Impact Assessment GFM

El Gap Filling Module de Evaluación de Impacto realiza la Evaluación de Impacto de Ciclo de Vida (EICV) convirtiendo flujos ambientales (emisiones y consumo de recursos) en puntuaciones de impacto estandarizadas. Utilizando factores de caracterización del IPCC, calcula equivalentes de CO2 y otros indicadores ambientales para productos alimentarios a lo largo de su ciclo de vida.

Referencia Rápida

Propiedad	Descripción
Se ejecuta en	Tipos de ActivityNode incluyendo FoodProcessingActivityNode, ModeledActivityNode, SupplySheetActivityNode
Dependencias	MatrixCalculationGapFillingWorker (debe completarse primero)
Entrada clave	Flujos ambientales (intercambios de biosfera) del cálculo matricial
Salida	Valores de evaluación de impacto (equivalentes de CO2), consumo de agua escasa
Activador	Se ejecuta en nodos de actividad después de calcular los flujos ambientales

Cuándo se Ejecuta

El módulo se activa cuando:

1. El nodo es un ActivityNode (no un ElementaryResourceEmissionNode)
2. El MatrixCalculationGapFillingWorker ha completado y poblado environmental_flows
3. Para nodos raíz, solo se ejecuta en FoodProcessingActivityNode, ModeledActivityNode, o SupplySheetActivityNode

Salida Clave

El módulo añade propiedades de evaluación de impacto tanto a nodos de actividad como a sus nodos de flujo padre:

• Evaluación de Impacto: Valores de equivalente de CO2 usando métodos de caracterización solicitados
• Consumo de Agua Escasa: Huella de escasez hídrica en litros

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Metodología Científica

Visión General de Evaluación de Impacto de Ciclo de Vida

La Evaluación de Impacto de Ciclo de Vida (EICV) es la fase del ACV donde el inventario de flujos ambientales se traduce en impactos ambientales potenciales. El Impact Assessment GFM implementa esto mediante:

1. Recolección de flujos ambientales del cálculo matricial (emisiones al aire, agua, suelo y consumo de recursos)
2. Aplicación de factores de caracterización para convertir cada flujo a una unidad común (como kg CO2-eq)
3. Agregación de resultados a través de todos los flujos para producir puntuaciones de impacto totales

Método de Caracterización del IPCC

El módulo utiliza el método IPCC 2013 GWP100a (Potencial de Calentamiento Global, horizonte temporal de 100 años) como su enfoque principal de caracterización:

Impacto [kg CO2-eq] = Suma de (Flujo Ambiental [kg] x Factor de Caracterización [kg CO2-eq/kg])

Factores de Potencial de Calentamiento Global

Factores de caracterización clave del Quinto Informe de Evaluación del IPCC (AR5):

Sustancia	GWP100 (kg CO2-eq/kg)	Notas
Dióxido de carbono (CO2)	1	Sustancia de referencia
Metano (CH4)	28	Sin retroalimentación clima-carbono
Metano (CH4)	34	Con retroalimentación clima-carbono
Óxido nitroso (N2O)	265
Monóxido de carbono (fósil)	4,06

El sistema utiliza valores de GWP sin retroalimentación clima-carbono (CCFB) siguiendo recomendaciones de PRe Sustainability y el consenso UNEP/SETAC. Esta elección proporciona estimaciones más conservadoras mientras mantiene consistencia con bases de datos de ACV establecidas.

Fuentes de Factores de Caracterización

Los factores de caracterización provienen de:

• Quinto Informe de Evaluación del IPCC (AR5): Fuente principal para valores de GWP
• Base de datos ecoinvent: Mapeados a identificadores de flujo elemental de ecoinvent
• Software de ACV Brightway: 211 sustancias caracterizadas para impacto de cambio climático

Categorías de Impacto Soportadas

El módulo puede calcular múltiples categorías de impacto basándose en la solicitud:

Categoría de Impacto	Método	Unidad	Descripción
Cambio Climático	IPCC 2013 GWP100a	kg CO2-eq	Potencial de calentamiento global sobre 100 años
Escasez de Agua	AWARE	L	Consumo de agua escasa

Se pueden cargar métodos de evaluación de impacto adicionales mediante la bandera --import_all_impact_assessments durante la importación de datos.

