Conceptos principales

La huella hídrica (HH) de un producto es el volumen de agua dulce utilizada para producir dicho producto, medido a lo largo de toda la cadena de suministro. Es un indicador multidimensional que muestra los volúmenes de consumo de agua por fuente y los volúmenes contaminados por tipo de contaminación. Todos los componentes de una huella hídrica se especifican geográfica y temporalmente. Es decir, la HH evalúa el consumo de agua considerando diferentes fuentes y también la calidad del agua. De acuerdo a esto, hay tres tipos de huellas hídricas; la verde y la azul (basadas en las fuentes) y la gris (basada en el impacto de la calidad del agua).

La huella hídrica verde se refiere al agua que está almacenada en la tierra como resultado de la precipitación (Bocchiola et al., 2013; Dekamin et al., 2018). En otras palabras, es el agua almacenada en el suelo disponible para las plantas. Dicho de otra manera, es el volumen de agua de lluvia que se evapora y evapotranspira por las plantas y que por tanto no se convierte en escorrentía. Este indicador adquiere mayor relevancia en sectores como el de la agricultura.

La huella hídrica azul es el agua que fluye en ríos y lagos o la subterránea. No es el agua que proviene directamente por la precipitación durante la temporada de cultivos (Fader et al., 2011, Rost et al., 2008; Hoff et al., 2010). Dicho en otra forma es el volumen de agua superficial o subterránea consumida. Es un indicador del uso consuntivo de agua, refiriéndose a las pérdidas de agua producidas cuando el agua se evapora, se devuelve a otra cuenca hidrográfica o al mar, o se incorpora a un producto o servicio.

La huella gris como tendencia en los últimos años (Lovarelli et al., 2018; Esmaeilzadeh et al., 2020), se enfoca específicamente en la ecotoxicidad tomando en cuenta la cantidad de agua necesaria para que los contaminantes estén en una dilución que pueda ser consumida por humanos o que no dañe la biodiversidad de un ecosistema a diferentes niveles tróficos (Marzullo et al., 2018). Es decir, el volumen de agua dulce requerido para diluir la carga contaminante contenida en un vertido dadas las concentraciones de fondo naturales y las normas de calidad ambiental. Si el vertido no supera los valores de calidad o concentraciones de fondo, se considera una devolución normal, por lo que no computaría como huella hídrica.

Además, la Huella Hídrica puede ser directa e indirecta. La huella hídrica directa se refiere al consumo de agua dulce y a la contaminación asociada al uso de agua realizado directamente en el desarrollo de la actividad de una organización, en la prestación de un servicio o en todas las fases de producción de un producto mientras que la huella hídrica indirecta se refiere al consumo de agua dulce y a la contaminación asociados con la producción de los bienes y servicios (exceptuando el agua) consumidos en el sistema analizado.

Como indicador del "uso del agua", la huella hídrica difiere de la clásica medida de "extracción de agua" en tres aspectos: 1) el concepto de huella hídrica solo tiene en cuenta el uso consuntivo del agua, es decir, no incluye el uso de agua azul en la medida en que esta agua vuelva a la misma cuenca de la que es extraída en el mismo periodo. Por tanto, difiere del concepto tradicional de uso del agua que sí incluye toda el agua extraída de las aguas superficiales y subterráneas, considerando los usos consuntivos (el agua consumida) y no consuntivos (agua devuelta en el vertido a la misma cuenca y en el mismo periodo), 2) no está restringido al uso de agua azul, sino que también incluye agua verde y gris y 3) no se limita al uso directo del agua, sino que también contempla el uso indirecto del agua.

La unidad de medida de la huella hídrica es el volumen de agua dulce consumido en un periodo de tiempo expresado en m³.

Cálculo de la Huella Hídrica. Metodologías aceptadas para el cálculo

Principalmente existen dos normas y metodologías de gran reconocimiento internacional:

En este estudio nos referiremos a la primera metodología y hemos tomado como referencia la “Guía para el cálculo de la Huella Hídrica”, elaborado por la, Consejería de Medio Ambiente, de la Generalidad Valenciana específicamente como ayuda para el manejo del agua. Este a su vez se basa en el manual elaborado por Hoekstra (2003).

