Modelos teóricos de la economía circular

Una de las críticas a la EC es la aparente falta de un marco teórico económico claro. En este apartado se presentan algunos de los modelos y teorías basados en las dos escuelas principales de la economía relacionadas con el medioambiente, con el fin de demostrar que sí existe un marco teórico de EC, aunque lo que probablemente falta es desarrollarlo y difundirlo.

La EC tiene sus antecedentes en la economía ambiental y la economía ecológica (^{Velenturf & Purnell, 2021}). En la economía ambiental se encuentran los modelos de crecimiento económico sustentable derivados del modelo de Solow-Swan, conocidos también como modelos verdes de Solow (^{Brock & Taylor, 2010}). Dichos modelos parten de la teoría del bienestar, en ellos la contaminación es vista como un mal público y se reduce el bienestar del consumidor (^{Klein, 1983}; ^Pearce,1985).

El modelo de crecimiento verde se basa en dos variables básicas: capital K y trabajo L, como se observa en la siguiente ecuación Cobb-Douglas (ecuación 1), donde A es un factor tecnológico visto de forma constante y a es el factor del capital de la función de producción Y, delimitado entre 0 y 1.

La ecuación fundamental del modelo de Solow (ecuación 2) se obtiene mediante una serie de sustituciones al momento de incorporar el ahorro s, la depreciación del capital d y el crecimiento poblacional n, los cuales son constantes. Se debe tener en cuenta algunas condiciones y simplificaciones, tales como que la función presenta rendimientos constantes a escala, que la productividad marginal de los factores es positiva -pero decreciente-, y que la inversión es igual al ahorro.

En esta ecuación, k es el capital per cápita, el cual resulta de la diferencia entre el ahorro per cápita s y la inversión necesaria para reponer el capital per cápita que se deprecia de forma constante (^{Del Pozo, 2020}). Esta condición permitió llegar a Solow a explicar el estado estacionario donde el capital y la producción de equilibrio se encuentran definidos como (ecuación 3 y 4):

Hasta este punto, el modelo de crecimiento de Solow es el modelo básico, que analiza el vínculo de las tasas de ahorro e inversión con el estado estacionario. Para introducir el impacto ambiental y su relación con el crecimiento económico, se requiere añadir la siguiente relación (ecuación 5):

donde P representa la contaminación determinada en el periodo t, la cual se encuentra en función de T, que es una constante definida como un factor de contaminación promedio; Y, que es el nivel de producción de la economía; y L, que es la población. ^{Del Pozo (2020)} utiliza esta identidad para determinar las emisiones de dióxido de carbono, utilizando E en lugar de P; sin embargo, en el caso de la EC, P se puede definir como la generación de residuos, la cual se encuentra en función del nivel de producción y el tamaño de la población. De esta ecuación se puede desprender la emisión de residuos per cápita (p) y el producto per cápita (y) al dividirlo entre la población (L) (ecuación 6).

Al momento de diferenciar las variables respecto al tiempo y aplicar logaritmos, se puede obtener la elasticidad de la contaminación ambiental respecto al crecimiento económico (ecuación 7):

Modelo de crecimiento verde con materias primas

^{Ibarra (2013)} desarrolló un modelo de crecimiento verde a partir del modelo de Solow-Swan, introduciendo la variable materias primas (Mp), lo que permite analizar la generación de residuos y la EC por medio de las R (reciclaje, reducción, recuperación, reparación, entre otros). El modelo parte de la premisa de que la producción depende de las materias primas disponibles en cada economía, las cuales se componen de materias primas vírgenes (Mpv) y materias recicladas (Mpr), reutilizadas, recuperadas, etc., además del trabajo y del capital (ecuación 8). La contaminación en este modelo son los residuos generados a partir de los procesos productivos y del consumo final; en ese sentido, la materia prima disponible se puede definir como Mpd igual a la suma de la materia prima virgen (Mpv) más la materia recuperada, la reutilizada, el reciclaje, etcétera, (Mpr), menos los residuos sólidos finales que van al vertedero (Rs) (ecuación 9).

