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Journal of Transportation Technologies, 2013, 3, 149-161
doi:10.4236/jtts.2013.32015 Publicado en línea, abril de 2013 (http://www.scirp.org/journal/jtts)
Copyright © 2013 SciRes. JTTs
Análisis de ciclo de vida de durmientes ferroviarios de madera tratados
con creosota en los EUA y comparaciones con durmientes ferroviarios de
concreto y de plástico compuesto
Christopher A. Bolin1, Stephen T. Smith
2
1AquAeTer, Inc., División de Sostenibilidad, EUA
2AquAeTer, Inc., División de Sostenibilidad, EUA
Correo electrónico: [email protected], [email protected]
Recibido: 9 de marzo de 2013; revisado: 11 de abril de 2013; aceptado: 17 de abril de 2013
Copyright © 2013 Christopher A. Bolin, Stephen T. Smith. Éste es un artículo de acceso abierto
distribuido bajo la Licencia de Creative Commons Atributtion, que permite el uso, distribución y
reproducción ilimitados por cualquier medio, siempre que se cite debidamente la obra original.
RESUMEN
Los durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota se han usado por más de un siglo para
soportar rieles de acero y para transmitir carga de los rieles al balasto subyacente manteniendo los
rieles con el ancho de vía apropiado. Ya que los ingenieros del transporte buscan vida de servicio y
desempeño ambiental mejorados en los sistemas de vías férreas, se están considerando alternativas a
los durmientes de madera tratados con creosota. Este artículo compara los resultados del análisis de
ciclo de vida (ACV) ambiental de la cuna a la tumba de durmientes ferroviarios de madera tratados
con creosota con los de los productos alternativos principales: durmientes de concreto y de plástico
compuesto (P/C). Este ACV incluye un inventario de ciclo de vida (ICV) para catalogar los datos de
entrada y salida de fabricación, vida de servicio y disposición de durmientes, y una evaluación de
impacto de ciclo de vida (EICV) para estimar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), el
uso de combustibles fósiles y agua, y las emisiones con el potencial de causar acidificación, esmog,
ecotoxicidad y eutrofización. Las comparaciones de los productos están hechas para una unidad
funcional de 1.61 kilómetros (1.0 millas) de vía férrea por año. Con este ACV se encuentra que la
fabricación, uso y disposición de durmientes ferroviarios de madera tratados con creosota ofrecen
un uso más bajo de combustibles fósiles y agua, e impactos ambientales menores que los productos
competidores fabricados con concreto y P/C.
Palabras clave: creosota; impacto ambiental; durmientes ferroviarios; análisis de ciclo de vida
(ACV); concreto; plástico compuesto.
1. Introducción
Los ferrocarriles son un elemento de transporte
fundamental en la economía de los EUA, al
distribuir grandes cantidades de bienes
materiales a menudo de manera más eficiente
que el transporte que circula por caminos [1].
Esta eficiencia de transporte se mide a menudo
con el equipo que traslada los bienes [2-4], pero
para entender las cargas asociadas con distintos
modos de transporte, se debe considerar el
sistema como un todo, incluyendo no sólo el
equipo que traslada los bienes, sino también la
superficie sobre la cual se mueve el equipo. Los
componentes estructurales que constituyen la
línea de ferrocarril incluyen los rieles, la placa
de asiento para rieles, los durmientes, el balasto
de soporte y la explanación [5]. Los durmientes
ferroviarios son los miembros básicos, a los
cuales se fijan rieles de acero para transmitir la
carga de los rieles al balasto subyacente. Los
durmientes también proveen de la función
fundamental de mantener los rieles con el ancho
de vía y alineación apropiados. Los durmientes
de madera han sido la columna vertebral de este
sistema por más de 150 años, un sistema que,
en los EUA, tiene un estimado de 273,700
kilómetros (170,000 millas) de vía férrea [6].
Si bien los productos de madera
perecederos son susceptibles de degradación
cuando no se tratan [7], los tratamientos de
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preservación de madera pueden extender la vida
útil de un producto de madera de 20 a 40 veces
en comparación con la madera no tratada [8] al
ser usada en ambientes expuestos al clima o
húmedos sujetos al ataque de microbios o
insectos. La preservación de madera con
creosota de alquitrán de hulla se volvió viable
comercialmente cuando John Bethell tramitó
una patente en 1838 [9]. El “tratamiento de
célula vacía” de creosota fue introducido por
Rueping en 1902 y refinado en 1907, con lo que
se logró un proceso en el que se llena un gran
cilindro con aire comprimido, la creosota se
bombea manteniendo la presión del aire, la
inyección ocurre bajo presión, el conservante se
bombea y después se aplica un vació al final del
proceso de manera que el aire contenido en las
celdas de la madera expulse el exceso de
conservante. Lowry introdujo en 1906 un vacío
rápido al final del proceso de presión [9]. Hoy
en día, la mayoría de los durmientes se tratan
con creosota usando el proceso de célula vacía
de Rueping. Los productos de madera tratada
con creosota de alquitrán de hulla tienen una
larga historia de desempeño comprobado en
sistemas de transporte [10].
La preocupación de las agencias de
consumo y regulatorias sobre el impacto
ambiental que resulta de la fabricación, uso y
eliminación de productos de infraestructura,
tales como los durmientes tratados con creosota
de alquitrán de hulla, ha resultado, como es de
suponer, en un creciente escrutinio durante la
selección de productos de construcción para el
transporte. Productos tales como los durmientes
de madera tratados con creosota están siendo
sustituidos, en algunos casos, por durmientes de
concreto y plástico compuesto (P/C) por varias
razones, pero al menos parcialmente con base
en percepciones más que en consideraciones
científicas o cuantitativas sobre estos asuntos.
2. Objetivo y alcance
El objetivo de este estudio es proveer de una
comprensión amplia, con bases científicas,
imparcial, exacta y cuantificable de las cargas
ambientales asociadas con la fabricación, uso y
disposición de durmientes de madera tratados
con creosota usando datos primarios
recolectados en plantas de tratamiento de los
EUA y datos secundarios de otras fuentes.
El alcance de este estudio incluye la
investigación de los impactos ambientales del
ciclo de vida de la cuna a la tumba de
durmientes ferroviarios de madera tratados con
creosota en ferrocarriles Clase 1 de los EUA
usando metodologías de análisis de ciclo de
vida (ACV). Los resultados del ACV de
durmientes tratados con creosota se comparan
con los hallazgos de ACV de productos
alternativos: durmientes de concreto y de P/C.
El ACV es el método preferido para evaluar los
impactos ambientales de un producto de la cuna
a la tumba y determinar los beneficios
ambientales que un producto puede ofrecer
frente a su alternativa [11].
Las metodologías de ACV usadas en
este estudio son consistentes con los principios
y directrices provistos por la Organización
Internacional de Normalización (ISO) en las
normas ISO 14040 [12] y 14044 [13]. El
estudio incluye las cuatro fases de un ACV: 1)
Definición de objetivo y alcance; 2) Análisis de
inventario; 3) Evaluación de impacto, y 4)
Interpretación. Los impactos ambientales de los
durmientes ferroviarios tratados con creosota,
de concreto y de P/C se evalúan a través de sus
ciclos de vida, desde la extracción de las
materias primas, pasando por el procesamiento,
transporte, vida de servicio primario,
reutilización y reciclaje o eliminación del
producto.
