Política y economía

http://www.springerlink.com/content/d27613wx05436617/
http://www.lcafood.dk/LCA/LCA.htm

El análisis del ciclo de vida (ACV) se utiliza como instrumento de evaluación de la sostenibilidad de las materias primas biocombustibles. Básicamente, el ACV controla determinados parámetros a medida que el cultivo bioenergético va pasando por las fases de cultivo, transformación y consumo final (combustión) del biocombustible. Este análisis suele centrarse en los aspectos de (1) emisión neta de gases de efecto invernadero (GEI) y (2) rendimiento energético neto. Si la emisión neta de GEI es alta y el rendimiento energético neto (la energía producida por el consumo del biocombustible menos la energía consumida para producir el biocombustible), la materia prima en cuestión puede tener «problemas de sostenibilidad». La emisión neta de GEI y el rendimiento energético neto están relacionados con lo que se conoce como «huella de carbono» y «huella energética», respectivamente. Algunos analistas consideran que debería incorporarse el consumo neto de agua (lo que sería una «huella hídrica») al ACV de las materias primas biocombustibles. Esto se debe al hecho de que el agua es un recurso escaso en muchos países y es posible que una determinada materia prima registre buenos niveles de emisión neta de GEI y rendimiento energético neto, pero necesite grandes cantidades de agua para el cultivo. Por tanto, en los países que padecen escasez, un elevado consumo de agua puede anular las ventajas de una determinada materia prima. Los investigadores del Laboratorio Tecnológico y Social de Dübendorf (Suiza), del Instituto de Ingeniería Ambiental de Zúrich (Suiza) y de la Universidad Tecnológica Nacional de Buenos Aires (Argentina) describen la incorporación del consumo de agua a su análisis comparativo del ciclo de vida de la producción de biodiésel a partir de cánola de regadío y de secano en Argentina. Entre las conclusiones de este estudio, cabe destacar las siguientes: (1) las cadenas de producción de biocombustibles a partir de cultivos de secano no registran grandes variaciones en el consumo de agua y se sitúan en el mismo nivel que los combustibles fósiles, (2) «el consumo de agua en la agricultura predomina en los resultados de todos los cultivos de regadío», (3) el consumo de agua hace que se dupliquen las «puntuaciones del Ecoindicador 99» agregadas para la producción de biodiésel a partir de cánola de regadío. El artículo completo se ha publicado en la revista International Journal of Life Cycle Assessment.

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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261911001711

Los científicos de la Universidad Tecnológica de Viena (Austria) describen un método «tecnoeconómico» para valorar el coste de la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) y de la sustitución de los combustibles fósiles en Austria utilizando las tecnologías bioenergéticas actuales y futuras para producir calor, electricidad y combustibles para el transporte. Utilizando datos específicos de Austria, aplicaron un «análisis de sensibilidad y proyecciones hasta 2030 para ilustrar el efecto de los parámetros dinámicos sobre los costes específicos de la reducción de emisiones». Esta metodología consta fundamentalmente de los siguientes pasos: (1) definición de un «sistema de referencia predeterminado» para cada grupo de tecnologías bioenergéticas (como los pequeños sistemas de calefacción, las grandes plantas caloríficas industriales, las centrales de cogeneración de calor y electricidad o los biocombustibles líquidos y gaseosos), (2) recopilación de un conjunto predeterminado de datos tecnológicos, precios de combustibles representativos y otros datos, (3) cálculo de los costes de mitigación de los GEI que comportan las tecnologías bioenergéticas, expresados en costes de generación incremental por reducción unitaria de las emisiones de GEI. Los resultados de costes comparativos indican que la producción de calor y la cogeneración (en condiciones favorables) son «las opciones más rentables de reducción de las emisiones de GEI y de la dependencia de los combustibles fósiles en Austria». Se dice que la tecnología que más reduce las emisiones por unidad de biomasa es la cogeneración. El artículo completo se ha publicado en la revista Applied Energy.