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Detalles de Implementación

Fórmula de Cálculo

El cálculo central aplica factores de caracterización a todos los flujos ambientales:

impact_assessments = {
    char_method: sum([
        flow_quantity * characterization_factor.get(biosphere_uid, 0.0)
        for biosphere_uid, flow_quantity in environmental_flows.items()
    ])
    for char_method in requested_impact_assessments
}

Donde:

• flow_quantity: Cantidad de cada flujo ambiental (del cálculo matricial)
• characterization_factor: Mapeo de IDs de flujo de biosfera a factores de impacto
• biosphere_uid: Identificador único para cada flujo elemental (emisiones, recursos)

Asignación de Flujo a Nodos Padre

Los resultados de impacto se asignan a nodos de flujo padre proporcionalmente:

# Para cada nodo de flujo padre
value = impact_quantity * flow_amount / production_amount

Esto asegura que cuando una receta usa múltiples nodos de actividad, la contribución de cada ingrediente se atribuye correctamente.

Manejo de Agua Escasa

El consumo de agua escasa se rastrea por separado de otros flujos ambientales:

1. El consumo de agua se identifica por un UID de biosfera específico (SCARCE_WATER_CONSUMPTION_XID)
2. Se extrae de los flujos ambientales antes del cálculo general de impacto
3. Se almacena como una ScarceWaterProp dedicada en nodos de actividad y flujo
4. Unidad: litros (L)

Orden de Procesamiento de Nodos

El módulo implementa un sistema de programación para asegurar el orden de ejecución correcto:

def can_run_now(self) -> GapFillingWorkerStatusEnum:
    # Esperar a que se complete el cálculo matricial
    if MatrixCalculationGapFillingWorker is scheduled:
        return GapFillingWorkerStatusEnum.reschedule

    # Comprobar si existen flujos ambientales
    if node.environmental_flows is None:
        return GapFillingWorkerStatusEnum.cancel

    return GapFillingWorkerStatusEnum.ready

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Flujo de Datos

Entrada: Flujos Ambientales

Los flujos ambientales son proporcionados por el MatrixCalculationGapFillingWorker e incluyen:

Tipo de Flujo	Ejemplos	Dirección
Emisiones al aire	CO2, CH4, N2O, CO, NOx	Salida (positivo)
Emisiones al agua	Nitrógeno, Fósforo	Salida (positivo)
Emisiones al suelo	Metales pesados, Pesticidas	Salida (positivo)
Consumo de recursos	Petróleo crudo, Gas natural, Agua	Entrada (negativo)

Salida: Propiedades de Evaluación de Impacto

El módulo crea objetos ImpactAssessmentProp con:

ImpactAssessmentProp(
    quantities={
        impact_term_uid: ReferencelessQuantityProp(
            value=calculated_impact,
            unit_term_uid=unit_term_uid  # p.ej., "kg CO2-Eq"
        )
    },
    for_reference=ReferenceAmountEnum.amount_for_activity_production_amount
)

Estructura de Caché

Los factores de caracterización se cargan en la inicialización y se almacenan en caché para rendimiento:

cache_characterization_factors_data = {
    "ipcc-2013-gwp100a": {
        "biosphere_flow_uid_1": {"amount": 1.0},    # CO2
        "biosphere_flow_uid_2": {"amount": 28.0},   # CH4
        # ... 211 sustancias caracterizadas en total
    }
}

cache_characterization_factors_unit = {
    "ipcc-2013-gwp100a": "kg_co2-eq_term_uid"
}

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Ejemplo de Cálculo

Escenario: Calcular impacto climático para 1 kg de tomates

Paso 1: Flujos Ambientales del Cálculo Matricial

Después del cálculo matricial, el nodo de actividad del tomate tiene estos flujos ambientales:

Flujo de Biosfera	UUID	Cantidad (kg)
Dióxido de carbono, fósil	099b36ab-...	0,85
Metano, fósil	b53d3744-...	0,012
Óxido nitroso	20185046-...	0,0003

