Exercicis: Impacte social i ambiental

Explica què és l'anàlisi de cicle de vida d'un producte i enumera les seves fases principals, des del bressol fins a la tomba. Per què mirar només la fase d'ús pot donar una imatge falsa de l'impacte real?

La figura mostra el cicle de vida d'un telèfon mòbil amb una fase tapada. Indica quina fase falta i descriu dos impactes ambientals que s'hi produeixen.

Explica què és un informe d'avaluació d'impacte i quins apartats mínims ha de contenir (descripció de la tecnologia, impactes identificats, mesures correctores i conclusions). Qui el redacta i qui l'utilitza per decidir?

Defineix la petjada de carboni d'un producte i explica per què s'expressa en $\text{kg}$ de CO₂ equivalent (suma de tots els gasos d'efecte d'hivernacle convertits al seu equivalent en CO₂). Posa un exemple d'activitat diària i la seva petjada aproximada.

Explica què és una ecoetiqueta oficial (com l'europea) i en què es diferencia d'un missatge publicitari «verd»: qui la concedeix, amb quins criteris verificables i quina garantia ofereix al consumidor.

Distingeix entre reduir, reutilitzar i reciclar amb un exemple d'envàs per a cada verb, i explica per què la jerarquia de residus ordena exactament així les opcions (la millor és la que evita generar el residu).

Explica què és la petjada hídrica d'un producte (aigua consumida en tot el seu cicle de vida) i per què una samarreta de cotó pot «portar» més de $2\,000\ \text{L}$ encara que fabricar-la amb prou feines mulli. Quina diferència hi ha entre aigua verda (pluja), blava (reg) i grisa (dilució de contaminants)?

Compara l'impacte per passatger d'un viatge Madrid–Barcelona en avió i en tren d'alta velocitat, raonant quina fase del viatge de l'avió concentra més emissions (enlairament) i per què la font de l'electricitat del tren importa en la comparació.

Compara el cicle de vida d'una ampolla de vidre retornable amb el d'una ampolla de plàstic d'un sol ús: impactes en extracció i fabricació, transport (el vidre pesa més), nombre d'usos i final de vida. Raona quin factor sol decantar el balanç a favor de la retornable.

Un cotxe elèctric no emet gasos en circular, però la seva bateria concentra una gran part de l'impacte de fabricació. Explica què és el «deute de carboni» inicial de l'elèctric en comparació del de combustió, de què depèn el quilòmetre en què s'iguala el balanç (mix elèctric, mida de la bateria) i quina conclusió pràctica se'n treu.

Identifica tres impactes socials de l'automatització d'una fàbrica (ocupació directa, nous perfils tècnics, condicions de treball) i tres d'ambientals (consum energètic, residus electrònics, eficiència de materials), i redacta una conclusió equilibrada per a l'informe d'avaluació.

Els estudis de cicle de vida de bosses de la compra sorprenen: la bossa de cotó s'ha d'utilitzar desenes o centenars de vegades per igualar l'impacte per ús de la de plàstic. Analitza quins factors expliquen aquest llindar (cultiu del cotó: aigua i pesticides; pes transportat; nombre real de reutilitzacions) i quina conclusió pràctica en treus per a la teva pròpia compra.

Un centre de dades consumeix electricitat per als servidors i, a més, gairebé una altra quantitat igual per refrigerar-los. Explica què és l'indicador PUE (quocient entre energia total i energia dels equips informàtics), quin valor té un centre eficient i tres mesures per millorar-lo (refrigeració gratuïta o free cooling, localització en climes freds, calor residual reutilitzada).

Explica la diferència entre economia lineal (extreure, produir, utilitzar, llençar) i economia circular, i descriu tres bucles de la circular (manteniment i reparació, reutilització de productes complets, reciclatge de materials) amb un exemple de producte per a cada bucle. Per què el bucle més curt (reparar) sol ser el més eficient?