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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016236111003498

Un estudio de la Universidad del Estado de Iowa (EE.UU.) describe un enfoque ligeramente distinto del análisis del ciclo de vida (ACV) en la producción de biocombustible de maíz. Los investigadores aplican el ACV «por unidad de suelo» (en lugar de «por unidad de energía») a la producción de todos tipos de biocombustibles de maíz: (1) el bioetanol obtenido de la transformación de almidón de maíz y (2) un «bioaceite» refinable para la producción de biogasolina (con un subproducto sólido denominado «biochar») mediante la transformación térmica (pirolítica) de cañote de maíz (tallos y hojas que quedan tras la cosecha). En este caso, de un único cultivo bioenergético (la planta de maíz) se obtienen no una sino dos materias primas para producir biocombustible: (1) el almidón del grano de maíz para producir bioetanol y (2) el cañote lignocelulósico para producir «bioaceite» pirolítico. El uso de un ACV «basado en la unidad de suelo» se justifica por la observación de que el método ACV habitual «basado en la unidad de energía» tiene algunas limitaciones. Según los autores, «una notable deficiencia de este tipo de ACV es que no permite medir las emisiones de una vía de producción que biocombustible que utilice más de una materia prima. En la agricultura, concretamente, tiene sentido considerar la posibilidad de utilizar más de una materia prima para producir biocombustible dado que el suelo es un recurso escaso». Los resultados de este estudio demuestran que el método basado en «un solo cultivo energético para producir dos biocombustibles» de maíz reduce un 52,1 % las emisiones de GEI, y que podría considerarse que se trata de un método de producción de «biocombustible avanzado». El estudio completo se ha publicado en la revista Fuel.

Procesos y producción

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975011000607

Un reciente estudio realizado por Valery Agbor y sus colegas de la Universidad de Manitoba (Canadá) presenta un análisis de los métodos (y últimas tendencias) utilizados para el pretratamiento de la biomasa lignocelulósica utilizada en la producción de etanol biocombustible «de segunda generación». El pretratamiento es el primero de los tres pasos necesarios para transformar biomasa lignocelulósica en etanol. Los dos pasos siguientes son la sacarificación y la fermentación. El principal objetivo del pretratamiento es «deconstruir» las paredes celulares de la planta, destruyendo el duro envoltorio de lignina que rodea la biomasa para descubrir los polímeros carbohidratos (principalmente celulosa). Los polímeros carbohidratos se pueden transformar entonces fácilmente en azúcares simples con el proceso de sacarificación y estos azúcares pueden someterse a fermentación para obtener etanol. Las tecnologías de pretratamiento pueden clasificarse, en términos generales, en: (1) tratamientos físicos, (2) químicos, (3) biológicos, y (4) múltiples/combinados. Son pretratamientos físicos: la conminución (reducción del tamaño de las partículas por trituración) y tratamiento con rayos gamma. Entre los pretratamientos químicos cabe señalar el uso de ácidos, álcalis, ácidos orgánicos y líquidos iónicos. Los métodos biológicos conllevan el uso de microorganismos (normalmente hongos) para degradar la lignina y la hemicelulosa. Como pretratamientos combinados (normalmente físicos y químicos) cabe citar la explosión por vapor, el uso de agua caliente en estado líquido (de 170 °C a 230 °C), el tratamiento con ácido diluido (menos de un 4 % en peso) acompañado de calor, la explosión por amoniaco (AFEX), el pretratamiento con cal y oxidación en húmedo, y el pretratamiento organosolvente. Se presenta una breve descripción de cada proceso, seguida de sus ventajas y desventajas y del potencial de aplicación a gran escala. La conclusión del estudio es que el pretratamiento de la biomasa «sigue siendo un obstáculo clave para la biotransformación de los materiales lignocelulósicos en biocombustibles y otros bioproductos». Además, debido a la diversidad de materias primas biocombustibles, es improbable que «un método llegue a convertirse en el método preferente para toda la biomasa» utilizada como materia prima. El estudio completo se ha publicado en la revista Biotechnology Advances.

