Mediante el desarrollo de un marco de circularidad, ABB está tomando medidas para integrar una mentalidad de sostenibilidad en todo lo que hace, desde el diseño para eliminar los residuos hasta el uso eficiente y la reutilización. El diseño y uso de motores altamente eficientes y la gestión responsable de los motores al final de su vida útil muestran cómo las ambiciones estratégicas de ABB se traducen en acciones de gran impacto.
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Emma Westberg ABB IEC LV Motors Västerås, Sweden emma.westberg@se.abb.com
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Peter J. Isberg Former ABB Employee
Se prevé que el consumo mundial de energía, incluido el industrial [1], aumente casi un 50% de aquí a 2050. En la actualidad, los motores eléctricos se cuentan entre los mayores consumidores de electricidad del mundo, representando entre el 43% y el 46% del consumo mundial de electricidad (7.108 TWh) [2]. Por tanto, la eficiencia energética de los motores eléctricos influye considerablemente en el consumo de energía.
Utilizados en una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, ventiladores, sopladores y máquinas herramienta, los motores eléctricos son omnipresentes en la vida moderna.... Se prevé que los motores industriales, uno de los principales impulsores del aumento del consumo de electricidad, contribuyan a más del 30 % del crecimiento total del consumo hasta 2040 [3]. Es evidente el importante papel que podrían desempeñar los motores eléctricos para impulsar la sostenibilidad e influir en el cambio climático en el futuro →01.
Sin duda, la sostenibilidad es fundamental para las estrategias empresariales industriales, incluida la de ABB. La sostenibilidad es clave para el propósito de la empresa ABB y el valor que crean para todas las partes interesadas. Esta estrategia se apoya en tres pilares: reducir las emisiones de carbono, preservar los recursos y promover el progreso social. Al desarrollar y aplicar una estrategia empresarial de enfoque circular, ABB no sólo es fiel a su propósito, sino que está generando resultados tangibles basados en datos que los clientes pueden utilizar para marcar la diferencia.
Enfoque circular y concepto de ciclo de vida
Desde los primeros tiempos de la industrialización, el modelo tradicional de gestión de una empresa se ha basado en un enfoque lineal del consumo de recursos que sigue un patrón de toma-fabricación-eliminación [4] →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 luego se deshacen de él cuando ya no les sirve para su propósito →02a. Sin embargo, un planteamiento lineal no necesariamente ayuda a eliminar los residuos de forma óptima, ni puede proteger a las industrias expuestas a los riesgos empresariales asociados a las interrupciones de la cadena de suministro conectada a los recursos [4]. Tales retos exigen un modelo económico diferente, basado en un enfoque circular de la creación de valor: una economía circular →02b. Siguiendo un modelo de "tomar-hacer-tomar", este sistema industrial es restaurativo o regenerativo por intención y diseño. El objetivo principal es "diseñar hacia fuera" los residuos, no simplemente "eliminarlos" [4]. Un enfoque circular (también conocido como "cerrar el círculo") abarca tres estrategias básicas:
- Reducir los residuos y la contaminación (centrarse en el diseño de productos)
- Mantener los productos y materiales en uso (centrarse en los modelos de negocio)
- Regenerar los sistemas naturales (centrarse en la regeneración de los recursos)
2a. Se muestran las etapas típicas del ciclo de vida de un producto según el enfoque tradicional y el enfoque 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. Se muestra el enfoque lineal. 
2b. Se muestran las etapas típicas del ciclo de vida de un producto según el enfoque tradicional y el enfoque 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. Se muestra el enfoque lineal.
Basado en el concepto de "concepto de ciclo de vida", definido como una "forma de pensar que incluye las consecuencias económicas, medioambientales y sociales de un producto o proceso a lo largo de toda su vida" [5], el enfoque circular considera un producto, proceso o servicio en el sistema de forma holística, desde las materias primas, pasando por la fabricación, 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 del producto.
