Integrated methodology for sustainability assessment of several innovative materials and processes in different industrial scenarios

Abstract

Los materiales compuestos de matrices metálicas han atraído gran atención en los últimos años, principalmente por sus mejoradas características mecánicas, en especial su baja proporción en peso, lo que les confiere una gran importancia en determinadas industrias como la aeroespacial o automovilística, entre otras. Sin embargo, y en línea con las actuales tendencias en materia de sostenibilidad y circularidad promovidas por la gran mayoría de políticas internacionales, la preocupación en cuanto a su impacto ambiental ha crecido recientemente debido a la falta de datos y a su gran interrelación con la industria manufacturera. Es por ello que el objetivo de esta tesis doctoral es investigar, mediante la metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), las implicaciones medioambientales que tienen el uso de estos materiales en los procesos industriales que los utilizan, aportando nuevos datos que puedan finalmente apoyar la toma de decisiones en el desarrollo y mejora de las tecnologías para lograr un mejor desempeño ambiental. En primer lugar, como primera toma de contacto con la metodología, se analiza la producción de pomos de puerta, mediante dos diferentes técnicas de fundición, formados por una aleación entre aluminio y partículas de dióxido de titanio, que le confiere capacidad auto-limpiable. En la segunda parte se compara un método convencional y otro más novedoso de producción de polvo metálico de titanio para su uso en técnicas de fabricación aditiva, profundizando aún más en la metodología de ACV y en el uso y modificación de bases de datos. Por último, se analiza la utilización del material previo en la producción de una caja de cambios, mediante el uso de una técnica convencional de fundición y otra más novedosa de fabricación aditiva, conocida como deposición de energía dirigida (Direct Energy Deposition o DED). Este caso se trata de un análisis prospectivo en el que se evalúan diferentes escenarios de desarrollo y mejora de la nueva tecnología, escalando los parámetros actuales para encontrar un óptimo en el que poder compararla fielmente con su tecnología de contrapartida, mucho más madura. Se realiza mediante un enfoque paso a paso bajo un análisis ex-ante, aportando como resultado diferentes recomendaciones de ecodiseño para ayuda en la toma de decisiones en la mejora de tecnologías emergentes. Los análisis producidos, los datos extraídos y el modelo final creado para comparar tecnologías maduras y en desarrollo, pueden ser claves para evaluar y cuantificar los impactos ambientales en entornos industriales innovadores, identificando puntos críticos y optimizando así los procesos.

Metal Matrix Composites have attracted much attention in recent years, mainly due to their improved mechanical characteristics, in particular their low weight ratio, which makes them of great importance in certain industries such as aerospace or automotive, among others. However, and in line with the current trends in sustainability and circularity promoted by the vast majority of international policies, concern regarding their environmental impact has recently risen due to the lack of data and their strong interrelation with the manufacturing industry. That is why the aim of this doctoral thesis is to investigate, by means of the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, the environmental implications of the use of these materials in the industrial processes, providing with new data that can finally support decision-making in the development and improvement of technologies to achieve better environmental performance.