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http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/4/1/53/abstract

Investigadores de la Academia China de Ciencias y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han utilizado una solución de electrólito orgánico (SEO) para tratar la celulosa microcristalina, en un intento de destruir su estructura cristalina antes de someterla al proceso de sacarificación enzimática que convierte la celulosa en azúcares simples, susceptibles de fermentación para obtener etanol biocombustible. La destrucción de la estructura cristalina de la celulosa podría aumentar la conversión de azúcar durante la sacarificación enzimática. Este estudio en un sistema modelo puede servir para averiguar lo que podría ocurrirle a la celulosa de la biomasa lignocelulósica vegetal. La solución de electrólito orgánico estaba compuesta por un líquido iónico (cloruro de 1-alil-3-metilimidazolio [AMIM]Cl) y un disolvente orgánico (dimetilsulfóxido, DMSO). Los resultados demuestran que el SEO disuelve rápidamente la celulosa para conseguir un rendimiento de glucosa del 51,4 %, apenas inferior al obtenido con el líquido iónico puro (59,6 %). Los investigadores concluyen que el pretratamiento con SEO puede ser una técnica rentable y respetuosa con el medio ambiente para realizar la hidrólisis de la celulosa porque 1) es más económico que los líquidos iónicos puros, 2) tiene un corto tiempo de disolución, 3) necesita menos energía para la agitación y el transporte y 4) es reciclable. Los resultados completos se han publicado en la revista de acceso libre Biotechnology for Biofuels.

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http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/4/1/51/abstract

En la producción de etanol celulósico (oretanol de biomasa celulósica vegetal), se utilizan enzimas celulolíticas (conocidas colectivamente como «celulasas») para convertir las moléculas de celulosa de la biomasa en azúcares simples susceptibles de fermentación para obtener etanol. La obtención de enzimas celulolíticas más eficaces de nuevas fuentes es un ámbito de investigación activa, ya que estas nuevas enzimas podrían reducir el coste de producción de etanol celulósico. Un equipo de científicos de distintas universidades y centros de investigación de Brasil analiza extractos intestinales de termitas autóctonas para determinar si su actividad celulolítica puede encontrar aplicaciones útiles y comerciales. No obstante, señalan que la actividad detectada utilizando sustratos comerciales (como la celulosa carboximetílica) no siempre puede utilizarse con sustratos lignocelulósicos naturales. También afirman que «las características macroscópicas de la materia prima, como la insolubilidad y la heterogeneidad, dificultan su uso en análisis de altas prestaciones». Por tanto, intentaron desarrollar un sustrato más «natural» con mejor homogeneidad macroscópica para utilizarlo en la determinación de actividades enzimáticas celulolíticas, como posible sustituto de los sustratos celulósicos comerciales (artificiales). En sus análisis de altas prestaciones de las termitas brasileñas, intentaron utilizar «bagazo de caña de azúcar coloidal» (CSCB) como sustrato para la determinación de actividad enzimática. Los investigadores señalan que la preparación del CSCB requirió una «mínima modificación química del material lignocelulósico». Los resultados del estudio revelan que «existen importantes diferencias entre el uso del sustrato natural y los sustratos celulósicos comerciales, como la celulosa carboximetílica o la celulosa cristalina». También pudieron demostrar que el CSCB puede ser útil como sustrato en los ensayos de altas prestaciones. En sus estudios con el CSCB observaron que las termitas consumidoras de madera (al contrario que las termitas consumidoras de hojarasca) «quizá no sean la mejor fuente de enzimas capaces de degradar la biomasa de caña de azúcar». El estudio completo se ha publicado en la revista de acceso libre Biotechnology for Biofuels.

