Caracterización del impacto ambiental y presencia de materiales críticos en metales
El aumento de la preocupación por los problemas ambientales ha llevado a las empresas, y especialmente a los gobiernos, a adoptar prácticas más sostenibles. Entre ellas, destacan las medidas de la Unión Europea, que tiene como objetivo garantizar una gestión eficiente de los recursos.<br />El...
| Autores: | , , |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Zaragoza |
| Repositorio: | Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza |
| OAI Identifier: | oai:zaguan.unizar.es:151257 |
| Acceso en línea: | http://zaguan.unizar.es/record/151257 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | ingeniería y tecnología mecánicas ingeniería y tecnología del medio ambiente metalurgia |
| Sumario: | El aumento de la preocupación por los problemas ambientales ha llevado a las empresas, y especialmente a los gobiernos, a adoptar prácticas más sostenibles. Entre ellas, destacan las medidas de la Unión Europea, que tiene como objetivo garantizar una gestión eficiente de los recursos.<br />El objetivo principal de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo de metodologías y herramientas para el cálculo del impacto ambiental de metales, considerando su composición y la presencia de materiales críticos. En particular, se ha enfocado en aceros, y en aleaciones de magnesio. Los pilares en los que se ha fundamentado este trabajo de investigación han sido:<br /> Diseño ecológico y Análisis de Ciclo de Vida (ACV). El diseño ecológico busca considerar los impactos ambientales en todas las fases de vida de un producto, desde su concepción. Una herramienta fundamental para ello es el Análisis de Ciclo de Vida.<br /> Aleaciones metálicas. El acero es el metal más utilizado en el mundo. Junto con el aluminio y el magnesio, son metales esenciales en la industria. La composición de metales es fundamental en su selección, ya que afecta a sus propiedades finales. Para calcular su impacto ambiental, a menudo se realizan aproximaciones sobre su composición.<br /> Materias Primas Críticas (CRM). Un material se considera crítico cuando es importante para la economía y existe un riesgo de suministro. Desde 2011, la Comisión Europea elabora listados de estos materiales, muchos de ellos utilizados como elementos de aleación de metales.<br />Considerar la composición exacta de los metales al establecer un Inventario de Ciclo de Vida (ICV) permite obtener una evaluación más precisa de su impacto ambiental, e incorporar criterios ambientales en el proceso de selección de materiales. Bases de datos como Ecoinvent, muy utilizadas para el cálculo del impacto ambiental, caracterizan un número muy limitado de aleaciones mecánicas, lo que requiere realizar aproximaciones en cuanto a su composición.<br />Las metodologías desarrolladas en este trabajo de investigación tienen un marcado enfoque de ACV, y se basan en fuentes de información consolidadas, como la metodología desarrollada por Ecoinvent, o el informe de la Unión Europea de Best Available Techniques. Reference Document for Iron and Steel Production: Industrial Emissions Directive 2010/75/EU: Integrated Pollution Prevention and Control.<br />Los resultados de impacto se han obtenido para las metodologías ReCiPe 2016 y CML-IA baseline, ambas muy reconocidas en el campo de la investigación y con enfoques y alcances distintos. Así mismo, la cuantificación del contenido en CRM se ha realizado en base a los datos publicados del último listado de CRM para la Unión Europea del año 2023.<br />Este estudio se ha centrado en el desarrollo de metodologías y algoritmos que establecen el ICV de la producción de acero y aleaciones de magnesio, en base a la composición específica del material. Dado que las composiciones de las aleaciones vienen establecidas por rangos en normativas, las metodologías han contemplado las diferentes combinaciones de elementos de aleación que resultan en el máximo y mínimo impacto ambiental posible. Además del desarrollo de las metodologías, se ha buscado que éstas sean aplicables en el sector industrial, para lo cual se han desarrollado herramientas simplificadas que permitan el cálculo y monitoreo del impacto ambiental y contenido en materiales críticos de los aceros.<br />Las metodologías se han aplicado a diversos casos de estudio, que han confirmado la necesidad de considerar la composición en el cálculo del impacto ambiental de los aceros y aleaciones de magnesio. Se ha encontrado que el impacto ambiental de los 10 aceros analizados utilizados en cocinas de inducción varía desde 0.13 veces hasta 4.5 veces el impacto de referencia de Ecoinvent. Así mismo, se han identificado aleantes relevantes en el impacto ambiental del acero, como el molibdeno, cobre, titanio o cromo, y la plata en el caso de las aleaciones de magnesio. El impacto ambiental de los elementos de aleación significa en algunos casos más del 98% del impacto total del acero.<br />Estos resultados subrayan la necesidad de considerar la composición para obtener Inventarios de Ciclo de Vida más precisos, ya que los elementos de aleación contribuyen significativamente en el impacto ambiental de las aleaciones metálicas. En cuanto al contenido en CRM de las aleaciones de acero, no superan el 4% en los casos estudiados. Sin embargo, esta presencia es considerable en el caso de las aleaciones de magnesio, ya que suponen más del 90%, debido a que el magnesio es un material crítico para la UE.<br />Esta investigación, acorde con las estrategias de diseño ecológico y economía circular, ha buscado contemplar la influencia de los elementos de aleación en el impacto global de los metales, pudiendo proporcionar al diseñador información detallada sobre el desempeño ambiental del material seleccionado. Así mismo, la cuantificación del contenido en materiales críticos puede contribuir a reducir su presencia, y por tanto su impacto económico, de suministro y medioambiental, y favorecer una mejor gestión de los recursos.<br /> |
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