Analitza el cicle de vida d'un fanal solar autònom: impactes de fabricació (panell, bateria de liti, pal), fase d'ús (emissions?) i final de vida de la bateria. Compara'l amb un fanal connectat a la xarxa i raona en quines situacions el solar guanya clarament i en quines no.

Un informe de sostenibilitat d'una motxilla utilitza quatre indicadors: energia ($\text{MJ}$), emissions ($\text{kg CO₂ eq}$), aigua ($\text{L}$) i residus generats ($\text{kg}$). Explica per què un sol indicador no basta (una opció pot guanyar en carboni i perdre en aigua), què és una ponderació d'indicadors i quina subjectivitat introdueix.

Una cafeteria universitària serveix $120\,000$ cafès a l'any i compara dos sistemes de servei mitjançant una Anàlisi de Cicle de Vida (ACV):

• Opció A (D'un sol ús): Got de cartó amb recobriment de PLA compostable. Petjada de fabricació i transport: $24\text{ g CO}_2\text{eq}$ i $0,25\text{ l}$ d'aigua per unitat. En llençar-se a l'abocador o planta de compostatge genera $16\text{ g CO}_2\text{eq}$.

• Opció B (Reutilitzable): Got de polipropilè injectat ($40\text{ g}$). Petjada de fabricació: $320\text{ g CO}_2\text{eq}$ i $3,2\text{ l}$ d'aigua. El rentat en rentavaixella industrial in situ consumeix $0,35\text{ l}$ d'aigua i genera $9\text{ g CO}_2\text{eq}$ d'energia per cicle. S'estima una taxa de pèrdua o trencament del $2\,\%$ per ús.

• Calcula el llindar d'amortització ambiental (nombre mínim d'usos que ha de durar un got reutilitzable per emetre menys $\text{CO}_2\text{eq}$ total que els d'un sol ús equivalents).

• Interpreta l'impacte de la taxa de pèrdua: si els alumnes extravien el got abans de l'ús 15, prediu quina opció genera un impacte de carboni més gran i quina una petjada hídrica més gran.

• Dissenya dues mesures de gestió tècnica o operativa per a la cafeteria que assegurin que l'opció reutilitzable sigui rendible ambientalment.

Un municipi debat substituir $50$ fanals de vapor de sodi a alta pressió (VSAP) de $150\text{ W}$ per lluminàries LED de $45\text{ W}$. Els fanals funcionen $4\,100\text{ h/any}$. El cost elèctric és de $0,18\text{ \euro/kWh}$ i el factor d'emissió del mix elèctric és de $0,22\text{ kg CO}_2\text{/kWh}$. La compra i instal·lació de cada LED costa $190\text{ \euro}$ i la seva fabricació genera $48\text{ kg CO}_2\text{eq}$. A les lluminàries actuals els queden 4 anys de vida útil; retirar-les i gestionar-les com a residu genera $2,5\text{ kg CO}_2\text{eq}$ per punt.

1. Calcula el període de retorn econòmic (payback) i el temps de retorn de carboni de la inversió.

2. El regidor afirma: «Substituir fanals que encara funcionen és antiecològic perquè es deixen equips útils i la seva fabricació nova ja ha contaminat». Rebat o confirma amb dades tècniques la seva afirmació calculant el balanç net d'emissions de $\text{CO}_2$ en els 4 anys de vida romanent de les VSAP.

3. Prediu com afectaria el dimensionament i retorn ambiental la incorporació d'un sistema de telegestió que redueixi el flux lumínic al $50\,\%$ durant $5\text{ h}$ nocturnes en els LED.

Dos fabricants de telefonia aborden el disseny d'un terminal amb filosofies oposades:

• Terminal X: Xassís unibody segellat amb adhesiu tèrmic impermeable (IP68), bateria fixa ultradelgada no extraïble i components integrats en una única placa base.

• Terminal Y: Xassís modular cargolat amb cargols Torx estàndard (IP54), bateria substituïble per l'usuari en 2 minuts i mòduls independents (càmera, connector USB, pantalla) connectats per flex.

