Procesos de producción sostenibles
La fábrica del futuro
Producir de manera rentable y proteger el medio ambiente: la industria está cada vez más bajo presión para hacer ambas cosas al mismo tiempo. Robert Miehe, del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA, explica si esto es posible y cómo.
De Petra Schönhöfer
Sr. Miehe, ¿cuáles son actualmente los temas de sostenibilidad más importantes en la industria alemana?
El cambio climático, por mucho. Una de nuestras encuestas muestra que el 70 por ciento de las empresas encuestadas quieren tener un efecto neutro para el clima en 2025. Esto va a provocar mucho presión en los próximos cuatro o cinco años. Otro tema importante es la economía circular, que solía incluir la mera gestión de residuos, pero que ahora se entiende cada vez más como un concepto integrador que incluye todos los pasos, desde el desarrollo del producto hasta la producción y el reciclaje. Y luego está la digitalización: la Industria 4.0 es considerada como la fuerza impulsora de la innovación, un tema futuro que la industria descubrió hará unos diez años. La sostenibilidad realmente no desempeñó ningún papel al principio, pero ahora hay cada vez más intentos de encontrar soluciones digitales, incluso para los temas de sostenibilidad.
¿Encajan la industria y la sostenibilidad, para empezar? ¿No son mutuamente excluyentes por naturaleza?
La relación entre industria y sostenibilidad es ambivalente. Por un lado, las empresas contribuyen a la contaminación ambiental y a los conflictos sociales. Por otro lado, en mi opinión, las soluciones sostenibles sólo pueden tener lugar en las empresas, a través de nuevas tecnologías e innovaciones. Para lograr esto, sin embargo, las empresas también deben permitir nuevas escuelas de pensamiento y nuevas formas de cooperación. Por ejemplo, tirar por la borda y cuestionar los patrones de pensamiento establecidos sobre el potencial de crecimiento y de escalación y sobre los tiempos de amortización: si, por ejemplo, sólo se proporcionan dos años de tiempo de amortización para máquinas y sistemas, esto limita las posibilidades de inversión a largo plazo. Mi percepción es que se reconoce claramente la necesidad en la industria, lo cual se debe al zeitgeist y a los esfuerzos por lograr un Pacto Verde.
¿Qué estrategias se pueden utilizar para hacer que la producción sea más sostenible?
Básicamente, se hace una distinción entre tres estrategias diferentes: Primero, la relación entre el input y el output. O bien se mejora el input para obtener la misma cantidad de output, o se crea más output a partir de la misma cantidad de input. Esto se llama eficiencia, y puede aumentarse, por ejemplo, mediante nuevas tecnologías. La energía es un ejemplo clásico: en el Instituto, por ejemplo, desarrollamos conceptos energéticos que permiten utilizar la oferta volátil de energías renovables en la producción sin interferencias y amortiguar los picos de demanda. En segundo lugar, está la estrategia de efectividad. Esto significa que uno se guía por los fenómenos naturales y persigue el objetivo de una economía circular. Esto se puede lograr, por ejemplo, a través de simbiosis industriales en las que todos los participantes trabajan juntos, por ejemplo, en un entorno urbano. Y finalmente, está la estrategia de suficiencia, a menudo desacreditada como una estrategia de renuncia. Sin embargo, esto también se puede aplicar muy bien en innovaciones técnicas. Por ejemplo, un diseño de producto adecuado puede prevenir defectos y aumentar la capacidad de reparación. La estrategia de suficiencia también incluye conceptos del uso conjunto de productos (palabra clave: car sharing).
Un reproche frecuente a la industria es que se enfoca demasiado en soluciones técnicas a corto plazo. ¿Qué opina al respecto?
Opino exactamente lo mismo. Pero también me cuesta culpar a las empresas porque, por supuesto, también funcionan dentro de un cierto marco. Como empresas establecidas o como corporaciones que emplean a varios cientos de miles de personas, no pueden convertir dos años de amortización en seis años de un momento a otro, para permitir inversiones a largo plazo. Entonces, en algún momento, ya no serían competitivas y tendrían que despedir a todo su personal. Es por eso que las empresas tienen que explorar los potenciales. Desde mi punto de vista, esto se logra, principalmente, a través de innovaciones técnicas y sistémicas, cooperación interdisciplinaria, nuevos mercados y nuevas tecnologías.
