La sostenibilidad lumínica a debate: el lado más oscuro de la luz LED
La eficiencia energética de los LED, ensalzada por su bajo consumo, oculta tras de sí un enjambre de consecuencias derivadas de su instalación masiva, la contaminación lumínica, los materiales necesarios para su fabricación y el "efecto rebote".
Los retos que plantean las urbes se multiplicarán de forma exponencial según nos acerquemos a los 10 millones de habitantes que se espera que habiten el mundo para finales de siglo, el 70 por ciento en las grandes ciudades.
Durante milenios, la humanidad se ha orientado por la noche mirando al cielo, gracias a la luz de la luna y las estrellas. El día y la noche, la luz y la oscuridad, han guiado desde nuestros orígenes los ritmos circadianos de los seres vivos, han marcado el ritmo de nuestro reloj biológico de manera rigurosa.
La primera forma de iluminación artificial surgió con el control del fuego, utilizado para calentarse y protegerse de los animales salvajes. Las chispas que saltaban de las fogatas se convirtieron en las primeras antorchas, que durante muchos milenios continuaron como una importante fuente de iluminación. Ya fuera en mano o ancladas en soportes metálicos por las calles, se convirtieron en el primer ejemplo de alumbrado público durante el medievo.
Por el camino llegaron otras herramientas lumínicas. Las lámparas de aceite tomaron el relevo hacia el 8000 a 7000 a.C. en Mesopotamia, y sobre el 2700 a.C. en Egipto y Persia. El uso de las velas no llegó hasta el 400 d.C de la mano de los fenicios y la cera de abeja. Pero, el gran paso hacia la iluminación tal y como la conocemos se dio en 1650, cuando Otto von Guerike descubrió que podía producir la luz de forma eléctrica. Tras muchos avances, a finales del siglo XIX, Thomas A. Edison produjo una lámpara incandescente con un filamento carbonizado que se podía comercializar.
El descubrimiento de la bombilla eléctrica, uno de los mayores hitos de la historia de la humanidad, transformó por completo los ritmos naturales de la luz. “A finales del siglo XIX las primeras formas de iluminación por medio de electricidad ya se hacen presentes, el tipo de fuente de luz eléctrica que se usaba eran de tipo arco voltaico”, explica Santiago Enríquez, investigador de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Cataluña.
La luz artificial permitió conquistar el tiempo y utilizarlo de manera libre, cambiando el ciclo más básico de nuestra existencia: la noche y el día. “Su época dorada, la década de 1880, vio cómo la noche era iluminada en muchas ciudades con potentes lámparas de arco muy perfeccionadas”, explica Enríquez.
“Llegados a la década de los 80 del siglo XIX, llegó Edison y se apropió inteligentemente de sus predecesores para dar vida a la revolución del alumbrado eléctrico, protagonizado por lámparas de incandescencia y firmando la sentencia de muerte de las lámparas de arco”.
No fue hasta 1962 cuando se produjo el último cambio en la historia de la iluminación con el desarrollo de los LED (en inglés light emitting diode) por parte de Nick Holonyak. A día de hoy, el avance de la luz artificial ha sido tan vertiginoso que, a medida que destierra la noche dentro y fuera de nuestras ciudades, avanza su enorme huella en nuestra salud y en el planeta: un aumento de la contaminación, de las enfermedades, cambios en las migraciones de las aves o el desequilibrio en los ciclos de los árboles, entre otras consecuencias.
Aunque este tipo de iluminación llegó abanderada por la sostenibilidad, sus impactos podrían no ser tan positivos debido a su utilización y a la puesta en marcha de diseños de iluminación deficientes. La eficiencia energética, es decir, la optimización del consumo energético se encuentra hoy en las agendas de todos los países del mundo, una rápida expansión que pretende contribuir a la consecución de los objetivos de la Agenda 2030.
“Todos los indicadores anuncian que el progreso mundial en materia de eficiencia energética se ha recuperado este año hasta alcanzar el ritmo anterior a la pandemia, pero la realidad es que ya estaba muy por debajo de lo que se necesitaría para alcanzar las emisiones netas cero a mediados de siglo”, afirma Mario Prieto, editor y director general de Smartlighting, con motivo del seminario Avances en eficiencia energética e iluminación del pasado jueves 24 de febrero.
Según el experto, la industria de la iluminación se encuentra en una carrera por la innovación sin precedentes, y pide a todos los países e industrias una rápida transición a la iluminación LED. Pero, ¿cuánto están remando los LED a favor de la sostenibilidad energética?