En su modelo, ^{Ibarra (2013)} considera únicamente el reciclaje; sin embargo, el modelo se puede utilizar para la EC como una actividad que contribuye a la reducción de la contaminación, es decir, a la reducción de residuos de disposición final. En este modelo, al introducir políticas de EC, habrá un incremento en la disponibilidad de materia prima y un menor nivel de emisiones de residuos finales a causa de la reutilización de los desperdicios generados en el proceso productivo. Esto se reflejará en un mayor nivel de capital derivado de mantener la tasa de ahorro en la economía constante; la EC genera un desplazamiento de la función de producción, lo cual puede asemejarse a un cambio tecnológico. Como resultado, el capital per cápita aumenta en la fase estacionaria, y el nivel de contaminación disminuye (^{Ibarra, 2013}).

Así, la función de producción en el modelo a nivel agregado se muestra en la ecuación 10, donde Y es el producto total, L la mano de obra, K el capital utilizado, y Mp las materias primas disponibles en la economía. A nivel per cápita, las variables son las mismas, pero se muestran en minúsculas. La mano de obra, al momento de dividir por L y factorizar, se vuelve una constante de valor 1 (ecuación 11); las sustituciones y el algebra para simplificar las ecuaciones se pueden revisar en ^{Ibarra (2013)}:

Modelo de capital natural y crecimiento sustentable

La EC tiene como objetivo reducir la disposición final de residuos per cápita, lo cual involucra aligerar la carga de degradación de la materia por parte de los ecosistemas mediante los ciclos naturales. Este servicio representa, a su vez, el mantenimiento de la naturaleza o de los ecosistemas en buena condición; algunos lo definen como calidad ambiental, otros como capital natural (^{Cohen et al., 2019}).

^{Rodríguez & Ruiz (2001)}, al analizar los modelos de crecimiento, encuentran que la naturaleza se encontraba en las propuestas teóricas de Adam Smith y David Ricardo; sin embargo, se les consideraba como variables exógenas o como constantes, es decir, no se tomaba en cuenta el impacto del crecimiento económico en el capital natural, ni la necesidad del capital natural dentro del crecimiento económico. En palabras de ^{Rodríguez & Ruiz (2001)}, tanto el capital natural (K _n ) como el capital físico o capital manufacturado (K _m ) rinden un ingreso que se define como “la cantidad máxima que una comunidad puede consumir en un periodo dado y permite continuar consumiendo al menos la misma cantidad al final del periodo”. Esta es una forma clara de definir sustentabilidad mediante el acervo de capital natural disponible, el cual debe rendir al menos el mismo flujo de ingreso del periodo siguiente, de acuerdo con la carga del crecimiento poblacional.

En otras palabras, el acervo de capital natural debe permanecer constante, de lo cual se deriva la siguiente duda: ¿Cuál debe ser el nivel de consumo que permite conservar determinado acervo de K _n necesario? Sobre esta pregunta, ^{Barbier & Markandya (1993)} diseñaron un modelo que busca identificar la ruta de crecimiento óptimo para una economía sujeta a las siguientes restricciones:

Una vez descritas dichas condiciones, se propone una función de degradación ambiental S (ecuación 12) en donde las variables independientes son el flujo de residuos generados (W), la capacidad de asimilación del ecosistema (A), el flujo de recursos naturales extraídos (R), la capacidad regenerativa de los recursos naturales (G) y el flujo de recursos no renovables extraídos (E).

La ecuación representa el nivel de degradación ambiental. Por ejemplo, si W>A y R+E>G, la degradación S aumenta debido al aumento en la cantidad de residuos netos generados y a la explotación de recursos naturales renovables y no renovables por encima de su tasa de recuperación o sustitución. Por otro lado, cuando A=W y R+E=G, la degradación ambiental es igual a 0; sin embargo, eso no permite la recapitalización de la naturaleza, por tanto, en un horizonte de sustentabilidad, A>W y G>R+E, lo cual permite aumentar el acervo de capital natural.

No obstante, la extracción de recursos naturales y la generación de desechos son funciones que dependen del nivel de consumo (C). En este modelo se encuentra a la EC vinculada con el consumo, específicamente en el uso indiscriminado de los recursos naturales, su capacidad de regeneración y la generación de residuos (ecuaciones 13 y 14).

