CDT Los investigadores del MIT han analizado las emisiones de gases de efecto invernadero de futuros edificios en todo Estados Unidos y delineado soluciones específicas para cada región.
Fuente: MIT Concrete Sustainability Hub
Estados Unidos está entrando en un boom de la construcción. Entre 2017 y 2050, construirá el equivalente a 20 veces la ciudad de Nueva York. Sin embargo, para cumplir con los objetivos climáticos, la nación también debe reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de sus edificios, que comprenden el 27 por ciento de las emisiones totales de la nación.
Un equipo de investigadores actuales y anteriores del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), está abordando estas demandas con el objetivo de brindar a los responsables de la formulación de políticas las herramientas y la información para actuar. Han detallado los resultados de su colaboración en un artículo reciente en la revista Applied Energy que proyecta emisiones para todos los edificios en los Estados Unidos bajo dos escenarios de reducción de GEI.
Su artículo encontró que las emisiones “incorporadas”, las de la producción y construcción de materiales, representarían alrededor de una cuarta parte de las emisiones entre 2016 y 2050, a pesar de la construcción extensa.
Además, muchas regiones tendrían diferentes prioridades para la reducción de GEI; algunos, como Occidente, se beneficiarían más de las reducciones de las emisiones incorporadas, mientras que otros, como partes del Medio Oeste, verían los mayores beneficios de las intervenciones en las emisiones del consumo de energía. Si estas prioridades regionales se abordaran de manera agresiva, las emisiones del sector de la construcción podrían reducirse en alrededor de un 30 por ciento entre 2016 y 2050.
Cuantificando contradicciones
Los edificios modernos son mucho más complejos y eficientes que sus predecesores. Debido a las nuevas tecnologías y los códigos de construcción más estrictos, pueden ofrecer un menor consumo de energía y emisiones operativas. Y, sin embargo, los materiales más eficientes y los estándares de construcción mejorados también pueden generar mayores emisiones incorporadas.
El hormigón, de muchas maneras, personifica esta compensación. Aunque su durabilidad puede minimizar las reparaciones intensivas en energía durante la vida operativa de un edificio, la escala de su producción significa que contribuye a una gran proporción de los impactos incorporados en el sector de la construcción.
Como tal, el equipo centró en su análisis las reducciones de GEI para el hormigón.
“Adoptamos un enfoque de abajo hacia arriba, desarrollando diseños de referencia basados en un conjunto de modelos de edificios residenciales y comerciales”, explica Ehsan Vahidi, profesor asistente en la Universidad de Nevada en Reno y ex postdoctorado de CSHub. “Estos diseños se diferenciaron por el aislamiento del techo y losa, la eficiencia de HVAC y los materiales de construcción, principalmente hormigón y madera”.
Después de medir las emisiones de GEI operativas y incorporadas para cada diseño de referencia, el equipo amplió sus resultados a nivel de condado y luego a nivel nacional, en función de los pronósticos de existencias de edificios. Esto les permitió estimar las emisiones de todo el sector de la construcción entre 2016 y 2050.
Para comprender cómo varias intervenciones podrían reducir las emisiones de GEI , los investigadores ejecutaron dos escenarios diferentes, un escenario “proyectado” y uno “ambicioso”.
El escenario proyectado correspondió a las tendencias actuales. Supuso que la descarbonización de la red seguiría las predicciones de la Administración de Información Energética; la adopción generalizada de nuevos códigos energéticos; mejora de la eficiencia de iluminación y electrodomésticos; y, para el hormigón, la implementación de cementos y aglutinantes con un 50 por ciento de bajas emisiones de carbono en todas las nuevas construcciones y la adopción de la captura, almacenamiento y utilización total de carbono (CCUS) de todas las emisiones de cemento y hormigón.
“Nuestro ambicioso escenario tenía la intención de reflejar un futuro en el que se toman acciones más agresivas para reducir las emisiones de GEI y lograr los objetivos”, dice Vahidi. “Por lo tanto, el escenario ambicioso tomó estas mismas estrategias [del escenario proyectado] pero presentó objetivos más agresivos para su implementación”.
Por ejemplo, asumió una reducción del 33 por ciento en las emisiones de la red para 2050 y adelantó los plazos proyectados para iluminación y electrodomésticos y aislamiento térmico en cinco y 10 años, respectivamente. La descarbonización del hormigón también se produjo mucho más rápidamente.
Reducciones y variaciones
El pronóstico de crecimiento extenso para el sector de la construcción de EE. UU. Generará inevitablemente una cantidad considerable de emisiones. Pero, ¿cuánto se puede minimizar esta cifra?
Sin la implementación de ninguna estrategia de reducción de GEI, el equipo descubrió que el sector de la construcción emitiría 62 gigatoneladas de CO 2 equivalente entre 2016 y 2050. Eso es comparable a las emisiones generadas por 156 billones de millas recorridas por vehículos de pasajeros.
Pero ambos escenarios de reducción de gases de efecto invernadero podrían reducir significativamente las emisiones de este escenario sin paliativos, como siempre.
