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La literatura de economía circular opera a menudo con metáforas biológicas —metabolismo, simbiosis— útiles para comunicar, pero sin la estructura formal que exige la ingeniería de sistemas complejos. Este capítulo da a la Teoría de Ecosistemas Industriales Circulares (TEIC) la forma de un marco formal de diseño y define el Índice Global de Circularidad Industrial (ICIG) como función de evaluación del diseño. «Formal» quiere decir aquí escrito con precisión, no inventado desde cero: la TEIC no es un sistema lógico-matemático del que broten resultados nuevos, sino una manera ordenada de reunir resultados ya conocidos de la termodinámica de sistemas abiertos, la ecología industrial y la economía ecológica, y de expresarlos con una notación común para que cada exigencia del diseño quede dicha sin ambigüedad y pueda medirse. El punto de partida es que la sostenibilidad no es una cualidad moral, sino una condición de frontera física que puede escribirse como desigualdades sobre los flujos del sistema.
Un ecosistema industrial circular E es un sistema termodinámico abierto y disipativo que mantiene su estructura interna mediante el intercambio de exergía y materia con su entorno, bajo restricciones de sostenibilidad fuerte.
El estado del ecosistema en el instante t es un vector de siete componentes, una por dimensión crítica:
\Psi(t) = \bigl[\,W(t),\ E(t),\ M(t),\ C(t),\ B(t),\ S(t),\ G(t)\,\bigr]^{\top} \in \mathbb{R}^7
con W el estado hídrico, E el energético, M el material, C el climático, B el biológico y ecosistémico, S el social y G el de gobernanza.
Las dos condiciones que siguen son principios de diseño. No son verdades evidentes que se acepten sin prueba, como los axiomas de la geometría, sino exigencias que el diseño se impone a sí mismo: un proyecto concreto puede cumplirlas o no, y la manera de saberlo es medir los stocks y los flujos que nombran.
Principio 1 · No degradación del capital natural. La derivada temporal del stock de capital natural —agua, suelo, biodiversidad— debe ser no negativa:
\frac{dK_N}{dt} \ge 0
Principio 2 · Cierre de ciclos. El flujo de residuos que atraviesa la frontera del volumen de control, relativo al flujo de entradas, debe tender a cero:
\lim_{t\to\infty} \frac{\oint_{\partial V} \dot{\mathbf{m}}_{res}\cdot d\mathbf{A}}{\oint_{\partial V} \dot{\mathbf{m}}_{ent}\cdot d\mathbf{A}} = 0
La mayoría de los índices de sostenibilidad agregan con medias aritméticas, lo que implica compensabilidad total: un colapso del sistema hídrico podría compensarse con un excedente energético. Esa propiedad contradice la ley del mínimo de Liebig, según la cual el desempeño de un sistema lo limita su factor más escaso. El ICIG utiliza por ello una media geométrica penalizada, no compensatoria (si una dimensión colapsa, el índice colapsa) y sensible al desequilibrio entre dimensiones.
Paso 1 · Normalización. Cada indicador j de la dimensión k se lleva al intervalo [0, 1] con umbrales físicos de referencia:
n_{kj} = \frac{x_{kj} - L_{min,kj}}{L_{max,kj} - L_{min,kj}}
Si la polaridad es negativa, como en las emisiones, se utiliza 1 − n_kj.
