Innovation of the process-equipment system in a context of sustainability

Abstract

In search to contribute to the current fight against climate change, the industrial sector is immersed in a transition to the Circular Economy (CE) to achieve resource efficiency through the redesign of products and production processes. However, the implementation of the CE closed loops is still in an initial phase and focuses mainly on the recycling of products. Early works on CE emphasized the need to implement an emissions reuse closed loops through technology, but this issue has not been addressed by scientific and industrial experts with a successful implementation in the industry.

Equipment can play a critical role in the redesign of production processes through the implementation of emissions reuse closed loops, as it is in the operational phase of the equipment in which most environmental resources are consumed and most emissions are generated in production processes. The implementation of the emissions reuse closed loops through equipment will only be possible if the equipment consumes resources in production processes more efficiently, reduces waste and emissions and reuses them as a new primary material resource.

The presented thesis proposes a conceptual model for the implementation of the CE emissions reuse closed loops in production processes through equipment as a way to accelerate the transition from industry to CE. The conceptual model integrates the concepts of reduction, reuse, recycling and recovery of emissions of the Cleaner Production (CP) and the transverse analysis of the diachronic and synchronous dimensions of the equipment. The implementation of the proposed conceptual model will only be possible through the redesign of production processes. In this sense, the presented thesis also proposes a process redesign methodology for its implementation.

The redesign for emissions reuse (R4ER) methodology has been verified through application in an equipment manufacturing company and a research institute. The results of the presented thesis have demonstrated that the application of the methodology has allowed the reduction of the consumption of resources, the generation of emissions as well as the reduction of operating costs in a sterilization central and a grinding wheel production process.

En busca de contribuir a la lucha actual contra el cambio climático, el sector industrial se encuentra inmerso en una transición hacia la Economía Circular (CE) para lograr la eficiencia de los recursos a través del rediseño de productos y procesos de producción. Sin embargo, la implementación de los bucles cerrados de la CE se encuentra aún en una fase inicial y se centra principalmente en el reciclaje de productos. Los primeros trabajos sobre CE enfatizaron la necesidad de implementar bucles cerrados para la reutilización de emisiones a través de la tecnología, pero este tema no ha sido abordado por expertos científicos e industriales con una implementación exitosa en la industria. Los equipos pueden jugar un papel crítico en el rediseño de los procesos de producción a través de la implementación de bucles cerrados para la reutilización de emisiones, ya que es en la fase operativa de los equipos en donde se consumen la mayor parte de los recursos ambientales y se generan la mayor parte de las emisiones en los procesos de producción. La implantación de los bucles cerrados para la reutilización de emisiones a través de los equipos sólo será posible si los equipos consumen recursos en los procesos de producción de forma más eficiente, reducen los residuos y las emisiones y los reutilizan como nueva materia prima. La tesis presentada propone un modelo conceptual para la implementación de los bucles cerrados de la CE para la reutilización de emisiones en los procesos de producción a través de los equipos como una forma de acelerar la transición de la industria a la CE. El modelo conceptual integra los conceptos de reducción, reutilización, reciclaje y recuperación de emisiones de la Producción más Limpia (CP) y el análisis transversal de las dimensiones diacrónicas y síncronas de los equipos. La implementación del modelo conceptual propuesto sólo será posible a través del rediseño de los procesos de producción. En este sentido, la tesis propone también una metodología de rediseño de procesos para su implementación. La metodología de rediseño para la reutilización de emisiones (R4ER) ha sido verificada mediante su aplicación en una empresa de fabricación de equipos y en un instituto de investigación. Los resultados de la tesis han demostrado que la aplicación de la metodología ha permitido la reducción del consumo de recursos, la generación de emisiones así como la reducción de los costes operativos en una central de esterilización y un proceso de producción de muelas abrasivas.