Esquemas de evaluación de edificios en escenarios de descarbonización

Comunicación presentada al VI Congreso Edificios Energía Casi Nula

Autores

• Arturo Alarcón Barrio, Jefe, Área de Sostenibilidad y Construcción Sostenible, Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)
• César Bartolomé Muñoz, Director, Área de Innovación, Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)

Resumen

En un escenario de descarbonización y con la obligatoriedad de diseñar edificios de consumo de energía casi nula, pudiera pensarse que las emisiones de CO₂ atribuidas al sector residencial seguirán una senda de reducción tal y como la exigen los escenarios planteados por la Unión Europea. Sin embargo, las proyecciones más recientes planteadas en España muestran dificultades para conseguir dichos objetivos tanto para el parque construido, como para determinadas industrias, incluidos materiales de construcción.

Los sistemas de evaluación de edificios no deben obviar estas dificultades, ni renunciar a un verdadero enfoque de ciclo de vida que aúne los esfuerzos del conjunto del sector, evitando una regulación redundante e incentivando la eficiencia en el uso de recursos y la reducción de emisiones.

Palabras clave

Descarbonización, Evaluación de Edificios, Carbono Embebido

Introducción

El foco sobre el carbono embebido se plantea como el nuevo caballo de batalla de la regulación y la normativa edificatoria tanto en Europa como en muchos países miembros. Esta discusión sobre la huella de carbono de edificios e infraestructuras es necesaria, técnicamente compleja y, en ocasiones, sujeta a interpretaciones erróneas. En primer lugar, porque esta discusión no es completa puesto que deja fuera otras dimensiones de la sostenibilidad. Pero, aun así, y siendo conscientes de estas limitaciones si queremos profundizar en el tema y hablar solamente de huella de CO₂, necesitamos delimitar el debate.

La pregunta fundamental es: ¿cuál es (o debe ser) el sujeto fundamental del análisis? Parece que todos los autores coinciden en señalar al edificio o infraestructura. Parece también claro que un enfoque de ciclo de vida es la herramienta correcta para tomar las decisiones necesarias para construir edificios o infraestructuras con una huella de carbono neta tan baja como sea posible.

La huella de carbono neta incluye algunos conceptos que empiezan a manejarse recientemente y que es preciso aclarar y precisar debidamente.

En este documento analizaremos:

• Qué conceptos deben incluirse en las emisiones (o carbono) embebido de acuerdo a las normas europeas ya publicadas y como integrar la fase de uso para tener una verdadera perspectiva de ciclo de vida
• Cómo, poner el foco en el carbono embebido, supuestas resueltas las emisiones operativas debido e los EECN, supone en la mayoría de los casos, una doble regulación.
• Cómo las limitaciones establecidas en los escenarios de descarbonización analizados para España deben tenerse en cuenta a la hora de establecer límites, umbrales o cualquier clase técnica.

El carbono embebido

Tomaremos como base el esquema modular, válido para el edificio, de la norma Europea EN 15978. En muchas ocasiones se asocia el concepto de carbono embebido al carbono contenido en los materiales del edificio. Además, este concepto se vincula al carbono de los materiales del edificio o infraestructura antes de que el edificio entre en servicio. Es decir, al también denominado carbono upfront o carbono embebido “inicial”.

El concepto de carbono embebido debe ser consecuente con un verdadero enfoque de ciclo de vida. Efectivamente, incluye al carbono de los materiales puestos en obra e incorporados al edificio al inicio. Pero no debemos obviar que existen actividades en la fase de uso y que conceptualmente son puramente operativas que alteran (aumentan) necesariamente la lista de materiales inicial. Por ejemplo, cuando para mantener el nivel de prestaciones requerido, y por tener determinado producto una vida útil menor que la del edificio, deberá contabilizarse cuantas veces es necesario sustituirlo (módulo B4 en la figura 2). Las cargas ambientales relacionadas con la etapa de producto (A1-A3) de este producto deberán mayorarse por un factor calculado de acuerdo al apartado 7.3 de la EN 15804.

Es decir, actividades puramente operacionales (módulos B2, B3 y B4 de la figura 2) tienen influencia en lo que conocemos como carbono embebido que aumentará en la medida en que las necesidades de sustitución, rehabilitación o reparación así lo exijan. Este carbono embebido es un concepto que debería definirse como un inventario de carbono variable a lo largo de toda la vida útil del edificio.

Es claro que, si se emplean materiales con reducida durabilidad o con necesidades de mantenimiento intensivas, el balance en emisiones (o carbono) embebido, es decir el inventario aumentará. La durabilidad de los materiales es esencial para que este carbono embebido inicial no crezca significativamente. Durabilidades altas junto con necesidades de mantenimiento reducidas son además un valor esencial de las políticas de economía circular.