Fases para un estudio completo de la Huella Hídrica

Las fases para un estudio completo de la huella hídrica son:

En la fase 1 desde el primer momento se debe especificar en qué tipo de huella de agua se quiere trabajar, es decir si es de un producto, un servicio, una organización y una vez definido esto debe indicarse las aplicaciones previstas, las razones para realizar el estudio, a qué público se dirige la huella de agua, si se van a comunicar los resultados y por qué medio piensa hacerse.

Por otra parte, para definir el alcance se debe escoger el periodo de tiempo a considerar, establecer un año base, determinar la unidad funcional y todas las entradas y salidas del sistema analizado han de estar referidas a la unidad funcional seleccionada. Además, establecer los criterios de corte, es decir hasta qué nivel de información se tomará en cuenta, también los criterios de asignación ya que, en la mayoría de las ocasiones, no se tiene una línea productiva simple, en donde las materias primas se transforman en un solo producto, sino que generalmente se producen más de un producto. Un aspecto muy importante es establecer qué se incluye y qué no se incluye en el estudio. Para ello, se han de detallar las etapas, procesos y flujos a considerar en la evaluación de la huella hídrica. Por último, deberán indicarse los indicadores o el indicador de impacto que han sido empleados en la evaluación de la huella hídrica.

En la fase 2 se deben cuantificar todas las entradas y salidas relevantes del sistema analizado que puedan contribuir de manera significativa a los impactos ambientales relacionados con el uso del agua. Lo anterior contempla la determinación de las entradas y salidas directas de agua, los tipos de recursos de agua utilizada (precipitación, agua de mar, agua superficial etc.), los parámetros y características que describen la calidad del agua, las formas de uso del agua: evaporación, transpiración, integración en el producto etc., la localización geográfica del uso del agua o del agua cuya calidad se ve afectada, los aspectos temporales del uso de agua, las entradas de materias primas e insumos de procesos, las entradas de energía (electricidad y combustibles), las salidas de productos, los transportes, la generación de residuos y las emisiones a la atmósfera, al agua y al suelo que puedan alterar la calidad del agua. La decisión de incluir o no alguna de las informaciones anteriores deben justificarse. Es obvio que la calidad de los resultados del estudio de huella hídrica estará directamente relacionada con la calidad del inventario utilizado. Siempre que sea posible se han de utilizar datos primarios. Si no se dispusiera de información primaria, se optaría por la estimación de dicho valor. Se recomienda que siempre que se pueda, los datos procedan de reportes confiables.

En la fase 3 la evaluación del impacto de la huella de agua debe cumplir las normas ISO 14044 e ISO 14046. Los impactos relacionados con el agua se pueden representar por uno o más parámetros que cuantifiquen los impactos ambientales potenciales de un sistema de producto, proceso u organización.

El término huella de agua solo se debe utilizar para describir el resultado o los resultados de una evaluación íntegra de la huella de agua. Si los impactos potenciales relacionados con el agua no se evalúan integralmente, el término huella de agua solo debe utilizarse con un calificativo. Por ello, es necesario determinar cuáles de estos parámetros se van a estudiar.

El primer paso es seleccionar las categorías de impacto e indicadores de categoría objeto de estudio. La selección de las categorías e indicadores de impacto debe ser coherente con el objetivo y el alcance definido, teniendo en cuenta los impactos ambientales potenciales ocasionados por los cambios en la cantidad y/o calidad del agua.

Finalmente, la fase 4 contempla la interpretación de los resultados y se basa en identificar las cuestiones significativas y conclusiones de los resultados obtenidos en la fase de evaluación del impacto

Cálculo de la huella hídrica azul:

La huella hídrica azul vendrá dada por la Ecuación 1

En el caso por ejemplo de un cultivo, si éste se riega desde una laguna o estanque tendrá lugar agua evaporada que se calculará multiplicando la evaporacion por el area del espejo de agua en cuestión.

