A lo largo de la historia, los ingenieros han tenido un profundo impacto en la sociedad y el mundo. Desde los antiguos griegos y romanos, la destreza de la ingeniería ha permitido e impulsado las economías que apoyaron a los imperios. La primera y la segunda revolución industrial trajeron consigo la formalización de la profesión de ingeniero. Lo que significa ser ingeniero se entrelazó con el impacto de los grandes desafíos que se estaban abordando en ese momento.
Estos «Grandes desafíos» han caracterizado, consciente o no, lo que significa ser ingeniero. La ingeniería civil surgió de la aspiración de aplicar tecnologías desarrolladas con fines militares en beneficio de una sociedad civil más amplia. La industrialización impulsó los requisitos para nuevas especializaciones en ingeniería mecánica y, más tarde, en ingeniería eléctrica. Más recientemente, la aparición de industrias de uso intensivo de energía requirió una nueva generación de disciplinas, incluida nuestra propia ingeniería química y de procesos. A medida que avanzamos a través de una cuarta revolución basada en datos y comunicaciones, sin duda surgirá otro conjunto de disciplinas.
Como profesión, debemos enorgullecernos de lo que hemos logrado: miles de millones de personas han salido de la pobreza; la educación y la buena salud se han convertido en la norma esperada en la mayoría de los países; las economías están llenas de innovación y creatividad. Pero también tenemos que aceptar la responsabilidad por el impacto que ha tenido el progreso: la contaminación pone en peligro los ecosistemas de todo el planeta; hay un agotamiento sin precedentes de los recursos no renovables; y, lo que es más importante, los cambios climáticos y el calentamiento global amenazan la existencia misma de la sociedad. ¡Tal vez por primera vez en la historia nos enfrentamos a un gran desafío de nuestra propia creación!
Abordar el cambio climático
La comunidad mundial no carece de ambición ni urgencia en lo que respecta al cambio climático. Durante más de treinta años, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha expuesto el caso científico del cambio climático, limitando el aumento de la temperatura global y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero. El Acuerdo de París de 2015 fue adoptado por casi todas las naciones, comprometiéndose a limitar el aumento de la temperatura global a menos de 2°C, al tiempo que buscaba medios para limitarlo a 1,5°C. Sin embargo, en casi todos los esfuerzos – ampliación de las energías renovables, reenergización nuclear o despliegue de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCU)-actualmente estamos a la zaga de las trayectorias requeridas, mientras que las emisiones globales absolutas siguen aumentando. La ambición y la urgencia no son suficientes; también necesitamos soluciones pragmáticas.
En 2009, un equipo de la Universidad de Cambridge, preocupado por la falta de progreso real, hizo la simple pregunta: ¿qué haría una gran diferencia? Descubrieron que las emisiones globales de carbono eran impulsadas por tres actividades casi iguales: consumo de energía en edificios, vehículos e industria. En el caso de los edificios y vehículos, las mejoras de la eficiencia y el cambio de tecnología eran vías técnicas claras para reducir las emisiones, pero la industria ya era relativamente eficiente, poseía pocas alternativas de producción viables y se enfrentaba a un importante crecimiento de la demanda de materiales en el futuro. Como tal, la industria ha sido etiquetada como «difícil de descarbonizar».
El aclamado libro del equipo de Cambridge, Materiales sostenibles: Con Ambos Ojos Abiertos (Allwood et al. 2012), describe los desafíos de descarbonización a los que se enfrenta la industria y revisa todas las opciones disponibles. El libro presenta dos enfoques. «Con un ojo abierto» describe una serie de opciones técnicas que se persiguen: eficiencia energética, captura de calor, nuevas rutas de proceso, UCC y electricidad descarbonizada. El equipo modeló las trayectorias de estas tecnologías hasta 2050, para cinco materiales. Si cada tecnología se desplegara, hasta su límite técnico, en cada industria, las emisiones por tonelada de material podrían reducirse a la mitad. Sin embargo, se espera que la demanda de estos materiales se duplique para 2050, lo que se traducirá en un ahorro cero de emisiones absolutas. Esto es claramente un problema!
