MANUFACTURA VERDE 

Introducción a la manufactura verde 

Previamente, la manufactura se definió como una actividad humana que busca la fabricación de bienes y artículos hechos a mano, o, especialmente, por maquinaria y, frecuentemente, en gran escala. Esta definición con un enfoque verde implica que se busque la fabricación de productos mediante materiales y procesos que minimicen el impacto negativo al medio ambiente, con un rumbo en la aplicación de energías renovables, seguras y eficientes; así como, el diseño de productos que tengan la facilidad de ser reutilizados, reciclados y fáciles de desensamblar.

Es una de las tendencias más recientes y atiende un enfoque en el cual se toma en cuenta el agotamiento de recursos, la contaminación industrial y el ciclo de vida cerrado del producto, todo esto sin perder de vista mejorar la calidad del producto y la eficiencia del proceso. 

Esta tendencia implica que se tomen en cuenta todos los factores ambientales y algo importante que se puede destacar es que, previamente, los procesos de manufactura solamente se enfocaban en la calidad, cantidad y eficiencia del proceso, donde el impacto ambiental pasaba a segundo plano. La manufactura es intermediaria entre la materia prima y los productos terminados, por lo que se debe buscar que los productos en su etapa de diseño puedan cerrar su ciclo de vida con facilidad y esto se debe fomentar en la empresa y en los clientes, debido a que los consumidores tienden a buscar el producto manufacturado como tal sin preocuparse de su manufactura y cuál será el fin del ciclo de vida del producto. Por esto es, responsabilidad de la empresa buscar la disminución del impacto ambiental, del manejo de la materia prima y que el producto pueda cerrar su ciclo de vida. Estos son los puntos que se abordan en este capítulo.

Manufactura y economía verde 

La economía verde es aquella en la cual se debe mejorar el bienestar del ser humano, buscando la reducción del impacto que se ocasione al medio ambiente. 

Aplicando esto hacia la manufactura se debe cambiar el modo en el que se manufacturan los productos, buscando siempre la reducción de los desperdicios y costos, como se manejaron en los capítulos anteriores, pero reduciendo el impacto hacia el medio ambiente.

Dentro de la economía verde, los materiales que se utilizan son divididos en dos tipos: 

• Materiales biológicos, son aquellos como la comida, residuos vegetales, madera y fibras textiles, los cuales son consumidos y deben ser regresados al entorno como composta o fertilizante para devolver los nutrientes a la tierra, o, en dado caso, ser procesados para producir energía. 
• Materiales técnicos, estos materiales son los utilizados en ingeniería, se debe buscar su reutilización, facilidad de reparación o reciclaje buscando tener un ciclo de vida del producto cerrado. 

Se recomienda realizar una innovación en el diseño y la manufactura de los productos buscando desarrollar una nueva gama de productos que tengan una mayor vida útil y que tengan la facilidad de ser reutilizados, arreglados o desmontables, así como poder reutilizar o reciclar sus componentes. 

La transición de una economía tradicional, en la cual no se toma en cuenta el problema de dañar al medio ambiente o el agotamiento de los recursos, hacia una economía verde, en la cual se contemplan estos puntos. Además, se buscan mejorar los sistemas actuales, involucra un trabajo en equipo entre los clientes que adquieran los productos y colaboren para que el producto prosiga un ciclo cerrado y las industrias manufactureras que desarrollen diseños y utilicen materiales que faciliten este objetivo, sin perder de vista tener la mayor calidad posible en los productos y cumplir con los requerimientos del cliente.

Ciclo de vida del producto en la manufactura verde 

A diferencia de la manufactura concurrente, que se enfoca en la etapa de diseño y producción del ciclo de vida del producto, en la manufactura verde se contempla el fin del ciclo de vida del producto, buscando que éste sea cerrado. 

El principal objetivo de la manufactura verde es, obtener un ciclo de vida del producto cerrado, mediante el cual el producto pueda ser reutilizado, reciclado o fácil de desensamblar con el fin de que sus piezas puedan ser utilizadas nuevamente o el producto sea fácil de reparar.

 El ciclo de vida del producto con un enfoque en la manufactura verde, abarca las siguientes etapas: 

• Obtención de las materias primas 

Esta etapa involucra todas las actividades necesarias para la extracción de las materias primas, incluyendo el transporte previo a la producción. 

• Proceso de manufactura 

Como se ha mencionado previamente, esta etapa involucra todas las actividades necesarias para convertir las materias primas en productos terminados y con el enfoque de manufactura verde también involucra la forma de obtener la energía que se requiere para lograr este proceso, así como el manejo de sustancias nocivas para el medio ambiente. 

• Distribución y transporte 

Básicamente, involucra la distribución y el traslado del producto final al cliente. 

• Uso, reutilización y mantenimiento 

Esta etapa involucra el tiempo de vida que le da el cliente, para que el tiempo de vida se prolongue es necesario que en la etapa de diseño se consideren los factores indicados para que el producto se pueda desensamblar con facilidad con el fin de que las reparaciones y el mantenimiento no causen mayor problema. 

