Revision as of 22:06, 10 July 2024

CAPÍTULO 5: IDENTIFICACIÓN DE LOS COMPOSITES PARA SU RECICLADO

1 - INTRODUCCIÓN

En la actualidad, existe un creciente interés en el desarrollo de materiales compuestos de matriz polimérica que sean reutilizables. En ese sentido, es comúnmente sabido que, aunque las matrices termoplásticas pueden ser reprocesadas, generalmente presentan peores propiedades mecánicas y su procesamiento es bastante más complejo que en el caso de las matrices termoestables, debido a las altas viscosidades involucradas durante los procesos de fabricación [1]. Por lo tanto, el desarrollo de nuevas matrices termoestables que puedan volver a ser aprovechadas es clave. En ese contexto, surgen soluciones como los polímeros basados en enlaces covalentes dinámicos, que permiten un reprocesado del material al calentar por encima de su Tv [2], tal y como se ha visto en capítulos anteriores. Esto permitiría un reprocesado similar al de los polímeros termoplásticos, pudiendo estos materiales compuestos volver a ser utilizados para nuevas aplicaciones.

Por lo tanto, teniendo en cuenta el desarrollo de estos nuevos materiales y las preocupaciones existentes por desarrollar técnicas de fabricación y materiales que sean más sostenibles, surge la necesidad de establecer nuevos métodos para la identificación adecuada tanto de los residuos de materiales compuestos generados, como de aquellos materiales compuestos que sean reciclados, es decir, que vuelvan a tener un aprovechamiento.

Los productos pueden ser etiquetados para facilitar una mejor recuperación al final de su vida útil (End of Life, EOL), especialmente debido a la amplia variedad de composiciones de materiales posibles con los materiales compuestos. El marcado es obligatorio para algunos productos de plástico de la industria automotriz (incluidos los materiales compuestos) según la directiva End-of-Live Vehicle (ELV) [3]. Existen normas para el marcado de productos en otros sectores. Algunos productos de alto valor en la industria aeroespacial y automotriz ahora incorporan etiquetas de Identificación por Radiofrecuencia (Radio Frecuency Identification, RFID) para el seguimiento de la gestión del ciclo de vida del producto (Product Life Management, PLM) y la garantía de la procedencia y trazabilidad. Estas etiquetas pueden contener datos sobre el material para facilitar un reciclaje de mayor valor, y podrían vincularse a bases de datos virtuales que incluyan la procedencia del material, la fabricación y los datos de uso durante toda la vida útil.

La adecuada identificación de componentes también se puede hacer mediante el pasaporte digital de producto (Digital Product Passport) propuesto como parte del ESPR (Ecodesign for Sustainable Products Regulation) [4], para mantener una adecuada trazabilidad de los productos en cuanto a las características técnicas de los materiales, su información en términos de reparación, etc., de manera que los consumidores tengan un completo conocimiento de los materiales y de su impacto en el medio ambiente, para poder establecer técnicas de reaprovechamiento adecuadas. El ESPR, por su parte, persigue, desde el propio diseño de los componentes, obtener productos más fiables, duraderos, reusables, reparables, fáciles de mantener, reciclables y energéticamente sostenibles.

A su vez, los desechos pueden ser clasificados mediante códigos EWC (European Waste Catalogue). Esto puede permitir una adecuada identificación de aquellos desechos que puedan ser más peligrosos o aquellos que puedan ser reutilizados al final de su primera vida útil.

Por lo tanto, en este capítulo se pretende abordar, de manera muy simple, aquellos métodos de identificación de materiales compuestos, tanto enfocados en la propia trazabilidad de los productos mediante los pasaportes digitales, como para la gestión de los residuos generados durante su vida en servicio a través de los códigos EWC.