«Con ambos ojos abiertos» describe una gama alternativa de opciones de mitigación, agrupadas bajo el lema de «eficiencia de materiales»: usar menos material por diseño, reducir las pérdidas de rendimiento, desviar chatarra de fabricación, reutilizar componentes metálicos, productos de mayor vida útil y reducir la demanda final. Estas seis opciones habían sido tradicionalmente pasadas por alto por la industria, pero con nuevos enfoques y modelos comerciales, estos podrían ser rentables y mitigar las emisiones. La modelización de estas opciones fue un desafío, pero los resultados mostraron que la búsqueda de la eficiencia de los materiales en los cinco materiales podría reducir a la mitad las emisiones por tonelada de material para 2050. La combinación de ambas opciones (un ojo y ambos ojos abiertos) podría conducir a una reducción del 75% de las emisiones por tonelada, equivalente a una reducción a la mitad de las emisiones absolutas, ¡un progreso real!
Ambos enfoques se enfrentan a desafíos significativos y aún se requiere mucho esfuerzo para implementar con éxito cualquier opción a escala.
Una pregunta clave que surge de este análisis es: ¿qué debería hacer la industria? Reducir las pérdidas de rendimiento en la industria del metal es un buen comienzo: actualmente, el 25% de todo el acero y el 50% de todo el aluminio nunca lo convierten en un producto, sino que se vuelve a fundir dentro de la planta, desperdiciando energía y produciendo emisiones no deseadas. Otra es cerrar la brecha entre las plantas de mejor y peor rendimiento, que puede llegar al 30% para algunas industrias. Para ello se requiere un nuevo enfoque metodológico que tenga en cuenta las interacciones entre la energía y los materiales en las plantas de proceso y proporcione una métrica comparable de la eficiencia con que las plantas transforman los recursos (energía y materiales) en productos. La eficiencia de los recursos proporciona ese enfoque.
Eficiencia de los recursos
Mejorar la eficiencia de los recursos industriales es una de las opciones más rentables para evitar el desperdicio de recursos escasos y tóxicos, reducir los costos operativos y las emisiones de CO2, y mejorar la capacidad de respuesta a las futuras regulaciones climáticas. De hecho, comprender el estado actual del uso de recursos de una instalación, los factores que la impulsan y las oportunidades disponibles para minimizarla, es un requisito previo para que las empresas sigan siendo competitivas.
La buena noticia es que hay pruebas abrumadoras de que el potencial de mejora de las medidas circulares y de eficiencia de los recursos en las industrias de procesos es enorme. Sin embargo, las métricas actuales son ineficaces: se las critica por no cuantificar adecuadamente los impactos energéticos y ambientales de las intervenciones de mejora. Además, estas métricas suelen proporcionar información a nivel nacional o mundial, pero son difíciles de aplicar a la producción de materiales con uso intensivo de recursos. Para estas industrias, aplicar estrategias de circularidad para reducir las emisiones en la práctica significa reducir los insumos generales de recursos y el desperdicio de (energía y materiales) por tonelada de producto.
Sabemos que la medición es el dogma de la producción industrial. Comprender la fiabilidad, la seguridad o la calidad de producción de una empresa requiere realizar un seguimiento de sus métricas de rendimiento relevantes. La eficiencia de los recursos no es diferente. El primer paso para ser más eficiente en el uso de los recursos implica ponerle un número. Los directores ejecutivos de los sectores de uso intensivo de recursos se ven cada vez más presionados por los accionistas para que revelen cómo se están preparando para la economía con bajas emisiones de carbono y demuestren sus estrategias empresariales sostenibles. Esta presión se traduce en demandas para que los gerentes de sitio cuantifiquen su eficiencia operativa de recursos. Sin embargo, los gerentes están luchando para llegar a una métrica significativa.
Entonces, ¿cómo puede una empresa medir adecuadamente su eficiencia de recursos integrada? Junto con la Universidad de Cambridge, Emerson ha desarrollado una solución de ingeniería basada en una termodinámica bien establecida. Aunque fue ideado en la década de 1900, este método (comúnmente conocido como exergía o disponibilidad) ha experimentado un renacimiento en las últimas dos décadas.
El enfoque rastrea el uso de los recursos en sistemas de producción completos y los caracteriza como una combinación de dos componentes: una porción química, basada en la composición y concentración del recurso; y una porción física, que representa la temperatura y presión del recurso. El uso de la termodinámica para desagregar los componentes de los recursos químicos y físicos también nos permite medir la calidad y la cantidad de estos recursos. Esto es clave porque no todos los recursos son igualmente valiosos. Queremos asegurarnos de que las medidas de mejora de la eficiencia que identificamos se centren en los recursos que marcan la mayor diferencia en las emisiones de CO2.