Las alternativas de durmientes son
producidas por muchos fabricantes diferentes
usando materiales y procesos de fabricación
distintos. Por tanto, se ha considerado un
“producto típico” para ambos durmientes, de
concreto y de P/C. Los productos típicos de
concreto y de P/C tienen aproximadamente las
mismas dimensiones que, y son usados
generalmente como alternativas directas a, los
durmientes ferroviarios tratados con creosota.
Sin embargo, los durmientes de concreto tienen
un requisito de espaciado diferente y no pueden
intercalarse con otros tipos de durmientes. Los
ACV para durmientes de concreto y P/C no
incluyen datos de inventario de fabricación
independientes (datos primarios). En
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consecuencia, se hace una comparación general
de indicadores de impacto de EICV para
entender cómo se comparan los ciclos de vida
de los durmientes tratados con creosota y los de
productos independientes. Se requieren
recolección y análisis de datos adicionales de
los productos alternativos para detallar
completamente la posibilidad de comparación
de productos alternativos específicos.
3. Análisis de inventario de ciclo de vida
La Railway Tie Association (Asociación de
Durmientes Ferroviarios) [14] estima que los
ferrocarriles de Norteamérica adquirieron
20,394,000 durmientes de madera nuevos en
2007. La industria de tratamiento con creosota
reporta que se usaron aproximadamente 314
millones de litros (82.9 millones de galones) o
345 millones de kilogramos (760 millones de
libras) de creosota en los EUA en 2007 para
tratar 2.86 millones de metros cúbicos (101
millones de pies cúbicos) de madera, de lo cual
aproximadamente el 71% se produjo para
aplicaciones para ferrocarriles, la mayor parte
de lo cual fue para durmientes tratados con
creosota [15].
Los datos e información primarios del
inventario de ciclo de vida (ICV) se obtienen de
tratadores de durmientes ferroviarios de madera
de los EUA que usan conservante de creosota.
Los datos secundarios se obtienen de la
literatura científica y del Life Cycle Inventory
Database (Base de Datos de Inventarios de
Ciclos de Vida), mantenido por el National
Renewable Energy Laboratory (NREL)
(Laboratorio Nacional de Energías
Renovables). Las entradas y salidas de ICV de
los durmientes de madera tratados con creosota
se cuantifican por 28.3 metros cúbicos (1000
pies cúbicos (mpc)). La unidad del pie cúbico
(pc) es una unidad de medida estándar para la
industria de durmientes de los EUA y es
equivalente a 0.028 metros cúbicos (m3). Los
datos de inventario se convierten a una unidad
funcional de 1.61 kilómetros (1.0 millas) de
ferrocarril Clase 1 por año de uso, lo que
permite la evaluación de los impactos de
espaciado y vida de servicio de los durmientes.
Las etapas del ciclo de vida de la cuna a la
tumba considerados en este ICV se ilustran en
la Figura 1.
Este análisis de ciclo de vida ubica
entradas de fabricación en términos de volumen
y masa, y salidas en términos de masa. En la
mayoría de los casos, los módulos de proceso
de ciclo de vida se descargaron del NREL. Los
módulos del NREL incluyen las ubicaciones
requeridas para determinar las entradas y
salidas aplicables asociadas con procesos de
adquisición de material y fabricación. En la
disposición, parte del producto deja el sistema
como energía térmica y se ubica como crédito
para el uso de combustibles fósiles.
3.1. Inventario de durmientes ferroviarios
tratados con creosota
Este estudio se basa en investigaciones
existentes sobre recursos forestales y agrega las
etapas de tratamiento, uso de servicio y
disposición de durmientes ferroviarios de
madera tratada con creosota. En estudios
previos, tales como investigaciones llevadas a
cabo por el Consortium for Research on
Renewable Industrial Materials (Consorcio para
la Investigación sobre Materiales Industriales
Renovables) (CORRIM), se han investigado los
impactos ambientales de productos de madera.
Los esfuerzos de CORRIM se basan en un
reporte emitido bajo los auspicios de la
National Academy of Sciences (Academia
Nacional de Ciencias) con respecto al consumo
de energía de materiales renovables durante el
proceso de producción [16]. Los esfuerzos
recientes de CORRIM [17-19] se han enfocado
en una lista extendida de aspectos ambientales
necesarios para llevar productos de madera al
mercado.
La fuente principal de los datos de ICV
de productos forestales usados en este estudio
es Oneil et al. [19]. Los datos incluyen prácticas
forestales aplicables a productos de maderas
duras del Noreste y Centro-Norte de los EUA
desde el bosque (cuna) hasta el aserradero
(puerta). Los árboles de maderas duras se
regeneran naturalmente y usualmente no se
aplica fertilizante, de modo que las entradas
relevantes ambientalmente se limitan al
combustible requerido para cortar, podar, cargar
y transportar los leños hasta los aserraderos.
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Figura 1. Etapas del ciclo de vida de durmientes ferroviarios.
Bergman y Bowe [20] completaron un ICV
puerta a puerta de las entradas y salidas del
proceso de aserrado de leños de maderas duras
que se adapta en el inventario de este ACV para
representar la producción de durmientes
ferroviarios de maderas duras. Las entradas y
salidas incluyen los requisitos de electricidad y
combustible, transporte, uso de agua y
emisiones de partículas. Los datos de Oneil et
al. y Bergman y Bowe se ubican por volumen
para un durmiente “típico” que mide 18 cm (7
in) de alto por 23 cm (9 in) de ancho por 2.6 m
(8.5 ft) de largo.
Veintidós (22) plantas de tratamiento
con creosota de los EUA aportaron respuestas
de datos primarios a operaciones de cobertura
de cuestionarios en 2007. El volumen total de
los durmientes tratados con creosota reportados
en los estudios es de aproximadamente 2.0
millones de metros cúbicos (71,000 mpc) de
producto, incluyendo aproximadamente 1.7
millones de metros cúbicos (60,000 mpc) de
durmientes de maderas duras. Vlosky [15]
estima el total del tratamiento de durmientes
ferroviarios con creosota de la industria de los
EUA en 2007 en aproximadamente 2.0 millones
de metros cúbicos (71,000 mpc). Gauntt [14]
estima que 20,394,000 durmientes de madera
nuevos fueron comprados por ferrocarriles de
Norteamérica en 2007, o entre 1.9 y 2.1
millones de metros cúbicos (entre 67,000 y
75,000 mpc) con un promedio de entre 0.093 y
0.11 metros cúbicos (entre 3.3 y 3.7 pies
cúbicos) por durmiente. Ambas estimaciones
respaldan la afirmación de que todo, o casi
todo, el tratamiento con creosota en los EUA
aportó entradas a los datos primarios usados en
este estudio.
El ICV para producción de creosota
considera tanto procesos de horno de coque
como de destilación de alquitrán. El
conservante de creosota se produce para
cumplir con los estándares P1/P13 [21], P2 [22]
o P3 [23] de la AWPA. La creosota de estándar
P2 se usa generalmente para durmientes. Se usa
un promedio ponderado de tipos de creosota de
los datos del estudio como conservante de
referencia para este ACV. Los tratadores bajo
Hornos de coque Destilación de alquitrán y
producción de creosota
oduction
Fueloil/aceite solvente
Crecimiento
de maderas
duras
Cosecha de
maderas
duras
Aserrado
de
durmientes
Secado de durmientes
(aire/Boultonización)
Conservació
n de
creosota
Extracción de materia prima
/recolección y procesamiento
de producto reciclado
Fabricación de
durmiente de
concreto o P/C
Uso en vía
férrea
Combustió
n para
energía
Relleno
sanitario
Uso
secundario
Procesos de la cuna a la puerta para
durmientes tratados con creosota Combinación de procesos de la puerta a la tumba
Procesos de la cuna a la puerta para
durmientes de concreto y de P/C
Frontera del sistema
Emisiones hacia el aire,
liberación hacia la tierra y el
agua
Desechos sólidos
Combustibles fósiles Electricidad Agua Transporte
Creosota
Portador de aceite
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estudio como parte de este ACV reportan un
promedio ponderado de uso de conservante de
creosota de 94% de creosota (tanto P1/P13
como P2) y 6% de aceite de petróleo.
