Al desarrollar un marco de circularidad, ABB toma medidas para integrar una mentalidad de sostenibilidad en todo lo que hace, desde la planificación de los residuos hasta el uso eficiente y la reutilización. El diseño y uso de motores de alta eficiencia y la gestión responsable de los motores al final de su vida útil demuestran cómo las ambiciones estratégicas de ABB se traducen en acciones con un gran impacto.
Santanu Singha, Erik Johansson ABB Corporate Research, Västerås, Suecia, santanu.singha@se.abb.com, erik.x.johansson@se.abb.com; Peter J. Isberg ABB Motion Service, Västerås, Suecia, peter.j.isberg@se.abb.com; Emma Westberg ABB MO Discovery, Västerås, Suecia, emma.westberg@se.abb.com
Se prevé que el consumo mundial de energía, incluido el industrial [1], haya aumentado casi un 50 por ciento para 2050. En la actualidad, los motores eléctricos se encuentran entre los mayores consumidores de electricidad del mundo, ya que representan entre el 43 y el 46 por ciento del consumo mundial de electricidad (7108 TWh) [2]. Por tanto, la eficiencia energética de los motores eléctricos influye en el consumo de energía de manera notable.
Utilizados en una amplia variedad de aplicaciones (como ventiladores, soplantes y máquinas herramienta), los 8 millones de motores eléctricos que funcionan en la Unión Europea, por ejemplo, consumen casi el 50 por ciento de la electricidad producida actualmente en la región [3]. Se prevé que los motores industriales, un factor principal del aumento del consumo eléctrico, contribuyan en más de un 30 por ciento al crecimiento total del consumo hasta 2040 [4]. Es evidente el importante papel que podrían desempeñar los motores eléctricos para impulsar la sostenibilidad e influir en el cambio climático de cara al futuro →01.
Sin lugar a dudas, la sostenibilidad es fundamental para las estrategias empresariales industriales, incluida la de ABB. La sostenibilidad es clave para el propósito empresarial de ABB y el valor que crea para todas las partes interesadas. Esta estrategia se basa en tres pilares: reducir las emisiones de carbono, conservar los recursos y fomentar el progreso social. Al desarrollar y aplicar una estrategia empresarial con un enfoque circular, ABB no solo es fiel a su propósito, sino que genera resultados tangibles basados en datos que los clientes pueden aprovechar para marcar la diferencia.
Enfoque circular y concepto de ciclo de vida
Desde los inicios de la industrialización, el modelo tradicional de gestión de un negocio se ha basado en un enfoque lineal del consumo de los recursos que sigue un patrón de «tomar-hacer-desechar» [5] →02, en el que las materias primas se extraen de las minas y se utilizan para fabricar un producto que se vende a los clientes, quienes, posteriormente, se deshacen de él cuando ya no cumple su función →02a. No obstante, un enfoque lineal no necesariamente ayuda a eliminar los residuos de forma óptima, ni puede proteger a las industrias expuestas a los riesgos empresariales asociados a interrupciones de la cadena de suministro relacionadas con los recursos [5]. Estos desafíos exigen un modelo económico diferente que se base en un enfoque circular de la creación de valor: una economía circular →02b. Con el patrón de «tomar-hacer-tomar», este sistema industrial es restaurativo o regenerativo por su intención y diseño. El objetivo principal es «planificar» los residuos, no simplemente «eliminarlos» [5]. Un enfoque circular (también conocido como «cerrar el bucle») engloba tres estrategias básicas:
1) Planificar la eliminación de los residuos y la contaminación (atención al diseño del producto).
2) Mantener los productos y materiales en uso (atención a los modelos de negocio).
3) Regenerar los sistemas naturales (atención a la regeneración de los recursos).
Ejemplo de enfoque lineal. 
Ejemplo de enfoque circular.
02 Se muestran las fases típicas del ciclo de vida de un producto basándose en el enfoque tradicional y en el de la economía circular. Aunque tanto la eliminación de residuos como la conservación de recursos son objetivos clave, en el escenario evaluado los principales recursos de interés son los materiales y la energía.