Por su parte, la capacidad de asimilación y la regeneración se encuentran en función del acervo de capital natural disponible (K _n ). En este modelo se considera la capacidad de regeneración de la naturaleza por sí misma propia, sin considerar el papel de la tecnología en su regeneración o recuperación ni el intercambio de capital natural por tecnología. Además, se definen los siguientes límites K _n >K _m (ecuaciones 16 y 17).

Utilizando las ecuaciones 16 y 17, se puede reescribir la ecuación 12 de la degradación (S), en forma de tasa de cambio (ecuación 18), y la relación del acervo de capital natural (K _n ) en función de la degradación (S) (ecuación 19).

Partiendo de aquí, se puede construir una función de utilidad para calcular el costo de oportunidad (C _op ) entre el consumo y la calidad ambiental, en la que cada unidad de consumo sacrificada en el presente es igual al valor de la calidad ambiental futura descontada al valor presente. Considerando r como una tasa de preferencia positiva y t como el tiempo, la ecuación se resuelve maximizando la función de utilidad (ecuación 20) sujeta a la restricción presupuestaria definida por el mismo capital natural (ecuación 19) mediante el Hamiltoniano (ecuación 21).

Matriz de intercambio de materia y energía

Por último, la economía ecológica introdujo las cuentas de flujos de materias y energía, las cuales son indispensables para analizar la EC, pues en ella se puede contabilizar la materialización de la economía y el consumo de energía. Tradicionalmente, las cuentas económicas contabilizaban únicamente los flujos monetarios; no obstante, con las cuentas de materiales se presentan cantidades físicas de la economía. De esa forma se tiene una mayor precisión de la eficiencia, el desperdicio, la explotación de materiales, la entropía, el reciclado y la escasez, entre otros. Las cuentas de flujos de materiales y energía se presentan en las cuentas nacionales, de la cual se desprende el PIB verde, los cuadros de oferta y utilización, y la matriz insumo producto con análisis de materia, energía y reciclaje (ecuación 22) (^{González et al., 2010}).

Estas matrices son una herramienta que también se utiliza para analizar la EC en distintos sectores, por la cantidad de materiales utilizados, la energía, las actividades de reciclaje, el nivel de residuos, la reutilización de materiales, entre otros.

Limitantes de los modelos de economía circular

La EC es un concepto que es abordado no solo por economistas, sino por diversas disciplinas, entre ellas, la ingeniería industrial y la ecología. Esto causa confusión respecto al origen del concepto de la EC, pues para algunos nació a partir de la economía ecológica (^{Georgescu-Roegen, 1971}) debido a su contribución al análisis de los flujos de materia y energía por medio de las leyes de la termodinámica en las actividades económicas. En cambio, para otros la EC proviene de la economía ambiental al reconocer a ^{Pearce (1985)}, quien fue uno de los primeros en describir a la naturaleza no solo como proveedora de insumos sino también de servicios ambientales para procesar la contaminación con determinados límites. Así se reconoce que la economía es un sistema complejo y no lineal como se planteaba.

Sin embargo, otras disciplinas como la ecología también han contribuido al origen del concepto de la EC al explicar, por ejemplo, que los servicios ambientales dependen de los ciclos biogeoquímicos y que los ecosistemas y los problemas ambientales están interconectados (^{Kirchherr et al., 2017}). Otras subdisciplinas como la ecología industrial se han adentrado en el análisis de los procesos productivos y la reducción de residuos, la reutilización de materiales, el reciclado y la utilización de energías renovables, desde la perspectiva tecnológica; no obstante, dejan de lado el análisis económico de dichos procesos (^{Wang et al., 2018}). La EC se nutre de diversas disciplinas al desarrollar estrategias, nuevas tecnologías, diseños prácticos y funcionales, entre otros, aunque eso no significa que su base teórica no sea la economía (^{Gerrits & Marks, 2015}; ^{Montagnini, 2017}).

Por otro lado, la EC es un concepto que también emerge de la praxis de los actores económicos, a saber, empresas, consumidores, mercados o reguladores, que son quienes aplican la EC debido a los beneficios que les representa, por ejemplo, reducir sus emisiones contaminantes y mejorar sus ingresos, como se ve en los modelos anteriores (^{Heshmati, 2017}; ^{Van Engelenhoven et al., 2021}).