Por otro lado, no es posible obviar los efectos cruzados entre carbono embebido y operacional. Por ejemplo, un edificio que use la inercia térmica de sus forjados de hormigón activados [1] con energías renovables puede reducir su consumo energético hasta en un 60%. En este caso, no podemos tomar decisiones correctas respecto al óptimo sobre el carbono embebido en la estructura (A1-A3) sin analizar también los beneficios que esa masa de hormigón produce en el consumo operacional de energía (B6).

Pretender fijar límites separados para las emisiones embebidas del tipo tCO₂/t_producto o incluso tCO₂/m² a nivel de edificio es dejar de lado a una verdadera visión de conjunto, (de ciclo de vida) que integre estos efectos cruzados. Una verdadera perspectiva de ciclo de vida debe permitir compensar los remanentes (como veremos, inevitables) del inventario de carbono del edificio. Más adelante se analizarán cuáles pueden ser estos mecanismos de compensación.

Las dificultades de descarbonización del sector de la construcción y la doble regulación

¿Se puede descarbonizar por completo el sector de la construcción, incluida la industria de los materiales de construcción?

La respuesta es relevante a la hora de pretender establecer límites al inventario de carbono de un edificio o infraestructura o a tomar acciones sobre el parque edificado. Las proyecciones más recientes [2] pueden sintetizarse en la siguiente figura:

La tesis es electrificar todos los sectores de la economía tanto como sea posible consiguiendo al mismo tiempo descarbonizar totalmente el sector eléctrico. Esto producirá un aumento importante de la demanda eléctrica a 2050 como muestra el gráfico de la figura 3. Por su parte, la tabla que señala el grado de electrificación de la demanda por sectores, presenta las importantes limitaciones del sector residencial y el industrial a la hora asumir tanto mejoras en la eficiencia como en elevar su grado de electrificación tanto como sea posible.

Las proyecciones incluyen la hipótesis de que la industria enfrentará importantes dificultades a la hora de aumentar su grado de electrificación debido fundamentalmente a la dificultad de encontrar sustitutos eléctricos a la demanda térmica industrial, por un lado, y a la disponibilidad, coste y eficiencia de las tecnologías de captura y secuestro de CO₂ (CCS) por otro.

Estos problemas son los que están directamente relacionados con el inventario de carbono del edificio, A1-A5, en el esquema modular de la EN15978.

En lo que respecta al sector residencial, los modelos indican que el grado de electrificación alcanzará el 74% en 2050. Las limitaciones en la electrificación residencial se relacionan no tanto con problemas tecnológicos, sino con aquellos relacionados con cambios de usos y costumbres de los residentes y con los precios relativos de las fuentes de energía implicadas a medio-largo plazo.

Además, no todos los autores coinciden en que la electrificación sea única vía (o la más más eficiente) para la descarbonización del sector residencial. Además de la electrificación, se contemplan: uso intensivo de la energía solar térmica en el propio edificio, sistemas centralizados o distric heating con utilización de combustibles libres de CO₂ o, por último, redes de distribución de gas que suministren biogás, hidrógeno, metano sintético etc. Cada una tiene una aplicación preferente para cada tipo de consumo residencial y algunas tienen dificultades para aplicarse a la realidad edificatoria española.

Por supuesto, en todos los casos una de las medidas básicas de eficiencia es la reducción de la demanda cumpliendo los requisitos del Código Técnico de la Edificación respecto al aislamiento del edificio y características de la envolvente es decir con la introducción del concepto de edificio de consumo de energía casi nula, EECN. Estos problemas, fundamentalmente relacionados con el parque edificado, son los que están directamente relacionados con las emisiones operativas B6, en el esquema modular de la EN 15978.

Aun cuando para obra nueva los EECN suponen un salto cualitativo muy significativo en el consumo de energía operativa y pensando que hoy estamos construyendo los edificios de 2030 y 2050, ¿estamos tomando ya las medidas que los modelos de descarbonización nos indican?

Por otra parte, la Directiva 2010/31/EC cuyo objetivo básico implica la construcción de EECNs, involucra al sector residencial que es responsable del 40% del consumo de la energía final en la Unión Europea. Estas cifras son ciertamente significativas, pero dependen fuertemente de la severidad del clima y de los usos y costumbres en materia edificatoria de cada país miembro. Además, su traducción a emisiones de CO₂ no es tan sencilla puesto que debe tenerse en cuenta el patrón de uso de la energía en el sector y el mix energético típico del país.

