para los usuarios. La climatización del edificio, en la mayor parte de las regiones climáticas, representa el factor de mayor influencia en el consumo, lo cual ha contribuido, en muchas ciudades, al aumento de las dificultades de suministro eléctrico en el período estival y de gas en el invierno. Esto lleva a la necesidad de sobredimensionar las redes para satisfacer demandas de pico, causando un impacto negativo importante en las acciones de racionalización.

Los primeros parámetros a considerar en el diseño de un edificio son su orientación y forma. La orientación más conveniente depende de las condiciones climáticas y de soleamiento del lugar, mientras que las formas compactas son las más eficientes, particularmente en ciudades con climas con extremos térmicos. Un segundo punto es la “piel” del edificio, que debe ser planeada de modo de minimizar las pérdidas térmicas y lograr ganancias en cuanto a soleamiento e iluminación. En esta cobertura pueden incluirse elementos pasivos o activos de captación solar que contribuyan al confort térmico o lumínico. La distribución interna del edificio depende de su destino, pero son válidas reglas generales como la compartimentación interior del edificio, de modo de climatizar e iluminar sólo las zonas en uso. Existen actualmente una gran variedad de sistemas de automatización para regular temperatura, iluminación, abrir y cerrar cortinas, etc. Además de la parte térmica y lumínica ya se mencionó la conveniencia de separar los conductos de aguas potables, grises y cloacales.

Para concluir, se puede decir que el elemento fundamental para desarrollar una ciudad sostenible es la toma de conciencia del problema por parte de cada uno de sus habitantes y la colaboración de cada uno de ellos para lograrlo. Cada ser humano debe comprender que es necesario un uso racional y mesurado de los recursos en todos los ámbitos para que la humanidad no vea amenazada su subsistencia.

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