El agua azul consumida será toda el agua directamente empleada para el cultivo así como el agua potable que fue empleada para el uso de los trabajadores.

Para la estimación del consumo indirecto del agua, deberá considerarse al agua empleada en la obtención de todos aquellos productos empleados en la produccion de un cultivo dado como fertilizantes, combustibles, electricidad, recipientes empleados para la cosecha u otros. El consumo indirecto de agua asociado al uso de estos materiales se obtiene multiplicando el dato de consumo anual (si se considera este período de tiempo para el cultivo) por un factor de conversión que es necesario buscar en la literatura nacional o internacional.

En el caso de flujos de agua no devueltos a la cuenca, se supone en la mayoría de los casos que no tienen lugar pues se consideran producciones agrícolas locales.

Cálculo de la huella hídrica verde:

En este caso es necesario saber los milímetros de agua de lluvia que se están empleando en las etapas consideradas para el cálculo de la huella hídrica. En el caso de cultivos en invernadero, la huella hídrica verde sería cero.

Cálculo de la huella hídrica gris:

La huella hídrica gris en el caso agrícola está asociada, según los manuales del cálculo de la huella hídrica al empleo de los fertilizantes y no de los insecticidas, y se toma en cuenta el que resulta mayoritario en la fórmula aplicada al cultivo en cuestión. Si se trata de una mezcla nitrogenada, se considera el nitrógeno como el componente principal. Entonces la huella hídrica gris se calcula según la Ecuación 2:

Donde:

L, es la carga del contaminante (masa/tiempo)

a, es la fracción del producto químico que llega a las aguas superficiales o subterráneas

Apl, es la cantidad del producto químico aplicada (masa/ tiempo)

Cmax, es la concentración máxima permitida (masa/ volumen)

Cnat, es la concentración natural del medio receptor (masa/ volumen)

Es necesario tener en cuenta solo el contaminante más crítico, es decir, el que dé lugar al mayor volumen de agua según la fórmula anterior. En la formula NPK se considera que el Nitrógeno es el mayoritario con alrededor de un 22%.

Para este cálculo hay dos variables a destacar por la complejidad en su determinación, en el caso de C_nat generalmente no hay información y se considera con valor cero y la fracción “a” que debe ser estimado pues tampoco se mide. Según Chapagain et al. (2006) se supone existe un 10% de lixiviación de Nitrógeno hacia el acuífero.

La carga de contaminantes se refiere a la cantidad total de contaminantes que se introducen en un medio ambiente específico (en este caso el Nitrógeno que lixivia), mientras que la cantidad de producto químico aplicado se refiere a la cantidad específica de un químico que se utiliza en un proceso o aplicación particular. La carga de contaminantes considera el impacto total que estos pueden tener, mientras que la cantidad de producto químico se centra en el uso o dosis específica sin necesariamente reflejar el efecto ambiental total.

Al llegar a este punto, es necesario conocer cuál es la concentración del contaminante que resulta apta y a partir de ahí se calcula la cantidad de agua necesaria para llevar la carga contaminante calculada en el caso analizado al nivel que resulta ambientalmente apto.

Finalmente, el análisis de los resultados consiste en comparar los valores obtenidos para los tres tipos de huellas hídricas y hacer un plan de medidas que favorezca la utilización sostenible y eficiente del agua disponible.

Main concepts

The water footprint (WF) of a product is the volume of fresh water used to produce that product, measured along the entire supply chain. It is a multidimensional indicator that shows the volumes of water consumption by source and the volumes polluted by type of pollution. All components of a water footprint are specified geographically and temporally. That is, the WF assesses water consumption considering different sources and also the quality of the water. Accordingly, there are three types of water footprints; the green and blue ones (based on the sources) and the grey one (based on the impact of water quality).

The green water footprint refers to the water that is stored in the soil as a result of precipitation (Bocchiola et al., 2013; Dekamin et al., 2018). In other words, it is the water stored in the soil available to plants. In other words, it is the volume of rainwater that evaporates and evapotranspires through plants and therefore does not become runoff. This indicator becomes more relevant in sectors such as agriculture.

The blue water footprint It is the water that flows in rivers and lakes or is groundwater. It is not the water that comes directly from precipitation during the growing season (Fader et al., 2011, Rost et al., 2008; Hoff et al., 2010). In other words, it is the volume of surface or groundwater consumed. It is an indicator of consumptive water use, referring to water losses produced when water evaporates, is returned to another watershed or the sea, or is incorporated into a product or service.

The gray footprint As a trend in recent years (Lovarelli et al., 2018; Esmaeilzadeh et al., 2020), it specifically focuses on ecotoxicity taking into account the amount of water needed for the pollutants to be in a dilution that can be consumed by humans or that does not harm the biodiversity of an ecosystem at different trophic levels (Marzullo et al., 2018). That is, the volume of fresh water required to dilute the pollutant load contained in a discharge given the natural background concentrations and environmental quality standards. If the discharge does not exceed the quality values ​​or background concentrations, it is considered a normal return, so it would not count as a water footprint.

Furthermore, the Water Footprint can be direct or indirect. The direct water footprint refers to the consumption of fresh water and the pollution associated with the use of water directly in the development of an organization's activity, in the provision of a service or in all phases of production of a product, while the indirect water footprint refers to the consumption of fresh water and the pollution associated with the production of goods and services (except water) consumed in the system analyzed.

As an indicator of “water use”, the water footprint differs from the classic measure of “water withdrawal” in three aspects: 1) the concept of water footprint only takes into account consumptive water use, i.e. it does not include the use of blue water to the extent that this water returns to the same basin from which it is withdrawn in the same period. It therefore differs from the traditional concept of water use which does include all water withdrawn from surface and groundwater, considering both consumptive (water consumed) and non-consumptive uses (water returned in discharge to the same basin and in the same period); 2) it is not restricted to the use of blue water, but also includes green and grey water; and 3) it is not limited to direct water use, but also considers indirect water use.

The unit of measurement of the water footprint is the volume of fresh water consumed in a period of time expressed in m3.

Water Footprint Calculation. Accepted methodologies for calculation

There are mainly two standards and methodologies of great international recognition:

In this study we will refer to the first methodology and we have taken as a reference the “Guide for the calculation of the Water Footprint”, prepared by the Department of the Environment of the Generalitat Valenciana specifically as an aid for water management. This in turn is based on the manual prepared by Hoekstra (2003).

Phases for a complete study of the Water Footprint

The phases for a complete water footprint study are:

In phase 1, from the outset, you must specify what type of water footprint you want to work on, that is, whether it is for a product, a service, an organization, and once this is defined, you must indicate the intended applications, the reasons for carrying out the study, what public the water footprint is aimed at, whether the results are going to be communicated and by what means you plan to do so.

On the other hand, to define the scope, it is necessary toSelect the time period to be considered, establish a base year, determine the functional unit and all the inputs and outputs of the system analysed must be related to the selected functional unit. In addition, establish the cut-off criteria, that is, up to what level of information will be taken into account, as well as the allocation criteria since, in most cases, there is not a simple production line, where the raw materials are transformed into a single product, but rather more than one product is generally produced. A very important aspect is to establish what is included and what is not included in the study. To do this, the stages, processes and flows to be considered in the evaluation of the water footprint must be detailed. Finally, the indicators or the impact indicator that have been used in the evaluation of the water footprint must be indicated.