• Reciclaje 

Esta etapa inicia una vez que el producto ha sido utilizado para su función inicial y ya no es factible que sea reparado, con lo que existe la posibilidad de que éste sea reciclado a través del mismo sistema de producto (ciclo cerrado de reciclaje), o pueda entrar a un nuevo sistema de producto (ciclo de reciclaje abierto).

• Gestión de los residuos 

En caso de que el producto ya haya cumplido con su función y no se pueda reutilizar ni reciclar se tiene que devolver al medio ambiente como residuo, buscando que éste afecte de la menor manera posible.

El ciclo de vida del producto se puede observar en la figura 4.3, éste ciclo aplicado a la manufactura verde debe considerar la minimización de la contaminación y desperdicios dentro del proceso. También, debe involucrar el diseño para el medio ambiente, el proceso económico, la protección con respecto al medio ambiente y la conservación de las materias primas. 

Para mantener un ciclo de vida adecuado con este enfoque, se recomienda cumplir con los siguientes puntos: 

• Eliminar el uso de recursos naturales no renovables (incluyendo fuentes de energía no renovables). 
• Descartar el desecho de materiales sintéticos e inorgánicos que tardan mucho tiempo en descomponerse. 
• Excluir la formación de desechos tóxicos ajenos al ciclo de vida natural.

Tecnología y herramientas aplicadas a la manufactura verde Tecnología verde 

La tecnología verde es una tendencia que surgió en Latinoamérica al inicio de los años 70´s, en la actualidad ha tomado mayor fuerza debido al interés por la sustentabilidad (La sustentabilidad es la cualidad de poderse mantener por sí mismo, sin ayuda exterior y sin agotar los recursos disponibles) y el empezar a aplicarla en la industria.

La tecnología verde implica el diseño de soluciones y/o la aplicación de dispositivos basados en una eficiencia positiva para el medio ambiente. En otras palabras, busca garantizar la seguridad y el buen desempeño en la fabricación, reduciendo al mismo tiempo su impacto al medio ambiental. Esta tendencia surge a partir de la necesidad de generar ahorros y disminuir el impacto ambiental, buscando que las empresas que implementan este tipo de mejoras puedan contar con una mejor reputación hacia el público en general. 

En la figura 4.4, se muestran las características con las que debe contar un producto que cumpla con esta metodología:

Existen diferentes maneras en las que una empresa puede involucrarse en el concepto de la Tecnología Verde. Esto implica cualquier acción que se haga dentro de la empresa, por ejemplo el ahorro de hojas de papel cuando se generan reportes y se analizan bases de datos, sin necesidad de imprimirlos o utilizar formatos digitales. Las empresas pueden contribuir con campañas de concientización dirigidas a los empleados sobre acciones tan sencillas como apagar los dispositivos electrónicos y la luz al salir de la oficina, buscando que esta tendencia se aplique en todo momento, incluyendo en puestos de trabajo como la gerencia. 

También, se pueden cuantificar las emisiones de carbono que se producen dentro del proceso y la contaminación que se genera con el fin de que esta se pueda revertir o reducir dentro del proceso. Diversas empresas comunican a los clientes acerca de su elección ecoresponsable. Esta tendencia de estrategias de venta, representa al marketing verde. 

Este marketing verde suele asociar el ahorro de energía y el reciclaje de los productos, este tipo de marketing permite hoy en día a las marcas valorizar su imagen ante sus clientes.

Por ejemplo, en la figura 4.5 se muestra el marketing verde empleado por la empresa Coca Cola en las etiquetas de su producto. Sin embargo, este tipo de marketing se debe utilizar con conciencia e independientemente de él, los procesos deben implementar procesos más amigables con el medio ambiente porque nos beneficia a todos tener una menor contaminación ambiental.

Materiales y residuos tóxicos 

Los residuos tóxicos son sustancias que son inflamables, corrosivas, tóxicas o pueden producir reacciones químicas, cuando están en concentraciones que pueden ser peligrosas para la salud o para el ambiente. Se recomienda sustituir los materiales y sustancias tóxicas y dañinas de los procesos por alternativas no tóxicas. 

A continuación, se mencionan algunos contaminantes que son nocivos para el medio ambiente y llegan a utilizarse en la industria. 

• Cadmio 

El cadmio presenta una toxicidad considerable por lo que se encuentra sujeto a normas ambientales. Si se contaminan las aguas con cadmio, éste puede incorporarse a los peces generando problemas en hígado, riñones y, en última instancia, envenenamiento. 

• Cloro 

Los gases que contienen cloro, como los clorofluorocarbonos (CFC), destruyen el ozono estratosférico y son gases de efecto invernadero. En su forma de hipoclorito de sodio es un compuesto oxidante. 

• Cromo 

El cromo hexavalente es reconocido como altamente tóxico. Los trabajadores que se han expuesto por largos periodos han reportado que es capaz de provocar cáncer de pulmón, además de causar efectos negativos al medio ambiente.