La AWPA [24] especifica una retención
de creosota de 112 kg/m3 (7.0 libras por pie
cúbico (lpc)) o rechazo para durmientes de
roble o pacana. La retención se basa en una
medida de calibre, lo que significa que la
retención es el peso total de la creosota
inyectada dividido entre el volumen total de la
madera tratada. La tasa promedio de uso de
creosota, según se reporta en los estudios, es de
aproximadamente 88 kg/m3 (5.5 lpc). La
diferencia es consistente con las
especificaciones de la AWPA porque un gran
porcentaje del volumen total de los durmientes
de madera acepta menos que las cantidades
especificadas de conservante (“rechazo”). Por
tanto, en esta prueba se usan datos de estudio.
Las salidas en forma de desechos
sólidos, descargas de aguas residuales, emisión
de químicos de equipo de procesamiento y
productos almacenados son datos primarios. La
emisión de creosota hacia el aire se reporta bajo
el programa de reportes del Toxic Release
Inventory (Inventario de Emisiones Tóxicas)
(TRI) e incluye emisiones del equipo de
proceso, como válvulas de tanque y cilindros de
tratamiento. Las pérdidas por evaporación de
los durmientes terminados se estiman en 0.12
kg/m3 (7.5 libras/mpc) para los primeros 120
días siguientes al tratamiento [25]. Las
emisiones de creosota del proceso de
tratamiento, usadas en el ICV, se resumen en la
Tabla 1.
Los durmientes ferroviarios tratados
con creosota están instalados con un espaciado
de 49.5 cm (19.5 pulgadas), centro con centro, o
a una frecuencia de 3,249 durmientes por 1.61
km (1.0 millas). La vida de servicio es función
de la calidad y clase de madera, calidad y tipo
de tratamiento, condición de tendido, intensidad
de uso y factores ambientales. Con base en
estudios de ferrocarriles de los EUA de
Zarembski [26] y el contacto con fuentes de la
industria, en este ICV se asume una vida de
servicio promedio de 35 años para durmientes
ferroviarios tratados con creosota, una
estimación mayor que la estimación de 15 años
en Japón [27], la estimación de entre 20 y 30
años en Australia [28] y la estimación de entre
24 y 30 años en Suiza [29]. La vida de servicio
extendida por tratamiento dual con borato y
creosota también se aplica por medio de análisis
de sensibilidad. Las aplicaciones de
mantenimiento de conservante a un durmiente
instalado, tales como aquellas que contienen
borato, se consideran poco comunes y no se
incluyen en este ACV. La cantidad de acero,
incluyendo placas de asiento, clavos y anclas
para riel, es calculada e inventariada en el ACV.
La frontera del sistema no incluye el balasto de
soporte, a excepción de los productos de
durmientes de concreto que requieren material
de balasto adicional para estabilidad. Se
considera sólo el balasto que se requiere
adicionalmente al que se usa normalmente para
durmientes de madera y P/C.
En los estudios hechos por Becker et al.
[30], Brooks [31], Burkhardt et al. [32],
Chakraborty [33], Gallego et al. [34], Geimer
[35], Gevao y Jones [36], y Kohler y Kunniger
[37] se han investigado las emisiones de
“creosota” a través del tiempo y el mecanismo
de emisión (es decir, las emisiones por
volatilización o lixiviación). El término
“creosota” describe el líquido usado para tratar
los durmientes de madera, pero es impreciso
cuando se aplica a emisiones ambientales hacia
el aire, suelo o agua. Ninguno de los estudios de
emisiones de creosota proporciona información
de componentes químicos individuales
necesaria como entradas en este ICV para
determinar indicadores de impacto; por tanto, se
desarrollaron estimaciones de emisiones para
este estudio. Los pesos moleculares y
fracciones de masa de los numerosos
componentes químicos de la creosota de
Estándar P2 de la AWPA son proporcionados
por Sparacino [38] y se usan para estimar
cantidades fraccionarias de componentes
químicos emitidos por durmientes en el
tratamiento y durante su tiempo de servicio.
Los componentes de la creosota son
emitidos en proporción a sus presiones de vapor
puro (PV) y concentraciones iniciales. Las PV
componentes varían entre aproximadamente 4
kilopascales (kPa) y aproximadamente 2 × 10-6
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KPa (entre 6 × 10-1
libras-fuerza por pulgada
cuadrada absoluta (psia) y 3 × 10-7
psia). Los
componentes de la creosota se clasifican en
cuatro grupos según los valores de PV (alto,
medio-alto, medio y bajo). Para cada grupo, se
hacen suposiciones con respecto a la cantidad
de cada componente emitido y la fracción de la
emisión liberada en el aire, como se muestra en
la Tabla 2. Estos factores de pérdida de
creosota se multiplican por la masa componente
en la creosota y se calculan como la cantidad
emitida. La emisión multiplicada por el valor de
la fracción de aire es la cantidad emitida hacia
el aire. Se estima que las emisiones totales de
creosota son de aproximadamente 1% por año
con emisiones hacia el aire de
aproximadamente 0.1% por año de la masa
tratada inicialmente.
De acuerdo con la Railway Tie
Association, se remueven aproximadamente
17.1 millones de durmientes de madera de vía
activa e inactiva en los EUA cada año. Después
de la remoción, los durmientes son: 1)
Reciclados en otros usos de madera tratada tales
como materiales del paisaje (39%); 2) Usados
de manera benéfica para recuperación de
energía (56%); o 3) Desechados como basura
en rellenos sanitarios (5%).
Tabla 1. Salidas de proceso de tratamiento
de estudios de tratadores con creosota.
Origen Cantidad
(kg/m3)
Creosota contenida en escorrentía de agua de tormenta
0.00019
Creosota descargada hacia obras de tratamiento 0.00038
Emisiones de creosota (goteo) hacia la tierra 0.000045 Emisiones de componentes de creosota hacia el
aire
0.038
Residuos peligrosos desechados 0.64 Otros residuos desechados 3.7
Tabla 2. Emisión de componentes de creosota según presión de vapor.
Suposición de componentes Pérdida
supuesta/año Fracción
hacia el aire Fracción
hacia la tierra
Fracción de
pérdida de
masa/año
Pérdida de masa contra fracción de aire/año
Para cada componente con una
PV de Xe-1 2.0% 30% 70% 0.0019% 0.00057%
Para cada componente con una
PV de Xe-2 1.5% 15% 85% 0.0037% 0.00056%
Para cada componente con una
PV de Xe-3 1.0% 5.0% 95% 0.0024% 0.00013%
Para cada componente con una
PV de Xe-4+ 0.50% 0% 100% 0.0014% 0%
Fracción de masa total medida 0.86 Suma: 0.0094% 0.0013% % del total medido: 1.1% 0.15%
Emisión proyectada a 35 años 33% 4.4%
Emisión como fracción del tratamiento inicial
38% 5.1%
Los durmientes retirados usados de
manera benéfica como combustible se modelan
como combustible en una central eléctrica de
vapor y el valor energético se calcula
asumiendo 20% de humedad y considerando el
contenido de carbón de la madera, creosota y
aceite de petróleo portador restantes. La
producción de electricidad está basada en una
eficiencia térmica del 50%. La cantidad de
electricidad producida con el combustible del
durmiente se ingresa como crédito de
electricidad. Todo el carbón de madera emitido
es inventariado como dióxido de carbono
biogénico. Todo el carbón de creosota y de
conservante de aceite de petróleo emitido es
inventariado como dióxido de carbono fósil.