Paso 2: Aplicar Factores de Caracterización

Usando factores IPCC 2013 GWP100a:

Flujo	Cantidad	FC	Impacto
CO2	0,85 kg	1,0	0,85 kg CO2-eq
CH4	0,012 kg	28,0	0,336 kg CO2-eq
N2O	0,0003 kg	265,0	0,0795 kg CO2-eq

Paso 3: Agregar Impacto

Impacto Total = 0,85 + 0,336 + 0,0795 = 1,2655 kg CO2-eq por kg de tomates

Paso 4: Asignar a Flujo Padre

Si esta actividad de tomate proporciona 0,5 kg a una receta:

Contribución a receta = 1,2655 * (0,5 / 1,0) = 0,633 kg CO2-eq

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Configuración

Solicitar Métodos de Evaluación de Impacto

Los métodos de evaluación de impacto se especifican en la solicitud de cálculo:

requested_impact_assessments = calc_graph.get_requested_impact_assessments()
# Devuelve: ["IPCC 2013 GWP100a", ...]

Evaluación de Impacto por Defecto

Si no se configuran términos específicos de evaluación de impacto:

DEFAULT_IMPACT_ASSESSMENT_METHOD = "IPCC 2013 GWP100a"
DEFAULT_IMPACT_ASSESSMENT_METHOD_XID = "ipcc-2013-gwp100a"

Cargar Métodos Adicionales

Se pueden importar métodos de evaluación de impacto adicionales usando:

python bw_import_controller.py --import_all_impact_assessments

Esto carga factores de caracterización para métodos más allá del cambio climático, permitiendo evaluaciones multi-indicador.

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Integración con Cálculo Matricial

El Impact Assessment GFM depende del Matrix Calculation GFM, que:

1. Construye la matriz tecnosfera: Representando todas las interconexiones de procesos
2. Construye la matriz biosfera: Capturando todos los intercambios ambientales
3. Resuelve el sistema: Usando inversión de matrices para calcular flujos acumulativos
4. Puebla environmental_flows: La entrada para evaluación de impacto

Estructura Matricial

Las matrices tecnosfera y biosfera siguen convenciones estándar de ACV:

Matriz Tecnosfera (A):

• Diagonal: Cantidades de producción (típicamente 1,0 para procesos normalizados)
• Fuera de diagonal: Flujos entre procesos (negativos para consumo)

Matriz Biosfera (B):

• Filas: Flujos elementales (emisiones, recursos)
• Columnas: Procesos
• Valores: Cantidad de cada flujo por unidad de salida de proceso

Cálculo:

s = A^(-1) * f  (vector de suministro)
g = B * s       (flujos ambientales totales)
h = C * g       (impactos caracterizados)

Donde C es la matriz de factores de caracterización aplicada por este GFM.

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Limitaciones Conocidas

Cobertura de Sustancias

• 211 sustancias caracterizadas para método IPCC GWP100a
• Algunas emisiones (carbono negro, aerosoles) no completamente caracterizadas
• NOx, SO2 y otras emisiones relacionadas con aerosoles pueden no incluir efectos climáticos indirectos

Consideraciones Metodológicas

• Retroalimentaciones clima-carbono no incluidas (enfoque conservador)
• Sin factores de caracterización regionalizados
• Factores de caracterización estáticos (no tienen en cuenta el momento de la emisión)

Notas de Calidad de Datos

• Factores de caracterización del IPCC AR5 (2013) - actualizaciones a AR6 aún no implementadas
• Algunos mapeos de unidades asumen "kg CO2-Eq" para métodos del IPCC cuando faltan datos de unidad

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Referencias

1. IPCC (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribución del Grupo de Trabajo I al Quinto Informe de Evaluación. Capítulo 8: Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Tabla 8.A.1.

2. Heijungs, R. & Suh, S. (2002). The Computational Structure of Life Cycle Assessment. Springer Netherlands.

3. ecoinvent Centre. Database Overview for ecoinvent v3.8. ecoinvent.org

4. PRe Sustainability. SimaPro Implementation Notes on IPCC AR5 Methods.

5. Brightway LCA. brightway.dev - Marco de ACV de código abierto usado para cálculos matriciales.