Materias primas

http://www.springerlink.com/content/6371311377016383/

Se considera que las microalgas oleaginosas tienen potencial como materia prima para la producción de biodiésel. Estos microorganismos suelen cultivarse en grandes estanques y después se recogen para extraer sus aceites (principalmente triglicéridos). Los aceites extraídos se someten entonces a una reacción de «transesterificación» con metanol con el fin de obtener una mezcla de metilésteres (que reciben colectivamente el nombre de «biodiésel»). Para decidir qué microalgas podrían cultivarse con el fin de obtener biodiésel hay que determinar cuánto aceite pueden producir y qué tipos de triglicéridos incorpora el aceite. El método habitual de análisis de los triglicéridos consiste en disgregarlos para obtener los ácidos grasos componentes y a continuación «derivatizar» estos en sus metilésteres correspondientes para inyectarlos en un cromatógrafo de gases. Sin embargo, según los investigadores del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, la detección GC (gasocromatográfica) de los metilésteres de ácidos grasos (FAME) en las muestras de aceite «ofrece datos fragmentados de identificación de los ácidos grasos» y no proporciona información alguna sobre los lípidos intactos. En consecuencia, «el análisis GC podría resultar engañoso si se basa exclusivamente en el perfil de ácidos grasos para seleccionar cepas destinadas a la producción de biocombustibles». Se ha intentado un método alternativo para la medición directa de los lípidos intactos por medio de cromatografía de líquidos de ultra-alta presión-espectrometría de masas (UHPLC-MS). El método se probó utilizando seis tipos diferentes de cepas de algas de posible uso en la producción de biocombustibles: Botryococcus braunii, Nannochloropsis gaditana, Neochloris oleoabundans, Phaeodactyl umtricornutum, Porphyridium aerugineum y Scenedesmus obliquus. El estudio presenta, entre otras, las siguientes conclusiones: (1) este procedimiento ha permitido identificar más de 100 triglicéridos únicos de las seis cepas de algas, (2) «los perfiles [de triglicéridos] más completos», que presentan gran abundancia de ácido oleico, fueron los de Botryococcus braunii y Scenedesmus obliquus. El estudio completo se ha publicado en la revista Analytical and Bioanalytical Chemistry.

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http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/4/1/52/abstract

Las especies de pradera mixta (EPM, que comprenden gramíneas y leguminosas) prosperan en suelos agrícolas degradados con una fertilización mínima y una reducida necesidad de insumos agrícolas. Estas «mezclas de especies» también presentan altos niveles de biodiversidad (especialmente las que incluyen leguminosas) que «disponen de un suministro propio de nitrógeno, que puede reducir o eliminar la necesidad de utilizar fertilizante nitrogenado». Estas características (es decir, su desarrollo en suelos marginales y su reducida necesidad de insumos agrícolas) convierten a las EPM en buenas materias primas biocombustibles. Estos cultivos bioenergéticos no compiten con el suelo agrícola productivo. Todavía no se ha estudiado a fondo el rendimiento de las materias primas EPM como productoras de azúcares fermentables en etanol (después de un pretratamiento). Los científicos de la Universidad de California-Riverside (EE.UU.) evaluaron la producción de azúcar de algunas especies predominantes en una parcela de EPM después de un pretratamiento hidrotérmico (calentamiento con agua a 180 °C) y de la sacarificación enzimática. El pretratamiento hidrotérmico «deconstruye» las paredes de las células vegetales para dejar al descubierto los polímeros carbohidratos, mientras que la sacarificación enzimática disgrega los carbohidratos en azúcares simples para la fermentación de etanol. Se estudiaron las siguientes plantas de una parcela EPM: (1) una gramínea C3 (Poa pratensis), (2) una gramínea C4 (Schizachyrium scoparium) y (3) una leguminosa (Lupinus perennis). Los investigadores observaron que las dos gramíneas «contenían mayor cantidad de azúcares que la leguminosa y presentaban además mayores rendimientos azucareros en porcentaje del máximo posible tras el pretratamiento y la hidrólisis enzimática». También observaron que los tallos de las dos gramíneas y de la leguminosa presentaban mayor «recalcitrancia» (resistencia a la deconstrucción de la pared celular) que otras partes de la planta. Por tanto, se concluye que la anatomía de la planta es un factor importante para la digestibilidad del glucano y la liberación de la masa de glucosa en las plantas EPM analizadas. El estudio completo se ha publicado en la revista de acceso libre Biotechnology for Biofuels.

