Energía gris

La energía incorporada , o energía intrínseca , es la cantidad de energía consumida durante el ciclo de vida de un material o producto: producción , extracción , transformación , fabricación , transporte , almacenamiento , trabajo , mantenimiento y finalmente reciclaje , con la notable excepción del uso . La energía gris es de hecho una energía indirecta oculta, a diferencia de la energía vinculada al uso, que el consumidor conoce o puede conocer fácilmente. Cada uno de los pasos mencionados requiere energía, ya sea humana, animal, eléctrica, térmica o de otro tipo. Al acumular todas las energías consumidas durante todo el ciclo de vida, podemos medir la necesidad energética de un bien.

La visualización de la energía incorporada puede orientar o informar las opciones de compra, en particular con vistas a reducir el impacto medioambiental .

Definición

En teoría, un balance de energía gris da como resultado la acumulación de la energía gastada durante:

La energía incorporada es un concepto cercano a la energía incorporada, pero no incluye la energía necesaria al final de la vida útil del producto.

Para la Oficina Federal de Energía de Suiza , la energía incorporada se limita al consumo de energía primaria no renovable.

Ejemplos de

El consumo medio de energía de un francés solo sería visible hasta una cuarta parte: es el consumo de energía en el sentido clásico del término. Las tres cuartas partes restantes corresponden a la energía gris, sustraída de nuestra vista, y de la que a menudo no somos conscientes. Según la Oficina Federal de Estadística de Alemania, los hogares alemanes consumen energía directamente hasta un 40% y consumen energía incorporada hasta un 60%.

Además, en el contexto de la globalización , resulta que los países industrializados exportan energía incorporada a países que no están muy industrializados o que han perdido secciones enteras de su industria. Así es como China se ha convertido con el tiempo en un importante exportador de energía gris e incluso hasta alrededor del 30% de su producción energética; las exportaciones alemanas de energía incorporada a Francia . En este sentido, aunque las emisiones de CO 2no están directamente vinculados a la energía incorporada (sabemos que de hecho existe una fuerte correlación entre las dos), es sintomático que, según las estadísticas oficiales del gobierno francés, los franceses emitan ocho toneladas de CO 2por año y por persona. Pero si tenemos en cuenta las emisiones vinculadas a la producción en el exterior de los productos que consumen, las emisiones de CO 2por francés y por año aumenta a doce toneladas, es decir, un 50% más que la cifra mostrada anteriormente. Peor aún, si las emisiones por persona y por año producidas en Francia efectivamente han bajado desde 1990, cuando sumamos las emisiones vinculadas a la producción en el exterior de lo que se consume en Francia, han aumentado desde esa misma fecha. La aparente caída del consumo de energía se debe sobre todo a una deslocalización de la producción de productos utilizados en Francia.

Una reducción muy significativa de los residuos, como propone el   enfoque de " residuos cero ", tendría la ventaja de reducir la energía incorporada. Las bajas tecnologías también permiten la reducción de la energía incorporada, las técnicas avanzadas , como las que se utilizan para producir microchips, requieren en cambio una gran cantidad de energía.

La obsolescencia planificada es un problema grave que debe abordarse si se quiere reducir la proporción de energía incorporada en el consumo total de energía. Amigos de la Tierra recomienda extender la duración de la garantía legal de conformidad de dos años (como suele ser el caso) a diez años. Desde un punto de vista industrial, considerando la buena tasa de retorno de energía de la energía solar térmica , uno puede imaginar que las fábricas que funcionan con calor solar están destinadas a un futuro brillante. Para las fábricas ubicadas en regiones donde hay menos sol, el uso de la cogeneración es esencial. En su nuevo escenario actualizado, la asociación negaWatt enfatiza la necesidad de reducir la energía incorporada. Por tanto, prevé el desarrollo del reciclaje, así como una reducción de los envases.

Unidades

La energía gris se expresa en julio (y sus múltiplos: kilojulio (kJ), megajulio (MJ), gigajulio (GJ)), a menudo referida a una unidad de masa ( kilogramo ) para un material producido, o de área ( metro cuadrado ). El kilovatio-hora (kWh), que es 3,6  MJ , también se utiliza por conveniencia.

Energía incorporada aplicada al edificio

La industria de la construcción utiliza más materiales por peso que cualquier otra industria (Estados Unidos).