Basado en la idea de «concepto de ciclo de vida» y definido como una «forma de pensar que incluye las consecuencias económicas, medioambientales y sociales de un producto o proceso durante toda su vida útil» [6], el enfoque circular aplica una visión holística a un producto, proceso o servicio en el sistema, desde las materias primas, pasando por la fabricación y el consumo (o uso) hasta el final de su vida útil, con la posibilidad de influir en la sostenibilidad en cada etapa, algo absolutamente necesario para la sostenibilidad de los productos.
Análisis del ciclo de vida de un motor de inducción: decisiones basadas en los datos
El análisis del ciclo de vida (ACV), basado en el concepto de ciclo de vida, es un proceso científico estructurado que se utiliza para comprender y evaluar el impacto de un producto, proceso o servicio a lo largo de su ciclo de vida útil, a medida que los materiales pasan por las diferentes etapas de la economía. Basándose en los principios y el marco descritos en la norma ISO 14040:2006, los flujos de materiales se miden con respecto a varias categorías de impacto diferentes relacionadas con el medio ambiente y el ecosistema, que normalmente son las emisiones de carbono, el posible calentamiento global, la potencial destrucción de la capa de ozono, la escasez de agua, etc.
Para realizar un ACV, ABB eligió un motor de inducción de baja tensión (BT). El impacto medioambiental causado por los flujos de materiales y energía en las diferentes fases del ciclo de vida del motor se determinó utilizando SimaPro. En el ciclo de vida útil de 20 años de un motor de baja tensión, la fase de uso contribuye a más del 99 por ciento de las emisiones de carbono directas/indirectas. La importancia de la eficiencia energética de un motor para la sostenibilidad es evidente →03. No obstante, los materiales de un motor no son menos importantes desde el punto de vista de la sostenibilidad. Los metales, que constituyen más del 98 por ciento de la estructura de un motor, son reciclables y, por lo tanto, reutilizables: una ventaja para la sostenibilidad→04.
Hoy en día, los motores de baja tensión ya se fabrican de manera eficiente: en la fase de diseño, se utilizan los materiales de forma óptima y la producción se automatiza en fábricas energéticamente eficientes. Según los resultados de ABB, la manera más práctica de mejorar la huella de sostenibilidad de un motor es diseñar/utilizar motores de alta eficiencia y gestionar los materiales de forma adecuada y responsable al final de su vida útil.
Eficiencia energética: un factor clave de la sostenibilidad
La eficiencia energética se ha convertido en un tema fundamental para las empresas [7], que a menudo se emplea junto con la sostenibilidad. Según una reciente encuesta mundial sobre eficiencia energética, el 97 por ciento de los líderes del sector ya están invirtiendo, o tienen previsto invertir, en mejorar la eficiencia energética [7], y citan como motivos principales el ahorro de costes, seguido de los compromisos de sostenibilidad corporativa.
Dado que los motores se encuentran entre los mayores consumidores de electricidad, su diseño y uso encierran un enorme potencial de ahorro energético. Los motores eléctricos son robustos y tienen una larga vida técnica: es habitual encontrar motores que funcionan con 50 o 60 años de antigüedad. Por tanto, en general, la base instalada en la industria y las infraestructuras no cumple las normas de eficiencia actuales. Sustituir esos viejos sistemas ineficientes, así como los motores sobredimensionados que consumen más energía de la necesaria, por alternativas más eficientes sería una de las formas más rentables y efectivas de reducir el consumo energético y las emisiones relacionadas [8]. Por ejemplo, la instalación de un motor SynRM IE5 para sustituir un motor IE3 podría reducir las emisiones anuales de CO₂ en 22.000 kg para una aplicación de 315 kW [9]. Además, desde el punto de vista de los recursos, el rotor de un motor SynRM no utiliza imanes ni materiales de tierras raras, lo que hace que este producto sea aún más sostenible.