• Analitza el cicle de vida de tots dos dispositius: quins avantatges i inconvenients presenten en la fase d'ús davant caigudes/aigua i en la fi de vida per al reciclatge de terres rares (neodimi, tàntal)?

• Un Índex de Reparabilitat oficial atorga al model X una nota de $3,8/10$ i al model Y un $8,9/10$. Justifica quins quatre criteris tècnics pondera aquest índex per penalitzar el terminal X.

• Suposa que el fabricant d'Y deixa d'actualitzar el sistema operatiu al cap de 3 anys, mentre que X ofereix suport de programari durant 7 anys. Prediu com aquest desfasament d'obsolescència lògica/percebuda altera la sostenibilitat real estimada en el disseny físic.

El 2012, el parc de turismes d'una ciutat feia una mitjana de consum de $6,5\text{ l}/100\text{ km}$ i cada vehicle recorria $10\,000\text{ km/any}$. El 2024, gràcies a millores en injecció i downsizing, el rendiment mecànic dels motors tèrmics va millorar un $28\,\%$. Tanmateix, la compra majoritària de vehicles tipus SUV va incrementar la massa mitjana en un $30\,\%$ i la secció frontal en un $15\,\%$, resultant en un consum real de $5,8\text{ l}/100\text{ km}$. A més, en abaratir-se el cost de combustible per quilòmetre, la distància mitjana recorreguda va augmentar a $12\,500\text{ km/any}$.

1. Calcula quantitativament la variació percentual del combustible total consumit per vehicle a l'any i interpreta el resultat a la llum de la Paradoxa de Jevons (efecte rebot).

2. Desglossa els factors de l'efecte rebot directe (conducta de l'usuari) i indirecte (disseny del producte/dimensionament) en aquest cas.

3. La regidoria proposa subvencionar la compra de SUV híbrids lleugers (MHEV) per reduir la contaminació. Justifica tècnicament per què aquesta mesura agreujarà el problema i dissenya una proposta regulatòria basada en paràmetres físics del vehicle (pes, petjada en planta, consum per passatger-km) per neutralitzar l'efecte rebot.

Es realitza una ACV comparativa entre dues peces de roba destinades al mateix ús funcional:

• Peça S (Polièster verge, fast-fashion): Fabricació: $4,5\text{ kg CO}_2\text{eq}$ i $150\text{ l}$ d'aigua. Vida útil estimada: $12$ posades/rentats abans de trencar-se o perdre la forma.

• Peça N (Cotó orgànic durador): Fabricació: $8,2\text{ kg CO}_2\text{eq}$ i $2\,700\text{ l}$ d'aigua (cultiu i filatura). Vida útil estimada: $75$ posades/rentats.

Cada cicle de rentat i assecat domèstic genera $0,18\text{ kg CO}_2\text{eq}$ i consumeix $25\text{ l}$ d'aigua. A cada rentat, la peça S desprèn unes $1\,800$ microfibres sintètiques no biodegradables.

1. Defineix la Unitat Funcional adequada per fer una comparativa justa i calcula l'impacte de carboni ($100$ posades) per a tots dos sistemes tèxtils.

2. Interpreta el trade-off ambiental: justifica per què avaluar únicament la petjada hídrica de fabricació conduiria a una conclusió errònia sobre quina és més sostenible.

3. Dissenya dues modificacions tècniques (una en el procés de filatura/disseny tèxtil i una altra en la fase de manteniment de l'electrodomèstic) adreçades a mitigar l'externalitat negativa específica del despreniment de microplàstics a la peça S.

Una central tèrmica de cicle combinat subministra electricitat i calor a un districte industrial emetent $0,36\text{ kg CO}_2\text{/kWh}$ i $110\text{ mg NO}_x\text{/Nm}^3$. Els costos sociosanitaris i d'acidificació atmosfèrica no pagats per l'empresa (externalitat negativa) es calculen en $0,028\text{ \euro/kWh}$. Per corregir-ho, l'administració avalua dos instruments d'internalització:

• Instrument A: Impost ambiental directe (taxa pigouviana) de $0,028\text{ \euro/kWh}$.