Noticias y tendencias

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391011002849
http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/inside.htm
http://www.dfrc.wisc.edu/dfrcwebpdfs/jr_brazil99_paper.pdf

Los investigadores de la Universidad de Georgia describen el uso de la espectroscopia por resonancia magnética nuclear (RMN) para evaluar los cambios químicos sufridos por el pasto aguja (Panicum virgatum, una materia prima [herbácea] potencialmente biocombustible) después de someterla a distintos métodos de pretratamiento (el pretratamiento fisicoquímico o biológico «deconstruye» la pared celular de la planta y es el primer paso del proceso de producción de etanol a partir de material lignocelulósico). La RMN es una técnica química que utiliza las propiedades de resonancia magnética nuclear de determinados átomos para realizar un análisis estructural de las sustancias, incluido su entorno químico. El método tradicional de evaluación del pretratamiento de la biomasa lignocelulósica suele requerir laboriosos procedimientos de extracción y purificación antes de la caracterización espectroscópica. Con el método RMN, se dice que estos procedimientos dejan de ser necesarios. Consiste en disolver la muestra lignocelulósica en un sistema disolvente binario, formado por «1-metil-imidazol-d6/DMSO-d6». Se dice que es posible obtener datos espectrales de RMN de alta resolución con este sistema disolvente. Los datos espectrales de la RMN permiten identificar subunidades de lignina en el pasto aguja pretratado, así como unidades de polisacáridos. El pretratamiento del pasto aguja se ha realizado con los siguientes métodos: explosión por vapor, adición de cal y pretratamiento con ácido. Los resultados de la RMN del estudio demuestran que: (1) la principal fracción hemicelulósica del pasto aguja es el xilano, (2) la lignina del pasto aguja está formada por subunidades de monolignol H, G y S con cantidades importantes de p-cumarato y ferulato, (3) la explosión por vapor degrada ligeramente la lignina y disuelve en parte la hemicelulosa del pasto aguja, (4) el pretratamiento con cal produce la «degradación preferente del p-hidroxi benzoil éster, ferulato y cumarato» en la lignina y una disolución menos severa de la hemicelulosa, y (4) el tratamiento con ácido es el «más duro» y produce una degradación significativa de la lignina y de la hemicelulosa. El estudio completo se ha publicado en la revista Polymer Degradation and Stability.

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http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/4/1/49/abstract

«Evolución quimiostática» para desarrollar una levadura utilizada en la fermentación de hidrolizados lignoceluLos científicos del Departamento de Microbiología de la Universidad de Georgia (Estados Unidos) han utilizado la «evolución quimiostática» para desarrollar una cepa de Saccharomyces cerevisiae capaz de fermentar los hidrolizados lignocelulósicos con un alto nivel de sólidos, incluso en presencia de niveles tóxicos de compuestos inhibidores. El hidrolizado lignocelulósico es el material fermentable que se obtiene del pretratamiento de la biomasa lignocelulósica (para «deconstruir» las paredes celulares de la planta) y su posterior sacarificación (para transformar los polímeros carbohidratos presentes en las paredes celulares deconstruidas en azúcares simples).Saccharomyces cerevisiae es el microorganismo (un tipo de levadura) habitualmente utilizado en la fermentación de hidrolizados lignocelulósicos para obtener etanol, pero estos organismos no rinden bien con un alto nivel de sólidos y suelen resultar inhibidos por los subproductos del pretratamiento (sustancias como el furfural y el ácido acético, que se encuentran en los hidrolizados lignocelulósicos). Los científicos intentaron desarrollar una cepa mejorada de Saccharomyces cerevisiae sometiendo esta levadura a una presión selectiva (es decir, hidrolizado lignocelulósico (de madera blanda de pino) con un alto nivel de sólidos (17,5 % de p/v de sólidos) con compuestos inhibidores) en un cultivo continuo (que recibe el nombre técnico de «quimiostato»). El quimiostato se mantuvo en funcionamiento durante muchos ciclos y se consideró que las levaduras «evolucionaron adaptativamente» en estas condiciones de presión selectiva. Los científicos afirman haber obtenido una cepa evolucionada de Saccharomyces cerevisiae (AJP50), que posee «mayor capacidad de fermentación que su progenitora, tanto en medios líquidos suplementados con varias combinaciones de compuestos inhibidores como en fermentaciones de pino pretratado con un alto nivel de sólidos». El artículo completo está publicado en la revista de acceso libre Biotechnology for Biofuels.
ósicos con un alto nivel de sólidos

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http://www.springerlink.com/content/k18x615q50624x20/

Un informe elaborado por Humberto S. Brandi, Romeu J.Daroda y Taynah L. Souzastaff del Instituto Nacional de Metrología, Calidad y Tecnología (Inmetro) de Brasil describe la importancia de la normalización para transformar los biocombustibles en un producto de consumo generalizado en el ámbito internacional. Este informe se ha publicado la revista Clean Technology and Environmental Policy. Informes recientes indican que hay una tendencia mundial a incrementar la inversión en energías renovables, que ha ido creciendo regularmente. Muchos países han adoptado políticas nacionales para estimular la producción y el consumo de biocombustibles (especialmente bioetanol y biodiésel para el transporte). Algunos países productores de biocombustibles, como Brasil, también están dando pasos para transformar los biocombustibles en un «producto de consumo mundial generalizado». Sin embargo, las medidas adoptadas por algunos países para proteger sus mercados nacionales están «distorsionando el mercado internacional de productos de consumo». Las normas nacionales y los procedimientos de evaluación de la conformidad de ámbito nacional suelen tener por objeto mejorar la producción y promover las relaciones comerciales internacionales. Sin embargo, estas normas nacionales también pueden ser «obstáculos innecesarios al comercio». En el sector de los biocombustibles, por ejemplo, algunas normas nacionales se basan en la falta de información, como en el caso del bioetanol, donde las exigentes normas aplicadas al etanol para bebidas (de consumo humano) se imponen igualmente al etanol biocombustible (que no está destinado al consumo humano). También existe un «problema de falta de confianza en los análisis realizados por los laboratorios». Con el fin de superar o reducir estos obstáculos, los autores recomiendan «definir y aplicar normas técnicas armonizadas a escala mundial» para los productos biocombustibles. Estas normas técnicas, dentro de un sistema metrológico internacional, podrían servir como «referencia de seguridad, calidad y compatibilidad» y ser además un «instrumento esencial para el comercio internacional». Se dice que el proceso de normalización se basa en la complementariedad de tres «esferas»: (1) un organismo regulador (que defina parámetros y límites), (2) un foro de normalización técnica (que defina los métodos analíticos necesarios), y (3) un instituto metrológico nacional (que inspire confianza y garantice las mediciones).

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http://www.ecologyandsociety.org/vol15/iss3/art8/

Un grupo de investigadores de la Universidad de Duke, de la Universidad del Estado de Arizona y de la Universidad de Stanford (EE.UU.) han propuesto un nuevo método para clasificar los impactos socioambientales de los productos de consumo, que puede considerarse una mejora del actual método de «ecoetiquetado». Los biocombustibles también podrían tener este tipo de etiquetado. El método propuesto (que utiliza un sistema de «atributos múltiples») se denomina «indexación de productos sostenibles». Se dice que la fabricación de productos de consumo tiene efectos socioambientales, como (1) las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) generadas por la producción, (2) la contaminación por plaguicidas, el agotamiento de los recursos hídricos y la deforestación (a consecuencia de la fabricación de algunos productos de consumo agrícolas) y (3) la preocupación por el «oportunismo» de las empresas manufactureras en el trato a los trabajadores de los países en desarrollo. El «ecoetiquetado» certifica que un determinado producto cumple una cierta norma (relativa a impactos ambientales y sociales) y se ha utilizado durante muchos años para valorar la sostenibilidad de la fabricación de muchos productos de consumo. No obstante, los investigadores observaron en anteriores estudios que las políticas de ecoetiquetado suelen orientarse a un sólo ámbito de impacto, es decir, a un solo atributo (por ejemplo, los gases de efecto invernadero) y pueden «crear cambios inesperados en el comportamiento de los usuarios de los recursos que hacen que esta política sea ineficaz en el mejor de los casos y perjudicial en el peor». Gracia al enfoque de atributos múltiples, el índice de productos sostenibles podría «captar» los impactos socioambientales de una cadena compleja de suministro para la fabricación de un determinado producto, utilizando una o algunas etiquetas que abarquen todos los impactos ambientales de la producción». Los investigadores ofrecen una visión general de este enfoque contrastando la etiqueta tradicional de un solo atributo con el enfoque propuesto de indexación sostenible por múltiples atributos. El estudio se ha publicado en la revista «Ecology and Society».