La energía consumida durante el ciclo de vida de un edificio se puede dividir en energía operativa, energía incorporada y energía de desmantelamiento. Se requiere energía operativa para calefacción , refrigeración , ventilación , iluminación , equipos y electrodomésticos. La energía de desmantelamiento es la energía utilizada para la demolición / deconstrucción del edificio y el transporte de materiales demolidos / recuperados a vertederos / centros de reciclaje . Se requiere energía incorporada no renovable para producir inicialmente un edificio y mantenerlo durante su vida útil. Incluye la energía utilizada para adquirir, procesar y fabricar materiales de construcción , incluido cualquier transporte relacionado con estas actividades (energía indirecta); la energía utilizada para transportar productos de construcción al sitio y construir el edificio (energía directa); y la energía consumida para mantener, reparar, restaurar, rehabilitar o reemplazar materiales, componentes o sistemas durante la vida del edificio (energía recurrente). Los edificios consumen hasta el 40% de toda la energía y contribuyen hasta el 30% de las emisiones globales anuales de gases de efecto invernadero .

Se creía hasta la década de 2000 que la energía incorporada era baja en comparación con la energía operativa. Por lo tanto, los esfuerzos hasta la fecha han sido para reducir la energía operativa mejorando la eficiencia energética de la envolvente del edificio. La investigación ha demostrado que este no es siempre el caso. La energía incorporada puede representar el equivalente a varios años de energía operativa. El consumo de energía operativa depende de los ocupantes, a diferencia del de la energía incorporada, que se incorpora a los materiales utilizados en la construcción. La energía incorporada se incurre en una sola vez (con la excepción del mantenimiento y la renovación), mientras que la energía operativa se acumula con el tiempo y puede fluctuar a lo largo de la vida útil del edificio. Según una investigación del CSIRO australiano, una casa promedio contiene alrededor de 1000  GJ de energía incorporada . Esto equivale a aproximadamente 15 años de uso normal de energía operativa. Para una casa que dura 100 años, eso es más del 10% de la energía utilizada durante su vida útil.

Conocer la energía incorporada en un edificio permite apreciar la presión que ejerce su construcción sobre los recursos naturales. En el hogar, la asociación negaWatt aboga por un mayor uso de materiales naturales, como la madera. Otros recomiendan la rehabilitación de la tierra cruda. La energía incorporada de los edificios es tan alta que la asociación recomienda una reorientación de la política que consiste en demoler y luego reconstruir edificios mal aislados térmicamente, hacia otra política más centrada en la renovación térmica de los edificios existentes. En estándares como “  pasivo  ” o “  bajo consumo  ”, el rendimiento energético ha alcanzado tal nivel que apenas hay necesidad de energía para calentar o iluminar. Lo que está en juego en este tipo de vivienda se orienta hacia la energía incorporada, que representa de 25 a 50 años de consumo de estos edificios .

La asociación negaWatt también afirma que la vivienda unifamiliar ya no es un modelo sostenible. El Proyecto Shift , en su “plan para transformar la economía francesa”, también propone reducir la construcción de viviendas unifamiliares.

Ejemplos de balance de energía gris

Los metales y los sintéticos incorporan mucha energía incorporada. Productos que también vienen de lejos. Los materiales menos procesados ​​y consumidos cercanos a su lugar de producción contienen poca energía incorporada.

En el edificio, para minimizar la energía gris, buscamos en el lugar de construcción materiales vegetales (cáñamo, madera, paja, lino, corcho), animales (lana de oveja, plumas de pato) o minerales (tierra cruda, piedras, guijarros).

Los siguientes materiales se han clasificado en orden desde el menos codicioso hasta el más codicioso en energía gris:

Sin embargo, estos diferentes materiales no son comparables porque sus usos y prestaciones son diferentes.

Energía gris de diferentes materiales.

Datos según el sitio web ecoconso.be.