• Mercurio 

Cuando el mercurio entra en contacto con el medio acuático, éste se transforma en metilmercurio, el cual se acumula por medio de una cadena trófica, en los peces, la fauna silvestre que de ellos se alimenta y el ser humano. 

• Plomo 

El polvo, el agua y los gases contaminados con plomo perjudican el cerebro, los riñones, el hígado y otros órganos. 

• Fenol, éteres, solventes orgánicos 

Pueden ocasionar lesiones neurológicas, riesgos reproductivos, enfermedades de la piel, además de ser precursores de procesos cancerosos. 

• Polvo y fibras de asbesto 

El asbesto es un agente cancerígeno, además precursor de la enfermedad de asbestosis. Las fibras de asbesto pueden contaminar el aire y el agua. 

• Materiales químicos de laboratorio no identificados o nuevos compuestos de efectos ambientales no conocidos 

Varios de estos compuestos suelen ser utilizados en la industria química, por lo que se deben tomar en cuenta los reglamentos que implican su manejo y de no ser indispensables dentro del proceso. Se recomienda buscar un material menos tóxico. 

Contaminación del agua 

El agua es un compuesto esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas, por lo que se debe cuidar su disponibilidad. Las extracciones de agua destinadas a la industria a nivel mundial representan aproximadamente el 22% del uso total de agua y para 2025 se espera que la industrial represente cerca del 24% del total de extracciones de agua dulce.21 

Derivado de esto, es altamente recomendable que se reduzca la cantidad de agua utilizada en los procesos a lo esencial y se evite contaminarla de cualquier forma. 

Una de las formas de contaminación es la térmica, la cual consiste en la descarga de desechos calientes en cuerpos de agua, esto trae consigo problemas de perturbaciones ecológicas ya que al aumentar la temperatura desciende la cantidad de oxígeno en el agua, además de acelerar la putrefacción, afectando la fauna de las especies que viven en lagos, ríos o mares. 

Algunas alternativas para solucionar este problema es la inclusión de torres de refrigeración y estanques. Sin embargo, el problema que presentan es que requieren de un terreno más grande.

Contaminación por aguas residuales industriales 

La contaminación por este tipo de aguas depende de qué industria se trate. Por ejemplo, en la industria del papel y la alimenticia prevalecen los compuestos orgánicos, mientras que en otras, como los productos químicos, las de pinturas y las fundidoras predominan los compuestos inorgánicos. O en el caso de la industria textil, la azucarera y la minera, predomina la materia en suspensión. 

En general, la mayoría de las aguas residuales de origen industrial no sirven en absoluto apara beber ni para ser utilizadas en riego, debido a que contienen sustancias toxicas perjudiciales para la agricultura y los seres vivos. 

Es altamente recomendable no dañar los ríos, lagos o mares con residuos industriales ya que son los más difíciles de tratar, y, en vez de esto, se debe buscar la manera adecuada de retirarlos del proceso. Una opción es buscar tratar el agua empleada dentro del proceso con el fin de poder reutilizarla en el mismo. 

A continuación, se enlistan las industrias que presentan mayor contaminación de acuerdo a la SEMARNAT (Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales): 

• Minería 
• Construcción 
• Química 
• Manufacturera 
• Azucarera 
• Automotriz 
• Celulosa y cartón 
• Cementera 
• Vidriera 
• Petrolera 
• Metalúrgica 

Se recomienda buscar retirar todo tipo de sustancias nocivas de tal manera que afecten lo menos posible a los ecosistemas y las reservas de agua potable ya que solo el 2.5% del agua en el mundo es dulce y poco menos del 1% es apta para el consumo humano. Además de que existen diversos depósitos que se encuentran sobreexplotados.

Optimización de la materia prima y diseño verde 

Un producto diseñado con un enfoque hacia la manufactura verde debe considerar el tipo de material, es decir, que deben ser materiales amigables con el medio ambiente y que puedan ser económicamente reciclables. En tanto que, por parte de las empresas, se debe buscar el diseño necesario para que el producto tenga la capacidad de ser reciclado, reparable y reutilizado. 

Diseño para el medio ambiente (Design for environment, DFE) 

El diseño para el medio ambiente implica contemplar los efectos negativos del diseño hacia el impacto ambiental, así como optimizar la materia prima en los productos. 

Las metas principales que se recomienda tener al implementar la manufactura verde son las siguientes: 

• Reducir el uso de materias primas y elegir las más abundantes y renovables, también se recomienda eliminar los materiales tóxicos del proceso y disminuir los desperdicios, además de incrementar el uso de materiales reciclados. 
• Encontrar usos secundarios para el producto. 
• Utilizar el mismo material o materiales similares con el fin de facilitar el reciclaje del producto 
• Seleccionar y diseñar los procesos, de tal manera que tengan una alta eficiencia de energía. 
• Excluir empaques tóxicos y peligrosos, así como reutilizar los empaques. 
• Diseñar el producto con el fin de que cumpla con un mayor tiempo de servicio. 
• Examinar los componentes en el diseño que pueden ser reutilizados en caso de falla o bien de desensamble, con el fin de que estos puedan proseguir su ciclo de vida. 
• Facilitar el desensamble en la etapa de diseño, así como habilitar la recuperación de componentes y facilitar su reciclado. 
• Utilizar tecnologías limpias. 
• Utilizar materiales que tengan tratamientos superficiales o sean de mayor calidad, arreglos en la estructura del material con el fin de que se protejan de la suciedad, corrosión y del desgaste. 