In phase 2 All relevant inputs and outputs of the system analysed that may contribute significantly to the environmental impacts related to water use must be quantified. This includes determining the direct water inputs and outputs, the types of water resources used (precipitation, sea water, surface water, etc.), the parameters and characteristics that describe water quality, the ways in which water is used: evaporation, transpiration, integration into the product, etc., the geographic location of the water use or of the water whose quality is affected, the temporal aspects of water use, raw material and process inputs, energy inputs (electricity and fuel), product outputs, transport, waste generation, and emissions to the atmosphere, water, and soil that may alter water quality. The decision to include or not include any of the above information must be justified. Obviously, the quality of the results of the water footprint study will be directly related to the quality of the inventory used. Primary data should be used whenever possible. If primary information is not available, the estimation of this value will be chosen. It is recommended that data be obtained from reliable reports whenever possible.

In phase 3 lWater footprint impact assessment must comply with ISO 14044 and ISO 14046. Water-related impacts can be represented by one or more parameters that quantify the potential environmental impacts of a product system, process or organization.

The term water footprint should only be used to describe the outcome(s) of a comprehensive water footprint assessment. If potential water-related impacts are not comprehensively assessed, the term water footprint should only be used as a qualifier. It is therefore necessary to determine which of these parameters are to be studied.

The first step is to select the impact categories and category indicators to be studied. The selection of impact categories and indicators should be consistent with the defined objective and scope, taking into account the potential environmental impacts caused by changes in water quantity and/or quality.

Finally, phase 4 involves the interpretation of the results and is based on identifying significant issues and conclusions from the results obtained in the impact assessment phase.

Calculation of the blue water footprint:

The blue water footprint will be given by Equation 1

In the case of a crop, for example, if it is irrigated from a lagoon or pond, evaporated water will occur, which will be calculated by multiplying the evaporation by the area of ​​the body of water in question.

The blue water consumed will be all the water directly used for cultivation as well as the drinking water that was used for the workers.

In order to estimate indirect water consumption, the water used to obtain all those products used in the production of a given crop, such as fertilizers, fuel, electricity, containers used for harvesting, or others, must be considered. The indirect water consumption associated with the use of these materials is obtained by multiplying the annual consumption data (if this period of time is considered for the crop) by a conversion factor that must be found in national or international literature.

In the case of water flows not returned to the basin, it is assumed in most cases that they do not take place since they are considered local agricultural production.

Calculating the green water footprint:

In this case, it is necessary to know the millimetres of rainwater that are being used in the stages considered for the calculation of the water footprint. In the case of greenhouse crops, the green water footprint would be zero.

Calculation of the grey water footprint:

According to water footprint calculation manuals, the grey water footprint in agriculture is associated with the use of fertilizers and not insecticides, and the one that is the majority in the formula applied to the crop in question is taken into account. If it is a nitrogen mixture, nitrogen is considered the main component. The grey water footprint is then calculated according to Equation 2:

Where:

L, is the pollutant load (mass/time)

a, is the fraction of the chemical that reaches surface or groundwater

Apl, is the amount of chemical applied (mass/time)

Cmax is the maximum permitted concentration (mass/volume)

Cnat is the natural concentration of the receiving medium (mass/volume)

It is necessary to take into account only the most critical pollutant, that is, the one that produces the largest volume of water according to the formula above. In the NPK formula, Nitrogen is considered to be the majority with around 22%.

For this calculation there are two variables that stand out due to the complexity of their determination. In the case of Cnat, there is generally no information and it is considered to have a value of zero, and the fraction “a” which must be estimated is also not measured. According to Chapagain et al. (2006), it is assumed that there is 10% of Nitrogen leaching into the aquifer.

Pollutant loading refers to the total amount of pollutants introduced into a specific environment (in this case, leaching Nitrogen), while chemical quantity applied refers to the specific amount of a chemical used in a particular process or application. Pollutant loading considers the total impact that pollutants may have, while chemical quantity focuses on the specific use or dose without necessarily reflecting the total environmental effect.

At this point, it is necessary to know what the concentration of the contaminant is that is suitable and from there the quantity of water necessary to bring the contaminant load calculated in the case analyzed to the level that is environmentally suitable is calculated.

Finally, the analysis of the results consists of comparing the values ​​obtained for the three types of water footprints and making a plan of measures that favor the sustainable and efficient use of available water.