2 - MARCADO DE LOS PRODUCTOS

El marcado de productos permitiría mejores opciones para la reutilización y recuperación al final de la vida útil, particularmente debido a la amplia variedad de composiciones de materiales posibles con materiales compuestos. El software de gestión del ciclo de vida del producto (Product lifecycle management, PLM) puede integrarse en la etapa de diseño y continuar hasta la fase de uso, hasta el final de la vida útil, potencialmente integrando datos en gemelos digitales o virtuales. Esto podría contener datos como: procedencia del material, información de fabricación (lotes, operadores, maquinaria), métodos de unión e instrucciones de desmontaje, so (por ejemplo, ciclos de carga), mantenimiento y reparación, y tratamiento al final de la vida útil, para la validación del reciclaje.

Actualmente, se registra poca información relevante para el final de la vida útil, pero comprender los materiales y las técnicas de unión utilizadas podría mejorar significativamente el potencial para el reciclaje, y los datos diagnósticos y de carga podrían proporcionar información sobre la validez de una pieza para su reutilización o reacondicionamiento. Requeriría estandarización del almacenamiento de datos, como se ha desarrollado para el sector de la construcción, y podría necesitar regulación o coordinación entre actores principales para incentivar el cumplimiento y la consistencia.

El marcado es requerido según la directiva de vehículos al final de su vida útil para productos de plástico del sector de la automoción (incluidos los materiales compuestos) de más de 100 g.

Existen normas relacionadas con el marcado de productos:

• Para plásticos de la automoción, pero relevantes para materiales termoplásticos o termoestables rellenos y reforzados en cualquier sector:
  • ISO 11469: Plastics — Generic identification and marking of plastics products.
  • ISO 1043: Plastics — Symbols and abbreviated terms. Parts 1 to 4 cover basic polymers, fillers and reinforcing materials, plasticizers, flame retardants.
  • BS EN 15343: on recycling traceability is relevant if there is recycled content.

• Productos de la construcción:
  • BIM proporciona un marco para un "gemelo virtual" como parte del trabajo colaborativo para edificios y obras de ingeniería civil, con la norma BS EN ISO 19650 que define la organización y la digitalización de la información a lo largo del ciclo de vida (reemplaza partes de PAS 1192 y BS 1192).
  • Esto puede utilizarse con el Intercambio de Información de Construcción de Operaciones (COBie) definido en BS 1192-4, que pronto podría ser reemplazado por BS EN ISO 19650-4.

3 - IDENTIFICACIÓN POR RADIOFRECUENCIA, RFID

La adopción de la economía circular es fundamental para prolongar la vida útil de los recursos y mantener su valor dentro de la cadena de suministro. Además, el cambio hacia una economía más circular tiene el potencial de fortalecer la competitividad, fomentar la innovación, impulsar el crecimiento y generar oportunidades de empleo, todo ello mientras se reducen los problemas ambientales y se mejora la seguridad de la cadena de suministro de materias primas [5]. Sin embargo, la transparencia respecto a la naturaleza y calidad de los flujos de materiales, en forma de un Pasaporte de Materiales (Passport Material, PM) digital y legible por máquina, es un requisito esencial para alcanzar estos objetivos. Los PMs funcionan como un sistema de información integrado, que enlaza eficazmente los materiales físicos con diversas bases de datos digitales.

Una opción convincente para lograr un PM sólido y seguro es la integración de tecnologías de identificación automática y captura de datos, especialmente RFID. Con sus ventajas únicas, la RFID proporciona un método eficiente para gestionar el flujo de materiales e información.

La tecnología RFID facilita la recuperación de datos sin necesidad de contacto físico, lo que la posiciona como una alternativa más avanzada y efectiva. Además, ofrece capacidades de almacenamiento de datos seguros y encriptados [6]. Con estos avances, la tecnología RFID se ha establecido firmemente como un componente fundamental en sistemas contemporáneos destinados a la monitorización de activos y la gestión de la cadena de suministro. Tanto su rentabilidad como su seguimiento en tiempo real la han convertido en una opción atractiva en diversas industrias [7,8]. Un sistema RFID efectivo requiere un lector, etiquetas y antenas para la transmisión de datos [9]. Las etiquetas RFID pueden ser activas o pasivas, cada una con ventajas específicas [10]. Es importante considerar varios factores al elegir la etiqueta más adecuada, como la frecuencia de operación y la capacidad de memoria [11].

