Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

Resumen Técnico: Análisis de Flujo de Materiales Dinámico Basado en Escenarios de la Infraestructura Macroeconómica Holandesa

Planteamiento del Problema
Lograr la circularidad en los sistemas de infraestructura requiere la recuperación efectiva de materias primas secundarias de los stocks al final de su vida útil (EoL, por sus siglas en inglés) para compensar la demanda futura de materiales vírgenes. Si bien los Países Bajos poseen un stock de infraestructura bien desarrollado que ahora está alcanzando el final de su vida útil diseñada (construida principalmente en las décadas de 1960 y 1970), existe una brecha de investigación significativa respecto a la cuantificación de la disponibilidad futura de materiales secundarios de la macroinfraestructura no relacionada con la edificación. Los estudios existentes suelen centrarse en edificios o sectores específicos como la movilidad, pasando por alto las infraestructuras de agua, servicios públicos y combustibles fósiles. Además, existe una distinción crítica entre el potencial de recuperación teórico y la circularidad real de "circuito cerrado", donde los materiales retienen su funcionalidad y valor originales. Gran parte de la recuperación actual en los Países Bajos consiste en el infrauso o downcycling (por ejemplo, agregados de hormigón utilizados como relleno de carreteras), lo cual no logra reducir eficazmente la demanda de materiales primarios. Este estudio aborda la necesidad de cuantificar la demanda futura de materiales y el potencial de circularidad de circuito cerrado para el acero, el hormigón y el asfalto en la macroinfraestructura holandesa bajo diversos escenarios de transición.

Metodología
El estudio emplea un modelo de Análisis de Flujo de Materiales dinámico (dMFA) basado en stocks, conceptualizado según el marco de Müller (2006). El análisis cubre la macroinfraestructura (excluyendo edificios) a través de cinco categorías: Carreteras y ferrocarriles, Agua, Petróleo y gas, Electricidad, y Servicios públicos. Los tres materiales a granel analizados son el acero, el hormigón y el asfalto, que constituyen más del 90% del uso de materiales por peso en estos sectores.

• Fuentes de Datos: El desarrollo histórico del stock, la intensidad de los materiales y los promedios de vida útil (1950–2023) se recopilaron de la base de datos SUBLIME.
• Modelado de Vida Útil: Se utilizó una función de distribución de Weibull para modelar las curvas de supervivencia de la vida útil de la infraestructura, tal como se recomienda para activos de larga duración.
• Desarrollo de Escenarios: Se desarrollaron tres escenarios distintos para capturar la incertidumbre futura:
  • Escenario de Referencia: Se alinea con las proyecciones centrales de los propietarios de activos y las tendencias actuales.
  • Escenario de Baja Demanda: Supone incentivos regulatorios limitados y un progreso tecnológico lento.
  • Escenario de Alta Demanda: Supone una transición energética ambiciosa, fuertes intervenciones políticas (por ejemplo, mandatos de recuperación) e infraestructura de reciclaje avanzada.
• Cuantificación: El stock de material futuro ($MS$) se calculó utilizando el nexo stock-flujo-servicio: $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$, donde $Pop$ es la población, $S/Pop$ es el requerimiento de infraestructura per cápita y $M/S$ es la intensidad de material.
• Métricas de Circularidad: El estudio distingue entre el Potencial Máximo de Suministro (salida teórica) y el Potente de Recuperación Real (considerando las pérdidas sistémicas). Crucialmente, calcula la Circularidad de Circuito Cerrado (CLC), definida como el porcentaje de la demanda total de materiales cubierta por materiales secundarios reutilizados al mismo nivel de funcionalidad, excluyendo explícitamente el downcycling.

Resultos Clave
El análisis proyecta los flujos de materiales de 2024 a 2070 bajo los tres escenarios:

• Tendencias de la Demanda de Materiales:

  • Acero: Se proyecta que la demanda anual aumentará significativamente entre un 94–104% para 2070 en comparación con los niveles de 2024, impulsada principalmente por la expansión de la infraestructura energética (eólica marina/terrestre, solar).
  • Hormigón: Se proyecta que la demanda aumentará entre un 58–94%, impulsada por las redes de servicios públicos y los cimientos de energías renovables.
  • Asfalto: La demanda se mantiene relativamente estable, con un aumento proyectado de solo un 1–2%, ya que la red de carreteras es madura y la demanda es impulsada por la reposición más que por la expansión.