A pesar del importante ahorro que los clientes pueden conseguir si actualizan un motor, el ahorro energético es aún mayor si se utiliza un motor de alta eficiencia junto con un convertidor de frecuencia. En aplicaciones como bombas, ventiladores y compresores, añadir un convertidor normalmente puede reducir el consumo energético un 25 por ciento [10]. Si los más de 300 millones de sistemas industriales que actualmente funcionan con un motor eléctrico fueran sustituidos por equipos optimizados de alta eficiencia, el consumo mundial de electricidad podría descender un 10 por ciento [11], lo que supondría una reducción extraordinaria.
La UE reconoce este potencial y ha introducido la Directiva sobre diseño ecológico para imponer el uso de motores y convertidores energéticamente eficientes en las industrias [12] con el fin de limitar el consumo de energía y el impacto en el clima. De este modo, la eficiencia de los motores desempeñará un papel importante en los objetivos de la UE de reducir el consumo energético un 32,5 por ciento para 2030.
Valor medioambiental de la gestión del final de la vida útil
Según un informe del Banco Mundial [13], un futuro con bajas emisiones de carbono requerirá un uso intensivo de minerales debido a la mayor necesidad de obtener más materiales para que pueda haber tecnologías de energía limpia. Dado que, probablemente, el suministro y la disponibilidad de minerales clave se verán afectados, el reciclaje podría desempeñar un papel cada vez más importante para satisfacer esta demanda, facilitando así la transición hacia las bajas emisiones de carbono. El reciclaje de motores y sus componentes podría favorecer la disponibilidad de los materiales, reduciendo la necesidad de materiales vírgenes y disminuyendo enormemente el impacto medioambiental.
ABB calculó este potencial utilizando SimaPro, con el fin de realizar un análisis detallado del impacto medioambiental del reciclaje de los metales que componen los motores al final de su vida útil →05. Se elaboraron modelos de escenarios prácticos utilizando datos realistas asociados a los procesos de reciclaje y el transporte. El reciclaje de 10 toneladas de motores tiene el potencial de ahorrar 30 toneladas de emisiones de CO₂, 300 MWh de energía y 91.000 m³ de agua, un resultado sumamente positivo →05. En comparación, aproximadamente 300 MWh de energía es lo que se necesita para calentar una casa de tamaño medio durante 16 años y 91.000 m³ de agua pueden llenar 36 piscinas olímpicas→05.
No obstante, los metales tienen otra ventaja: pueden reciclarse y reutilizarse continuamente de forma ilimitada →04. Imagine los beneficios medioambientales que se obtendrían si los metales de un producto se reciclaran siempre al final de su vida útil. ABB reconoce este potencial y muestra un gran interés en la gestión del final de la vida útil de los motores eléctricos y otros productos: los flujos circulares de los materiales son el futuro.
Cerrar el bucle del motor mediante la colaboración y la digitalización
Dado que la sostenibilidad es intrínsecamente colaborativa y engloba al planeta, las personas y los beneficios, el crecimiento sostenible de una organización está ligado a la optimización de estos tres factores. No obstante, las organizaciones no pueden influir y controlar directamente estos parámetros de forma aislada; hay otras partes interesadas en la cadena de valor cuyos intereses, interconectados e igual de importantes, deben optimizarse simultáneamente. Las colaboraciones, alianzas o asociaciones son la base para lograr un mayor impacto y una próspera transformación sostenible. Con la unión de todas las partes interesadas clave se puede crear un valor de sostenibilidad compartido; un valor que sea duradero, escalable y transformador.
Animada por los resultados positivos para el medio ambiente del reciclaje de metales, ABB fue pionera en una colaboración con la empresa sueca Stena Recycling para ofrecer a los clientes la oportunidad de reciclar sus viejos e ineficientes motores eléctricos al final de su vida útil (variantes más pequeñas de BT y más grandes de AT) [14,15] de forma sostenible →06. Además de reducir las emisiones, este modelo comercial de recuperación y reciclaje de motores evita el riesgo de que esos viejos motores eléctricos, ya ineficientes, lleguen al mercado de segunda mano y perjudiquen el medio ambiente.