Evaluación del ciclo de vida de un motor de inducción: decisiones basadas en datos
Una evaluación del ciclo de vida (ECV), basada en el concepto de ciclo de vida, es un proceso estructurado y científico utilizado para comprender y evaluar el impacto de un producto, proceso o servicio a lo largo de su ciclo de vida, a medida que los materiales fluyen dentro de la economía a través de diferentes etapas. Basándose en los principios y el marco descritos en la norma ISO 14040:2006, los flujos de materiales se miden en función de varias categorías de impacto diferentes relacionadas con el medio ambiente y el ecosistema, normalmente el potencial de calentamiento global (por ejemplo, las emisiones de Co₂), el potencial de agotamiento de la capa de ozono, la escasez de agua, etc.
Para la evaluación del ACV, ABB eligió un motor de inducción de baja tensión (BT). El impacto ambiental causado por los flujos de materiales y energía en las distintas fases del ciclo de vida del motor se determinó utilizando SimaPro. En el ciclo de vida de 20 años de un motor de baja tensión, la fase de uso contribuye a más del 99% de las emisiones directas/indirectas de carbono. La importancia de la eficiencia energética de un motor para la sostenibilidad es evidente →03. Sin embargo, los materiales de un motor no son menos importantes desde el punto de vista de la sostenibilidad. Los metales, que constituyen más del 98% de la estructura de un motor, son reciclables y, por tanto, reutilizables -una ventaja→04 de sostenibilidad.
Hoy en día, los motores de baja tensión ya se fabrican de forma eficiente: En la fase de diseño se utilizan los materiales de forma óptima y la producción se automatiza en fábricas eficientes desde el punto de vista energético. Según los resultados de ABB, la forma 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 para la sostenibilidad
La eficiencia energética se ha convertido en un tema crítico para las empresas [6], que a menudo se utiliza junto con la sostenibilidad. Según una reciente encuesta mundial sobre eficiencia energética, el 97% de los líderes del sector ya están invirtiendo, o tienen previsto invertir, en mejorar la eficiencia energética [6], citando como motivos principales el ahorro de costes seguido de los compromisos de sostenibilidad de las empresas.
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 en funcionamiento con 50 o 60 años de antigüedad. Así, la base instalada en la industria y las infraestructuras no cumple, en general, las normas de eficiencia actuales. Sustituir estos viejos sistemas ineficientes, así como los motores sobredimensionados y que consumen más energía de la necesaria, por alternativas más eficientes sería una de las formas más rentables e impactantes de reducir el consumo de energía y las emisiones asociadas [7]. Por ejemplo, la instalación de un motor SynRM IE5 en sustitución de un motor IE3 podría reducir las emisiones anuales de CO₂ en 22 000 kg para una aplicación de 315 kW [8]. Y, 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 actualizando un motor, el ahorro energético es aún mayor si se utiliza un motor de alta eficiencia en combinación con un variador de velocidad (VSD). En aplicaciones como bombas, ventiladores y compresores, añadir un VSD puede reducir el consumo de energía en un 25% [9]. Si los más de 300 millones de sistemas industriales accionados por motores eléctricos actualmente en funcionamiento se sustituyeran por equipos optimizados de alta eficiencia, el consumo mundial de electricidad podría reducirse hasta un 10% [10], una reducción fenomenal.
Valor medioambiental de la gestión del final de la vida útil
Según un informe del Banco Mundial [11], un futuro con bajas emisiones de carbono requerirá un uso intensivo de minerales debido a la mayor necesidad de obtener más materiales para hacer posibles las tecnologías energéticas limpias. Dado que el suministro y la disponibilidad de minerales clave se verán probablemente afectados, el reciclado podría desempeñar un papel cada vez más importante a la hora de satisfacer esta demanda, abasteciendo así la transición hacia una economía con bajas emisiones de carbono. El reciclado de motores y sus componentes podría contribuir a la disponibilidad de materiales, reduciendo la necesidad de materiales vírgenes y disminuyendo enormemente el impacto medioambiental.