Las emisiones de recuperación de energía son
inventariadas y se asume que ocurren con el uso
de controles de partículas avanzados. Los
créditos, desde los durmientes de madera que se
reciclan hasta la energía después del uso,
resultan en que algunas entradas del ICV sean
menores a cero, por lo que son benéficas
ambientalmente cuando se suman en el ciclo de
vida completo del producto, como se muestra
en la Tabla 3.
En contraste con un ACV para evaluar
emisiones de GEI de durmientes de concreto y
madera tratada hecho por Crawford [28], este
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ACV da cuenta de los GEI antropogénicos y los
GEI biogénicos como neutros en relación con el
calentamiento global. Crawford asumió que
toda la masa de madera del producto forestal,
que no era usada como durmientes, se quemaba
como basura y que al final de su vida de
servicio, los durmientes de madera se
descomponían completamente. El dióxido de
carbono emitido por el producto forestal y los
durmientes se contabilizó como GEI, igual que
el dióxido de carbono fósil, sin ninguna
contabilidad de absorción de carbono por
crecimiento arbóreo y con la suposición de que
no se producía ninguna energía benéfica ni de la
biomasa forestal ni de los durmientes usados.
Este ACV refleja mejor la práctica
norteamericana real y desarrolla conclusiones
de GEI que contradicen las de Crawford.
Las placas de asiento de acero y otras
partes instaladas con los durmientes son
inventariadas en la etapa de uso según su masa,
asumiendo que la producción es en un alto
horno. El acero reciclado es inventariado en la
etapa de destino final como un uso negativo que
compensa el uso inicial y también como la
cantidad de electricidad típicamente usada en
una “minifábrica” de arco eléctrico para fundir
y reformar figuras de acero. De esta manera, ya
que el acero reciclado se acerca al 100%, las
entradas mínimas requeridas para el acero son
aquellas para fundir y reformar el acero en cada
ciclo de uso. La fabricación primaria de acero,
en alto horno, se basa en datos de inventario del
NREL. En la información de la base de datos
del NREL se asume que el 85% del acero se
recicla. El acero nuevo producido a partir de
acero reciclado es el 95%. Se asume que la
entrada de energía en minifábricas, que
procesan acero reciclado, es de 0.011 terajoules
(TJ) por tonelada métrica (1.33 kilowatt-hora
por libra (kWh/lb) de acero) de electricidad de
la red [39].
Los durmientes desechados en rellenos
sanitarios se modelan como si se
descompusieran hasta el punto en que la fase
primaria de degradación anaeróbica ha ocurrido
y el 17% del carbono del producto se ha
emitido como dióxido de carbono, el 6% se ha
emitido como metano y el 77% [40] permanece
en depósito de largo plazo en el relleno
sanitario. Las entradas y salidas relacionadas
con la construcción y cierre de rellenos
sanitarios se asignan en términos de la masa
desechada [41].
Las entradas y salidas relacionadas con
el transporte se cuantifican para cada proceso
de ciclo de vida. Las distancias y modos de
transporte para suministro de conservante para
tratadores, los durmientes sin tratar de entrada y
los durmientes tratados de salida se basan en
promedios ponderados de estudios de
tratadores.
3.2. Inventario de durmientes ferroviarios de
concreto
El durmiente de concreto “representativo” tiene
un peso de 318 kg (700 libras) e incluye ocho
hilos de 9.5 mm (3/8 in) de cable de acero
pretensado. Se asume la colocación de los
durmientes de concreto a 61 cm (24 in), al
centro. No se hizo un estudio de fabricantes de
durmientes de concreto para entradas y salidas
de producción; por tanto, algunas entradas y
salidas pudieran no estar completamente
identificadas o cuantificadas. Se incluyen en el
inventario sujetadores y clips elásticos,
construidos de acero. La frecuencia de
mantenimiento de los durmientes de concreto
incluye la sustitución de clips una sola vez
durante la vida del durmiente. En el inventario
no se toma en cuenta la carbonización del
concreto. Este ICV no da cuenta de placas de
durmiente de polímero, repuestos de placas o
reparaciones de áreas de instalación de
durmientes de concreto, elementos que podrían
aumentar los impactos de los indicadores.
La Railway Tie Association comisionó
un estudio de vida de servicio de durmientes de
concreto específicamente para usarlo en este
proyecto de ACV [42]. El estudio concluyó: “Al
parecer una estimación razonable de la vida de
servicio de durmientes de concreto bajo las
condiciones de operación de los ferrocarriles
de Norteamérica es de entre 40 y 45 años”. Sin
embargo, el estudio destacó que mientras que
los durmientes de concreto se instalaron en un
ferrocarril desde la década de 1970, los
durmientes de concreto actuales son un
producto relativamente nuevo en el sistema de
ferrocarriles moderno de Norteamérica con un
promedio de edad de durmientes en servicio de
aproximadamente 13 años. La variabilidad de
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vida es alta con una vida proyectada de entre
aproximadamente 20 años (usando datos de
Norfolk Southern) y 41 años (datos de
Canadian National). Se han documentado fallas
prematuras de durmientes de concreto [43], lo
cual aporta un mayor respaldo a estimaciones
de vida de servicio conservadoras. Dada la alta
variabilidad y un desempeño a largo plazo aún
desconocido, en este ICV se usa una suposición
de 40 años para la vida promedio del durmiente
de concreto.
Los durmientes de concreto requieren
de balasto adicional en comparación con
sistemas de durmientes de madera o P/C. En
este ACV sólo se considera el balasto adicional
requerido para durmientes de concreto. Se
asumen 23 cm (9 in) de balasto adicional para
el modelo de durmientes de concreto.
Los sistemas de durmientes ferroviarios
de concreto ofrecen ventajas a los ferrocarriles
en situaciones específicas. En particular,
algunos ferrocarriles, si bien no todos, usan
durmientes de concreto para lugares de vía de
carga pesada y gran curvatura. Se piensa que el
mayor peso de los durmientes de concreto
reduce el movimiento de los rieles en
comparación con durmientes de madera más
ligeros. Semejantes situaciones especiales están
fuera del alcance de este ACV.
Cuando los durmientes de concreto se
retiran de su servicio, se asume que una
pequeña fracción (5%) se reutilizará para
ferrocarriles mientras que la mayor parte será
triturada y reutilizado como árido (25%) o
desechado en rellenos sanitarios (70%). La
pequeña fracción reciclada como árido refleja la
dificultad y el costo de moler concreto
reforzado de alta resistencia. Se asume que el
acero de sujetadores encastrados y el refuerzo
de durmientes es reciclado e inventariado de la
misma forma que los durmientes tratados con
creosota.
Los durmientes ferroviarios de concreto
desechados en rellenos sanitarios tienen
entradas y salidas asociadas con la construcción
y cierre de rellenos sanitarios proporcionales a
la masa de los durmientes desechados. No se
modelan liberaciones o emisiones de
durmientes de concreto una vez desechados en
un relleno sanitario.