Para lograr estas metas, se debe trabajar con una responsabilidad ética y tomando en cuenta las legislaciones ambientales hacia los productos. Sin embargo, las empresas manufactureras también deben anticipar las nuevas leyes que puedan aparecer. 

Para implantar este diseño se recomienda seguir los siguientes pasos:

1) Definir y seleccionar las metas que se buscará alcanzar con el diseño del producto, así como formar un equipo para logarlo. 

2) Considerar los factores internos y externos que afectaría al diseño, tales como la calidad del producto, imagen pública, reducción de costos, responsabilidad, ética, posible conducta del cliente, la legislación industrial pertinente, la demanda comercial, la competencia, los proveedores y las presiones sociales hacia los responsables del proceso por el compromiso hacia el medio ambiente. Se deben considerar todos estos factores al momento de diseñar el producto y seleccionar los materiales. 

3) Posteriormente, se deben identificar los efectos ambientales que se podrían presentar, tales como deforestación, la degradación del suelo, la contaminación del aire y del agua, y la generación de desechos del proceso, con el fin de minimizarlos desde la etapa de diseño y selección de materiales. 

4) Evaluar los efectos ambientales que se identificaron previamente durante todo el ciclo de vida del producto es el paso que sigue y es una etapa importante que comprende como el producto, se utiliza durante su ciclo de vida, como se recicla y que ocurre cuando se desecha al medio ambiente. Para efectuar esta evaluación se puede recurrir a listas de materiales que proveen de información como los métodos de transportación, flujos de desechos, métodos de reciclados y medios de desecho. Esto con el fin de obtener una base para considerar el desempeño ambiental que tendría el producto. 

5) Posteriormente, se puede hacer modificaciones al diseño buscando disminuir o eliminar los efectos ambientales. 

6) Finalmente, se puede reflexionar sobre qué beneficios se obtuvieron al aplicar esta metodología de diseño, evaluando qué tan amigables son los materiales empleados con el medio ambiente, qué porcentaje de estos materiales puede ser reciclado, qué fracción de los componentes puede ser desensamblado con facilidad y qué porcentaje de los componentes puede ser reutilizado en el proceso de manufactura. 

Diseño para el desensamble 

Es necesario el desensamble de los productos debido a que es una oportunidad de recuperar partes o materiales reciclables al final del ciclo de vida del producto, este diseño facilita el mantenimiento de los productos, las reparaciones y el diagnóstico del estado de los productos. 

Hay dos estrategias en la planeación del desmontaje de un producto: 

• Remover las piezas más valiosas, primero, y detener el desmantelamiento del producto cuando este se vuelve desfavorable. 
• Maximizar el campo de desmontaje al desmontar varias piezas a la vez.

Las recomendaciones para diseñar, adecuadamente, un producto para que sea desensamblado son las siguientes: 

• Diseñar el producto para su reúso.
• Eliminar la necesidad de separar las partes mediante métodos complicados. 
• Reducir el número de los diferentes materiales que integran el producto. 
• Habilitar la separación simultánea de piezas. 
• Colocar las partes en grupos de acuerdo al reciclaje y la secuencia del desensamble. 
• Identificar y señalar los puntos de separación y los tipos de materiales. 
• Facilitar la clasificación de materiales no compatibles con el reciclaje. 
• Utilizar materiales que tienen la posibilidad de ser reciclados. 
• Proveer de técnicas seguras para eliminar los materiales peligrosos o nocivos. 
• Seleccionar una secuencia eficiente de desensamble y que en dado caso este pueda ser realizado por el mismo usuario. Por ejemplo se muestra el un vehículo desensamblado en la figura 4.6.

Diseño para el reciclaje 

Esta metodología de diseño incorpora criterios en la fase de diseño de los productos con el fin de que estos tengan la facilidad de ser reciclados y/o reciclables. El uso de esta metodología no debe afectar la calidad y la función del producto, por el contrario debe buscar disminuir el costo y el impacto hacia el medio ambiente por parte del producto, a lo largo de todo su ciclo de vida.

Los productos reciclados son los que se manufacturaron con materiales reciclados o componentes que terminaron su ciclo de vida (re-manufacturados). Mientras que los reciclables son los que se manufacturan para ser reciclados al final de su ciclo de vida, dentro de la metodología de reciclaje se deben considerar ambos puntos, con el fin de alargar el tiempo del ciclo de vida del producto. 