Rieles
  • acero  : 60  MWh / m 3  ;
  • cobre  : 140  MWh / m 3  ;
  • zinc  : 180  MWh / m 3  ;
  • aluminio  : 190  MWh / m 3  ;
Oleoductos Muros de carga
  • hormigón poroso (celular): 200  kWh / m 3  ;
  • ladrillo silicocalcáreo hueco: 350  kWh / m 3  ;
  • ladrillo de terracota (panal): 450  kWh / m 3  ;
  • hormigón: 500  kWh / m 3  ;
  • ladrillo caravista silicocalcáreo: 500  kWh / m 3  ;
  • ladrillo de terracota perforado: 700  kWh / m 3  ;
  • ladrillo de cemento: 700  kWh / m 3  ;
  • ladrillo de arcilla maciza: 1200  kWh / m 3  ;
  • hormigón armado  : 1.850  kWh / m 3  ;
Yesos
  • yeso de arcilla o tierra bruta: 30  kWh / m 3 ;
  • yeso de cal: 450  kWh / m 3 ;
  • revestimiento de yeso: 750  kWh / m 3  ;
  • yeso de cemento: 1.100  kWh / m 3  ;
  • revestimiento sintético: 3300  kWh / m 3  ;
Marco Particiones ligeras Aislamiento térmico Manta
  • teja de hormigón: 500  kWh / m 3  ;
  • teja de barro: 1.400  kWh / m 3  ;
  • Teja de fibrocemento: 4.000  kWh / m 3 .

Tasa de retorno de energía

La tasa de retorno de energía (ERR) es una medida de la energía incorporada utilizada para extraer energía de una fuente primaria. La energía final consumida debe incrementarse en un factor de para obtener la energía incorporada. Un ERR de ocho significa que una séptima parte de la cantidad de energía final utilizable se gasta para extraer esa energía.

Para calcular correctamente la energía incorporada, se debe tener en cuenta la energía requerida para la construcción y el mantenimiento de las centrales eléctricas, pero no siempre se dispone de datos para realizar este cálculo.

Se han realizado balances de energía detallados para calcular la energía incorporada de diversas fuentes de energía: por ejemplo, la energía incorporada de una turbina eólica de 1,5  MW en Dinamarca se ha estimado en 32 575  GJ en alta mar y 14 091  GJ en tierra, lo que da un retorno de energía. tiempos de 3 meses y 2,6 meses, respectivamente.

Electricidad

En Francia, la relación entre energía primaria y electricidad (coeficiente de energía primaria o CEP) es de 2,58 (cifra fijada por un decreto en 2006), mientras que en Alemania es de solo 1, 8, debido al desarrollo de las energías renovables. Esto corresponde a una eficiencia térmica del 38,8% en Francia, frente al 55,5% en Alemania. Como cualquier coeficiente establecido sobre bases parcialmente subjetivas, este coeficiente de 2,58 es objeto de críticas, en particular por parte de Brice Lalonde . La ecocalculadora de la Unión Internacional de Ferrocarriles EcoPassenger anuncia una eficiencia del 29% para Francia y del 36% para Alemania para la electricidad utilizada por el transporte ferroviario, lo que lleva a coeficientes de 3, 45 en Francia y 2,78 en Alemania, incluidas todas las pérdidas. . En cuanto a la electricidad utilizada para calefacción , “el gobierno ha decidido el factor de conversión de la electricidad en energía primaria [...]. Este factor de conversión se establecerá en 2,3 ” . Aunque superior al valor de 2,1 recomendado por la directiva europea 2018/2002, la asociación negaWatt cree que este nuevo coeficiente fomentará el uso de la electricidad para calentar edificios y reducirá los esfuerzos para aislar edificios. Por el contrario, la asociación “balance energético” lo ve como un paso adelante, porque esta medida debería reducir el uso de combustibles fósiles .

Aquí, el concepto es ajeno a TRE. La noción más cercana es la de rendimiento , porque hay una transformación de energía, con pérdidas. Así, en Francia, el CEP de 2,3 muestra que para una unidad de energía eléctrica, habrán sido necesarias 1,3 unidades adicionales de energía.

Por cierto, las pérdidas en la red eléctrica francesa son de un 2,5% de media, lo que corresponde a 11,5  TWh / a  ; en 2019, fueron 11  TWh , o 2,22%.

Energía gris en el transporte

La energía incorporada da cuenta de la energía movilizada para extraer los materiales utilizados en la fabricación de vehículos, ensamblarlos, transportarlos, asegurar su mantenimiento, transformar y transportar energía (principalmente gasolina y diesel), y en fin , reciclar estos vehículos. También hay que tener en cuenta la energía necesaria para los estudios, construcción, operación y mantenimiento de las redes de transporte, ya sea por carretera, ferroviario o aéreo.