3.3. Inventario de durmientes ferroviarios de
P/C
Los durmientes de P/C se pueden hacer de
plásticos reciclados, generalmente polietileno,
pero a menudo incluyen otros materiales tales
como fibra de acero, barra de refuerzo de acero,
neumáticos usados triturados, relleno mineral,
plástico virgen o concreto. Se asume que el
durmiente de P/C representativo modelado tiene
8% de plástico PEAD virgen, 7% de talco
(relleno mineral) y el balance es una mezcla de
botellas de leche, bolsas de supermercado y
neumáticos reciclados post-consumidor [44]. Se
requiere energía eléctrica para procesar la
mezcla y extrudir el producto de P/C. Se asume
que el espaciado del producto de P/C y el acero
requerido usado para sujetar el durmiente de
P/C a la vía son iguales que los de los
durmientes tratados con creosota.
Cuando el plástico reciclado no es
portador de salidas y entradas de material
virgen, el uso de plástico post-consumidor
requiere de entradas de recolección y
procesamiento [45]. Las entradas y salidas
incluidas en el inventario son similares a
aquellas del reciclaje de termoplásticos de
Garrain et al. [46].
Los durmientes de P/C no han
desarrollado todavía historia suficiente como
para que se pueda predecir su vida de servicio
con exactitud. Este ACV asume que los
durmientes de P/C prestarán una vida de
servicio promedio de 40 años, semejante a la de
los durmientes de concreto. Además, el
mercado de los durmientes de P/C no es todavía
lo suficientemente maduro como para que se
pueda saber cómo es que los durmientes serán
manejados cuando se retiren de su servicio.
Para este ACV se asume que después de su
remoción en el uso de los ferrocarriles,
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Tabla 3. Resumen de inventario de ciclo de vida de la cuna a la tumba de durmientes
ferroviarios tratados con creosota, de concreto y de P/C (por durmiente).
Proceso de infraestructura Unidades
Tratado con creosota
(/durmiente) Vida de servicio = 35
años
Concreto
(/durmiente) Vida de servicio
= 40 años
P/C (/durmiente)
Vida de servicio =
40 años
Entradas desde la tecnósfera Electricidad, en la red, EUA kWh -54 128 123
Gas natural, procesado, en planta (materia prima) m3 -2.8 7.4 18
Gas natural, con combustión en caldera industrial m3 2.9 0.65 7.6 Gasóleo, en planta (materia prima) L 0 0 0
Gasóleo, con combustión en caldera industrial L -0.11 0.83 0.31
GLP, con combustión en equipo L 0.0035 0 0.00034 Aceite residual, procesado (materia prima) L 0 0 0
Fueloil residual, con combustión en caldera
industrial L 0.71 0.052 0.097
Gasóleo, con combustión en equipo industrial L 3.1 0.86 0.19
Gasolina, con combustión en equipo industrial L 0.11 0.085 0.041
Hogfuel/biomasa (50%MC) kg 3.2 1.6 1.5 Carbón bituminoso y sub. con combustión en
caldera kg 12 0.055 0.016
Carbón (materia prima) kg 0 7.8 0 Energía (No se especifica) MJ 0 21 0
Transporte en camión, impulsado por diésel ton-km 65 110 100
Transporte en ferrocarril, impulsado por diésel ton-km 122 569 131 Transporte en barcaza, impulsado por aceite res. ton-km -1.7 4.2 4.5
Transporte en buque, impulsado por aceite res. ton-km 20 10 5.5
Diésel usado para transporte L 2.6 6.6 3.6 Aceite residual usado para transporte L 0.086 0.088 0.027
Leños recolectados m3 0.11 0 0
Durmientes verdes sin tratar m3 0.11 0 0 Subproductos del alquitrán de hulla kg 10 0 0
Creosota kg 9.2 0 0
Durmientes tratados usados m3 0 0 0 Capacidad de relleno sanitario ton 0.011 0.23 0.090
Entradas desde la naturaleza
Agua L 26 320 315 Carbón sin procesar kg 4.5 44 37
U3O8 sin procesar kg -0.000033 0.000091 0.000083
Petróleo crudo sin procesar L 7.6 11 5.35 Gas natural sin procesar m3 3.0 2.0 19
Energía de biomasa/madera MJ 0.0000016 0.0000051 0.0000024
Energía hidráulica MJ -14 38 35 Otras energías renovables MJ -1.1 2.6 2.5
Carbón biogénico (desde el aire) kg 4.9 0 -1.3
Otros recursos minerales extraídos kg 7.3 717 11 Salidas hacia la naturaleza (hacia el aire a menos que
se especifique lo contrario)
CO2-fósil kg 20 207 133 CO2-no fósil kg -35 1.7 1.6
Monóxido de carbono kg 0.37 0.55 0.25
Amoniaco kg 0.00014 0.00044 0.00012 Ácido clorhídrico kg -0.0026 0.024 0.019
Ácido fluorhídrico kg -0.0010 0.0025 0.0024
Óxidos de nitrógeno (NOx) kg 0.20 0.57 0.17 Óxido nitroso (N2O) kg 0.00019 0.00049 0.00027
Óxido nítrico (NO) kg 0.0037 0 0 Dióxido de azufre kg -0.19 0.76 0.93
Óxidos de azufre kg 0.043 0.09 0.044
Partículas en suspensión (PM10) kg 0.10 0.077 0.0093 COV kg 0.0074 0.026 0.027
Metano kg 0.29 0.27 0.83
Creosota kg 0.42 0 0 Creosota hacia el suelo kg 2.6 0 0
Desechos sólidos a relleno sanitario kg 11 6.7 4.1
Desechos sólidos a reciclaje kg 1.6 5.5 2.3 Desechos sólidos y peligrosos del proceso a relleno
sanitario kg 0.068 0 0
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el 5% de los durmientes de P/C será reutilizado
por ferrocarriles para otro fin, 20% será
reciclado en el mercado de reutilización de
plásticos y 75% será desechado en rellenos
sanitarios. Se asume que el acero, fijado a los
durmientes de P/C, es reciclado (75%) e
inventariado de la misma forma que los
durmientes tratados con creosota.
Se proporciona un resumen de entradas
y salidas de inventario seleccionadas para
durmientes tratados con creosota, de concreto y
de P/C en la Tabla 3.
4. Evaluación de impacto de ciclo de vida
4.1. Selección de indicadores de impacto
La fase de evaluación de impacto del ACV usa
los resultados del ICV para calcular los
indicadores de impacto. Los indicadores de
impacto ambiental se consideran en el “punto
medio” en vez de en el “punto final” en tanto,
por ejemplo, se proporciona la cantidad de
emisiones gases de efecto invernadero (GEI) en
masa de dióxido de carbono equivalente (CO2-
eq) en el punto-medio en vez de estimar los
puntos finales de temperatura global o
aumentos en el nivel del mar. La evaluación de
impacto de ciclo de vida se lleva a cabo usando
la Tool for the Reduction and Assessment of
Chemical and Other Environmental Impacts
(Herramienta para la Reducción y Evaluación
de Impactos Ambientales Químicos y de Otros
Tipos) de la USEPA, Versión 2002 (TRACI
[47] y [48]) para evaluar impactos de GEI,
acidificación, ecotoxicidad, eutrofización y
esmog potencialmente resultantes de emisiones
hacia el aire del ciclo de vida. También se
rastrean otros indicadores de interés, tales como
contribuciones biogénicas y antropogénicas a
las emisiones netas de GEI, uso de
combustibles fósiles y uso de agua.
