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Ingeniería verde

La ingeniería verde aborda el diseño de productos y procesos aplicando principios financiera y tecnológicamente viables para lograr uno o más de los siguientes objetivos: (1) di...

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La ingeniería verde aborda el diseño de productos y procesos aplicando principios financiera y tecnológicamente viables para lograr uno o más de los siguientes objetivos: (1) disminuir la cantidad de contaminación generada por la construcción u operación de una instalación, (2) minimizar la exposición de la población humana a peligros potenciales (incluida la reducción de la toxicidad ), (3) mejorar el uso de la materia y la energía a lo largo del ciclo de vida del producto y los procesos, y (4) mantener la eficiencia y viabilidad económica. [ 1 ] La ingeniería verde puede ser un marco general para todas las disciplinas de diseño.

Historia

El concepto de ingeniería verde surgió entre 1966 y 1970 durante la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos bajo el nombre de: «Los Diez Mandamientos Ecológicos para los Ciudadanos de la Tierra». [ 2 ] La idea se expresó visualmente como el siguiente ciclo, comenzando con el primer mandamiento y terminando con el décimo:

  1. Respeta las leyes de la naturaleza.
  2. Aprende como ciudadanos responsables de la Tierra de la sabiduría de la naturaleza.
  3. No reduzca la riqueza de pluralidad, la abundancia de especies vivas
  4. No contamines
  5. Asumir la responsabilidad con la Tierra cada día por nuestros hijos y los hijos de nuestros hijos.
  6. ¡Siga el principio de precaución con la naturaleza y sostenibilidad en todas las actividades económicas!
  7. ¡Haz lo que dices!
  8. Prefiero soluciones a problemas pequeños, ingeniosos e inteligentes, que incluyan factores de inteligencia racional y emocional.
  9. La información sobre el daño ambiental pertenece a la humanidad, no (solo) a las grandes empresas privilegiadas.
  10. Escucha atentamente lo que tu propio cuerpo te dice acerca del impacto de tu entorno social y natural personal en tu bienestar [ 2 ].

La idea fue presentada por Peter Menke-Glückert en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Educación, Ciencia y Cultura (UNESCO) celebrada en París en 1968. Estos principios son similares a los Principios de la Ingeniería Verde, ya que cada individuo tiene la responsabilidad intrínseca de defender estos valores. El Dr. Płotka-Wasylka considera que los Diez Mandamientos Ecológicos para los Ciudadanos de la Tierra influyeron en los Principios de la Ingeniería Verde, que implican que todos los ingenieros tienen el deber de defender valores y prácticas sostenibles al crear nuevos procesos.

La ingeniería verde forma parte de un movimiento más amplio que promueve prácticas sostenibles en la creación de productos, como los compuestos químicos. Este movimiento, más conocido como química verde , ha sido liderado desde 1991 por Paul Anastas y John C. Warner . La química verde, anterior a la ingeniería verde, es un campo de estudio con mayor investigación y se originó en 1991 con la creación de los 12 Principios de la Química Verde.

12 principios de ingeniería verde

El 19 de mayo de 2003, Paul Anastas, junto con su futura esposa, Julie Zimmerman, crearon los 12 Principios de Ingeniería Verde. Estos ampliaron los 12 Principios de Química Verde para incluir no solo las directrices sobre cómo debería ser un producto químico respetuoso con el medio ambiente en teoría, sino también los pasos que deberían seguirse para crear una alternativa respetuosa con el medio ambiente a dicho producto químico. [ 3 ] El pensamiento respetuoso con el medio ambiente puede aplicarse a disciplinas de ingeniería como la ingeniería civil y mecánica al considerar prácticas con impactos ambientales negativos, como la hidratación del hormigón . Estos principios aún se centraban en procesos químicos, y aproximadamente la mitad se referían a los ingenieros. [ 4 ] Existen muchas maneras en que los 12 Principios de Química Verde y los 12 Principios de Ingeniería Verde interactúan, a las que Tse-Lun Chen et al. se refieren como "conexiones cruzadas". Cada Principio de Ingeniería Verde tiene una o más "conexiones cruzadas" correspondientes con los Principios de Química Verde. Por ejemplo, el principio 1 de la ingeniería verde es "Inherente en lugar de circunstancial", que tiene conexiones cruzadas con los principios 1, 3 y 8 de la química verde. [ 5 ]

