Integración de criterios de sostenibilidad y Análisis de Ciclo de Vida para el desarrollo de sistemas sostenibles aplicados a la ingeniería

Abstract

En la actualidad, la conciencia sobre la necesidad de reducir el impacto ambiental generado por la civilización moderna en el planeta es una realidad indiscutible. Este desafío requiere la implementación de estrategias orientadas a la optimización de los sistemas productivos. La gestión eficiente y consciente de dichos sistemas abarca todo su ciclo de vida, el cual se puede desglosar en diversas fases. Entre estas, destacan la fase de diseño de productos, en la cual es fundamental considerar las materias primas necesarias, así como otros insumos como recursos hídricos y energéticos; la fase de fabricación, que involucra las distintas operaciones realizadas por los operarios y equipos, y que exige un inventario detallado de entradas y salidas para evaluar los impactos positivos y negativos derivados del proceso; y finalmente, la fase de explotación del sistema, que no solo comprende el funcionamiento del equipo y sus derivados, sino también la implementación de procesos de mejora continua y la toma de decisiones estratégicas que aseguren una retroalimentación técnica, permitiendo así mantener la máxima eficiencia operativa en todo momento. La metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una herramienta que permite identificar en primer lugar el desglose de acciones que generan un impacto ambiental consecuencia del proceso productivo (residuos, subproductos del proceso, vertidos, emisiones, etc.) así como el consumo de recursos energéticos y naturales y materias primas requeridas. Todo lo anterior es fundamental para realizar un diagnóstico exhaustivo del sistema, permitir su comprensión integral y, en consecuencia, proponer mejoras en la fase final del proceso metodológico, basándose en los resultados obtenidos. En segundo lugar, una vez que se han identificado todas las acciones del proceso, el ACV permite cuantificar el impacto asociado a cada una de estas acciones en las tres fases previamente mencionadas. Por este motivo, es esencial llevar a cabo un seguimiento cronológico de todas las subetapas, que incluyen desde la extracción de materias primas, su procesamiento previo a la producción, transporte del producto manufacturado, distribución hasta su consumo, y las etapas finales, que abarcan el uso del producto y las posibles fases de reutilización y/o reciclaje. Estas últimas son especialmente relevantes, ya que son clave para minimizar la disposición final de residuos en vertederos y para optimizar los principios de sostenibilidad y economía circular. Por tanto, la presente Tesis Doctoral aplica el ACV a diferentes casos de estudio: (1) al proceso de tratamiento de áridos reciclados (AR) procedentes de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) en una planta de reciclaje, (2) al proceso de fabricación de Aceite de oliva Virgen Extra en una almazara y (3) al proceso de fabricación de piezas del sector aeronáutico. Los tres estudios tratan de dar respuesta a necesidades reales en diferentes sectores industriales, de una forma muy aplicada. Prueba de ello es el desarrollo de los trabajos de investigación, que han sido implementados en diferentes empresas, por lo que los resultados obtenidos son consecuencia de la transferencia de la investigación llevada a cabo por el doctorando y supervisado por la Directora, perteneciente el Grupo de investigación en el cual se desarrolla la siguiente Tesis Doctora: el Grupo PAIDI TEP 227: Ingeniería de la Construcción de la Universidad de Córdoba, grupo referente en proyectos y contratos de transferencia. En los tres casos se han colaborado directamente con empresas que, de forma previa al inicio del trabajo de investigación, han mostrado interés en aplicar la metodología de ACV en sus sistemas productivos: (1) una planta de tratamiento de áridos ubicada en la Provincia de córdoba (2) un proceso de almazara simulada a través de un gemelo digital (3) una empresa del sector aeronáutico también ubicada en la Provincia de Sevilla. Tres sectores diferentes pero relevantes en el tejido económico a nivel autonómico y nacional, donde generar herramientas de apoyo a la toma de decisiones, es de suma importancia para actuar en relación con criterios de sostenibilidad, lo que se traduce en una mayor aplicabilidad de los resultados obtenidos con la presente Tesis Doctoral y elevada transferencia del conocimiento hacia la empresa. A pesar de la diferencia implícita entre los tres sectores, en todos ellos se trata de realizar un diagnóstico mediante aplicación de ACV para identificar los principales impactos generados por los procesos productivos con el objetivo de realizar un análisis de alternativas y propuesta de soluciones a las empresas productoras, Todo lo anterior debe estar fundamentado en la incorporación de criterios empresariales de viabilidad técnica ya que sólo así las conclusiones del ACV permitirán a la empresa realizar acciones reales y factibles que reduzcan el impacto ambiental generado.