ABB estimó este potencial utilizando SimaPro para realizar un análisis detallado del impacto medioambiental del reciclaje de los metales de los motores al final de su vida útil →05. Se modelaron escenarios prácticos utilizando datos realistas asociados a los procesos de reciclado y transporte. El reciclaje de 10 toneladas de motores tiene el potencial de ahorrar unas 30 toneladas de emisiones de CO₂, 300 MWh de energía y 91.000m³ de agua, un resultado altamente positivo →05. En comparación, se utilizan aproximadamente 300 MWh de energía para calentar una casa de tamaño medio durante 16 años; 91.000 m³ de agua pueden llenar 36 piscinas olímpicas→05.
No obstante, los metales tienen otra ventaja: pueden reciclarse y reutilizarse de forma continua e interminable →04. Imagínese los beneficios para el medio ambiente si los metales de un producto se reciclaran siempre al final de su vida útil. Reconociendo este potencial, ABB está muy interesada en la gestión del final de la vida útil de los motores eléctricos y otros productos: los flujos de materiales circulares son el futuro.
Cerrar el ciclo del motor mediante la colaboración y la digitalización
Dado que la sostenibilidad es intrínsecamente colaborativa y abarca el planeta, las personas y los beneficios, el crecimiento sostenible de una organización está ligado a la optimización de estos tres factores. Sin embargo, 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 igualmente importantes, deben optimizarse simultáneamente. Las colaboraciones, alianzas o asociaciones constituyen los cimientos a partir de los cuales se logra un mayor impacto y una transformación sostenible exitosa. Trabajando conjuntamente con las principales partes interesadas, se puede crear un valor compartido de sostenibilidad que sea duradero, ampliable y transformador.
Animada por los resultados positivos de impacto ambiental del reciclaje de metales, durante 2021 ABB fue pionera en una colaboración con la empresa sueca Stena Recycling →06 para ofrecer a los clientes la oportunidad de reciclar sus motores eléctricos viejos, al final de su vida útil e ineficientes (variantes más pequeñas de BT y más grandes de AT) [12,13], de forma sostenible. El concepto ya se ha implantado con éxito en varios países, como los Países Bajos y Suiza, y ABB prevé añadir 10 países más en 2024. Además de reducir las emisiones, este modelo de negocio de recuperación y reciclado de motores evita el riesgo de que motores eléctricos viejos e ineficientes acaben en el mercado de segunda mano y repercutan negativamente en el medio ambiente.
Optimizado para tener el menor impacto medioambiental, todo el proceso de recogida y reciclaje es sostenible por diseño; tiene en cuenta 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 del 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) plenamente en marcha, la toma de decisiones basada en datos puede utilizarse para minimizar los residuos y permitir un futuro productivo y sostenible. Los productos, soluciones y servicios habilitados digitalmente pueden utilizarse para capturar datos en tiempo real que revelen el estado de los equipos y sistemas, desencadenando así las decisiones adecuadas para optimizar y mejorar la eficiencia energética. Por ejemplo, ABB colocó sensores inteligentes para el análisis energético en motores de las instalaciones de SCA en Munksund (Suecia), uno de los clientes de ABB [13]. 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 correctamente dimensionado para la aplicación, así como el potencial de 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. Basándose en la evaluación, se identificaron once toneladas de motores, que fueron sustituidos y transportados a la planta de reciclaje de Stena [13].
El modelo de negocio de recuperación y reciclaje de motores de ABB es flexible. El esquema puede adaptarse para incluir soluciones digitales relevantes, ofertas de motores energéticamente eficientes, principalmente para mejorar el valor de sostenibilidad de todo el proceso. De hecho, la combinación de procesos de reciclado 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 ganadora para los clientes. También existe la posibilidad de obtener mayores beneficios en materia de sostenibilidad: En casos concretos, ABB puede ofrecer a sus 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 [14].