4.2. Indicadores de impacto considerados
pero no presentados
El modelo de TRACI, un producto de la
USEPA, y el modelo USEtox [49], un producto
de la Life Cycle Initiative (programa conjunto
del Programa de las Naciones Unidas para el
Medio Ambiente (PNUMA) y la Society for
Environmental Toxicology and Chemistry
(Sociedad para la Toxicología y Química
Ambientales) (SETAC)) ofrecen diversos
indicadores de impacto adicionales que fueron
considerados durante el desarrollo del ACV,
tales como impactos en la salud humana e
impactos en varios indicadores de impacto de
emisiones hacia el suelo y el agua. Se tomó la
decisión de no incluir estos indicadores de
impacto debido a datos limitados e/o
insuficientes y preocupaciones al respecto de
malas interpretaciones. Por tanto, el inventario
de ciclo de vida incluye emisiones de químicos
asociados con impactos (tales como impactos a
la salud humana y ecológicos en el suelo y el
agua), pero no se calculan indicadores de
impacto para estas categorías. Los impactos en
el uso del suelo están más allá del alcance de
este ACV.
5. Interpretación de ciclo de vida
5.1. Hallazgos
Se totalizan los valores indicadores de impacto
en dos etapas para productos de durmientes
tratados con creosota, de concreto y de P/C: 1)
El durmiente nuevo en las instalaciones de
fabricación después de la producción y 2)
Después del servicio y disposición final. Se
proporciona un resumen de valores indicadores
de impacto para los tres productos de durmiente
en la Tabla 4. Los impactos de valor negativo
se reconocen como créditos o benéficos para las
condiciones ambientales. Se hacen
comparaciones por año y por 1.61 km (1.0 mi)
de vía férrea para dar cuenta de las diferencias
en expectativa de vida de servicio y espaciado.
Los valores indicadores de impacto se
normalizan al producto (durmiente tratado con
creosota, durmiente de concreto o durmiente de
P/C) con el valor de la cuna a la tumba más
alto, permitiendo la comparación relativa entre
productos en la Figura 2. El producto con el
mayor valor en la disposición final recibe el
valor de uno, y los otros productos fracciones
de uno.
De acuerdo con la Research and
Innovative Technology Administration
(Administración de Investigación y Tecnología
de Innovación) (RITA [50]), el volumen de
carga total de los ferrocarriles Clase 1 fue de
aproximadamente 2.58 billones de toneladas-
kilómetros (1.77 billones de toneladas-millas)
en 2008.
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Tabla 4. Resumen de los indicadores de impacto totales por etapas de ciclo de vida para
durmientes con creosota, de concreto y de P/C (por año de uso y por 1.6 km (1 milla) de vía
férrea).
Indicador de impacto Unidades
Durmientes tratados con creosota
Vida de servicio = 35
años Espaciado = 49.5 cm
(19.5 in)
Durmientes de concreto Vida de servicio = 40 años
Espaciado = 61 cm (24 in)
Durmientes de P/C
Vida de servicio = 40 años
Espaciado = 49.5 cm (19.5 in)
De la
cuna a la puerta
De la cuna
a la tumba
De la cuna
a la puerta
De la cuna
a la tumba
De la cuna
a la puerta
De la cuna
a la tumba
Gases de efecto
invernadero kg-CO2-eq 2700 2400 8400 14,000 9200 12,000
GEI netos kg-CO2-eq -7500 -800 8400 14,000 9200 12,000
Uso de combustibles
fósiles TJ 0.12 0.093 0.11 0.16 0.23 0.23
Acidificación kg-mol H+ 830 65 1800 4400 3200 4,700
Uso de agua L 1600 2400 22,000 21,000 28,000 26,000
Esmog g NOx-eq/m 12 25 24 58 22 29 Eutrofización kg-N-eq 0.36 0.84 0.74 1.7 0.54 0.62
Ecotoxicidad kg-2,4-D-eq 6.4 -3.1 65 85 13 30
Gases de
efecto
invernadero
GEI netos
Uso de
combustibles
fósiles
Lluvia ácida
Uso de agua
Esmog Eutrofización Ecotoxicidad
Durmiente tratado con
creosota 0.17 -0.06 0.40 0.01 0.10 0.44 0.51 -0.037
Durmiente de concreto 1.0 1.0 0.70 1.0 0.82 1.0 1.0 1.0
Durmiente de plástico
compuesto 0.87 0.87 1.0 1.00 1.0 0.51 0.37 0.34
Figura 2. Comparaciones de impactos normalizados de durmientes de madera tratada con
creosota, de concreto y de P/C (normalizados a un impacto máximo = 1).
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Los impactos anuales atribuibles a todos los
durmientes en los EUA, si estuvieran hechos
del mismo material, se comparan como
porcentaje de los impactos de carga anual de
Clase 1 relacionados en la Tabla 5 (es decir, se
comparan los impactos calculados para
fabricación, uso y disposición de durmientes de
cada material de durmiente con los impactos de
carga de ferrocarriles).
5.2. Análisis de calidad de datos
Los análisis de calidad de datos según ISO
14044 [13] incluyen análisis de gravedad,
análisis de incertidumbre y análisis de
sensibilidad.
5.2.1. Análisis de gravedad
Se hace un análisis de gravedad para identificar
los procesos de fabricación, uso y disposición
más significativos para los valores indicadores
de impacto. Este análisis de gravedad sólo
considera durmientes tratados con creosota. Los
procesos que contribuyen significativamente a
la gravedad de cada indicador de impacto se
describen a continuación.
Las emisiones de GEI antropogénicas son
impactadas de la manera más notable por
las placas y clavos de acero, pero también
por la producción de durmientes verdes y el
tratamiento de durmientes. Las emisiones
de GEI se reducen o compensan con el
reciclaje de acero y por compensación de
energía fósil al producir electricidad con
durmientes usados reciclados.
Las emisiones netas de GEI muestran los
beneficios ambientales de los productos de
madera que primeramente extraen dióxido
de carbono durante el crecimiento del
producto forestal. El resultado neto es una
reducción de GEI en conjunto cuando se
usan durmientes de madera tratados con
creosota, mientras que los durmientes
hechos de materiales extraídos solamente
emiten GEI en todas las etapas. Esta
diferencia entre los productos de madera y
los de otros materiales es clara en la Figura
3.
Tabla 5. Impacto nacional normalizado de la cuna a la tumba por año para millas totales de
durmientes de vía en los EUA como fracción de los impactos totales de transporte de carga de
F. C. Clase 1 por RITA [50].
Indicador de impacto Unidades Durmientes de madera con
creosota
Durmientes de
concreto
Durmientes de
P/C
GEI lb-CO2-eq 2.4% 6.6% 5.4%
Uso de combustibles fósiles MMBTU 3.1% 6.0% 7.8%
Acidificación lb-mol H+ 0.025% 2.0% 2.0%
Esmog g NOx-eq/m 0.33% 0.80% 0.39%
Eutrofización lb-N-eq 0.32% 0.66% 0.24%
El uso de combustibles fósiles es impactado
de la manera más notable por el uso y
fabricación de conservante, la fabricación
de placas y clavos de acero, y las
compensaciones de combustibles fósiles de
la recuperación de energía de durmientes
tratados con creosota usados.
La acidificación es impactada de la manera
más notable por la fabricación de placas y
clavos de acero y los créditos de la
compensación de electricidad de la
recuperación de energía. Los créditos
recibidos del uso benéfico de durmientes
para recuperación de energía son
suficientemente grandes como para resultar
en un impacto de acidificación de la cuna a
la tumba en conjunto cercano a cero.
El uso de agua es impactado de la manera
más notable por el uso en las instalaciones
de tratamiento y en la fabricación de placas
y clavos de acero.