Según IDDRI, en términos de transporte,

“Llama la atención observar que consumimos más energía incorporada en nuestros gastos de transporte que energía directa [...]. En otras palabras, consumimos menos energía para movernos en nuestros vehículos individuales que la energía necesaria para producir, vender y transportar los coches, trenes o autobuses que utilizamos. "

Jean-Marc Jancovici aboga por una huella de carbono de cualquier proyecto de infraestructura de transporte, antes de su construcción.

Energía gris de un coche

Solo tenemos cifras que se basan en una base incompleta y que es probable que se subestimen. En el caso de un Golf gasolina de Volkswagen , se puede estimar la energía gris en 18.000  kWh (es decir, el 12% de los 545  GJ señalados en el informe). En el caso de un Golf A4 ( con motor TDI ), obtenemos 22.000  kWh (o el 15% de los 545 GJ indicados en el informe). Según Global Chance , en el caso de los vehículos eléctricos, la energía incorporada debido a la batería es particularmente alta. Un estudio de ADEME publicado en 2012 estimó la energía incorporada de un vehículo térmico en 20.800  kWh y la de un vehículo eléctrico en 34.700  kWh . Un estudio publicado en 2017 en Francia evalúa las emisiones de CO 2durante el ciclo de vida de un automóvil urbano eléctrico a 10,2 tCO2-eq para producción y reciclaje (energía gris) más 2,1 tCO2-eq en la fase de uso en comparación con 6,7 tCO2-eq más 26,5 tCO2-eq para un automóvil urbano térmico: a pesar de su energía incorporada más de la mitad, el coche eléctrico emite un total de tres veces menos CO 2.

Se propone una cifra de 45.900  kWh para el Prius. Si bien esta cifra debe tomarse con precaución, no es poco realista.

Un vehículo eléctrico tiene una energía incorporada más alta que la de un vehículo térmico, debido a la batería y la electrónica. Según Science et Vie , la energía incorporada de las baterías es tan alta que los vehículos híbridos enchufables son a sus ojos la solución más relevante, con su batería más pequeña que la de un vehículo completamente eléctrico.

Energía incorporada vinculada a la fabricación de combustibles

Para la parte energética, la tasa de retorno de energía (EROEI en inglés) del combustible es hoy en día del orden de ocho. Esto significa que la energía incorporada vinculado a la fabricación de combustible (extracción, transporte, refinación, distribución) es un valor de 1 / 7 de la energía consumida. Es decir, debemos sumar el 14,3% al consumo de un vehículo térmico, solo por la energía incorporada relacionada con la fabricación de combustibles.

Según algunos autores, incluso se necesitan 42  kWh de energía incorporada (aproximadamente el equivalente energético de 4,2  litros de gasolina) para producir seis litros de diésel.

En cuanto a la electricidad, vimos anteriormente que la relación entre la energía primaria y la electricidad era de 2,58.

Energía incorporada vinculada a la construcción de carreteras

Los números son aún más difíciles de conseguir. La energía gris solo representaría 1 ⁄ 18 de la energía consumida por el vehículo, es decir, el consumo aumentará en un 6%.

Energía gris de computadora

Consumo mundial de tecnologías de la información y la comunicación

Consumo mundial

El consumo mundial de energía eléctrica debido a las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) se estimó en 2007 en 868  TWh / a , sin incluir la energía gris o el 5,3% del total. En 2013, según Greenpeace , las TI ya representaban el 7% del consumo mundial de electricidad, incluida la energía gris, y las estimaciones para 2017 eran del 12%, con un crecimiento anual esperado del + 7% hasta 2030, o el doble del aumento de la producción de electricidad. sí mismo.

En estas cantidades, la proporción relativa de energía incorporada para la fabricación de equipos habría disminuido del 18% en 2012 al 16% en 2017. La proporción del consumo directo de electricidad por dispositivos habría caído del 47 al 34%, debido al cambio de usuarios a terminales que consumen menos (tabletas y teléfonos inteligentes en lugar de computadoras), los centros de datos combinados y la red caen del 35 al 50% al mismo tiempo. El consumo del centro de datos corresponde al 1% de la demanda mundial de electricidad en 2018.