La contaminación lumínica crece
"Sin darnos cuenta estamos dejando desprotegido de forma continua el 50 por ciento del planeta: aquella parte en la que es de noche, ya que la esencia de los ecosistemas durante la noche se basa en esa oscuridad", afirma el astrofísico y experto en contaminación lumínica Alejandro Sánchez de Miguel. "Hemos eliminado la oscuridad de la península ibérica y de una gran parte del planeta".
Según el experto, se puede navegar desde Mallorca de noche hasta Barcelona solo siguiendo su luz. Esto se debe a que la contaminación lumínica de las grandes urbes llega a cientos de kilómetros de la propia ciudad. Por tanto, aunque la referencia que tenemos afirma que el 26,5 por ciento de la superficie terrestre está iluminada, realmente este dato es la punta del iceberg, según afirma el experto. "Ese porcentaje es el que está iluminado de manera directa, es decir, las zonas en las que hemos destruido por completo la noche, pero la luz viaja hasta muchísima más distancia. Aún no sabemos realmente hasta dónde llega esta mancha ni sus consecuencias".
Existen varios tipos, como el deslumbramiento, una luz cegadora que viaja en dirección horizontal, la luz invasiva de zonas cercanas y la luz reflejada hacia el cielo que asciende creando la boina luminosa característica de las ciudades.
En la carrera por el bajo consumo, las luces LED han ido expandiéndose a gran velocidad. A pesar de su eficiencia, el astrofísico sintetiza sus consecuencias en tres: además de la contaminación lumínica, el desperdicio energético generado por la sobre-iluminación, la emisión de CO2 en la producción de toda esa electricidad y también en la fabricación de las luces.
En el interior de un LED hay múltiples materiales, como metales tan preciados como el oro y la plata, o también el indio, el paladio o las tierras raras. Estos materiales, en un porcentaje concreto y pequeño, son los que convierten a un LED en la lámpara más eficiente. Pero esta sofisticación en sus materias primas tiene un precio, por lo que hoy no hay ningún proceso industrial que sea capaz de recuperar todos sus componentes.
"En su fabricación se emiten muchas toneladas de CO2, se extraen tierras raras de manera muy contaminante y su minería es uno de los fenómenos más destructivos del planeta", explica Sánchez de Miguel.
Enríquez clasifica los puntos críticos de impacto de una fuente de luz en: extracción de las materias primas no renovables – como el aluminio en los LED –, el procesamiento, la manufactura, el uso y la vida útil. Según afirma en su informe, el 60 por ciento de los materiales utilizados en una luz LED son metales, seguido del vidrio, plástico y otros en porcentajes del 13 y 14 por ciento.
Según este experto, la energía consumida en la fase de manufactura de los LED, comparada con el tungsteno o volframio, es de casi 300 megajulios frente a 150. “Esto se debe especialmente al uso de varios metales y plásticos en su elaboración este valor prácticamente duplica al de elaboración de dos CFL [lámparas fluorescentes de bajo consumo] y es extremadamente superior a la energía utilizada en la elaboración de 18 fuentes de luz del tipo incandescente [IL]”, explica Enríquez.
La simplicidad en la etapa de fabricación de una fuente de luz tipo IL contrasta con sus competidoras la CFL y LED, es por esto que la energía y materiales utilizados en la fabricación de luz incandescente es la menor de las tres.
Sánchez de Miguel hace además alusión a la mala gestión de la supuesta vida útil de estas bombillas. “Hay muchas ciudades que han tenido que cambiar toda su iluminación, que ha quedado obsoleta mucho antes de lo previsto”.
El frío es una de las claves que logra que un LED dure mucho más que una bombilla antigua, una de las claves que fundamentan su eficiencia energética pero que, en la práctica, está suponiendo un coste mucho mayor.
Aunque la primera generación de LED utilizaba aluminio para su enfriamiento, hoy ese material se ha cambiado por plástico y ya no se recicla. Según cifras de Ambilamp, la organización responsable de la recogida y reciclaje de lámparas en España, el 23 por ciento de una bombilla led es plástico.
El efecto rebote: menos coste, más luz
En este sentido, el experto alerta que es muy difícil disminuir la contaminación lumínica si no existen mediciones. "En el mundo, apenas se realizan medidas para el control real de la contaminación lumínica o de las emisiones de CO2 reales. Como mucho, se ve cuál es el gasto energético en el mejor de los casos, cuando en una gran parte de los casos, la mayor cantidad de emisiones se realiza en el transporte o en la fabricación", explica Sánchez de Miguel.
Que sean más o menos sostenibles que las luces tradicionales depende, en primer lugar, de que "su ahorro energético sea mayor que el que las que había antes, que ese ahorro energético sea suficiente para compensar el impacto ambiental de su fabricación", y por último, "que sus emisiones luminosas sean menores que las que había tradicionalmente".