Cabe aclarar que al hablar de modelos económicos o de teoría económica hay dos enfoques. Uno se refiere a los modelos que describen la realidad económica, los cuales observan los fenómenos, las relaciones, los impactos, las variables, etcétera. Generalmente este es conocido como economía positiva. El otro se refiere a los modelos que proponen cambios a esa realidad imperfecta, tratando de guiarla hacia un estado con mayor bienestar, igualdad, crecimiento, sustentabilidad; es decir, se basa en algún principio moral existente a partir del cual se diseña uno o varios modelos. A ello se le conoce como economía normativa (^{Hausman, 2018}).

Las limitantes de los modelos económicos, como en cualquier otro modelo, pueden ser distintas. Por ello, es importante establecer límites y alcances claros en el modelo o teoría con el cual se quiere analizar o resolver un problema (^{Miller et al., 2023}; ^{Popper, 2005}). En el caso de la EC, su objetivo principal es disminuir la cantidad de residuos al mínimo posible, tanto en lo personal como en el hogar, comercio, empresa, colonia, municipio, estado y país, lo cual contribuye a la sustentabilidad (^{Petit-Boix & Leipold, 2018}; ^{Taleb & Al Farooque, 2021}).

No obstante, en los modelos presentados anteriormente existen limitantes a considerar para tener una interpretación adecuada. Por ejemplo, en el modelo verde de Solow se deben considerar los factores exógenos como la tecnología, los rendimientos constantes a escala y la capacidad de sustitución entre capital natural y la tecnología o la innovación, lo cual ofrece un marco de sustentabilidad delimitado por esas condiciones. Por su parte, las cuentas de flujo de materiales y energía no se han desarrollado completamente en México; no hay información disponible, por ejemplo, de tasas de reciclaje, volúmenes de aprovechamiento de residuos orgánicos, pérdida de calidad de materiales, tasas de recuperación de materiales o fuga de contaminantes. Asimismo, se debe considerar que no exista un doble conteo en los cálculos.

Identificación de variables de economía circular

La generación de residuos ha crecido aceleradamente debido a la rápida urbanización a nivel mundial, al aumento del ingreso per cápita y al crecimiento poblacional (^{Morseletto, 2020}; ^{Taleb & Al Farooque, 2021}). De acuerdo con el análisis crítico realizado, en la generación de residuos se pueden identificar un gran número de variables de índole económica, urbana, poblacional y ambiental, que van desde costumbres, niveles de ingreso, nivel educativo, densidad poblacional, actividades económicas, políticas ambientales, variaciones de precios, servicios urbanos, tasas de crecimiento poblacional, género (^{Barrientos et al., 2012}; ^{Flores-Xolocotzi & Ceballos, 2023}; ^{Hadley et al., 2020}; ^{Van Engelenhoven et al., 2021}).

Las bases del modelo de EC desarrollado a partir de esta investigación se esquematizan en la Figura 4. Este modelo se puede relacionar con cuatro elementos fundamentales:

Fuente: Elaboración propia.

Figura 4 Modelo de economía circular y residuos sólidos urbanos. 

Fases de la economía circular

Dentro del análisis crítico se identificó que existe una gran cantidad de procesos dentro de la EC y que pueden clasificarse en fases. Las fases de la EC son parte importante de los métodos de transformación y la transición hacia la sustentabilidad; se componen de cuatro etapas que inciden desde las decisiones de consumo hasta los procesos de valorización, para ser nuevamente empleadas en los procesos productivos o de consumo (Figura 5).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 5 Actividades de economía circular por etapa. 

I. Fase de prevención de generación de residuos. Está relacionada con las decisiones de los agentes económicos que pueden incidir en contener o modificar las propensiones de consumo de productos para disminuir las tasas de generación de residuos, ya sea mediante la aplicación de instrumentos económicos -como impuestos, subsidios, fondos- o por medio de normas -como la responsabilidad extendida del productor, la innovación de materiales reciclables o biodegradables.

