Life Ewas: Gestión inteligente de infraestructuras y servicios públicos

Comunicación presentada al II Congreso Ciudades Inteligentes:

Autores

• Jose Antonio Cabo Valdés, R&D Technical Project Manager
• Jose Antonio Morales Sánchez, R&D Project Manager, Wellness Smart Cities & Solutions (Grupo Wellness Telecom)

Resumen

EWAS es un proyecto concebido para evaluación del impacto medioambiental, de la implantación de metodologías innovadoras de recogida de residuos que utilizan tecnologías poco invasivas basadas en la recogida y el análisis de datos mediante equipos y programas informáticos. El proyecto, que se engloba dentro del capítulo LIFE+Política y Gobernanza Medioambientales de la Comisión Europea. Está liderado por la firma andaluza Wellness Telecom a través de su filial Wellness Smart Cities & Solutions y la ciudad de Sevilla, a través de la empresa pública Lipasam, participa como socio en uno de los pilotajes junto con la ciudad de Chania, ubicada en Creta la isla más grande de Grecia que colabora junto con el operador privado DEDISA encargado de la recogida en dicha localidad. Para acometer este proyecto se ha constituido un consorcio internacional al que se suman la consultora medioambiental española ENT, responsable de asesorar en el diseño, implementación y evaluación del ciclo de vida del proyecto y la griega D-WASTE encargada de la parte social del proyecto. Con fecha de comienzo en 1 de julio 2014, EWAS está previsto que finalice y arroje resultados el 31 de septiembre de 2016.

Introducción

En esta era de crisis económica, la eficiencia de muchos de los servicios públicos ha sido cuestionada. Entre ellos la gestión de residuos, que es uno de los servicios con mayor impacto desde el punto de vista medio ambiental, social y económico a escala mundial. Según Eurostat, en el año 2012 la media de residuos municipales generados en la UE-28 ha sido de 492 kg por habitante y año. En España la cantidad estimada fue de 464 kg por habitante y año.

La Comisión Europea en los últimos años ha trabajado en varias directivas con el objetivo de reducir la emisión de gases de efecto invernadero y los costes asociados a los servicios públicos de gestión de residuos, fijando unos objetivos claros para el 2020 y situando el sector de la gestión de residuos como una de las mayores prioridades en la Unión Europea.

La recolección y transporte de los residuos pueden llegar a alcanzar el 70% del coste total de la gestión de residuos. Estos costes pueden variar entre los distintos Estados Miembros y entre los distintos municipios dentro del mismo Estado Miembro. Algunos de los principales factores que afectan a estos grandes costes son el esquema de recolección urbana, la frecuencia de recogida o el grado de dinamismo y optimización de la metodología de recogida de residuos empleada.

Por otro lado, y no menos importante, la recolección y transporte de los residuos tiene un coste energético intenso. Este coste viene derivado principalmente del consumo de combustible de los vehículos de recogida que a su vez depende de ciertos factores como la carga, las rutas, frecuencia y eficiencia en la conducción.

Las nuevas tecnologías y herramientas informáticas se ponen a disposición del sector de la gestión de residuos, un área de interés público-privado, para impulsar la innovación y eficiencia de las distintas metodologías y contribuir a la reducción marcada como objetivo en la directiva europea. Entre las áreas de aplicación de nuevas tecnologías para optimizar la gestión de residuos donde se están enfocando mayores esfuerzos de investigación y donde se espera conseguir un gran impacto es en la optimización de las rutas de recogida y en la consecución de una mayor participación de los ciudadanos en esta mejora. Esta última área que involucra al ciudadano es considerada fundamental para el éxito de cualquier estrategia de gestión de residuos, mediante la implicación de éste en el proceso mediante medios interactivos, información y servicios de valor añadido se conseguirá un mayor impacto medioambiental.

Hay una gran variedad de sistemas de recogida de residuos existentes en todo el mundo (Christensen, 2011). En general, no hay un mejor o un peor sistema, pero la decisión sobre los métodos más adecuados, tecnologías, o la combinación de ambos, en cada caso, se basa en factores tales como la planificación de la ciudad. Estas metodologías pueden ser suficientes para la recogida de residuos en sí en algunos casos, pero parecen no ser lo suficientemente eficientes, y al mismo tiempo producen varios problemas relacionados principalmente con el medio ambiente. La recogida y transporte de residuos genera emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera, que se asocia con el consumo de combustible de los vehículos de recogida (Rodrigues Pereira Ramos et al., 2014). En general, se estima que el sector de los residuos aporta aproximadamente el 3-4% de las emisiones de GEI antropogénicas globales (Bogner et al., 2008).