Según el experto, la famosa eficiencia energética de las luces LED también podría estar en el punto de mira a causa del llamado efecto rebote, según un estudio publicado en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente. "Es posible que las mejoras en la eficiencia luminosa de las lámparas de exterior no generen ahorros de energía o reducciones en las emisiones de gases de efecto invernadero", explica el estudio. "Cuando la luz se vuelve más barata, muchos usuarios aumentarán la iluminación y algunas áreas que antes no estaban iluminadas pueden alumbrarse".
¿La revolución de la iluminación?
Un estudio publicado en Science Advance afirmó que la contaminación lumínica crece un 2,2 por ciento al año, apoyando la teoría del efecto rebote. Según indican, el objetivo de la "revolución de la iluminación", la disminución del consumo de energía, "podría verse socavado por un efecto rebote de un mayor uso en respuesta a la reducción del costo de la luz".
Sobre la contaminación de la electricidad, los combustibles fósiles, como el carbón o el petróleo, se queman cada año para producir electricidad, por lo que aún no es una energía limpia. El Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE) cifra en 340 gramos de CO2 cada kilowatio por hora de luces LED.
Sin embargo, obtener las cifras de gasto y, por tanto, de contaminación, no es una tarea sencilla. No hay estudios que indiquen el aumento en el uso de la electricidad, ni de la contaminación que supone según el día y la hora, ya que las fuentes de producción de energía son muy variables.
Además, esta tecnología tiene un gran problema ambiental: solo se puede reciclar una parte de su material, el resto termina en el vertedero o incinerándose en plantas donde se utiliza como combustible. Con el problema actual de magnitud universal de desabastecimiento de chips se ha convertido en un producto muy solicitado de alta tecnología.
Efectos en la salud humana
La contaminación lumínica también ha comprometido la salud humana. La luz excesiva puede saturar las células fotorreceptoras de la retina, afectando a la vista. Además, altera los ciclos naturales del sueño, que puede derivar en multitud de enfermedades. La contaminación lumínica deriva además en más emisiones de carbono. "La razón principal para su uso es la estimulación de la segregación de hormonas de la felicidad", explica Sánchez de Miguel. "Es en definitiva un ejercicio de marketing".
La sobreiluminación no es el único problema, ya que no solo hay más luz, sino que esa luz tiene un componente azul mucho mayor en la tecnología LED, cuyo diseño valió el premio Nobel de Física en 2014 a sus inventores. Sin embargo, una luminaria con un diseño deficiente puede ser un factor de riesgo para enfermedades como el cáncer o la epilepsia, o puede crear daños a largo plazo en la visión, según afirma Miguel Cacheda, ingeniero Superior de Telecomunicaciones por la Universidad de Vigo y experto en smartlighting.
En el año 2016, la Asociación Médica Estadounidense publicó el informe Efectos humanos y ambientales de la iluminación comunitaria con diodos emisores de luz, con el objetivo de orientar sobre los impactos de los LED en la salud humana y la vida silvestre. Esto se logró destacando la importancia de considerar factores como la luz azul y la intensidad de la iluminación, que se alinean con las recomendaciones de la Asociación Internacional de Cielo Oscuro (IDA) y la Sociedad de Ingeniería de Iluminación (IES).
Desde entonces, diversas investigaciones recientes han asociado las alteraciones del ritmo circadiano con un riesgo elevado de cáncer de mama, próstata y tiroides en humanos. Además, la exposición también se ha relacionado con trastornos del sueño y de la salud mental, según la Australasian Dark Sky Alliance . Los investigadores trabajan en una serie de publicaciones alineadas con el diseño de iluminación de áreas exteriores orientado al ser humano y respetuoso con el medio ambiente.
La conciencia sobre la luz azul, según la Universidad de Harvard, ha ido creciendo a lo largo de los últimos años. Las longitudes de onda azules, que durante el día aumentan la atención y el ánimo, son las más perjudiciales durante la noche. El aumento de dispositivos electrónicos con pantallas y la iluminación de bajo consumo ha aumentado nuestra exposición a las longitudes de onda azules, especialmente después de la puesta del sol.
En este contexto nació el programa Refine en el marco del programa 2030 de la Comisión Europea, que trata de mejorar e implementar proyectos de innovación y mejora en el campo de la sostenibilidad. Si bien la evidencia científica aún no es concluyente, los expertos instan a ser cautos en su instalación e investigar todos sus posibles impactos con agilidad. Los investigadores han afirmado que el informe realizado por la AMA se consideró un importante contribuyente para educar al público sobre los impactos en la salud humana, lo que influyó en numerosas iniciativas contra la contaminación lumínica.