Así mismo, se agregan investigaciones psicológicas y económicas en esta fase, que sirven para identificar las características conductuales de las personas que permitirían incidir en la reducción del hiperconsumo de productos. Desde la psicología ambiental se ha encontrado que, como etapa de consumo y como agentes consumidores, se puede promover la prevención, la separación, la reducción y la reparación (^{Barrientos et al., 2012}; ^{Benyam et al., 2018}). También sirve para identificar las posibles acciones de los agentes involucrados en las políticas públicas que ayudan a reducir al máximo posible los residuos hacia los vertederos, considerando el diseño de marcos legales, inversión pública, impuestos, subsidios (^{D’Amato et al., 2017}; ^{Morseletto, 2020}).

Por su parte, estudios económicos en esta etapa de prevención pueden determinar la forma en que el sistema de precios de servicios públicos relacionados con la recolección y el reciclaje de residuos podría acotar las tasas de generación de residuos en hogares (^{Gomes & Silva, 2020}). En México, los costos por el servicio de recolección, separación y confinamiento representan una parte importante del presupuesto corriente de los municipios que se encargan de realizar este servicio, ya sea de forma directa o concesionada (^{Betanzo-Quezada et al., 2016}). Al respecto, en ciudades como Barcelona y Los Ángeles, California, se están aplicando impuestos y cobros especiales a la generación excesiva de residuos (^{Bányai et al., 2019}; ^{Fernández-Aracil et al., 2018}).

II. Fase de Reutilización/Reciclaje. En esta fase, una vez que los residuos han sido recogidos, los materiales aprovechables son separados para ser reutilizados o reciclados y, posteriormente, ser vendidos a otras empresas que se dedican al acopio o a la transformación de los materiales para generar nuevos materiales o productos (^{Guibrunet, 2021}). La diferencia principal es que reutilizar significa usar un objeto para el mismo o un nuevo propósito sin cambiar su forma, alargando su vida útil, mientras que reciclar es transformar un objeto usado en materia prima para crear productos completamente nuevos (^{Franceschelli et al., 2019}).

Dentro de esta fase es importante mencionar algunos aspectos importantes. El primero es que las empresas o fabricas productoras no se responsabilizan por los residuos que se generan, dicha responsabilidad pasa a manos de los consumidores, quienes son los encargados de separarlos y entregarlos al camión recolector o depositarlos en los recolectores disponibles para ello (^{Betanzo-Quezada et al., 2016}; ^{Kumar et al., 2019}). En México se requiere impulsar la responsabilidad ampliada para que las empresas asuman la responsabilidad y los costos de los residuos (^{Leal et al., 2019}). Una vez recogidos, la responsabilidad de los residuos pasa a manos de otra entidad, y así sucesivamente hasta llegar al confinamiento, valorización o reciclaje. Otro aspecto es que no todos los residuos tienen la facultad de ser reciclables, por lo que es necesario identificar cuál de ellos sí lo es para poder separarlo (^{Franceschelli et al., 2019}; ^{Zhou et al., 2019}).

Es importante señalar que el reciclaje es solo una actividad dentro de muchas otras que se pueden desarrollar en la EC, pero esta se encuentra limitada tanto por el tipo de material como por la segunda ley de la termodinámica referente a la “entropía”. Esta ley fundamental establece que el desorden total del universo (o de un sistema aislado) nunca disminuye, por lo que los procesos naturales siempre tienden a un estado de entropía mayor. Es importante resaltar que no se han analizado a profundidad las implicaciones de esta ley física dentro de la economía, salvo por algunos autores como ^{Georgescu-Roegen (1971}) y Norbert Wiener (^{Montagnini, 2017}). No obstante, su aplicación a la ciencia económica podría traducirse en restricciones operacionales, por ejemplo, rendimientos decrecientes del reciclaje (^{Martínez & Roca, 2013}; ^{Sobhee, 2004}). Conceptos y fenómenos como obsolescencia, cambio climático y emisión de residuos tienen una relación muy estrecha con dicha ley, que analiza los comportamientos de la energía, el movimiento, los materiales, la degradación, el desorden y el caos (^{Díaz-Villavicencio et al., 2017}; ^{Gerrits & Marks, 2015}). Desde esa perspectiva, es importante tomar en consideración la primera etapa, que es la de prevención, en conjunto con las demás estrategias de reciclaje, reutilización y reducción (^{Barrientos et al., 2012}).