La recogida y transporte de residuos son el proceso más caro dentro de  la gestión de residuos y pueden alcanzar más del 70% del presupuesto total de la misma (de Oliveira y Borenstein, 2007; Tavares et al, 2009; Programa de las Naciones Unidas, 2009). Por lo tanto, debe ser realizado de la manera más rentable posible, obteniendo al mismo tiempo el mayor rendimiento (en términos de coste por tonelada recogida).

En este contexto, la Comisión Europea dentro del capítulo LIFE+ Política y Gobernanza Medioambientales, dedicado a proyectos pilotos que contribuyan al desarrollo de conceptos políticos, tecnologías, métodos e instrumentos innovadores, ha respaldado el proyecto “LIFE EWAS” que propone demostrar el potencial de los avances de las tecnologías de la información en la optimización de la gestión de residuos.  Esta iniciativa, liderada por Wellness Telecom a través de su filial Wellness Smart Cities & Solutions,  está trabajando en el uso de tecnologías poco invasivas para análisis de datos de disposición de residuos en los contenedores de reciclables para optimizar las rutas de recogida e involucración del ciudadano en las ciudades de Sevilla (España) y Chania (Grecia), respectivamente.

Con esta actuación se prevé reducir los costes de las actividades de gestión de residuos entre un 15 y un 30 por ciento así como lograr una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero de más de un 10 por ciento.

En este documento se detalla como la gestión de residuos, como servicio público, puede dar el paso hacia un modelo más sostenible e innovador apostando por todas aquellas tecnologías y aplicaciones que contribuyen a lograr una gestión más eficiente e integrada.

Descripción de la solución

El objetivo del proyecto EWAS es establecer la línea de base y la motivación de cómo las TIC pueden utilizarse en el ámbito de la recogida de residuos con el fin de lograr una metodología de recogida de residuos urbanos más eficiente y controlada en términos de mejoras económicas, ambientales, sociales y operacionales mediante el uso innovador tecnologías TIC y la participación de toda la cadena de interesados.

La hipótesis es que las TIC, per se, no contribuyen a mejorar la gestión de los residuos, porque necesitan ser complementadas con soluciones orientadas al usuario. En un nivel general los principales usuarios se pueden identificar como los gestores de recogida de residuos y los ciudadanos. Para lograr que los ciudadanos se involucren en las actividades de demostración es necesaria la participación de una muestra representativa de los mismos, lo cual es esencial para conseguir un cambio de comportamiento que conducirá a menos residuos, más reciclaje y menos los costes de gestión.

Un Sistema Inteligente Recogida de Residuos se compone de diferentes tipos de tecnologías y varias herramientas y servicios basados ??en ellas que ofrecen varias posibilidades para optimizar el proceso de recolección en sí y constituyen una solución robusta que es capaz de utilizar todos los datos reportados, mientras se lleva a cabo. El proyecto EWAS se centra en la combinación e integración de soluciones TIC parciales existentes que son capaces de ofrecer posibilidades concretas que ofrece un Sistema Inteligente de Recogida de Residuos con el fin de:

• Monitorizar el desempeño de la recogida de residuos a nivel de contenedor (sensorización)
• Apoyar la gestión de las rutas de recolección de residuos y flota.
• Aumentar la conciencia social y la comunicación entre las partes interesadas.

Metodología

La crisis económica ha empujado e incrementado la necesidad de contar con unos servicios públicos eficientes, tales como los Residuos Sólidos Urbanos Municipales (RSU). Los gestores de residuos, en colaboración con las empresas privadas, se enfrentan a un gran reto para mejorar sus procesos y reducir las emisiones de CO2 así como optimizar sus recursos y costes para alcanzar en 2020 retos prioritarios relacionados con las estrategias de gestión de residuos.