Hacer realidad el cambio mediante la circularidad
La toma de decisiones para la sostenibilidad de los productos debe partir de datos y de la comprensión del impacto ambiental asociado a 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 para realizar mejoras sostenibles, tal y como se evalúa mediante la modelización del ACV y la tormenta 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 ambiental.
Al centrarse en la eficiencia energética durante la fase de uso y en un modelo de negocio de reciclaje al final de la vida útil →06, ABB logró la contribución medioambiental más positiva posible. De cara al futuro, sin duda surgirán más oportunidades para seguir reforzando la sostenibilidad del motor, por ejemplo, utilizando mejores materiales u otros modelos de negocio que permitan el enfoque circular dentro de una fase o varias fases →07.
Con el aumento de la concienciación y los futuros avances tecnológicos, las enormes oportunidades para mejorar la sostenibilidad de un producto pueden ser desalentadoras y, sin embargo, el concepto de "pensamiento circular" seguirá estando en el centro de la sostenibilidad de los productos. Adoptar el enfoque circular adecuado 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 ABB lo está haciendo.
Referencias:
[1] U.S. Energy Information Administration (EIA), “International Energy Outlook 2021”, p. 12, Available: https://www.eia.gov/outlooks/ieo [Accessed November 24, 2022].
[2] C.U. Brunner and P. Waide, “Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems” IEA- International Energy Agency, 2011, pp. 1– 128
[3] International Energy Agency, “Energy Policies of IEA Countries: Sweden 2019” OECD (Energy Policies of IEA Countries) , 2019, pp. 1 – 165.
[4] Ellen MacArthur Foundation, “Towards the Circular Economy”, 2013, pp. 1 – 98.
[5] United Nations Environment Programme Life Cycle Initiative Website, [Online] Available: https://www.lifecycleinitiative.org/starting-life-cycle-thinking/what-is-life-cycle-thinking/ [Accessed September 8, 2022].
[6] ABB Website, The Energy Efficiency Movement, Available: https://www.energyefficiencymovement.com/en/ [Accessed: November 4, 2022].
[7] A. Guggisberg “Data is key to boosting industrial energy efficiency”, The Business Reporter, Available: https://www.reuters.com/brandfeature/the-business-reporter/sustainability-hub/data-is-key-to-boosting-industrial-energy-efficiency [Accessed September 8, 2022].
[8] ABB webstory, ”ABB IE5SynRM motors are awarded Efficient Solution label”, 2020, Available: https://new.abb.com/news/detail/71053/abb-ie5-synrm-motors-are-awarded-efficient-solution-label [Accessed September 8, 2022].
[9] ABB white paper, “Reaching IE5 efficiency with magnet-free motors”, 2021, pp. 1 – 9.
[10] Stefan Floeck, “Circularity: the new direction of choice”, The Business Reporter Website, Available: https://www.reuters.com/brandfeature/the-business-reporter/sustainability-hub/circularity-the-new-direction-of-choice [Accessed: November 1, 2022].
[11] K. Hund et al., “Minerals for Climate Action: The Mineral Intensity of the Clean Energy Transition”, The International Bank for Reconstruction and Development World Bank, 2020, pp. 1 – 112.
[12] ABB Press release, “ABB’s recycled motors provide significant environmental savings – reduced 34 tons of carbon dioxide emissions in pilot projects”, 2021, Available: 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 [Accessed September 8, 2022].
[13] ABB press release, Partnering Together for a Circular Economy: ABB Large Motors and Generators Sweden and Stena Recycling, May 10, 2022, Available: https://new.abb.com/news/detail/90905/partnering-together-for-a-circular-economy-abb-large-motors-and-generators-sweden-and-stena-recycling [Accessed September 8, 2022].