En España el 58% de las emisiones de CO₂ tiene origen en los denominados sectores difusos. La contribución del sector residencial, comercial e institucional es la tercera más importante, (14%), después del transporte (48%) y la agricultura (18%). Esto permite afirmar que el sector residencial es responsable de, aproximadamente, el 8% de las emisiones CO₂ del inventario nacional de emisiones.

Estas emisiones, como se ha indicado, son fundamentalmente, las asociadas a B6, emisiones puramente operativas, derivadas del uso del edificio. Estas emisiones no incluyen las derivadas del uso de la electricidad o las relacionadas con las emisiones de gases fluorados. Puesto que están contabilizadas (y reguladas) por el Régimen de Comercio de Derechos de Emisión Europeo, RCDE o EU ETS por sus siglas en inglés. En el caso de las emisiones embebidas, contable y regulatoriamente no son emisiones difusas. Se trata de emisiones de CO₂ asociadas a productos de construcción sometidos mayoritariamente también al RCDE.

Por ejemplo, el cemento dispone de un benchmark (una cifra de carbono embebido objetivo) establecido en 766 kgCO₂/t_clinker. Este umbral debe interpretarse como un límite superior fijado reglamentariamente por la media de emisión del 10% de las mejores fábricas europeas. El cemento producido en toda Europa deberá acercarse a este límite de carbono embebido que supone fabricar en el filo del límite tecnológico conocido actualmente.

Los esfuerzos adicionales que deben exigirse en un contexto de descarbonización tan ambicioso como el planteado, también están incluidos en los mecanismos previstos por el RCDE (por ejemplo, los factores de reducción lineal y los de corrección intersectorial). Las emisiones específicas del cemento alcanzarán un carbono embebido de 619 kgCO₂/t_clinker por medios convencionales o de 180 kgCO₂/t_clinker aplicando tecnologías de captura y almacenamiento en 2050.

Esto es así para todos los productos de construcción sometidos al RCDE: todos tienen un objetivo (benchmark) para su carbono embebido y todos han diseñado sendas para reducir este carbono embebido hasta los límites tecnológicos que cada producto pueda alcanzar en 2030-2050.

Hay un punto importante, incluso con electrificación intensiva y aplicando tecnologías de captura y almacenamiento de CO₂, no se prevé que pueda existir una descarbonización completa en algunos sectores. Esto es así por la eficiencia limitada de estas tecnologías (CCS) y, como ya hemos apuntado, por la dificultad de electrificar procesos térmicos de alta temperatura. Estas limitaciones son clave a la hora de pretender imponer límites al carbono embebido de edificios o estructuras. Simplemente, con el conocimiento actual, no es posible conseguir carbono embebido neto cero ni siquiera con los materiales ultra bajos en carbono de los que dispondremos en la segunda mitad del presente siglo.

Como se ha señalado, parte de las iniciativas que pretenden regular el carbono embebido de los materiales de construcción, tienen como objetivo establecer límites sobre la huella de carbono de los edificios (tCO₂/t_Sproductos/m²), sobre la huella de carbono de los propios productos de construcción individualmente (tCO₂/t_producto) o establecer restriciones sobre uno o varios de estos indicadores a la vez.

Si una parte significativa de los productos de construcción, cemento, acero, productos cerámicos, aluminio, materiales aislantes, etc,ya disponen de límites sobre su carbono embebido debido al RCDE, ¿qué sentido tiene regularlos dos veces?.

¿Cómo unos límites sobre el carbono embebido, aunque se establezcan conjuntamente, es decir sobre la lista de materiales del edificio (A1-A3), va a suponer un margen de mejora a nivel de edificio sobre materiales tecnológicamente en el límite (inferior) de su contenido en carbono?

La respuesta debe estar en el Edificio. Elementos constructivos eficientes en carbono cuando se trate de productos no directamente incluidos en el RCDE y Códigos que evolucionen para, con un mismo nivel de prestaciones, permitir una eficiencia en el uso de materiales necesariamente mayor.

Restricciones sobre el carbono embebido

Las restricciones sobre el inventario de carbono, por ejemplo, establecer límites superiores o la condición de tener una cifra neta cero, significa que deben existir mecanismos que, primero, minimicen y, luego, compensen este carbono embebido remanente (que, como ya hemos visto, los modelos predicen).