La metodología propuesta en el proyecto EWAS se basa en la siguiente combinación de tecnologías:

• Una infraestructura de detección (incluyendo elementos de hardware y de comunicación- Sistema eGarbage) para ser instalada en contenedores de residuos con el fin de ser capaces de controlar el nivel de llenado de los contenedores.
• Una plataforma de gestión de residuos que permita a los gestores de residuos visualizar el estado de llenado de cada contenedor en tiempo real y que proporcione informes para una óptima planificación de rutas (Sistema eGarbage).
• Una plataforma ciudadana que proporcione a los usuarios un servicio con valor añadido extra  relacionado con la gestión de residuos en su ciudad.
• Una infraestructura en la nube capaz de proveer los servicios que ofrece, tanto a los gerentes como a los ciudadanos los ciudadanos, y alojar todos los datos obtenidos.

Estas soluciones se pueden integrar en dos plataformas: Plataforma A y B. La plataforma A permite el control del nivel de llenado de un contenedor, el cálculo de las rutas de recolección óptimos, el ahorro en el combustible, el ahorro en las emisiones de GEI, la elaboración de informes sobre la marcha y estadísticas para el análisis y las auditorías, el seguimiento en tiempo real de las rutas, y la gestión de incidentes / alertas. Las entradas de esta plataforma provienen de los sensores instalados y de los usuarios del servicio, que podrían interactuar con la plataforma.

Plataforma B es la plataforma de gestión de información. Muestra información tanto a los gestores de residuos y como a los ciudadanos de una manera muy sencilla y rápida. De esta manera, los diferentes grupos de interés pueden obtener información con el fin de adaptar las metodologías de recolección de residuos a las necesidades, tanto de los datos reales obtenidos de los contenedores, como de los ciudadanos. Esta es una parte fundamental para el cambio de los hábitos de los ciudadanos y las metodologías actuales no optimizadas de recogida de residuos.

Infraestructura de sensorización

El agente remoto (sensor eGarbage) es un dispositivo capaz de medir diferentes parámetros de un contenedor de residuos (es decir, nivel de llenado, temperatura, ubicación y vibraciones) y comunicar ya sea a un concentrador o directamente al servidor central del sistema. Es un dispositivo a prueba de fugas.

La resolución media de la captura de los datos se puede adaptar a las necesidades del usuario final, pero en general la resolución media es de una hora. Ya que permite la configuración remota la resolución, ésta se puede ajustar una vez instalado.

El agente remoto se puede instalar fácilmente en diferentes tipos y tamaños de contenedores, incluyendo la carga hacia atrás y carga lateral, gancho superior y metro. Contiene una batería y se ha optimizado en términos de consumo de energía para que la batería pueda durar.

La comunicación con el concentrador se realiza mediante tecnologías inalámbricas como Zigbee, y con el servidor central a través de Wi-Fi o GPRS. El consumo de batería utilizando Zigbee o Wi-Fi es más bajo que el uso de GPRS. Si el municipio tiene una red Wi-Fi, también será una opción más barata que el GPRS. Sin embargo, con un sistema GPRS el contenedor se puede reubicar y todavía funcionará; esto no es posible con el uso de las versiones Zigbee y Wi-Fi.

Plataforma web

La aplicación basada en software se utiliza como el principal punto de entrada para los diferentes usuarios y grupos de interés. Cuenta con diferentes interfaces basados en el papel y los requisitos recogidos en un primer análisis con las partes interesadas:

• Interfaz de Administrador: puede acceder a todos los parámetros de configuración y la información de la plataforma, puede gestionar el resto de los papeles y tiene acceso a todas las funcionalidades del resto de las funciones de la plataforma. Además, el administrador puede gestionar el programa de premios (gamificación) ofrecido al ciudadano.
• Interfaz Gestor de Residuos: los gestores de residuos tienen pleno acceso a la información (contenedores, rutas, informes, incidentes, etc.).
• Interfaz Ciudadano: los ciudadanos pueden acceder con o sin estar registrados.
  1. Usuarios no registrados: sólo pueden ver la información general sobre el sistema.
  2. Usuarios registrados: tienen acceso a los servicios adicionales de la plataforma web ciudadana

Aplicación móvil

La aplicación móvil permite a los ciudadanos y operadores de los gestores de residuos acceder a los principales servicios e información de la plataforma web a través de los teléfonos móviles o tabletas.

La principal ventaja de la aplicación móvil es que los usuarios pueden reportar incidentes fácilmente independientemente de su ubicación e incluso pueden interactuar enviando imágenes desde su dispositivo móvil. El equipo operativo de la entidad gestora de residuos puede reportar incidentes en tiempo real.  La aplicación está disponible para los principales sistemas operativos móviles (iOS y Android), cuenta con una interfaz sencilla y directa y tiene varias funciones operativas.