4 - PASAPORTE DIGITAL DE PRODUCTO, DPP

El Pasaporte Digital del Producto (DPP) es un concepto que encarna una representación digital de la información de un producto a lo largo de su ciclo de vida, desde su creación hasta su eliminación. Sirve como un repositorio de datos que incluye el origen del producto, los materiales, las pautas de uso, los impactos ambientales y más. Se prevé que el DPP juegue un papel fundamental en mejorar la trazabilidad del producto, promover la sostenibilidad y facilitar una economía circular. Un tema clave en la literatura es la necesidad urgente de un marco estandarizado para los DPP. Jensen et al. [12] enumeran siete conjuntos de datos cruciales para un DPP: uso y mantenimiento, identificación de productos, productos y materiales, pautas y manuales, cadena de suministro y logística inversa, datos ambientales y cumplimiento. Por otro lado, Adisorn et al. [13] defienden que el diseño preliminar de un DPP debe consistir principalmente en datos relacionados con el producto proporcionados por los fabricantes para estimular una economía más circular.

Como sugiere su nombre, el DPP no posee una presencia física; es una entidad digital diseñada para capturar y almacenar datos esenciales a lo largo del ciclo de vida del producto, adaptados según los requisitos del fabricante. El fabricante diseña el DPP con varios propósitos en mente, ya sea para uso interno o para su utilización en diferentes nodos a lo largo del ciclo de vida del producto e incluso más allá del final de la vida útil del producto. Al crear el DPP de un producto, la decisión crítica inicial del fabricante implica identificar las especificaciones clave del DPP, ya que estos parámetros también darán forma a su tipo, propósito y capacidades. El papel del DPP puede ser informativo, instructivo, correctivo o predictivo. Esto significa que sirve como fuente de información para el producto, proporciona instrucciones para acciones específicas en el producto, o utiliza la información para corregir problemas del producto o prever futuras fallas del producto u optimización de la producción.

RELACIÓN DEL PASAPORTE DIGITAL DE PRODUCTO CON EL CICLO DE VIDA DEL PRODUCTO

El DPP desempeña un papel importante en el almacenamiento de datos de diversas etapas del ciclo de vida de un producto. Utilizando los pasos del ciclo de vida del producto como guía [14], se han identificado ocho etapas donde el DPP puede ser desplegado eficazmente, como se muestra en la Figura 1. El propietario del DPP, típicamente el Fabricante de Equipos, puede decidir en qué etapas se utilizará el DPP, dependiendo de su propósito previsto. El DPP es responsable de almacenar datos para una única instancia de un producto, por lo tanto, las etapas de diseño o prototipo incluidas en el ciclo de vida del producto se omiten [14,15]. Las etapas recomendadas cubren el producto desde su proceso de fabricación hasta su final de vida, culminando en el reciclaje.

Existen varias categorías distintas de tipos de datos genéricos involucrados en el DPP. En concreto, la Circularidad de los Datos se encarga de almacenar datos relacionados con la implementación de la circularidad, como la reutilización del producto, su reutilización con otro propósito o datos de reciclaje. Más específicamente, cuando ocurre un cambio en el ciclo de vida del producto después de su uso inicial, este cambio debe registrarse para llevar un registro de los pasos exactos que se siguieron para cada producto. Tales datos deben ayudar tanto en una implementación más efectiva y eficiente de la circularidad como en la evaluación precisa de su efectividad. Además, el fabricante debería incluir información sobre protocolos o procedimientos para la reutilización, reutilización con otro propósito o reciclaje de un producto aquí. Por ejemplo, estos datos podrían ser una secuencia de desmontaje para un desmontaje más eficiente. Además, el fabricante debería especificar qué componentes deben ser devueltos al fabricante después del fin de vida útil del producto para fines de reutilización.

NIVEL DE DETALLE DEL PASAPORTE DIGITAL DE PRODUCTO

Como se ha explicado anteriormente, existen múltiples fuentes de datos potenciales para el DPP. Los propietarios del DPP deben decidir qué nivel de detalle de datos debe almacenarse en él, lo cual es un proceso complejo. Los pasos del ciclo de vida del producto se dividen en tres grupos principales: fabricación, operación y circularidad. La fabricación abarca desde la producción hasta el inicio de la operación del producto. La operación se refiere al período de funcionamiento del producto, mientras que la circularidad implica acciones como la reutilización y el reciclaje después del uso del producto.