¿Como puede producirse esta minimización y compensación?. La literatura contempla varias alternativas:

• Minimización: La principal vía sigue siendo una adecuado diseño arquitectónico y una óptima elección de materiales y elementos constructivos. El inventario de carbono del edificio puede minimizarse recurriendo a estrategias que contemplen el uso de menos material por unidad de prestación. Por ejemplo, utilizando estructuras más esbeltas, utilizando materiales con mayores resistencias (o en general prestaciones) o con una combinación de ambas. demás es vital que la fase de uso se analice adecuadamente para contabilizar, debido a las actividades de manteninimento y sustitución, los incrementos de inventario de carbono. La durabilidad de los materiales y los elementos constructivos es clave para que el inventario de carbono del edificio no crezca con el tiempo. Esto supone realizar un verdadero análisis de ciclo de vida. Para ello las Declaraciones Ambientales de Producto, DAPs, que declaren unidades funcionales deben incorporar escenarios de uso y éstos modelizarse para cada edificio particular de acuerdo al apartado 10.2.3 adaptación de la información puerta a tumba de la EN15978. El vínculo de los productos y los materiales con el edificio se produce en este punto. Sólo DAPs A1-A3 son válidas sin referencia a un edificio. Para unidades funcionales, las DAPs hay que adaptarlas (básicamente respecto a los escenarios de los módulos de uso B y respecto a un edificio dado) para poder tomar decisiones correctas en base a los datos que aportan. Quizá el factor RSP/ReqSL incluido en el apartado 7.3 y el diagrama de flujo del capítulo 5 de la EN15978 sean el ejemplo más claro de esta necesaria adaptación de DAPs de unidades funcionales.
• Compensación: La principal vía hasta ahora consiste en utilizar materiales que tengan un carbono embebido negativo. Efectivamente, existen materiales que, contablemente, parten con una cifra negativa en su cuenta de emisiones de gases de efecto invernadero, es decir, podría considerárseles como un crédito de carbono que beneficiaría al edificio en su conjunto. Este artificio contable ya no es posible utilizarlo con la redacción actual de la EN 15804 puesto que se incorpora la condición de declaración obligatoria en todo el ciclo de vida. Si un material es neutro en emisiones, su balance en el ciclo de vida es cero, nunca negativo. Las limitaciones de las DAPs que declaran solamente los módulos en los que se podían contabilizar los créditos sin declarar aquellos módulos en los que se producen las emisiones (o que omiten escenarios de uso), deben tenerse en cuenta como limitaciones de los sistemas de evaluación que se han aceptado como válidos durante mucho tiempo pero que no representan la realidad física subyacente.

Vemos que la puerta cerrada a vías de compensación que no incluya a cualquier forma de carbono operativo o incluyan sumideros de tipo antropogénico tales como la recarbonatación del hormigón que puede lleger según estudios recientes hasta un 3%, hacen inoperativas las restricciones sobre el carbono embebido en cualquiera de sus formas.

Sistemas de evaluación

El cálculo y la información sobre el inventario de carbono que evite las dificultades y limitaciones presentadas en este artículo son herramientas fundamentales que deberían estar presentes en cualquier sistema de evaluación de edificios o regulación relacionada. Esta información permitiría diseñar las herramientas que permitan la flexibilidad necesaria en la compensación del CO₂ remanente.

El sistema de evaluación europeo LEVELs cumple con las citadas premisias de flexibilidad, necesidad de información y, en sus niveles de exigencia superiores, un riguroso análisis basado en la EN15978 y EN15804. Se cumple la premisa de información sobre inventario de carbono y sobre carbono operativo no estableciendose limites o condiciones previas sobre su gestión y posible compensación.

Conclusiones

Cualquier sistema de evaluación debe tener como figura central al edificio. La información de producto debe adaptarse al edificio dado en dos aspectos, la fase de uso y los efectos cruzados que puedan influir, positiva o negativamente, con el consumo operacional de energía.

La minimización del inventario de carbono del edificio es un papel de todos: productos básicos, productos derivados, sistemas constructivos y un diseño arquitectónico eficiente en carbono. La imposición de restricciones separadamente sobre el carbono embebido supone una doble regulación e impide los mecanismos de flexibilidad necesarios para compensar el carbono remanente que predicen los modelos de descarbonización.

Los modelos de evaluación de edificios deben tener un enfoque flexible y que al mismo tiempo permita recoger toda la información dinámica del inventario de carbono y de las emisiones operativas del edificio. LEVELs cumple con estas condiciones.

Referencias

• [1] “Thermal component activation”, Felix Friembichler et al., bmvit y VŌZ, primera edición inglesa, Viena, febrero 2017.
• [2] “Escenarios para el sector energético en España 2030-2050” Pedro Linares, David Declerq et al, diciembre 2017.
• [3] “Estudio del efecto sumidero de los materiales base cemento” Isabel Galán et al 2009.