Infraestructura Cloud

Con el fin de ser capaces de proporcionar todos los servicios mencionados, hay una necesidad de acoger todo el back-end de estos servicios en la nube. Una solución de software siguiendo el Software as a Service (SaaS) se recomienda debido a las siguientes características:

• Escalabilidad e integración: las aplicaciones SaaS están disponibles desde cualquier ordenador o cualquier dispositivo en cualquier momento y en cualquier lugar. La mayoría de la gente está familiarizada con el uso de la Internet para encontrar lo que necesitan además las aplicaciones SaaS tienden a tener altas tasas de adopción.
• Bajos costes iniciales: las aplicaciones SaaS se basan en suscripciones. El no tener derechos de licencia implica unos costes iniciales más bajos. Ser el proveedor de la aplicación permite gestionar la infraestructura de TI y se traduce en  menores costes de infraestructura de hardware y de software así como los esfuerzos técnicos para gestionar todo son menores.
• Actualizaciones: debido a que el proveedor de la aplicación gestiona todas las actualizaciones y mejoras, no hay parches para los clientes para descargar o instalar.

Demostración

Esta metodología será probada y ajustada en diferentes rutas de recolección de residuos reales de las diferentes localidades de las regiones mediterráneas de Sevilla (España) monitorizando 275 contenedores y en Chania (Grecia) haciendo lo mismo con 355 contenedores. Estas dos áreas tienen diferentes condiciones (zona urbana y zona turística, respectivamente). El proyecto permitirá demostrar las ventajas de los modelos innovadores de forma práctica y tener diferentes casos de éxito sobre la que apoyar las actividades de comunicación. Con el fin de poner en práctica las nuevas metodologías, se utilizará una plataforma ya desarrollada.

Para las actividades de demostración dos pilotos diferentes a gran escala serán desplegados en dos etapas:

1. En una primera etapa, se instalará la Plataforma A. Los sensores serán monitorizados pero no se planificarán ninguna acción. Los datos arrojados se utilizarán como recomendaciones y análisis que deben evaluarse antes de la aplicación, con el fin de verificar el funcionamiento completo del sistema y verificar los ahorros alcanzados en las rutas seleccionadas.
2. En una segunda etapa, después de haber demostrado la fiabilidad de la plataforma A y Plataforma B y después de analizar las mejoras alcanzables en las metodologías de recolección de residuos en cada piloto, EWAS propondrá la optimización de rutas y logística, así como la información social y servicios a los grupos de interés. En esta etapa, la mejora en los costes y las emisiones se mide y se compara con los anteriores. También incluirá actividades de comunicación dirigidas a los gestores de residuos, administraciones públicas y ciudadanos con el fin de informarles acerca de esta innovadora metodología de recogida de residuos.

Resultados y datos obtenidos

Un Sistema Inteligente de Recogida de Residuos tiene beneficios económicos, sociales y ambientales, además de:

• La reducción en los costes de inversión para la flota de vehículos, gracias a la capacidad de programar bajo demanda las recogidas de acuerdo a las necesidades reales, con la consiguiente reducción en el número de vehículos empleados.
• La mejora en los costes de operación (combustible, mantenimiento, etc.) de la recogida, gracias a la reducción de los vehículos, la distancia recorrida y los tiempos de carga y descarga.
• La reducción de ruido, debido a la eliminación de las rutas innecesarias (esto es especialmente interesante en zonas urbanas).
• Unos servicios urbanos más transparentes y atraer la participación ciudadana. Los datos de residuos se convierte en datos abiertos y como consecuencia puede atraer la participación de los ciudadanos, un pilar clave para la gestión no sólo de los servicios de recogida de residuos, sino para la mayoría de los servicios públicos.
• Reducción prevista de las emisiones de gases de efecto invernadero por el uso de dichas tecnologías, de acuerdo con los objetivos de la UE para 2020. Esta reducción es el resultado de la eliminación de paradas innecesarias, lo que significa una reducción de las emisiones de los motores, producidos tanto por los vehículos de recogida y la congestión del tráfico.