III. Fase de Valorización. Esta etapa consiste en el aprovechamiento de los residuos para generar nuevos subproductos, utilizándolos como materia prima e incluso generando bioenergía (^{González, 2019}; ^{Manzi et al., 2020}). Las actividades de valorización son también importantes dentro de la EC, ya que, a materiales no reciclables, se les puede buscar un nuevo uso (^{Richardson, 2012}; ^{Wang et al., 2018}; ^{Watanabe et al., 2019}). La innovación, investigación y creatividad en esta fase son importantes, puesto que algunos materiales que pudieran parecer no reutilizables -como los materiales de construcción- podrían ser utilizados para rellenar espacios que requieren materiales o desechos agrícolas y para generar insumos, bioenergía o composta (^{López, 2018}; ^{Tsang et al., 2019}). La valorización de determinados desechos también tiene un aspecto económico, especialmente en industrias que han buscado la integración de sus residuos dentro de sus procesos productivos o la modificación de ellos para convertirlos en nuevos productos, lo cual no solo contribuye a disminuir el impacto ambiental, sino también a mejorar sus ingresos (^{D’Amato et al., 2017}; ^{Manni et al., 2019}; ^{Yun et al., 2020}).

IV. Fase de Confinamiento. Esta fase es la última etapa de los residuos, los cuales deben ser la mínima cantidad posible de acuerdo con la perspectiva de la EC (^{Gonçalves et al., 2018}; ^{Khajuria et al., 2010}; ^{Smol et al., 2020}). Hay un cambio de perspectiva respecto a que el suelo y el medioambiente pueden descomponer y regenerar todos los materiales utilizados sin importar su cantidad gracias a los procesos de degradación. Sin embargo, debido a la gran cantidad de estos, se generan problemas de saturación en los ecosistemas capaces de descomponerlos a su propio ritmo y, a largo plazo, esto podría provocar la destrucción de los mismos ecosistemas (^{Khajuria et al., 2010}; ^{Sekhohola-Dlamini & Tekere, 2020}). Con ello, se abren nuevas incógnitas por el tipo de residuos y contaminantes y por el aumento de residuos peligrosos que hay en los hogares, a los cuales no se les está dando el tratamiento adecuado (^{Chadar & Keerti, 2017}; ^{Cheng et al., 2019}). Tal es el caso de los residuos electrónicos, medicamentos, pilas o productos que han aumentado su demanda, como es el caso de los celulares y computadoras.

Hipótesis basadas en economía circular

De acuerdo con los resultados de la revisión crítica, se encontró que existen algunas hipótesis e indicadores relacionados con la EC, tal es el caso de las hipótesis de la curva ambiental de Kuznets, la hipótesis del paraíso ambiental y de algunos indicadores como la generación de residuos sólidos urbanos per cápita, el porcentaje de reciclaje, la cobertura del servicio de recolección de residuos, el número de rellenos sanitarios vs. tiraderos a cielo abierto o el porcentaje de tratamiento de residuos (^{Ceballos & Flores, 2022}; ^{Hadley et al., 2020}; ^{Van Engelenhoven et al., 2021}). No obstante, en México aún no se miden por completo indicadores propios de la EC, por ejemplo, porcentaje de reciclaje, porcentaje de materiales recuperados, porcentaje de reutilizados, porcentaje de residuos totales no recuperables, indicador de circularidad de materiales, demanda de activos ambientales.

Algunas empresas publican información en sus productos, tales como porcentaje de material reciclado y vida útil aproximada; no obstante, es importante contar con mayores hipótesis e indicadores que permitan tener una idea más clara del estado de la economía circular a distintas escalas. A continuación, se presentan algunos tópicos basados en ^{Calisto et al. (2021)} de los cuales se pueden desprender nuevos indicadores:

Los anteriores desafíos requieren de mayores investigaciones y resultados para consolidar teóricamente a la EC. De ahí que sea necesario contrastar algunas hipótesis relacionadas con los procesos de gestión y manejo de los residuos, considerando los desafíos y tópicos propuestos como los de ^{Calisto et al. (2021)}.

Por lo anterior, considerando la fase de prevención de RSU, esta investigación se enfocó en algunos tópicos económicos descritos en el punto 5 anterior. De ese quinto punto se pueden desprender las siguientes hipótesis: