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Seminario de Manufactura Sustentable
Notas de la Sesión 3
Casos de Estudio de Manufactura VerdeHéctor Domínguez Aguirre
19 de Octubre 2011UPIITA-IPN
Análisis del Ciclo de Vida
El análisis del ciclo de vida (LCA en inglés) es una herramienta de administración ambiental, que es definido por la Organización Internacional de Estandarización (en 1997) como:
Una compilación y evaluación de entradas, salidas y los impactos ambientales potenciales de un producto a lo largo de su ciclo de vida.
El LCA considera las siguientes etapas en el ciclo de vida de una actividad:
– Extracción y procesamiento de materia prima;– Manufactura;– Transporte y distribución;– Uso, reuso y mantenimiento;– Reciclado;– Desecho final.
La metodología LCA está estandarizada por una serie de Estándares ISO (ISO, 1997; 1998a-c) e incluye las siguientes fases:
1. Definición de objetivo y metas (ISO 14041)2. Análisis de inventarios (ISO 14041);3. Asentamiento de impacto (ISO 14042); e4. Interpretación (ISO 14043).
La primera fase del LCA incluye la definición de:
– El propósito del estudio y su uso esperado;– El sistema y sus fronteras;– La unidad funcional;– Calidad de datos, premisas y limitaciones del estudio.
El análisis de inventario consiste en identifica y cuantificar el peso ambiental en el ciclo de vida de la actividad bajo estudio. Los impactos son definidos por los materiales y energía usados en el sistema y las emisiones a la atmósfera, afluentes líquidos y desperdicios sólidos descargados al ambiente. Incluye los pasos:
– Definición detallada del sistema bajo estudio;– colección de datos;– asignación de pesos ambientales en sistemas de múltiple funciones; y– Cuantificación de los impactos.
El análisis de impactos
Los pesos ambientales son cuantificados en el análisis de inventario y traducidos en impactos ambientales relacionados. Los pasos de esta fase son:
– Clasificación;– Caracterización;– Normalización; y– Valoración.
Los impactos que son más comúnmente considerados son:
– Utilización de recursos no renovables;– Calentamiento global;– Emisiones de ozono;– Acidificación;– Eutroficación – Formación de oxidantes fotoquímicos;– Toxicidad humana; y– Toxicidad acuática.
La interpretación es la fase enfocada a la mejora del sistema y la innovación, incluye los siguientes pasos:
– Identificación de los pesos mayores y sus impactos;– Identificación de los 'puntos críticos' en el ciclo de vida;– Análisis de sensibilidad; y
– Evaluación de lo encontrado y recomendaciones finales.
Casos de Estudio
Plan de Sustentabilidad de Toyota
El negocio central de Toyota es la manufactura y venta de autos. La compañía está presente en más de 170 países.
Sin embargo la industria de vehículos sufre una gran amenaza para su supervivencia. El petróleo se cuenta como un 95 % de la energía global usada para el transporte, esto incluye factores como la seguridad energética, preocupaciones sobre emisiones de carbono, mayor demanda de economías emergentes de las mismas fuentes de energía.
Como resultado de estos factores, el costo de petróleo ha aumentado significativamente haciendo los productos de Toyota menos atractivos.
La predicción fue correcta y el costo de llenar el combustible de un auto promedio excede las 100 libras esterlinas
En ese tiempo, se estaba tomando consciencia de que la emisión de partículas de carbono era uno de los factores del calentamiento global. Esto empezaba a ser de preocupación para los inversionistas de Toyota.
La compañía empezó a analizar su situación y a definir una nueva política de desarrollo. Estamos en 1992.
El reto
El reto para Toyota fue reconocer la amenaza potencial del agotamiento de reservas petroleras y el cambio climático y modificar su estrategia o productos para cubrir las necesidades futuras de sus clientes.
La respuesta
Toyota implementó un grupo cuya tarea era abordar el reto de crear un vehículo para el siglo 21, el cual funcionaría dentro de los parámetros y restricciones ambientales nuevos (World Business Council for Sustainable Development, 2005)
Toyota fue pionero en el concepto del auto de tecnología híbrida (petróleo/eléctrico) para producir en masa el primer auto ecológico del mundo, el Toyota Prius.
El auto incluía un control de Sinergia híbrida el cual integraba aspectos tales como una mezcla óptima de motor eléctrico y de combustión interna y un sistema de frenado de regeneración de electricidad. Esto permitió al vehículo moverse a un nivel óptimo en términos de eficiencia de emisiones, generando hasta menos del 89% de contaminantes por el escape que un motor convencional.
El Prius salió a la venta en Japón en 1997, mas de 900,000 unidades vendidas en el mundo, ganando
múltiples reconocimientos y premios internacionales al mérito ambiental y de negocios.
Toyota continua con su plan de sustentabilidad y cada año publica su boletín de Sustentabilidad
http://www.toyota-global.com/sustainability/sustainability_report/
Puntos clave
Vehículos Eco-amigables: Mejorar su línea de modelos eco-amigablesReducción de CO2: Conservar la energía y reducir la salida de CO2 en Manufactura, distribución y ventas.Conservación de recursos materiales: Asegurar una utilización de recursos basados en el reciclaje.Armonía con la naturaleza: Motivar el Monozukuri [literalmente, hacer cosas] en armonía con la naturaleza.
El plan de Toyota
Efectos
Hacia una Manufactura Química Sustentable: Acido Polilático - ¿Un polímero sustentable? James H. Clark and Jeffrey J.E. Hardy
Los materiales polímeros, tal como el poliestireno, polietileno y polipropileno, están tan dentro de nuestra sociedad actual y usados en productos tan variados como empaquetados, edificios ya autos.
La mayoría de estos polímeros (90%) se derivan de recursos fósiles no renovables, tal como el petróleo crudo y el gas natural.
Por diversas razones, el reciclaje y uso de materiales polímeros son limitados y la mayoría termina en la tierra, creando grandes cantidades de desechos sólidos no biodegradables. Esto representa una pérdida de valor del recurso no renovable.
Esto ha abierto la posibilidad de reemplazar estos materiales con polímeros biodegradables como el Acido poliláctico (PLA).
Los polímeros se clasifican normalmente de acuerdo al tipo de polimerización usada en su manufactura o su comportamiento térmico.
Con respecto a la polimerización se crean por adición o condensación de polímeros. Polimerización adicional ocurre por la incorporación de secuencias de monómeros en una cadena creciente.
Con respecto a las propiedades térmicas se distinguen los termoplásticos y las series térmicas.
El proceso de generación de un polímero se describe en el siguiente diagrama de flujo
Consumo de plásticos a nivel mundial por sector
Empaquetado Agricultura AutomotrizConstrucción Otros
La producción de plásticos tienen efectos negativos en el medio ambiente, la mayoría termina en la tierra y crea grandes cantidades de desechos sólidos no degradables.
Hay diferentes dificultades para su colección y reciclaje, los costos de construcción y operación de instalaciones para el reciclaje es una gran limitante. Además el uso de ciertos aditivos (plastificadores, formadores, estabilizadores térmicos, resistencia a flamas, colorantes) en los polímeros hacen que sus reciclaje pueda derivar en mayores impactos por contaminación.
Mejora en la sustentabilidad de materiales polímeros
1. Reducción en el consumo de materia prima mediante mejoras en procesos de manufactura y diseño de productos.
2. Reutilización de materiales3. Reciclaje, permitiendo desperdicio ser reintroducido en el ciclo del producto.4. Recuperación de energía para aplicarse cuando el reciclaje no está disponible e incineradores
puede producir energía a partir del calor de combustión generado.
Estrategias para reducir el efecto consideran:
Reducir la cantidad de plásticos en la tierra.Sustitución de materiales capaces de proveer una función equivalente.
La idea es reemplazar materiales con un polímero biodegradable y amigable al medio ambiente. Por ejemplo, el acido poliláctico (PLA).
Su proceso de manufactura usando fuentes no renovables se presenta abajo.
El proceso de manufactura usando fuentes renovables se presenta abajo:
El ciclo de vida simplificado del PLA se muestra:
La comparación entre el PLA y el PET se muestra en las gráficas siguientes:
Al introducir un nuevo polímero, el efecto negativo se reduce. Sin embargo, este análisis debe de considerar la tecnología, y aspectos económicos de viabilidad, aceptables parámetros ambientales y sociales.
“Ser verde es bonito, pero no podemos pagarlo”
Este caso de estudio se presentó en la 7a Conferencia Global en Manufactura Sustentable.
El CEO de la compañía Harbec Plastics, Inc, Bob Bechtold, presentó un caso de estudio de como la manufactura Sustentable se implementa en prácticas concretas. Su compañía, la cual fabrica partes de moldeo a inyección de alta calidad, ha hecho considerables esfuerzos de enverdecer sus procesos.
Mencionó como se venció internamente la concepción de que 'Ser verde es bonito, pero no podemos pagarlo', mediante factores eco-económicos que se fueron implementando.
Internamente se discutieron los progresos vigentes y sistemas implementados, el equipo, elementos de construcción sustentables, energías renovables, elecciones de equipos para manufactura, actualización del sistema de iluminación, administración de la flotilla de vehículos, alternativas para el manejo del agua, y prácticas combinadas de Calor y Potencia.
Para el proyecto de calor y potencia, microturbinas son capaces para generar 100% de los requerimientos de potencia de la compañía y genera energía para el aire acondicionado y calor para la inyección por moldeo.
En el área de energía renovable, Harbec instaló un generador eólico de 250 KW para completar una generación híbrida viento/microturbinas. Esto genera 300,000 a 350,000 kWH por año, que es cerca del 20% de los requerimientos totales de la compañía.
En un plazo de 7 años, la compañía reemplazó equipo hidráulico estándar con máquinas de inyección por moldeo totalmente eléctricas. La ventaja es que las máquinas eléctricas no usan potencia cuando están en estado estático, lo cual representa un tiempo significativo; estás máquinas usan 50% menos energía que las hidráulicas.
Se reemplazaron balastras y lamparas de sodio con un nuevo tipo de foco fluorescente tipo T-8 y reflectores. Esto redujo el consumo de energía por iluminación en un 48%.
Se mejoró también el sistema de tratamiento de agua, instalando una planta de tratamiento bi-metálica, la cual no requiere de ningún químico para tratar el agua. Esto permite ahorrar miles de dólares anualmente en químicos, y eliminar la necesidad de la gente que los manipula. La nueva planta generar 3,217,600 litros de agua fresca a su alberca, sistemas de riego y también genera enfriamiento.
“Si se de desea tener un buen impacto ambiental y ahorrar dinero, hay que usar la energía eficientemente”
Harbec es un gran promotor del certificado LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)
Declaración de la política de sustentabilidad de la Glass Bottle Co.
Tomado de: Sustainable Development in Practice. Case Studies for Engineers and Scientists. Adisa Azapagic, Slobodam Perdan y Roland Clift. Wiley. 2004
La Glass Bottle Co. Es una compañía multinacional con manufactura mundial y suministro de contenedores de vidrio para amplios usos.
La compañía está activamente involucrada en la adopción de los principios ligados al desarrollo sustentable. Esto con el fin de asegurar que las medidas de calidad de vida estén integradas a lo largo de las actividades del negocio, desde la toma de decisiones en la administración hasta el corazón de la manufactura.
Las responsabilidad ambientales son:
– Cumplir con la legislación ambiental de los países, buscando minimizar los impactos negativos al medio ambiente para prevenir contaminación y reducir impactos de actividades asociadas como la construcción, manufactura, uso y desecho del producto.
– Mejorar el desempeño ambiental y la forma en que se manejan las responsabilidades ambientales.
– Motivar activamente el reciclado de sus productos.– Todos los proveedores deben de demostrar su compromiso con el ambiente y mejorar su
desempeño ambiental.– Educar a los empleados sobre la importancia de la protección ambiental y a todos aquellos
involucrados en el negocio.
Las responsabilidades sociales son:
– Consultar regularmente con los vecinos sobre sus preocupaciones, con el objeto de reducir el impacto local.
– Proveer de un ambiente laboral seguro y saludable para todos los empleados y aquellos que entren a sus instalaciones, así como motivar a empleados a mejorar continuamente en estos rubros.
– Reconocer que todos tienen la misma oportunidad para trabajar y asegurar que no hay discriminación de empleados o representantes.
– Asumir y promover las leyes internacionales de derechos humanos y, particularmente, derechos de los niños.
– Motivar a todos los proveedores a asumir estas responsabilidades dentro de sus actividades, con sus empleados y vecinos.
La compañía se hace responsable de estas actividades y de publicar anualmente un reporte de sustentabilidad para demostrar los logros en estas metas.
References
Azapagic, A., Perdan S. y Clift, R. Editors. Sustainable Development in Practice. Case Studies for Engineers and Scientists. John woley and Sons, Ltd. 2004.
Barrera-Roldan, Adrian, Saldivar Valdés, Américo, Nava Nava, Ma. Magdalena, Orti Gallarza, Silvia Margarita, Aguilar Benitez, Salvador, Villaseñor González, Eduardo. Índice de Sustentabilidad Industrial: Refinería “Miguel Hidalgo”. Problemas del Desarrollo. Revista Latinoamericana de Economía. Vol 35. Núm. 137, Abril-junio 2004.
Gaurav Ameta, Mahesh Mani, Sudarsan Rachuri, Shaw C. Feng, Ram D. Sriram , Kevin W. Lyons. Carbon Weight Analysis for Machining Operation and Allocation for Redesign. National Institute of Standards and Technology. NISTIR 7560. Diciembre 2009.
Shaw C. Feng and Che B. Joung An Overview of a Proposed Measurement Infrastructure for Sustainable Manufacturing. Manufacturing Engineering Laboratory. The 7th Global Conference on Sustainable Manufacturing. Toyota Motor Corporation. Sustainability Report 2011. August 2011. http://www.toyota-global.com/sustainability/sustainability_report/
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HÉCTOR DOMÍNGUEZ AGUIRRE
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