9 Principios de la Ingeniería Verde

El 19 de mayo de 2003, durante una conferencia en el Sandestin Resort de Florida, un grupo de aproximadamente 65 químicos, ingenieros y funcionarios gubernamentales se reunió para crear un conjunto más específico de principios ecológicos relacionados con la ingeniería y la ingeniería. Tras cuatro días de debates y propuestas, se creó la Declaración de Sandestin. [ 6 ] Esta declaración estableció los 9 Principios de la Ingeniería Verde, que centraron la atención en los procesos que los ingenieros pueden cumplir, con énfasis en el diseño de procesos y productos pensando en el futuro. Los 9 Principios resultantes fueron posteriormente respaldados y reconocidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , la Fundación Nacional de Ciencias , el Departamento de Energía (Laboratorio Nacional de Los Alamos) y el Instituto de Química Verde de la ACS . [ 6 ]

Principios

La ingeniería verde se rige por nueve principios rectores:

  1. Diseñar procesos y productos de forma integral, utilizar el análisis de sistemas e integrar herramientas de evaluación del impacto ambiental.
  2. Conservar y mejorar los ecosistemas naturales protegiendo al mismo tiempo la salud y el bienestar humanos.
  3. Utilice el pensamiento del ciclo de vida en todas las actividades de ingeniería.
  4. Asegúrese de que todos los insumos y productos de materiales y energía sean lo más seguros e inocuos posible.
  5. Minimizar el agotamiento de los recursos naturales.
  6. Evitar el desperdicio.
  7. Desarrollar y aplicar soluciones de ingeniería teniendo en cuenta la geografía, las aspiraciones y las culturas locales.
  8. Crear soluciones de ingeniería que vayan más allá de las tecnologías actuales o dominantes; mejorar, innovar e inventar (tecnologías) para lograr la sostenibilidad .
  9. Involucrar activamente a las comunidades y a las partes interesadas en el desarrollo de soluciones de ingeniería. [ 7 ] [ 8 ]

En 2003, la Sociedad Química Estadounidense introdujo una nueva lista de doce principios:

  1. Inherente en lugar de circunstancial: los diseñadores deben esforzarse por garantizar que todos los materiales y las entradas y salidas de energía sean lo menos peligrosos posible por naturaleza.
  2. Prevención en lugar de tratamiento: es mejor prevenir la generación de residuos que tratarlos o limpiarlos una vez que se han formado.
  3. Diseño para la separación: Las operaciones de separación y purificación deben diseñarse para minimizar el consumo de energía y el uso de materiales.
  4. Maximizar la eficiencia: los productos, procesos y sistemas deben diseñarse para maximizar la eficiencia en términos de masa, energía, espacio y tiempo.
  5. Sistemas basados ​​en la demanda frente a sistemas basados ​​en la entrada de insumos: los productos, procesos y sistemas deben basarse en la demanda en lugar de en la entrada de insumos mediante el uso de energía y materiales.
  6. Conservar la complejidad: la entropía y la complejidad inherentes deben considerarse una inversión al tomar decisiones de diseño sobre reciclaje, reutilización o disposición beneficiosa.
  7. Durabilidad en lugar de inmortalidad: la durabilidad, y no la inmortalidad, debería ser un objetivo de diseño.
  8. Satisfacer las necesidades, minimizar los excesos: diseñar soluciones con capacidad o funcionalidad innecesarias (por ejemplo, soluciones "de talla única") debe considerarse un defecto de diseño.
  9. Minimizar la diversidad de materiales: la diversidad de materiales en los productos multicomponente debe minimizarse para facilitar el desmontaje y preservar el valor.
  10. Integrar los flujos de materiales y energía: el diseño de productos, procesos y sistemas debe incluir la integración y la interconexión con los flujos de energía y materiales disponibles.
  11. Diseño para una "vida útil" comercial: Los productos, procesos y sistemas deben diseñarse para funcionar correctamente en una "vida útil" comercial.
  12. Renovables en lugar de agotables: los insumos de materiales y energía deben ser renovables en lugar de agotables. [ 9 ]

Enfoque sistémico

Muchas disciplinas de ingeniería participan en la ingeniería verde. Esto incluye el diseño sostenible , el análisis del ciclo de vida (ACV), la prevención de la contaminación, el diseño para el medio ambiente (DfE), el diseño para el desmontaje (DfD) y el diseño para el reciclaje (DfR). Por lo tanto, la ingeniería verde es un subconjunto de la ingeniería sostenible . [ 10 ] La ingeniería verde implica cuatro enfoques básicos para mejorar los procesos y productos y hacerlos más eficientes desde el punto de vista ambiental. [ 11 ]

  1. reducción de residuos;
  2. Gestión de materiales;
  3. Prevención de la contaminación; y,
  4. Mejora del producto.