Optimizado para tener el menor impacto medioambiental, todo el proceso de recuperación y reciclaje tiene un diseño sostenible; pondera el peso total de los motores que se van a reciclar, las distancias que hay que recorrer, el tipo de transporte que se va a utilizar y la frecuencia de ese transporte.
La transformación sostenible a través de la colaboración puede reforzarse y acelerarse aún más mediante la transformación digital. Con la revolución del internet industrial de las cosas (IIoT, por sus siglas en inglés) en pleno desarrollo, la toma de decisiones basada en los datos puede servir para minimizar los residuos y hacer posible un futuro productivo y sostenible. Gracias a los productos, soluciones y servicios digitales pueden recogerse datos en tiempo real que revelen el estado de los equipos y sistemas, motivando así que se tomen decisiones adecuadas para optimizar y mejorar la eficiencia energética. Por ejemplo, ABB colocó sensores inteligentes de análisis energético en los motores de las instalaciones de SCA en Munksund (Suecia), uno de sus clientes [14]. Los sensores inteligentes proporcionaron información sobre el estado y la potencia activa en el eje del motor utilizado. La evaluación de los datos permite determinar la potencia activa y reactiva utilizada, el consumo anual de potencia activa y reactiva y si el motor está o no correctamente dimensionado para la aplicación, así como el posible ahorro (kWh, € y kg de CO₂) si se sustituye el motor. Hasta ahora, SCA Munksund ha reciclado 28 toneladas de motores con el modelo circular de reciclaje de ABB. Gracias a la evaluación, se identificaron once toneladas de motores, que se sustituyeron y transportaron a la planta de Stena Recycling [14].
El modelo comercial de recuperación y reciclaje de motores de ABB es flexible. El sistema puede adaptarse para incluir las soluciones digitales pertinentes y ofertas de motores energéticamente eficientes, principalmente para mejorar el valor de sostenibilidad de todo el proceso. De hecho, una combinación de procesos que implique el reciclaje de motores ineficientes y su sustitución por motores nuevos y más eficientes energéticamente (una iniciativa de upcycling) reduce las emisiones de carbono en ambas fases del proceso, una solución beneficiosa para los clientes. También existe la posibilidad de obtener beneficios aún mayores en materia de sostenibilidad: en casos concretos, ABB puede ofrecer a los clientes incentivos económicos basados en el valor de los metales reciclados, como un certificado de destrucción y un informe medioambiental junto con Stena Recycling, cuando adquieran nuevos productos de ABB [15].
Lograr un cambio con la circularidad
La toma de decisiones para la sostenibilidad de los productos debe comenzar con datos y entendiendo el impacto medioambiental relacionado con todo el ciclo de vida del producto, que, en este caso, es un motor eléctrico. En función de la huella de carbono en las distintas fases del ciclo de vida, existen oportunidades adecuadas de introducir mejoras sostenibles, evaluadas mediante modelos de ACV y puesta en común de ideas →07. Aunque el caso presentado es específico de un escenario en el que el motor tiene una vida útil prevista de 20 años, otro escenario con un motor caracterizado por una vida útil más corta y, por tanto, resultados de evaluación de la sostenibilidad diferentes, requeriría la adopción de otros enfoques para minimizar el impacto medioambiental.
Al centrarse en la eficiencia energética durante la fase de uso y en un modelo comercial de reciclaje al final de la vida útil →06, ABB logró la contribución medioambiental más positiva posible. De cara al futuro, no cabe duda de que surgirán más oportunidades de seguir reforzando la sostenibilidad de los motores, p. ej., utilizando mejores materiales u otros modelos comerciales que permitan aplicar un enfoque circular en una o varias fases →07.