El Instituto Fraunhofer ha establecido un "Centro de Competencia de Biointeligencia", en el que 40 científicos de varias universidades e Institutos Fraunhofer realizan investigaciones sobre el tema de la biointeligencia. ¿Puede explicar cómo puede ayudar esto a la industria a lograr una producción sostenible?
IEl concepto de biointeligencia consiste en repensar completamente la producción. Por ejemplo, con unidades de producción celular que son mucho más pequeñas y menos centralizadas de lo que es el caso hoy en día. Queremos lograr una convergencia de las ciencias de la vida, las ingenierías y las ciencias de la información. Sistemas de valor agregado que producen de forma descentralizada, que consumen recursos locales, que vuelven obsoletas las grandes cadenas de suministro complejas. Esta es nuestra visión, la que tratamos de pensar para el futuro y la que guía nuestro trabajo. (Ejemplos en la galería de imágenes)
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Asientos ergonómicos
¿Cómo podría ser una producción biointeligente, por ejemplo, de sillas o asientos ergonómicos en el futuro? Imaginemos: El cliente selecciona individualmente el tipo de madera, la forma, el tamaño y el color, mientras que el software inteligente desarrolla el plano para la silla que se adapta de manera perfectamente ergonómica a la forma de su cuerpo. Los módulos básicos, que se construyen igual para cada silla, se producen en fábricas. Sólo entonces se producen directamente en su hogar las piezas especiales adaptadas ergonómicamente con dispositivos de biofabricación inteligentes hechos de astillas residuales de madera y aglutinantes de base biológica y se conectan al módulo básico. Los recursos disponibles localmente se utilizan para todo el proceso de producción. La fabricación aditiva de biomateriales como la madera ya es posible hoy en día. -
Transporte basado en el ejemplo de las abejas
Las ideas de biointeligencia también podrían introducirse al sector del transporte en el futuro. Las mercancías no sólo se transportarían más rápido, sino que también protegerían el medio ambiente. Por ejemplo, las redes neuronales o las tecnologías de cadena de bloques (blockchain) podrían mejorar la eficiencia de los procesos logísticos. Las unidades de transporte inteligentes se comunicarían entre sí, responderían a las solicitudes y se optimizarían constantemente. Mientras que algunos vehículos, por ejemplo, se unirían para realizar transportes en convoyes, el enfoque de transporte de multitudes permitiría entregar incluso las cantidades de transporte más pequeñas: los paquetes individuales se transportarían en medios de transporte público, por ejemplo, lo que haría que el transporte fuera más rápido, más barato y más amable con el medio ambiente. La logística en las empresas ya se está optimizando con blockchain y el Internet de las Cosas. Mientras tanto, la investigación está trabajando en la transferencia del comportamiento de las abejas a los robots para aumentar la eficiencia. -
Wearable Technologies
¿A veces se siente abrumado tan sólo escuchar sobre casas inteligentes, Alexa y redes electrónicas inteligentes? Las tecnologías inteligentes están destinadas a facilitar la vida cotidiana, pero controlarlas puede volverse complicado muy rápidamente. La tecnología de sensores que detecta bioseñales humanas, por ejemplo, sería una buena manera de eludir estas dificultares. En la producción, los “wearable devices” están destinados a facilitar el trabajo, y el trabajo mental puede volverse menos estresante a través de un intercambio de información más intuitivo, según las visiones de los investigadores de biointeligencia. En un “entorno de trabajo biointeligente”, el ser humano y la máquina trabajan juntos de manera eficiente. Los wearable devices ya se están utilizando, por ejemplo, para facilitar el levantamiento de objetos pesados. -
Alimentos hechos en la impresora 3D
Dispositivos inteligentes de biofabricación que combinan la impresión 3D y la biotecnología podrían, entre otras cosas, suministrar alimentos en el futuro: Las materias primas provendrían de residuos domésticos y agrícolas, plantas de jardinería urbana, jardines horizontales o reactores de microalgas, que están unidos a fachadas y techos de edificios, por ejemplo. Al igual que en la naturaleza, éstos se regeneran a través de vías de síntesis orgánica y se procesan directamente en productos. Los precios de los alimentos producidos de esta manera se adaptan automáticamente a la disponibilidad regional de materias primas. Ya hoy en día, los microorganismos vivos que procesan sustancias orgánicas durante su metabolismo energético se pueden utilizar para la producción de energía. La impresión de estructuras o tejidos de células individuales previamente cultivadas –palabra clave: bioimpresión 3D– ya es técnicamente posible. -