El impacto potencial de esmog es
impactado de la manera más notable por la
fabricación de placas y clavos de acero,
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emisiones de creosota de durmientes en
servicio y el transporte de durmientes a
través del ciclo de vida; sin embargo,
también se reconoce un crédito en el
reciclaje de acero y la compensación de
electricidad por recuperación de energía.
La eutrofización es impactada de la manera
más notable por la fabricación de placas y
clavos de acero y la combustión de
durmientes usados en la etapa de
recuperación de energía. Las emisiones
relacionadas con el transporte también son
significativas en la eutrofización. La
eutrofización se reduce con el reciclaje de
acero.
El impacto por ecotoxicidad es resultado en
gran medida de la fabricación de placas de
acero, emisiones de creosota de durmientes
en servicio y combustión de durmientes
usados para recuperación de energía. El
indicador de impacto de ecotoxicidad se
reduce con el reciclaje de acero y la
compensación por la combustión de
durmientes usados para recuperación de
energía, lo que resulta en un crédito para la
ecotoxicidad en conjunto.
A medida que se recicla más acero, esto
resulta en uso de combustibles fósiles, agua
y eutrofización menores, pero con
aumentos en la acidificación y la
ecotoxicidad. Estos cambios ocurren al
derivarse menos energía de fuentes
primarias, tales como carbón, para
alimentar la producción primaria de acero,
y se deriva más energía de la red eléctrica
para fábricas de arco eléctrico que
convierten acero reciclado.
5.2.2. Análisis de incertidumbre
Las áreas de incertidumbre identificadas en este
ACV incluyen:
Los productores de conservante de creosota
no proporcionaron datos detallados de
entradas y salidas de ICV para producción
de creosota; por tanto, expertos de la
industria proporcionaron estimaciones para
el modelo de fabricación de creosota.
Las estimaciones de emisión de creosota,
durante el tratamiento, almacenaje, uso y
desecho en rellenos sanitarios, están
guiadas por investigación y suposiciones.
Las emisiones de componentes de creosota
son función de factores propios del sitio y
del producto que resultan en incertidumbre.
Los métodos de disposición de final de vida
empleados por los ferrocarriles varían
según el operador, con base en políticas
corporativas, ubicaciones geográficas y
economía.
El destino de relleno sanitario y los
modelos de emisión están basados en datos
de inventario de emisiones de GEI de la
USEPA [40] y las suposiciones modeladas
resultan en la variabilidad de los valores
indicadores de impacto, especialmente en el
caso de GEI. En este ACV, se asume de
manera conservadora que los durmientes
tratados con creosota se degradan al mismo
nivel y con la misma tasa que ramas de
madera redondas desechadas en un relleno
sanitario.
La fase de análisis comparativo de este
ACV incluye el ensamblaje de ICV para
durmientes de concreto y de P/C. El ICV de
la cuna a la tumba de durmientes de
concreto y de P/C incluye entradas de datos
que involucran un dictamen profesional. No
se hizo ningún estudio de fabricantes de
productos de concreto o P/C.
5.2.3. Análisis de sensibilidad
El análisis de sensibilidad se completó para
determinar la magnitud de los cambios en los
indicadores de impacto que resultan de las
suposiciones e incertidumbres que difieren de
aquellas identificadas en el ICV y el impacto en
las conclusiones del ACV. La sensibilidad del
modelo de durmientes ferroviarios tratados con
creosota se analizó después de variaciones en:
uso de conservante (retención de conservante en
el producto tratado), emisiones al ambiente,
vida de servicio, disposición posterior al uso,
porcentajes de descomposición en relleno
sanitario y la adición de borato al tratamiento
con creosota como aplicación de tratamiento
dual. El modelo de durmientes de concreto se
investigó usando análisis de sensibilidad e
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Figura 3. Admisión y emisión de GEI en la fabricación, uso y disposición de durmientes a
través del tiempo.
incluyó variaciones en: destino posterior al uso,
vida de servicio, impacto de resistencia a la
rodadura y requisitos de balasto. El modelo de
durmiente de P/C se investigó usando análisis
de sensibilidad e incluyó variaciones en: vida
de servicio y destino posterior al uso. Los
elementos considerados como más notables a
partir del análisis de sensibilidad se discuten
más ampliamente a continuación.
Alterar la vida de servicio promedio
estimada (35 años) de durmientes ferroviarios
tratados con creosota a 20 años resulta en
aumentos notables en los GEI, uso de
combustibles fósiles, uso de agua, esmog y
eutrofización de los indicadores de impacto. En
este escenario, se reciclan más durmientes para
recuperar energía y los indicadores mejoran
(GEI netos, acidificación y ecotoxicidad)
debido a compensaciones de combustibles
fósiles adicionales. Sin embargo, aun con una
vida de servicio acortada, muchos de los
indicadores de impacto, incluyendo GEI, GEI
netos, acidificación, uso de agua y
ecotoxicidad, se comparan favorablemente con
ambas alternativas.
Se ha mostrado el tratamiento dual con
borato seguido de creosota para aumentar la
vida de servicio de durmientes [51], pero con el
costo de aumentar las entradas y salidas del
tratamiento. La adición del tratamiento con
borato, antes de considerar la vida de servicio
extendida, tiene un impacto mínimo en los
indicadores. Al asumir un incremento de 10
años (30%) en la vida de servicio debido a
tratamiento dual, los indicadores de impacto
disminuyen entre 10% y 25% para GEI, uso de
combustibles fósiles, esmog y eutrofización al
tiempo que aumentan para otros indicadores.
Resultan cambios al considerar el uso y
reciclaje como energía de menos durmientes de
madera. Las comparaciones con productos
alternativos no cambian. El uso de boratos en
sistemas de tratamiento dual ha generado el
aumento de ferrocarriles que experimentan con
la reducción de la cantidad de creosota usada en
durmientes con tratamiento dual hasta entre
30% y 40%. Si la experiencia demuestra que
estas reducciones se pueden mantener sin
impactar de manera negativa la vida de servicio,
se espera un desempeño mejorado de los
durmientes de madera tratada en la mayoría de
las categorías de indicadores de impacto.
La evaluación teórica indica que el
transporte en rieles sobre sistemas de
durmientes de concreto podría resultar en un
Años desde el inicio del crecimiento arbóreo
GE
I n
eto
s (k
g C
O2/d
urm
iente
)
Madera tratada con creosota Concreto Plástico compuesto
Disposición de final de vida
Fabricación y uso
Crecimiento arbóreo
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consumo menor de combustible del que ocurre
con los durmientes de vía de madera
tradicionales, debido a que el sistema de
concreto es “más rígido”, lo cual resulta en
menor resistencia a la rodadura. El modelado
indica que se ahorran hasta 0.19 litros (0.05
galones) de combustible de diésel por 1,459
toneladas-kilómetros (1,000 toneladas-millas)
de carga [52]. En un caso de sensibilidad que
asume que un ahorro de combustible del 10% es
atribuible al uso de durmientes de concreto, se
encontraron reducciones de GEI (-11%), uso de
combustibles fósiles (-25%), acidificación (-
35%), esmog (-83%) y eutrofización (-100%).
Esto no incluye impactos elevados debido al
aumento del desgaste y daño en los trenes. Bajo
este escenario, el concreto ofrece impactos
menores comparado con la madera tratada con
creosota para esmog y eutrofización, pero
mayores que la madera para los demás
indicadores.
Una prueba de sensibilidad considera
menos del 10% de durmientes tratados con
creosota reciclados para energía y más del 50%
depositados en rellenos sanitarios. El cambio de
durmientes usados de recuperación de energía
benéfica a rellenos sanitarios impacta
notablemente los indicadores para GEI (4 veces
más) combustibles fósiles (2 veces más) y
esmog (+55%). Los impactos de GEI netos,
lluvia ácida y ecotoxicidad se elevaron de
valores negativos o cercanos a cero a valores
similares a los productos alternativos.