Para implementar esta metodología de diseño se recomienda lo siguiente: 

• Evitar materiales nocivos hacia el medio ambiente y los seres vivos. 
• Diseñar el producto buscando una facilidad de desensamble, que permita realizar una fácil examinación del estado del producto, además de poder sustituir las piezas que pudieran ser dañadas en el transcurso del ciclo de vida del producto. 
• Buscar emplear materiales reciclados en los productos. 
• Tratar de recuperar las piezas o productos que para el cliente ya no tenga un valor útil, con el fin de reciclarlos en el proceso. 
• Seleccionar materiales que puedan ser reciclados. 
• También, se debe buscar alcanzar la mayor calidad posible y satisfacer completamente las necesidades del cliente. 

Varios de los materiales que económicamente pueden reciclarse se presentan a continuación: 

• Metales: Aceros, hierro, cobre, aluminio, plomo. 
• Termoplásticos: Polipropileno, ABS, polietileno, nylon, acrílico, PVC, policarbonato. 
• Otros materiales comunes: Madera, papel, cartón, vidrio no laminado. 

Por otra parte, algunos de los materiales que no son económicamente reciclables incluyen los materiales laminados como plásticos y vidrios, espuma de plástico y vinilo, aleaciones de distintos metales como el acero galvanizado, los cerámicos, plásticos termoestables como los compuestos fenólicos y partes que son pegadas o remachadas juntas. Por lo que, se recomienda buscar la posibilidad de cambiarlos por otros materiales. Por ejemplo en la figura 4.7 se puede observar una silla fabricada con productos reciclados.

Recomendaciones para la re-manufactura o re-procesamiento 

En el caso del diseño para la re-manufactura se tienen que seguir y considerar los siguientes pasos en el proceso: 

1) Desensamble. 

2) Limpieza. 

3) Inspección y clasificación. 

4) Sustitución de componentes. 

5) Re-ensamblaje. 

Para que se pueda hacer fácilmente la re-fabricación o el reproceso, es necesario considerar que las piezas del producto deben ser fáciles de desensamblar, limpiar e inspeccionar, además de que se puedan reemplazar por otras con facilidad.

La energía en la manufactura 

El sector manufacturero tiene un alto impacto en el ambiente, la manufactura es responsable de aproximadamente 35% del consumo eléctrico del mundo, de más del 20 % de emisiones de dióxido de carbono y del 25% de la extracción de recursos naturales primarios (Fuente CEGESTI (Centro de Gestión Tecnológica), año 2012). 

Debido a esto, se recomienda el uso de energías alternas, ya que no dependen de un combustible no renovable y ocasionan un dañó menor al ambiente. Además, se recomienda aumentar la eficiencia del proceso con el fin de utilizar solo la elemental. 

En esta sección, se estudiará, primero, el impacto que tiene la combustión en el medio ambiente, debido a que es altamente usada para obtener energía calorífica, la cual, por medio de equipos, se puede convertir en energía mecánica y energía eléctrica. 

Combustión 

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias, llamada combustible que reacciona con el oxígeno. En esta reacción se forma una llama, que libera energía calorífica y luminosa. Esta reacción, generalmente, es utilizada en las plantas termoeléctricas, donde se quema combustóleo para calentar agua en una caldera y generar vapor, el cual es enviado a una turbina, ésta convierte la energía del vapor en energía mecánica y energía eléctrica. 

Para lograr una mayor eficiencia, en esta reacción, es altamente recomendable introducir oxígeno en exceso con el fin de que los compuestos reaccionen de la mejor manera y evitar la obtención de subproductos, los principales compuestos que intervienen en la combustión son: O2, H2O en forma de vapor, N2, H2, CO y CO2. 

El monóxido de carbono (CO) es un compuesto dañino para la salud, puede causar la muerte cuando se respira en niveles elevados y bajo cierto tiempo de exposición. Se produce, generalmente, en la combustión deficiente de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera. 

También, se puede formar carbono en forma de hollín (partículas sólidas de carbono de un tamaño muy pequeño). 

Otro compuesto que se puede formar, es el dióxido de azufre (SO2). Éste compuesto es nocivo para la salud bajo ciertas cantidades y tiempos de prolongación, su principal problema es que genera problemas e irritaciones en el sistema respiratorio, además de ser el principal causante de la lluvia ácida. 

También, se pueden generar óxidos de nitrógeno (NxOy), los cuales son compuestos inorgánicos de la combustión a altas temperaturas (superiores a los 1000 °C) y a una baja cantidad de oxígeno. 

Éstos traen problemas al medio ambiente, por ejemplo, el dióxido de nitrógeno (NO2) es uno de los gases responsables de la lluvia ácida, ya que al disolverse en agua origina ácido nítrico, además de ser un gas tóxico e irritante. Este gas está altamente regulado por diversos estándares.

Efecto invernadero 

El efecto invernadero es un fenómeno mediante el cual determinados gases, que forman parte de la atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite al haber sido calentado por la radiación solar. 