La ingeniería verde aborda el diseño desde una perspectiva sistemática que integra numerosas disciplinas profesionales. Además de todas las disciplinas de ingeniería, la ingeniería verde incluye la planificación del uso del suelo, la arquitectura, la arquitectura paisajística y otros campos del diseño, así como las ciencias sociales (por ejemplo, para determinar cómo diversos grupos de personas utilizan productos y servicios). Los ingenieros verdes se preocupan por el espacio, el sentido del lugar, la visión del mapa del sitio como un conjunto de flujos a través del límite y la consideración de las combinaciones de estos sistemas en regiones más amplias, por ejemplo, áreas urbanas. El análisis del ciclo de vida es una herramienta importante de la ingeniería verde, que proporciona una visión holística de la totalidad de un producto, proceso o actividad, abarcando materias primas, fabricación, transporte, distribución, uso, mantenimiento, reciclaje y disposición final. Evaluar su ciclo de vida debería proporcionar una imagen completa del producto. El primer paso en una evaluación del ciclo de vida es recopilar datos sobre el flujo de un material a través de una sociedad identificable. Una vez que se conocen las cantidades de los diversos componentes de dicho flujo, se estiman las funciones e impactos importantes de cada paso en la producción, fabricación, uso y recuperación/disposición. En el diseño sostenible, los ingenieros deben optimizar las variables que ofrecen el mejor rendimiento en marcos temporales. [ 12 ]

El enfoque sistémico empleado en la ingeniería verde es similar a la ingeniería de valor (IV). Daniel A. Vallero ha comparado la ingeniería verde con una forma de IV, ya que ambos sistemas requieren que se consideren todos los elementos y vínculos dentro del proyecto general para mejorar su valor. Cada componente y paso del sistema debe ser evaluado. La determinación del valor general no solo depende de la rentabilidad del proyecto, sino también de otros valores, incluidos los factores ambientales y de salud pública. Por lo tanto, el sentido más amplio de la IV es compatible con la ingeniería verde e incluso puede ser idéntico a ella, ya que la IV busca la efectividad, no solo la eficiencia; es decir, un proyecto se diseña para lograr múltiples objetivos sin sacrificar ningún valor importante. La eficiencia es un término de ingeniería y termodinámica que describe la relación entre la entrada y la salida de energía y masa dentro de un sistema. A medida que esta relación se acerca al 100%, el sistema se vuelve más eficiente. La efectividad requiere que se cumplan los requisitos de eficiencia para cada componente, pero también que la integración de los componentes dé como resultado un diseño efectivo basado en múltiples valores. [ 13 ] La ingeniería verde también es un tipo de ingeniería concurrente , ya que las tareas deben paralelizarse para lograr múltiples objetivos de diseño.

Implementación

líquidos iónicos

Un líquido iónico puede describirse simplemente como una sal en estado líquido, que exhibe propiedades triboeléctricas que permiten su uso como lubricante. Los disolventes tradicionales están compuestos de aceites o compuestos sintéticos, como los fluorocarbonos que, al dispersarse en el aire, pueden actuar como gases de efecto invernadero . Los líquidos iónicos no son volátiles y poseen una alta estabilidad térmica y, como afirma Lei, "representan una alternativa más ecológica a los disolventes estándar". [ 14 ] Los líquidos iónicos también pueden utilizarse para la captura de dióxido de carbono o como componente en la producción de bioetanol en el proceso de gasificación. [ 3 ]