Esta clasificación en diferentes etapas del ciclo de vida del producto se utilizar para determinar el nivel de detalle del DPP. Estas categorías son independientes y pueden tener diferentes niveles de detalle, según los requisitos del propietario del DPP. Psarommatis et al. [16] definieron la Tabla 1 para la etapa de circularidad del producto.

5 - CÓDIGOS EWC

Tal y como se ha comentado anteriormente, los códigos EWC permiten una clasificación rápida de los desechos generados. Describen tanto el desecho, como quien lo ha producido, así como el punto de eliminación. En la Tabla 2 se dispone una lista no exhaustiva de desechos generados relacionados con la industria de los materiales compuestos de diferentes tipos.

En ese sentido, es importante destacar que las cuatro primeras cifras de los códigos indican los sectores de producción o la familia de materiales (por ejemplo, el 04 02 corresponde a la industria textil, mientras que el 10 11 está relacionado con la fabricación de fibra de vidrio y productos vítreos), mientras que el último par de números del código se refieren a los componentes específicos dentro del sector general. Por lo tanto, mediante estos códigos es posible una identificación rápida de los residuos.

6 - REFERENCIAS

[1] Kim JW, Lee JS. The effect of the melt viscosity and impregnation of a film on the mechanical properties of thermoplastic composites. Materials 2016;9:448.

[2] Yang Y, Xu Y, Ji Y, Wei Y. Functional epoxy vitrimers and composites. Progress in Materials Science 2021;120:100710.

[3] Job Stella. The sustainability of fiber reinforced polymer composites. A good practice guide. : Composites UK Ltd, 2022.

[4] Palma RA, Beltran BD, Brotons LA, Arriba PZ, Mengual SE. Ecodesign fo r Sustainable Products Regulation-Preliminary Study on New Product Prioritie s Technical Report (Draft) Circular Economy and Sustainable Industry. 2023.

[5] Ding Z, Wang X, Zou PXW. Barriers and countermeasures of construction and demolition waste recycling enterprises under circular economy. J.Clean.Prod. 2023;420:138235.

[6] Tu Y, Zhou W, Piramuthu S. Critical risk considerations in auto-ID security: Barcode vs. RFID. Decis.Support Syst. 2021;142:113471.

[7] Tajima M. Strategic value of RFID in supply chain management. 2007;13:261-73.

[8] Suresh S, Chakaravarthi G. RFID technology and its diverse applications: A brief exposition with a proposed Machine Learning approach. 2022;195:111197.

[9] Domdouzis K, Kumar B, Anumba C. Radio-Frequency Identification (RFID) applications: A brief introduction. 2007;21:350-5.

[10] Goodrum PM, McLaren MA, Durfee A. The application of active radio frequency identification technology for tool tracking on construction job sites. Autom.Constr. 2006;15:292-302.

[11] Le Breton M, Liébault F, Baillet L, Charléty A, Larose É, Tedjini S. Dense and long-term monitoring of earth surface processes with passive RFID — a review. Earth-Sci.Rev. 2022;234:104225.

[12] Jensen SF, Kristensen JH, Adamsen S, Christensen A, Waehrens BV. Digital product passports for a circular economy: Data needs for product life cycle decision-making. 2023;37:242-55.

[13] Adisorn T, Tholen L, Götz T. Towards a digital product passport fit for contributing to a circular economy. 2021;14:2289.

[14] Psarommatis F, May G. Achieving global sustainability through sustainable product life cycle. 2022:391-8.

[15] Raihanian Mashhadi A, Behdad S. Optimal sorting policies in remanufacturing systems: Application of product life-cycle data in quality grading and end-of-use recovery. J.Manuf.Syst. 2017;43:15-24.

[16] Psarommatis F, May G. Digital Product Passport: A Pathway to Circularity and Sustainability in Modern Manufacturing. 2024;16:396.