• Suministro y Potencial de Recuperación:

  • Acero: El suministro teórico de EoL podría cubrir el 74–86% de la demanda futura. Sin embargo, debido a la dependencia de la exportación, la contaminación (por ejemplo, cromo hexavalente) y las barreras regulatorias (NEN-EN 1090), la circularidad de circuito cerrado realizada se estima en un 31–40%.
  • Hormigón: El suministro teórico podría cubrir el 71–83% de la demanda. Sin embargo, el downcycling generalizado hacia bases de carretera de bajo valor limita la circularidad de circuito cerrado realizada al 3–23%.
  • Asfalto: El suministro teórico podría cubrir el 92–101% de la demanda. Debido a los marcos de reciclaje maduros y al alto uso de Pavimento Asfáltico Recuperado (RAP), la circularidad de circuito cerrado realizada se estima entre el 50–85%.

• Cambios Sectoriales: Para 2070, se proyecta que la infraestructura energética representará la mayoría de los stocks y salidas de acero (50–60%) y hormigón (42–56%), desplazándose de la dominancia histórica de las autopistas y los servicios públicos.

Contribuciones Clave

1. Alcance Integral: El estudio amplía el alcance del análisis de flujo de materiales más allá de los edificios y la movilidad para incluir las infraestructuras de agua, servicios públicos y energía, proporcionando una visión holística de los stocks de la macroinfraestructura holandesa.
2. Diferenciación de la Circularidad: Cuantifica explícitamente la brecha entre la recuperación teórica y la circularidad de circuito cerrado, destacando que las altas tasas de reciclaje (por ejemplo, 98% para residuos de construcción) a menudo enmascaran un downcycling significativo que no logra desplazar los materiales vírgenes.
3. Sensibilidad de los Escenarios: El análisis demuestra cómo la ambición política y el progreso tecnológico (específicamente en el escenario Alto) pueden mejorar significamente los resultados de circularidad, siendo el escenario Alto capaz de lograr entre un 13 y un 35% más de circularidad que el escenario de Referencia.
4. Identificación de Cuellos de Botella: El estudio identifica barreras sistémicas específicas, incluyendo la falta de capacidad nacional de Hornos de Arco Eléctrico (EAF) para el acero estructural, estándares de calidad estrictos que impiden la reutilización de hormigón de alto valor, y los desafíos logísticos para almacenar asfalto recuperado en regiones urbanizadas.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que estos hallazgos proporcionan una comprensión a nivel de sistema del potencial de circularidad de materiales en el sector de la macroinfraestructura holandesa. El estudio sostiene que, si bien el potencial teórico existe para satisfacer la gran mayoría de la demanda futura de materiales con recursos secundarios, las ineficiencias sistémicas actuales limitan la circularidad de circuito cerrado real a una fracción de ese potencial.

El documento concluye que la recuperación total de los stocks de materiales EoL podría reducir la demanda anual de materiales vírgenes entre un 16–49% entre 2024 y 2070. Esta reducción se presenta como un componente crítico para alcanzar el objetivo de emisiones netas cero de 2050 del gobierno holandés. Los autores enfatizan que alcanzar este potencial requiere un enfoque sinérgico que integre:

• Innovación Tecnológica: Específicamente, el supra-reciclaje (upcycling) de hormigón de alta graduación y la reutilización a nivel de componentes del acero estructural.
• Intervención Política: Mandatos de recuperación más fuertes, incentivos para materiales secundarios y marcos regulatorios actualizados (por ejemplo, yendo más allá de las restricciones de NEN-EN 1090).
• Intervenciones de Diseño: Priorizar el diseño para el desmontaje, la modularidad y la trazabilidad de los materiales.

El estudio posiciona a los Países Bajos como un caso representativo para otras naciones altamente industrializadas que enfrentan desafíos similares de infraestructuras envejecidas, ofreciendo conocimientos transferibles para la transición hacia la circularidad infraestructural.