Bajo el escenario proyectado, las emisiones caerían a 45 gigatoneladas de CO 2 equivalente, una disminución del 27 por ciento durante el período de análisis. El ambicioso escenario ofrecería una reducción adicional del 6 por ciento sobre el escenario proyectado, alcanzando el equivalente de 40 gigatoneladas de CO 2 , como eliminar alrededor de 55 billones de millas de vehículos de pasajeros de la carretera durante el período.
“En ambos escenarios, el mayor contribuyente a las reducciones fue la ecologización de la red energética”, señala Vahidi. “Otras oportunidades notables para las reducciones fueron el aumento de la eficiencia de la iluminación, la climatización y los electrodomésticos. Combinados, estos cuatro atributos contribuyeron al 85 por ciento de las emisiones durante el período de análisis. Las mejoras en ellos ofrecieron las mayores reducciones potenciales de emisiones “.
Los atributos restantes, como el aislamiento térmico y el hormigón con bajo contenido de carbono, tuvieron un impacto menor en las emisiones y, en consecuencia, ofrecieron menores oportunidades de reducción. Esto se debe a que estos dos atributos solo se aplicaron a las nuevas construcciones en el análisis, que fueron superadas en número por las estructuras existentes durante todo el período.
Las disparidades en el impacto entre las estrategias dirigidas a estructuras nuevas y existentes subrayan un hallazgo más amplio: a pesar de la construcción extensa durante el período, las emisiones incorporadas comprenderían solo el 23 por ciento de las emisiones acumuladas entre 2016 y 2050, y el resto proviene principalmente de la operación.
“Esto es una consecuencia de que las estructuras existentes superan en número a las nuevas”, explica Jasmina Burek, postdoctoral de CSHub y profesora asistente entrante en la Universidad de Massachusetts Lowell. “Las emisiones operativas generadas por todas las estructuras nuevas y existentes entre 2016 y 2050 siempre superarán en gran medida las emisiones incorporadas de las nuevas estructuras en un momento dado, incluso cuando los edificios se vuelven más eficientes y la red se vuelve más ecológica”.
Diferencia regional
Sin embargo, las reducciones de emisiones de ambos escenarios no se distribuyeron de manera uniforme en todo el país. El equipo identificó varias variaciones regionales que podrían tener implicaciones sobre cómo deben actuar los formuladores de políticas para reducir las emisiones del sector de la construcción.
“Descubrimos que las regiones occidentales de los Estados Unidos verían las mayores oportunidades de reducción de las intervenciones a las emisiones residenciales, que constituirían el 90 por ciento de las emisiones totales de la región durante el período de análisis”, dice Vahidi.
El predominio de las emisiones residenciales se debe al aumento continuo de la población de la región y su posterior crecimiento en el parque de viviendas. Las soluciones propuestas incluirían CCUS y aglutinantes bajos en carbono para la producción de hormigón, y mejoras a los códigos de energía destinados a los edificios residenciales.
Al igual que en Occidente, las soluciones ideales para el sureste incluirían CCUS, aglutinantes bajos en carbono y códigos energéticos mejorados.
“En el caso de las regiones del sudeste, las intervenciones deberían apuntar por igual a los edificios comerciales y residenciales, que descubrimos que estaban divididos de manera más equitativa entre el parque de edificios”, explica Burek. “Debido a los estrictos códigos de energía en ambas regiones, las intervenciones a las emisiones operativas tuvieron menos impacto que las de las emisiones incorporadas”.
Gran parte del Medio Oeste vio el resultado inverso. Su combinación de energía sigue siendo una de las más intensivas en carbono de la nación y las mejoras en la eficiencia energética y la red tendrían una gran recompensa, particularmente en Missouri, Kansas y Colorado.
Nueva Inglaterra y California verían las reducciones más pequeñas. Dado que sus códigos de energía ya estrictos limitarían las reducciones operativas adicionales, las oportunidades para reducir las emisiones incorporadas serían las más impactantes.
Esta tremenda variación regional descubierta por el equipo del MIT es, en muchos sentidos, un reflejo de la gran diversidad demográfica y geográfica de la nación en su conjunto. Y todavía hay más variables a considerar.
Además de las emisiones de GEI, la investigación futura podría considerar otros impactos ambientales, como el consumo de agua y la calidad del aire. Otras estrategias de mitigación a considerar incluyen una mayor vida útil de los edificios, la modernización, la energía solar en la azotea y el reciclaje y la reutilización.
En este sentido, sus hallazgos representan los límites inferiores de lo que es posible en el sector de la construcción. E incluso, si en última instancia son posibles más mejoras, han demostrado que la variación regional invariablemente informará esas reducciones de impacto ambiental.
MIT Concrete Sustainability Hub es un equipo de investigadores de varios departamentos del MIT que trabajan en ciencia, ingeniería y economía del hormigón y la infraestructura. Su investigación es apoyada por la Portland Cement Association y la Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.
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