Medicamentos salidos del biorreactor
¿Siempre hay demasiadas tabletas en el paquete o incluso la dosis es incorrecta? Los productos médicos pronto podrían producirse de forma descentralizada e individual utilizando biorreactores ágiles y adaptativos, mientras que los algoritmos de aprendizaje y las tecnologías de big data también podrían adaptar individualmente la forma de administración y la dosificación a los respectivos pacientes. Si también se utiliza la edición del genoma, la flexibilidad y la variedad de medicamentos aumentarían sin que aumentaran los costos. Este medicamento adaptado a la persona, en la dosis y cantidad correctas, también podría llegar a sus clientes de la manera óptima: los dispositivos inteligentes de biofabricación, por ejemplo, no sólo optimizan los alimentos para prevenir enfermedades, sino que también hacen posible la absorción de medicamentos a través de los alimentos, por ejemplo, mediante el gene pharming.
Desde una perspectiva empresarial, ¿cuáles son los argumentos a favor de invertir en la sostenibilidad?
Depende del área. Cumplir con la legislación ambiental y de sostenibilidad es inevitable, porque una empresa debe cumplir con los lineamientos para no perder el acceso al mercado. Otro argumento es la mercadotecnia. Las empresas están notando que los clientes se están involucrando cada vez más en temas de sostenibilidad, como Fridays for Future. Los informes de sostenibilidad, lamentablemente, a menudo no son más que una herramienta de mercadotecnia, que a mis ojos representan una realidad relativamente embellecida. Lo más importante, sin embargo, es el argumento de la eficiencia: los procesos se optimizan, el consumo de recursos se reduce, los costos se optimizan. Por ejemplo, pensamos en el lean management, es decir, el diseño de la cadena de valor, en combinación con la gestión ambiental.
Entonces, ¿qué debe cambiar para que la industria cambie?
Es difícil acusar a la industria de no cambiar si el marco político, los patrones de consumo y el comportamiento del consumidor no cambian. Mientras las condiciones marco no cambien drásticamente, por ejemplo, que se les ponga un precio efectivo a los impactos ambientales y que éste tenga una repercusión para los productores, como es actualmente el caso con el precio del CO2, la industria siempre encontrará formas de mantener los métodos de producción actuales a mediano plazo. Esto es difícil de resolver si no hay presión o subsidios para crear nuevas condiciones marco.
¿Cuáles son los mayores desafíos para la industria en el futuro?
Por ejemplo, la transparencia de las cadenas de suministro. Esto es esencial, independientemente de si se trata del cambio climático, el uso de contaminantes, conflictos o materias primas críticas, de factores sociales como las violaciones de los derechos humanos o el trabajo infantil, pero también de factores ecológicos como el potencial de gases de efecto invernadero o el potencial de eutrofización. También en la economía circular. Es un gran desafío, especialmente cuando hay pensar juntos en los productos desde su desarrollo hasta el reciclaje completo. La responsabilidad del producto recae en el fabricante: éste debe estar más obligado a suministrar procedimientos, pautas de desmantelamiento, etc. para sus productos. Otro desafío, al menos en Alemania, es el escepticismo de gran parte de la población hacia tecnologías futuras como la inteligencia artificial (IA) y la biotecnología. Como sociedad y como industria, no podremos evitarlos si queremos que la producción sea más sostenible, pero estamos observando enormes reservas al respecto. Si nosotros, como hub industrial, no logramos encontrar soluciones y margen de maniobra para las empresas y la investigación, entonces nos quedaremos atrás en un futuro previsible. En el sector de la IA, esto ya se está haciendo evidente. Cuando la industria ya no es competitiva, la demanda también migra.