La problemática de este fenómeno parte de que la energía solar que recibe constantemente la Tierra no puede volver de manera inmediata al espacio, produciendo a escala mundial un efecto similar al observado en un invernadero. 

Los principales gases de efecto invernadero que se encuentran en la atmosfera son: 

• El vapor de agua (H2O) 
• Dióxido de carbono (CO2) 
• Óxido nitroso (N2O) 
• Metano (CH4) 
• Ozono (O3) 

Para luchar en contra del cambio climático se firmó el Protocolo de Kioto, en el cual se establece un calendario de reducción de gases de efecto invernadero, en función de las emitidas por cada país. Aunque son diversos gases lo que ocasionan este efecto, el dióxido de carbono es determinante porque representa aproximadamente el 80% del total de estos gases. De acuerdo con la Agencia Europea de Medio Ambiente, el sector energético es responsable del 80% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en la Unión Europea, esto, principalmente, debido al protagonismo que tienen los combustibles fósiles dentro de este sector.

Contaminación atmosférica 

En la Ciudad de México se emiten, anualmente, alrededor de 4 500,000 toneladas de contaminantes a la atmosfera, lo que implica una generación de problemas a la población que van desde el incremento de enfermedades (principalmente respiratorias), hasta la formación de lluvia ácida, además de la contaminación de compuestos perjudiciales para la capa de ozono y compuestos que generan el efecto invernadero. 

La calidad del aire se establece con base en los contaminantes que se encuentran en mayor frecuencia y en mayores concentraciones, estos estudios de calidad, generalmente, se realizan en las grandes ciudades y en las industrias. 

Existen diversos tipos de contaminantes atmosféricos, los cuales se pueden clasificar acorde a la tabla 4.1.

La tabla 4.1, muestra que los contaminantes primarios son aquellos que proceden directamente de su fuente de emisión y los secundarios se generan por reacciones entre los componentes primarios y las sustancias presentes en la atmósfera. 

Dentro de los procesos industriales se debe buscar que no se generen gases contaminantes y, en caso de que se generen, se debe buscar controlarlos y transformarlos en componentes menos dañinos. 

A raíz de la contaminación que involucra la combustión de fósiles, se recomienda obtener la energía eléctrica necesaria para el proceso mediante fuentes de energía alterna. Pero en caso de que no se pueda implementar otro tipo de energía menos contaminante, se debe de optar por controlar las emisiones de gases contaminantes. 

Existen varias maneras en las que se pueden controlar los gases contaminantes generados en la industria, entre las principales se encuentran:

• Por absorción de los contaminantes por un líquido. 
• Absorción de los contaminantes en una superficie sólida. 
• Condensación. 
• Transformación química. 
• Incineración. 

La elección del método depende del tipo de contaminante que se deseé eliminar, la concentración de este contaminante, la eficiencia del tratamiento y de las características del lugar. 

Por otra parte, los clorofluorocarbonos son compuestos utilizados para los sistemas de refrigeración y de aire acondicionado, estos compuestos también son utilizados en los aerosoles, en componentes electrónicos y mecánicos. Su inconveniencia radica en que cuando llegan a la troposfera se rompe el enlace que los estabiliza por el efecto de la radiación ultravioleta, lo que genera que reaccionen con el ozono, provocando su eliminación. Estas son las razones por las que se debe evitar el uso de estos compuestos. 

Una alternativa para los clorofluorocarbonos es la implementación de hidroclorofluorocarburos (HCFC) y los hidrofluorocarburos (HFC), debido a que presentan una baja reactividad, además de que sus propiedades les confieren cualidades para poder ser utilizados en los ciclos de refrigeración. 

Aunque el ozono (O3), se encuentra en la capa de ozono y nos protege de los efectos producidos por la radiación solar, si éste se encuentra en la troposfera resulta dañino para los seres vivos y, por lo tanto, es un contaminante atmosférico. En la troposfera es producido como resultado de reacciones entre los óxidos de nitrógeno, emitidos por los automóviles y por la industria, con vapores orgánicos volátiles, procedentes tanto de la industria (gasolina, disolventes y otros) como de la vegetación natural, siendo un contaminante secundario. 

En México, los procesos industriales y la combustión industrial generan una cantidad considerable de contaminantes atmosféricos. Sin embargo, hay otras actividades humanas que también intervienen, como los vehículos o el uso de solventes. 

Fuentes de energía alternas 

Existen distintas energías alternas, las cuales se muestran en la tabla 4.2. Para utilizar estas fuentes de energía alterna, se necesita realizar un estudio, con el fin de obtener un panorama sobre la afectación que resultaría hacia el medio ambiente y si es viable su uso. 

Dentro de estas fuentes de energía alternas se puede incluir la energía nuclear. Sin embargo, es poco práctica para la industria manufacturera, y, aunque no produce emisiones de gases contaminantes, no es tan conveniente porque genera residuos radioactivos que tardan muchos años en poder retirarse, además de necesitar de una gran cantidad de agua de enfriamiento dentro de este proceso y ser una fuente de energía no renovable.