La metodología propuesta es más conveniente para las fracciones que se recogen menos frecuencia, como el vidrio, residuos de envases o papel. La metodología permite la optimización de la recogida de manera que se recogen sólo los contenedores que están llenos aunque también podría aplicarse a toda  la recogida de basuras. Aun así condiciones climáticas locales a menudo tienen una fuerte influencia en la determinación de la frecuencia de recogida.

Esta metodología también es muy conveniente para los municipios rurales, donde las rutas son muy largas y algunos contenedores están muy lejos de la carretera principal. En estos casos, la metodología puede aplicarse para reducir sustancialmente la distancia recorrida y el tiempo empleado en la misma. Los Servicios de Recogida de Residuos son, probablemente, los servicios municipales más «visibles», consumen una gran parte del presupuesto de la ciudad y su funcionamiento adecuado está directamente relacionado con la calidad de la gobernanza urbana y la satisfacción de los ciudadanos. Un sistema de recogida eficiente debe aspirar a un alto nivel de higiene, seguridad y salud pública teniendo en consideración también las medidas para el logro de la seguridad ambiental.

Por último, la mejora de recogida de residuos puede dar lugar a beneficios en temas de transporte, igualmente, mediante la renovación de la flota de recogida y la mejora de las rutas de los vehículos, con lo que se evitan de los atascos y se disminuyen las tasas de accidentes.

Conclusiones

El uso de las Tecnologías de la Comunicación de la información (TIC) puede dar lugar a un esquema de gestión de residuos más sostenible, donde los impactos y costes de esta actividad se reduzcan en comparación con las actuales prácticas del negocio.

Un completo Sistema Inteligente de Recogida de Residuos no sólo debe integrar las soluciones TIC más innovadoras sino que debe también combinar los más adecuados de tal manera que haga que la gestión de residuos sea más usable para los usuarios y que los involucre en la operativa del servicio.

Debe, por tanto, estar integrado por tecnologías de captación y envío de datos, tales como sensores volumétricos y sistemas de comunicación, y por las soluciones que procesan toda la información recopilada y aprovechan al máximo estas tecnologías. Una solución que debe ser fácil de usar y accesible desde varios dispositivos (ordenadores de abordo, sistemas remotos, teléfonos móviles, etc.).

La implementación de soluciones integradas en áreas piloto puede ayudar a demostrar las capacidades de las nuevas metodologías, mejorarlas y monitorizar los resultados. Se prevé que la metodología propuesta en este trabajo para permitir una reducción del 10% de las emisiones de GEI. La generalización de esta metodología, si se confirman estos resultados, podría ayudar a lograr el compromiso de reducción de gases de efecto invernadero de la UE para el año 2020.

En pocas palabras, de acuerdo con las herramientas TIC elegidas se puede facilitar la transición hacia una economía de bajas emisiones en carbono y de alta eficiencia energética y contribuir a los objetivos de la UE en relación con la reducción de gases de efecto invernadero para 2020 en el sector de gestión de residuos así como y mejorar las prácticas actuales de gestión de estos. También pueden mejorar la calidad de vida de las personas, reducir el impacto ambiental en comparación con las metodologías actuales, aumentar el nivel de reciclaje de residuos y la cooperación de los ciudadanos, y, finalmente, reducir la inversión y los costes operativos, el ruido y los problemas de tráfico.

Referencias

• Bogner, J., Pipatti, R., Hashimoto, R., Diaz, C., Mareckova, K., Diaz, L., Kjeldsen, P.S., Faaij, A., Gao, Q., Zhang, T., Ahmed, M.A., Sutamihardja, R.T.M., Gregory, R. (2008), Mitigation of global GHG emissions from waste: conclusions and strategies from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report. Working Group III (Mitigation), Waste Management Research 26: 11-13.
• Christensen T. H. (2011), Solid Waste Technology & Management, Blackwell Publishing Ltd. ISBN: 978-1-405-17517-3.
• de Oliveira Simmoneto, E., Borenstein, D. (2007), A.decision support system for the operational planning of solid waste collection, Waste Management 27: 1286-97.
• Rodrigues Pereira Ramos, T., Gomes, M.I., Barbosa-Póvoa, A.P. (2014), Economic and environmental concerns in planning recyclable waste collection systems, Transportation Research Part E 62: 34-54.
• United Nations Environment Programme (2009), Assessment of current waste management system and gaps therein developing integrated solid waste management plan. Training manual. Division of technology, industry and economics, Osaka/Shiga, Japan; International Environment Technology Centre.