Con el aumento de la concienciación y los futuros avances tecnológicos, las enormes oportunidades de mejorar la sostenibilidad de un producto pueden ser abrumadoras y, sin embargo, el concepto de «pensamiento circular» seguirá siendo una prioridad para la sostenibilidad de los productos. Adoptar el enfoque circular correcto será la clave para la mejor solución sostenible. El marco circular de ABB ofrece la oportunidad de reflexionar sobre el enfoque circular más adecuado para un producto existente o futuro. En última instancia, es responsabilidad de ABB definir cómo crear un futuro circular para sus productos, y eso es precisamente lo que está haciendo.
Referencias
[1] U.S. Energy Information Administration (EIA), International Energy Outlook 2021, p. 12, disponible en https://www.eia.gov/outlooks/ieo [acceso 24 de noviembre de 2022]. [2] C.U. Brunner y P. Waide, Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems, Agencia Internacional de la Energía - AIE, 2011, pp. 1–128. [3] Comisión Europea, Electric motors | European Commission, 2020. [4] Agencia Internacional de la Energía, Energy Policies of IEA Countries:Sweden 2019, (Energy Policies of IEA Countries) de la OCDE, 2019, pp. 1–165. [5] Ellen MacArthur Foundation, Towards the Circular Economy, 2013, pp. 1–98. [6] Sitio web de Life Cycle Initiative, Programa medioambiental de las Naciones Unidas [en línea]. Disponible en https://www.lifecycleinitiative.org/starting-life-cycle-thinking/what-is-life-cycle-thinking/ [acceso 8 de septiembre de 2022]. [7] Sitio web de ABB, Movimiento por la Eficiencia Energética, disponible en https://www.energyefficiencymovement.com/en/ [acceso 4 de noviembre de 2022]. [8] A. Guggisberg, Data is key to boosting industrial energy efficiency, The Business Reporter, disponible en https://www.reuters.com/brandfeature/the-business-reporter/sustainability-hub/data-is-key-to-boosting-industrial-energy-efficiency [acceso 8 de septiembre de 2022]. [9] Webstory de ABB, Los motores SynRM IE5 de ABB reciben el reconocimiento de la etiqueta Efficient Solution, 2020, disponible en https://new.abb.com/news/detail/71053/abb-ie5-synrm-motors-are-awarded-efficient-solution-label [acceso 8 de septiembre de 2022]. [10] Artículo especializado de ABB, Logrando una eficiencia IE5 con motores sin imanes, 2021, pp. 1–9. [11] Stefan Floeck, Circularity: the new direction of choice, sitio web de The Business Reporter, disponible en https://www.reuters.com/brandfeature/the-business-reporter/sustainability-hub/circularity-the-new-direction-of-choice [acceso 1 de noviembre de 2022]. [12] Sitio web de la Comisión Europea de Medio Ambiente, Cambio Climático y Energía, disponible en https://ec.europa.eu/info/energy-climate-change-environment/standards-tools-and-labels/products-labelling-rules-and-requirements/energy-label-and-ecodesign/energy-efficient-products/electric-motors_en [acceso 8 de septiembre de 2022]. [13] K. Hund et al., Minerals for Climate Action:The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition, Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento, Banco Mundial, 2020, pp. 1–112. [14] Nota de prensa de ABB, ABB’s recycled motors provide significant environmental savings – reduced 34 tons of carbon dioxide emissions in pilot projects, 2021, disponible en https://new.abb.com/news/sv/detail/80118/abbs-recycled-motors-provide-significant-environmental-savings-reduced-34-tons-of-carbon-dioxide-emissions-in-pilot-projects [acceso 8 de septiembre de 2022]. [15] Nota de prensa de ABB, Colaboración por la economía circularentre la división de Grandes Motores y Generadores de ABB en Suecia y Stena Recycling, 10 de mayo de 2022, disponible en https://new.abb.com/news/detail/90905/partnering-together-for-a-circular-economy-abb-large-motors-and-generators-sweden-and-stena-recycling [acceso 8 de septiembre de 2022].