Panorama global de las energías renovables 

En el año 2012 la capacidad total instalada para la generación eléctrica con energías renovables alcanzo un total de 1470.7 GW, de los cuales el 67% fue aportado por energía hidráulica, el 19% por parques eólicos, como se muestra en la tabla 4.3.

Se puede observar que México, está dentro de las 5 naciones que le dan más provecho a la energía geotérmica. Sin embargo, debido a las condiciones climáticas con las que cuenta el país, podría ser incluido dentro de otras más, pero no se han aprovechado apropiadamente. Los principales países que lideran la utilización de energías alternas son Estados Unidos, Alemania y China. 

En México, de acuerdo con CFE (Comisión Federal de Electricidad), la capacidad instalada en el año 2012 con respecto a energías renovables y las que se encuentran en construcción, se muestran en la tabla 4.4.

La electricidad generada por las Energías renovables representó, aproximadamente, el 26% de la generación de energía eléctrica global del año 2012 (5640 GW). 

De acuerdo con un artículo de CEGESTI, la manufactura fue responsable de, aproximadamente, el 35% del consumo eléctrico global en el año 2012, representando un consumo estimado de 1974 GW. 

Es importante que las industrias manufactureras estén concientes de la cantidad de energía eléctrica que demanda el proceso y cómo se obtiene, con el objeto de que utilicen fuentes de energía que garanticen el suministro de energía adecuado para el proceso e impliquen un menor daño al medio ambiente. 

Biocombustibles 

Los biocombustibles son mezclas de hidrocarburos que se utiliza como combustible en los motores de combustión interna. Estos derivan de la biomasa, la cual es materia orgánica originada en un proceso biológico, y puede ser utilizable como fuente de energía. 

Se elaboran con materiales producidos por los seres vivos. Los compuestos que se utilizan como biocombustibles son alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos químicos generados a partir de los tejidos de plantas y animales.

Los biocombustibles convencionales como el etanol y el biodiesel proceden, generalmente, del maíz, la caña de azúcar, la remolacha, el trigo o semillas oleaginosas. 

Las principales ventajas que implica la implementación de biocombustibles se enlistan a continuación: 

• Pueden ser mezclados en grandes cantidades con combustibles convencionales y pueden ser utilizados como tal.
• Reducen el porcentaje de emisiones de CO2. Debido a que las plantas van absorbiendo el CO2 a medida que se van desarrollando, además de que emiten una cantidad de CO2 similar a los combustibles convencionales. 
• Hay pocas fuentes de energía que provengan de un procesamiento diferente al de la energía fósil. La clave está en disminuir la energía utilizada en la medida de lo posible, debido a que el petróleo es un recurso no renovable y su uso causa contaminación al medio ambiente, a diferencia de los biocombustibles que junto con las energías renovables representan una alternativa ecológica. 
• El biodiesel puede ser usado en cualquier motor de diésel cuando es mezclado con diésel mineral. En algunos países, las compañías manufactureras construyen sus motores de diésel bajo la garantía de que puedan utilizar el B100. En muchos países Europeos, un 5% de la mezcla de biodiesel es ampliamente usada y está disponible en miles de estaciones de gas. Además, éste es un combustible oxigenado, es decir, que éste contiene una cantidad reducida de carbono y un contenido alto de hidrógeno y oxígeno más que el diésel fósil. Esto mejora la combustión del biodiesel y reduce las partículas de emisión del carbono no quemado. 

Las desventajas que tiene la aplicación de biocombustibles son las siguientes: 

• Contaminación en la Producción: Muchos estudios muestran que si bien, los biocombustibles no contaminan a la hora de ser quemados, hay indicaciones de que el proceso de crear este combustible es contaminante. 
• Precio de la Comida: Se dice que la demanda de cultivos para la fabricación del combustible podría afectar los precios de los alimentos. 
• Uso de Agua: Se necesitan grandes cantidades de agua para regar los campos para cultivar el producto necesario. 

Para finalizar, resulta importante tener en cuenta las consideraciones mostradas en la figura 4.10.

Implementación de la manufactura verde 

Dentro del proceso, los ingenieros de manufactura tienen que garantizar que los procedimientos y las plantas de producción sean amigables con el ambiente. También, que cumplan con una calidad adecuada y, además, sean seguras para los trabajadores, además de que sus condiciones de trabajo siempre sean óptimos para los estándares de la empresa y mantenga una filosofía encaminada a la reducción de la energía, el consumo de agua, desechos y emisiones. 

Al igual que con las dos tendencias previas, pueden existir dificultades al instituir esta tendencia, entre ellas se encuentran las siguientes: 

• La resistencia al cambio ante una nueva estrategia. 
• El requerimiento de contar con una plantilla de trabajadores motivados, responsables y con la filosofía de generar un proceso más amigable con el medio ambiente, englobando todas las actividades en las que participen. 
• La disponibilidad de trabajar en equipo para generar un producto de alta calidad que sea durable y que presente un ciclo de vida cerrado, apoyados en el diseño para la reutilización y el reciclaje. 