Currently, awareness regarding the need to reduce the environmental impact generated by modern civilization on the planet is an indisputable reality. This challenge requires the implementation of strategies aimed at optimizing production systems. The efficient and conscious management of such systems encompasses their entire life cycle, which can be broken down into various phases. Among these, the product design phase stands out, where it is essential to consider the necessary raw materials, as well as other inputs such as water and energy resources; the manufacturing phase, which involves the different operations carried out by operators and equipment, and requires a detailed inventory of inputs and outputs to assess the positive and negative impacts derived from the process; and finally, the operation phase of the system, which not only encompasses the operation of the equipment and its derivatives but also the implementation of continuous improvement processes and strategic decisionmaking to ensure technical feedback, thus maintaining maximum operational efficiency at all times. The Life Cycle Assessment (LCA) methodology is a tool that allows, firstly, the identification of the breakdown of actions generating environmental impacts as a result of the production process (waste, process by-products, effluents, emissions, etc.), as well as the consumption of energy, natural resources, and required raw materials. All of the above is fundamental for conducting a thorough system diagnosis, enabling a comprehensive understanding and, consequently, proposing improvements in the final phase of the methodological process, based on the results obtained. Secondly, once all actions of the process have been identified, LCA enables the quantification of the impact associated with each of these actions in the three mentioned phases. Therefore, it is essential to carry out a chronological follow-up of all sub-phases, which include the extraction of raw materials, their preprocessing prior to production, transportation of the manufactured product, distribution until its consumption, and the final stages, which COVER APU product use and potential reuse and/or recycling phases. The latter are particularly relevant, as they are key to minimizing the final disposal of waste in landfills and optimizing sustainability and circular economy principles. Thus, this Doctoral Thesis applies LCA to various case studies: (1) the treatment process of recycled aggregates from Construction and Demolition Waste in a recycling plant, (2) the process of manufacturing Extra Virgin Olive Oil in an olive mill, and (3) the manufacturing process of components in the aerospace sector. These three studies aim to address real needs in different industrial sectors in a highly applied manner. Evidence of this is the development of the research work, which has been implemented in different companies, meaning the results obtained are the result of transferring research conducted by the PhD candidate and supervised by the Director, from the research group to which this Doctoral Thesis belongs: the PAIDI TEP 227 Research Group in Construction Engineering at the University of Córdoba, a leading group in transfer projects and contracts. In all three cases, direct collaboration was established with companies that, prior to the commencement of the research, expressed interest in applying the LCA methodology in their production systems: (1) an aggregate treatment plant located in the province of Córdoba, (2) an olive mill located in the province of Seville, and (3) a company in the aerospace sector also located in the province of Seville. These three different but relevant sectors in the regional and national economic fabric highlight the importance of generating decisionsupport tools, which are crucial for addressing sustainability criteria. This leads to greater applicability of the results obtained in this Doctoral Thesis and a high level of knowledge transfer to the company. Despite the inherent differences between the three sectors, in all of them, the goal is to perform a diagnosis through the application of LCA to identify the main impacts generated by the production processes, with the objective of analyzing alternatives and proposing solutions to the producing companies. All of this must be based on the integration of business viability criteria, as only then can the conclusions of the LCA enable companies to implement real and feasible actions that reduce the environmental impact generated.