5.3. Limitaciones
El inventario de ciclo de vida completado tanto
para durmientes de concreto como de P/C fue
diseñado para ser representativo de una
categoría de producto; por tanto, por diseño,
probablemente no será exacto para una marca
de producto específica. No se hizo un estudio
de fabricantes de durmientes ferroviarios de
concreto y P/C; por tanto, se estiman entradas
tales como uso de combustible y electricidad,
uso de agua y generación de desechos sólidos
en las instalaciones de fabricación.
6. Conclusiones y Recomendaciones
6.1. Conclusiones
El uso de durmientes ferroviarios tratados con
creosota ofrece un uso menor de combustibles
fósiles y agua, e impactos ambientales menores
que productos similares fabricados con concreto
y P/C, a excepción del impacto de eutrofización
de los durmientes de P/C.
En comparación con durmientes
ferroviarios tratados con creosota y usando las
suposiciones de este ACV en el entendido de
que los valores reales pueden variar con
respecto a las suposiciones, el uso de
durmientes de concreto resulta en un uso de
combustibles fósiles 1.8 veces mayor y un uso
de agua 8.7 veces mayor, y resulta en emisiones
con el potencial de causar aproximadamente 5.8
veces más GEI, 68 veces más lluvia ácida, 2.3
veces más esmog y 2.0 veces más eutrofización.
En comparación con durmientes
ferroviarios tratados con creosota, el uso de
durmientes de P/C resulta en un uso de
combustibles fósiles 2.5 veces mayor y un uso
de agua 11 veces mayor, y resulta en emisiones
con el potencial de causar 5.0 veces más GEI,
72 veces más lluvia ácida y 1.1 veces más
esmog. Los durmientes ferroviarios con
creosota resultan en un impacto por
eutrofización aproximadamente 1.4 veces
mayor que los durmientes ferroviarios de P/C.
El ciclo de vida de los durmientes
tratados con creosota resulta en créditos (o
beneficios ambientales) para los indicadores de
impacto de GEI y ecotoxicidad.
La reutilización de durmientes de
madera para energía mejora el desempeño del
ciclo de vida ambiental.
Este estudio incluye la comparación
entre durmientes ferroviarios tratados con
creosota y durmientes de concreto y P/C. Los
resultados están en conformidad con las normas
ISO 14040 e ISO 14044 y son adecuados para
su divulgación al público. Se puede solicitar un
Procedures and Findings Report (Reporte de
Procedimientos y Hallazgos) detallado y
revisado por pares contactando al TWC en
www.treated-wood.org/contactus.html. Este
ACV cubre un producto de madera tratada en
una serie de ACV comisionada por el Treated
Wood Council (Consejo de la Madera Tratada)
(TWC). La serie de ACV de productos de
madera tratada cubre leños tratados con cobre
alcalino cuaternario (ACQ, por sus siglas en
C. A. BOLIN, S. T. SMITH
Copyright © 2013 SciRes. JTTs
inglés) [53], leños tratados con boratos [54],
postes tratados con pentaclorofenol [55], pilotes
marinos tratados con arseniato de cobre
cromatado (CCA, por sus siglas en inglés) [56]
y sistemas de guardarraíles tratados con CCA
[57].
6.2. Recomendaciones
Se debe apoyar y aumentar el reciclaje de
durmientes como producción de energía. El
ACV muestra beneficios claros en los
indicadores de impacto considerados,
particularmente energía fósil, GEI, acidificación
y ecotoxicidad con el uso de durmientes usados
como fuente de energía y el potencial para
aumentar la reutilización permanece. La
compensación de combustible ganada al
reciclar durmientes tratados con creosota para
recuperación de energía es 20 veces mayor que
la recuperación de energía por desecho en
relleno sanitario. Además, las compensaciones
resultan en una disminución significativa de las
emisiones de GEI cuando los durmientes se
reciclan como energía en comparación con un
ligero incremento en las emisiones de GEI
cuando se depositan en rellenos sanitarios.
Cada durmiente reciclado como energía
representa aproximadamente el 0.5% de las
emisiones de GEI y uso de combustibles fósiles
per cápita anuales en los EUA. Por tanto,
aproximadamente 200 durmientes reciclados
como energía compensarían los impactos de
GEI y combustibles fósiles de un residente
típico de los EUA. Si todos los durmientes
reemplazados anualmente en los EUA
(aproximadamente 20 millones de durmientes)
se reciclaran como energía, su uso compensaría
los GEI y el uso de combustibles fósiles
equivalente a cerca de 100,000 residentes.
Se debe promover y aumentar el uso de
tratamiento dual de durmientes en regiones de
alta descomposición. Se espera una extensión
de vida de servicio de entre 10 y 15 años
cuando se usa tratamiento dual de
borato/creosota. Los impactos resultantes del
uso de tratamiento dual de borato/creosota son
más que compensados por la reducción de
impactos resultante de una vida de servicio más
larga. Una aplicación más amplia del
tratamiento dual de durmientes en regiones de
alta descomposición resultaría en impactos de
ciclo de vida menores en conjunto.
Debe continuarse la investigación que
evalúa el uso de biodiésel como portador de
conservantes a base de aceite, tales como la
creosota y el pentaclorofenol. Se necesitan
datos para demostrar tanto que el biodiésel tiene
indicadores de impacto menores que el diésel
fósil, como que su uso no impacta la vida de
servicio de productos tratados. Si estos datos lo
respaldan, la sustitución del aceite fósil con
biodiésel podría disminuir la necesidad de
aceite fósil como conservante.
Debe minimizarse el desecho en relleno
sanitario. La industria y la obra pública que
emplea madera tratada deben buscar minimizar
las emisiones de metano que resultan del
desecho de madera en rellenos sanitarios de dos
formas: minimizar el desecho en rellenos
sanitarios y, si el desecho es necesario,
fomentar el desecho en rellenos sanitarios
equipados con sistemas de recolección de
metano. Minimizar el desecho es especialmente
benéfico, puesto que reduce el uso de la
capacidad de los rellenos sanitarios, reduce las
emisiones de metano desde los rellenos
sanitarios y compensa el uso de combustibles
fósiles y las emisiones de GEI con el uso de
combustibles biogénicos renovables.
Las instalaciones de producción deben
continuar procurando reducir las entradas de
energía por medio de conservación e
innovación, incluyendo la obtención de
materiales en ubicaciones cercanas al punto de
tratamiento y uso. También, el uso de biomasa
como fuente alternativa de energía puede
reducir algunos valores de categoría de impacto
en comparación con el uso de energía de
combustibles fósiles o electricidad de la red.
7. Agradecimientos
Los autores desean agradecer al TWC por
financiar este proyecto. Los miembros del TWC
y su Director Ejecutivo, el Sr. Jeffrey Miller,
han sido parte integral en la conclusión del
mismo. Los autores y el TWC agradecen a la
Railway Tie Association por los estudios
adicionales llevados a cabo para respaldar este
ACV. También agradecemos a los revisores
internos, James Clark, Craig McIntyre y
C. A. BOLIN, S. T. SMITH
Copyright © 2013 SciRes. JTTs
Maureen Puettmann, y a los revisores externos
independientes, Mary Ann Curran, Paul Cooper
y Yurika Nishioka por su apoyo, paciencia y
perseverancia al acompañar este proyecto hasta
su conclusión.
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