Esta tendencia se ha visto aplicada en la industria textil, donde diversas empresas manufactureras textiles están rediseñando procesos y productos con el fin de reducir su impacto en el medio ambiente, y, adicionalmente, están reduciendo el uso de energía y reemplazando los combustibles fósiles con energías renovables y alternas cuando sea posible o práctico, además de reducir el uso de agua y el reemplazo de los procesos más tóxicos.

Por ejemplo, la empresa fabricante de alfombras Interface, tiene como meta el de reducir su impacto ambiental a cero para el año 2020, incluyendo el derivar todas sus energías al uso de recursos renovables. Planea lograrlo apoyándose en el mejoramiento de los procesos de manufactura para reducir el uso de energía, así como la modernización de los sistemas de calentamiento, ventilación, aire acondicionado y mejoras en la eficiencia de los sistemas de iluminación.

Interface ha disminuido el consumo de energía en sus procesos manufactureros en un 44%, y el uso de energía no renovable por unidad en un 60% desde 1996. Las fuentes de energía renovable tal como solar, hidroeléctrica, gas tipo LFG, y geotérmica, proveen ahora el 28% del total de las necesidades energéticas de la empresa. Siete de sus plantas de manufactura usan electricidad 100% renovable; y el 89% de su energía eléctrica total es de fuentes renovables, incluyendo energía recibida directamente de la red de energía. (Esta energía de la red la adquieren con certificados de energía renovable denominados RECs). 

Otra empresa que también ha utilizado otras fuentes de energía es Victor Group, esta empresa de origen canadiense es fabricante de tejidos para la confección, de uso residencial y contra y utiliza la energía hidráulica como su principal fuente de energía, aportando aproximadamente el 91% de la energía usada en sus plantas 

Además, compensa la porción de su uso interno de electricidad con energía proveniente de la red, bajo la condición de que ésta provenga de fuentes de energía alterna, al igual que Interface, y se encuentra invirtiendo en opciones de energía alterna local para usos futuros. 

La manufactura verde, se puede complementar con la manufactura concurrente desde la etapa de diseño, considerando ambos aspectos de manera simultánea, al momento de definir los materiales, y el diseño que tendrá el producto, con los objetivos de que éste sea fácil de manufacturar, ensamblar, desensamblar, reciclar, reutilizar y que cumpla con los requerimientos del cliente. 

Por otra parte, dentro de la manufactura verde, se busca disminuir la sobreproducción, que involucra materia prima que es extraída, procesada, y que no es vendida al cliente, generando una explotación de recursos naturales innecesaria, ocurriendo algo similar con los inventarios, lo cual se puede evitar con herramientas de la manufactura esbelta, como el sistema kanban, el sistema pull y la metodología justo a tiempo. 

Además de que el exceso de movimientos, transportación y sobreproducción, requieren una mayor energía y recursos, los cuales se pueden ahorrar mediante una buena planeación, y, aplicando las herramientas de la manufactura esbelta como las 5S´s y Heinjuka. 

Así mismo, es recomendable disminuir los desperdicios de materiales al mínimo, y reciclar los productos defectuosos, con la finalidad de que éstos puedan tener un ciclo de vida cerrado.

REFERENCIAS

Kutz, Myer. (2007). Environmentally Conscious Manufacturing. Nueva Jersey, Estados Unidos: John Wilwy & Sons, Inc. 

Edward, Magrab. (1997). Integrated product and process design and development. Estados Unidos: CRC Press. 

Graedel, T. E. (1996). Design for the environment. Estados Unidos: Prentice-Hall. Giudice, F. (1996). Product design for the environment. Estados Unidos: Prentice-Hall. 

Edward B. Magrab, (1997). Integrated product and process design and development.Editorial CRC Press. 

T. E. Graedel (1996).Design for environment. Editorial Prentice Hall. 

Fabio Giudice (2006). Product Design for the environment. Editorial Taylor & Francis group, CRC Press. 

Spellman, F., & Bieber, R. (2011). The science of renewable energy. Estadis Ybudis: CRC Press. 

Hundal, Mahendra S. (2002). Mechanical life cycle handbook, good environmental design and manufacturing. Nueva York, Estados Unidos: Marcel Dekker. 

Wilson, Richard. (2008). Energy, Environment and Climate. Estados Unidos: W. W. Norton & Company. 

Referencias electrónicas  

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http://www.semarnat.gob.mx consultado por última vez el 8 de noviembre de 2014. 

http://solo-eolica.blogspot.mx/2009/10/ruidos.html consultado por última vez el 10 de noviembre de 2014. 

http://www.pnuma.org/eficienciarecursos/documentos/GER_synthesis_sp.pdf consultado por última vez el 20 de noviembre de 2014. 

http://www.elmundo.es/especiales/2008/04/internacional/crisis_alimentos/bioco mbustibles.html consultado por última vez el 14 de noviembre de 2014.