Azulejos de cerámica

La producción de baldosas cerámicas suele ser un proceso que consume mucha energía y agua. El fresado de baldosas cerámicas es similar al fresado de cemento para hormigón, donde existen procesos de fresado en seco y en húmedo. El fresado en húmedo generalmente produce una baldosa de mayor calidad a un mayor costo de energía y agua, mientras que el fresado en seco produce un material de menor calidad a un menor costo. [ 3 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (2014), Ingeniería Verde. http://www.epa.gov/oppt/greenengineering/
  2. ^ Płotka -Wasylka, Justyna; Kurowska-Susdorf, Aleksandra; Sajid, Mahoma; de la Guardia, Miguel; Namieśnik, Jacek; Tobiszewski, Marek (11 de septiembre de 2018). "Química verde en la educación superior: estado del arte, desafíos y tendencias futuras" . ChemSusChem . 11 (17): 2845– 2858. Bibcode : 2018ChSCh..11.2845P . doi : 10.1002/cssc.201801109 . ISSN 1864-5631 . PMID 29963770 . S2CID 49643745 .   
  3. 1 2 3 Lozano, Francisco J.; Lozano, Rodrigo; Freire, Paulo; Jiménez-Gonzalez, Concepción; Sakao, Tomohiko; Ortiz, María Gabriela; Trianni, Andrea; Carpenter, Angela; Viveros, Tomás (2018-01-20). "Nuevas perspectivas para la química e ingeniería verde y sostenible: Enfoques desde el uso, gestión y transformación sostenibles de recursos y energía" . Journal of Cleaner Production . 172 : 227–232 . Bibcode : 2018JCPro.172..227L . doi : 10.1016/j.jclepro.2017.10.145 . hdl : 10453/129794 . ISSN 0959-6526 . 
  4. ↑ "12 Principios de Ingeniería Verde" . Sociedad Química Estadounidense .
  5. ↑ Chen, Tse-Lun; Kim, Hyunook; Pan, Shu-Yuan; Tseng, Po-Chih; Lin, Yi-Pin; Chiang, Pen-Chi (2020-05-10). "Implementación de principios de química verde en el sistema de economía circular hacia los objetivos de desarrollo sostenible: desafíos y perspectivas" . Science of the Total Environment . 716 136998. Bibcode : 2020ScTEn.71636998C . doi : 10.1016/j.scitotenv.2020.136998 . ISSN 0048-9697 . PMID 32044483. S2CID 211080215 .   
  6. 1 2 "Declaración de Sandestin: 9 Principios de Ingeniería Verde" . Sociedad Química Estadounidense .
  7. ↑ Ingeniería Verde: Conferencia sobre la Definición de los Principios, Sandestin, Florida, mayo de 2003.
  8. ↑ PT Anastas y JB Zimmerman (2003). Diseño a través de los Doce Principios de la Ingeniería Verde. Env. Sci. and Tech., 37, 5, 94A-101A.
  9. ↑ Sociedad Química Estadounidense (2014). 12 Principios de Ingeniería Verde. http://www.acs.org/content/acs/en/greenchemistry/what-is-green-chemistry/principles/12-principles-of-green-engineering.html .
  10. ↑ Cabezas, Heriberto; Mauter, Meagan S.; Shonnard, David; You, Fengqi (2018). "Número especial virtual de ACS Sustainable Chemistry & Engineering sobre análisis, diseño y optimización de sistemas para la sostenibilidad" . ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
  11. ↑ D. Vallero y C. Brasier (2008), Diseño sostenible: La ciencia de la sostenibilidad y la ingeniería verde. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, NJ, ISBN 0470130628.
  12. ↑ D. Vallero y C. Brasier (2008).
  13. ↑ D. Vallero (2003). Ingeniería de los riesgos de los residuos peligrosos. Butterworth-Heinemann, Ámsterdam, Países Bajos y Boston, MA, ISBN 0750677422.
  14. ↑ Lei, Zhigang; Chen, Biaohua; Koo, Yoon-Mo; MacFarlane, Douglas R. (2017-05-24). "Introducción: líquidos iónicos" . Chemical Reviews . 117 (10): 6633– 6635. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00246 . ISSN 0009-2665 . PMID 28535681 .  
  • Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (2014). "Ingeniería Verde".
  • Vanegas, Jorge (2004). "Práctica de ingeniería sostenible: una introducción". Publicaciones de la ASCE.
  • Antalya, Turquía , (1997). "XI Congreso Mundial de Silvicultura", (Volumen 3, tema 2), recuperado de http://www.fao.org/forestry/docrep/wfcxi/publi/v3/T12E/2-3.HTM Archivado el 19 de enero de 2011 en Wayback Machine
  • http://www.sustainableengineeringdesign.com
  • https://engineering.purdue.edu/EEE/Research/Areas/sustainable.html
  • https://archive.today/20030526060813/http://www7.caret.cam.ac.uk/sustainability.htm
  • https://web.archive.org/web/20130926012810/http://www.aaas.org/programs/international/caip/events/fall97/sanio.html