Paso 2 · Agregación dentro de cada dimensión, donde se admite cierta sustituibilidad técnica:
C_k = \sum_{j=1}^{m_k} \alpha_{kj}\, n_{kj},\qquad \sum_j \alpha_{kj} = 1
Paso 3 · Agregación global, con penalización por heterogeneidad:
\mathrm{ICIG} = \left(\prod_{k=1}^{7} C_k^{\,w_k}\right)\cdot\bigl(1 - \lambda\,\sigma_C\bigr),\qquad \lambda = 0{,}5
donde w_k es el peso de cada dimensión y σ_C la desviación típica de los siete subíndices. Con λ = 0,5, la penalización máxima es del 25 % para σ_C = 0,50.
| Dimensión | Subindicadores | Peso |
|---|---|---|
| Agua | Consumo específico de desalación (kWh/m³); tasa de reúso (≥ 90 %); caudal devuelto a los ecosistemas | 0,15 |
| Energía | Fracción renovable; flexibilidad de demanda (batería virtual); inercia síncrona; eficiencia del anillo de vapor | 0,15 |
| Materiales | Índice de circularidad de materiales (MCI); porcentaje de residuos valorizados (> 95 %) | 0,15 |
| Carbono | Intensidad de carbono (tCO₂e por unidad de valor añadido); balance neto = emisiones propias − remociones durables | 0,15 |
| Ecosistemas | Índice de Shannon en zonas restauradas; carbono orgánico del suelo; hectáreas restauradas | 0,15 |
| Social | Empleo local directo; calidad del empleo (salario/mínimo); inversión social | 0,15 |
| Gobernanza | Transparencia del sistema MRV; inversión en I+D+i; auditoría de bioseguridad | 0,10 |
El balance neto de carbono no incluye las emisiones evitadas a terceros, que se informan por separado. El subíndice de carbono se satura en 1 cuando el balance es negativo. La gobernanza tiene un peso menor para enfatizar el desempeño físico, pero actúa como condición habilitadora: con C_G < 0,5 el sistema se considera de alto riesgo.
| Intervalo | Categoría | Significado |
|---|---|---|
| ICIG < 0,40 | Lineal o degenerativo | Consume capital natural |
| 0,40 ≤ ICIG < 0,60 | En transición | Mejoras de eficiencia sin cierre completo de ciclos |
| 0,60 ≤ ICIG < 0,80 | Circular | Balance de masa cerrado y neutralidad de carbono |
| ICIG ≥ 0,80 | Regenerativo | Balance de carbono negativo y restauración activa del entorno |
La categoría regenerativa es el objetivo de diseño del clúster en régimen. Según las cuentas del modelo, el diseño alcanza un balance neto de carbono de −25.123,56 tCO₂e/año y vertido cero de salmuera, rasgos coherentes con esa categoría.
Conviene leer esta escala como lo que es: una convención. Los pesos de las dimensiones (0,15 y 0,10), el coeficiente de penalización λ y los umbrales que separan las categorías (0,40, 0,60 y 0,80) son decisiones de diseño, no resultados: dicen qué considera importante el proyecto y dónde traza cada frontera, del mismo modo que una escala de calificaciones decide dónde empieza el aprobado. Que sean convenciones no las hace arbitrarias, pero obliga a comprobar que la conclusión no cambia si se mueven. Y saber dónde empieza el aprobado no dice qué nota tiene el alumno: para eso hay que corregir el examen. Para que la categoría regenerativa pase de objetivo a resultado faltan tres pasos: calcular el valor del ICIG con sus siete subíndices a partir de los balances del modelo; estudiar su sensibilidad a los pesos, es decir, comprobar si la categoría se mantiene cuando los pesos varían dentro de un margen razonable; y contrastar su dimensión de materiales con una métrica externa ya establecida, el Material Circularity Indicator de Ellen MacArthur Foundation & ANSYS Granta (2019). Es el mismo MCI que la tabla de las siete dimensiones usa como subindicador; calculado aparte con su método de referencia, pensado para productos y que habrá que adaptar al clúster, permite ver si el subíndice de materiales del ICIG y esa métrica describen de forma coherente la circularidad de los materiales.
La media geométrica penalizada obliga al sistema a avanzar en todas sus dimensiones a la vez: no basta con producir energía limpia si se descuida el ciclo biológico o el social. El ICIG es, por construcción, el cuadro de mando que el gemelo digital utiliza para evaluar las decisiones de inversión y operación.