• Instrument B: Mercat de drets d'emissió transferibles amb reducció del límit (cap-and-trade) del $4\,\%$ anual.

• Prediu com incentivarà cada instrument els enginyers de planta: en quines condicions tècniques optaran per instal·lar sistemes de reducció catalítica selectiva (SCR) enfront de repercutir el cost a la factura energètica dels usuaris?

• Si l'empresa trasllada el $100\,\%$ de l'impost A al preu del quilowatt-hora, analitza per què es produeix un impacte social regressiu en els consumidors residencials de rendes baixes i justifica com estructurar un «dividend de carboni» per corregir-ho.

• Demostra per què un impost fix no garanteix un límit absolut d'emissions en una etapa d'expansió econòmica, mentre que el sistema de drets negociables sí que ho fa.

Una cadena de menjar ràpid substitueix anualment $200\,000$ jocs de coberts de poliestirè (PS) per dues alternatives:

• Opció 1: Àcid polilàctic (PLA) biodegradable en compostatge industrial (temperatura $>58\text{ }^\circ\text{C}$ i humitat controlada durant 60 dies). A la comarca, només el $18\,\%$ de la fracció orgànica recollida es tracta en plantes de compostatge amb aquestes especificacions; la resta va a abocador o incineració.

• Opció 2: Fusta de bedoll amb recobriment de cera vegetal. El seu processament requereix $3$ vegades més superfície de sòl i $2,5$ vegades més aigua que el PLA, però biodegrada en sòl o compost domèstic en $90$ dies.

• Analitza el fenomen de «transferència d'impactes» (burden shifting): prediu quins problemes mecànics i ambientals passaran si els usuaris llencen els coberts de PLA al contenidor groc d'envasos plàstics convencionals (PET/PE).

• A partir de les dades de gestió de residus de la comarca, justifica quina de les dues opcions ofereix un balanç ecològic real més favorable en el final de vida.

• Avalua la viabilitat tècnica de substituir els coberts d'un sol ús per coberts d'acer inoxidable amb un Sistema de Dipòsit, Devolució i Retorn (SDDR). Determina quins factors limitants d'infraestructura (espai de rentada, consum hídric/energètic local, taxa de pèrdues) s'han d'auditar per validar-ne la implantació.

Un fabricant de vehicles elèctrics ha de seleccionar la química de cel·la per a una nova flota urbana:

• Cel·la NMC (Níquel-Manganès-Cobalt): Densitat de $250\text{ Wh/kg}$. Cada bateria de $60\text{ kWh}$ necessita $9\text{ kg}$ de cobalt, procedent en gran part de mineria amb greus impactes de drets humans i contaminació d'aigües a la R. D. del Congo. El seu reciclatge hidrometal·lúrgic és econòmicament rentable per l'alt valor de mercat del cobalt i níquel.

• Cel·la LFP (Liti-Ferrofosfat): Densitat de $155\text{ Wh/kg}$. Empra ferro i fòsfor abundants sense cobalt ni níquel. Com que és menys densa, la bateria pesa un $61\,\%$ més per a la mateixa capacitat, incrementant el consum del vehicle en $1,2\text{ kWh/100 km}$. El seu reciclatge és deficitari avui dia.

• Planteja el conflicte de justícia ambiental: analitza el trade-off entre la justícia extractiva local (drets humans i degradació minera en països exportadors) i l'impacte climàtic global en la fase d'ús.

• Prediu el destí geogràfic de les bateries al final de la seva vida útil: si el reciclatge de LFP no és rentable de manera espontània pel mercat, quin risc de tràfic transfronterer de residus cap a països en desenvolupament es genera si no s'aplica la Responsabilitat Ampliada del Productor (RAP)?

• Proposa dues especificacions tècniques i reguladores (com el Passaport Digital de Bateries o percentatges obligatoris de material reciclat en cel·les noves) que permetin utilitzar química NMC mitigant de manera verificable les externalitats socials en origen.