Datos actuales por país

En Alemania, el consumo del centro de datos es de alrededor de 10  TWh / a , lo que corresponde al 1,8% del consumo de electricidad alemán. Si bien el consumo de los centros de datos alemanes aumentó considerablemente, desde 2008 y hasta hoy, el consumo parece mantenerse estable en Alemania, principalmente gracias a las medidas de ahorro energético.

En los Estados Unidos, en 2007 el consumo de TIC , excluida la energía incorporada, fue de 350  TWh / a en 2007, o el 9,4% de la producción nacional total.

En Francia, según la asociación negaWatt , la energía gris (de naturaleza eléctrica) vinculada a la tecnología digital ascendió en 2015 a 3,5  TWh / a para redes y a 10,0  TWh / a para centros de datos (la mitad consumida por los propios servidores, la otra mitad por el aire acondicionado del local que las alberga). No se tiene en cuenta la construcción de centros de datos y el tendido de cables.

El consumo francés en el futuro

La asociación prevé un incremento del + 25% en el consumo francés entre 2017 y 2030, o + 1,5% / año, moderado gracias a la "creciente miniaturización de los medios digitales" a los que recurren los usuarios y al progreso tecnológico, que debería mejorar la eficiencia energética de dispositivos y servidores. El Proyecto Shift , presidido por Jean-Marc Jancovici , pronostica una huella energética digital mucho mayor, con un crecimiento del 9% anual.

Edificio de computadoras

Construir una computadora podría requerir cuatro veces más energía que su fuente de alimentación durante un período de tres años, según la revista alemana Der Spiegel . La revista destaca que a un ritmo de tres horas de uso al día durante 300 días, durante un período de cuatro años, para una potencia de 150  W , el consumo directo de energía ascenderá a unos 400  kWh  ; fabricar una PC requiere 3000  kWh .

Sitios de Internet y centros de datos

En 2009, Google afirmó que una búsqueda en su motor consumía 0,3  Wh .

En Wikipedia se levantan voces para exigir una reducción de su impacto en el medio ambiente, voces a las que parece estar prestado un oído atento.

La IPTV (para Internet ) requiere el uso de centros de datos , que consumen al menos el 1% de la electricidad total consumida en el mundo. La transmisión de radio es mucho más eficiente que las tecnologías actuales de streaming para los programas de gran audiencia.

Notas y referencias

Notas

  1. O alrededor de 0,28  GWh .
  2. Para una unidad de energía gris, obtenemos unidades de energía TRE-1 para consumir. Para obtener más información sobre esto, consulte el método descrito en "  La tasa de retorno de energía, una medida de la eficiencia social de las fuentes de energía  ", Publicaciones técnicas del ingeniero , 29 de diciembre de 2016.
  3. Eso es 9.0 y 3.9  GWh respectivamente .
  4. Hay cuestiones de búnkeres internacionales , normalmente excluidos de las cuentas nacionales, y energía incorporada en la construcción (carreteras, ferrocarriles). ¿Se tienen en cuenta o no?
  5. Además, es necesario contar la extracción de litio y cobalto para las baterías, y tierras raras para el motor y la electrónica que van de la mano, siempre según Science et Vie .
  6. Ver Tasa de retorno de energía de las principales fuentes de energía .
  7. 10,0  TWh / a frente a una población de 82 millones de habitantes equivalente a 122  kWh / a / cápita , o incluso un consumo continuo de 14  W / cápita .
  8. 13,5  TWh / a frente a una población de 65 millones de habitantes equivalente a 208  kWh / a per cápita, oa un consumo continuo de 24  W per cápita.
  9. Según Clubic , el consumo de centros de datos en Francia fue de 4  TWh / a en 2009; ver "  En Francia, las TIC representan el 13% del consumo eléctrico anual  " , en Clubic ,13 de marzo de 2009(consultado el 25 de marzo de 2018 ) .

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Ver también

Bibliografía

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  • [PDF] Energética de la Edificación , Nicolas Morel (Laboratorio de Energía Solar y Física de la Edificación (LESO-PB), ENAC), Edgard Gnansounou (Laboratorio de Sistemas Energéticos (LASEN), ENAC)

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enlaces externos