A diferencia de las métricas convencionales de intensidad energética o eficiencia de materiales, este nuevo indicador integra flujos de energía y materiales en un único número adimensional. Al hacerlo, consolida varios KPI que actualmente miden el uso de recursos desde diferentes puntos de vista. Como resultado, los productores están facultados para tomar las decisiones correctas en el momento adecuado, al tiempo que amplían la variedad de opciones de eficiencia disponibles y capturan las compensaciones inevitables.
En base a esto, ahora podemos medir la eficiencia de los recursos como una proporción de salidas de recursos útiles a entradas de recursos. Los resultados de estos métodos se basan en datos precisos de sensores de flujo de energía y materiales y se corroboran a través de procesos rigurosos de recolección, limpieza y análisis de datos.
Con una medida significativa de la eficiencia de los recursos, las empresas ahora pueden gestionar y hacer un seguimiento de su eficiencia de los recursos desde abajo hacia arriba, ya sea a través de sistemas de gestión en tiempo real, revisiones de rendimiento operativo o el desarrollo de puntos de referencia sectoriales. La integración de las tres actividades a lo largo de la escala de gestión y a lo largo de la cadena de valor sería lo ideal.
Redefinición de la ingeniería
Hemos dado enormes pasos para hacer seguras las industrias de procesos en las que trabajamos. Ahora tenemos que abordar la cuestión del cambio climático y la neutralidad de carbono con la misma determinación. Dentro de la memoria profesional de muchos de nosotros, las lesiones graves y las muertes caracterizaron el funcionamiento de las industrias de procesos. Se han hecho y se siguen haciendo esfuerzos extraordinarios para abordar esta cuestión. La idea de cero lesiones ha pasado de ser una aspiración salvaje a la norma esperada con la seguridad como un enfoque central de cada ingeniero químico. Nos hemos rodeado de prácticas, procedimientos y regulaciones que institucionalizan este pensamiento y aseguran la mejora continua, pero ¿a qué costo para nuestra profesión?
En los últimos 30-40 años, las características definitorias de los ingenieros han cambiado. A medida que los procedimientos se han automatizado e institucionalizado, y las prácticas de seguridad se han estandarizado y formulado, algunos argumentan que los ingenieros se han movido hacia abajo del espectro de los que rompen y hacen reglas para convertirse en seguidores predominantes de las reglas. La eficiencia y la conformidad han superado a la innovación y la creatividad como las características más apreciadas.
Irónicamente, a medida que disminuye nuestra voluntad y capacidad como profesión para innovar, nos encontramos ante el desafío quizás más grande de todos: cómo proteger nuestro planeta de los impactos del cambio climático sin dañar los sistemas económicos que tanto han hecho para sacar a las personas de la pobreza. Nunca ha habido una necesidad más urgente de las cualidades y capacidades que han definido a la ingeniería y a los ingenieros durante siglos. Necesitamos redescubrir nuestro patrimonio y aprender a recompensar la asunción de riesgos y el pensamiento alternativo, sin comprometer la seguridad. Necesitamos fomentar un sentido renovado de elaboración de normas y aprender a tolerar y gestionar una cantidad adecuada de violaciones de normas, porque si no lo hacemos, y no cumplimos con nuestras responsabilidades y nuestra capacidad de impactar el cambio climático, no hay grupos alternativos con el conocimiento y la experiencia necesarios para ocupar nuestro lugar.
Para ello es fundamental la necesidad constante de atraer al talento adecuado, desarrollarlo y retenerlo dentro de la profesión.
En particular, debemos nutrir y apoyar a aquellos con la mentalidad para desafiar los comportamientos y hacer que las nuevas reglas sean esenciales para superar este último gran desafío.
La percepción pública de nuestra industria es errónea y equivocada, y debemos asegurarnos de no perpetuar el mito. Existe una oleada de actividad por parte de los ingenieros y la industria para abordar este desafío más grande, trabajando juntos a través de organizaciones y alianzas como la Iniciativa Climática de Gas Oil & (OGCI) y el Grupo de Trabajo sobre Revelaciones relacionadas con el Clima (TFCD) para garantizar que el progreso sea lo más rápido e impactante posible. El IChemE ha revisado su propia estrategia para que se ajuste a los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU y a los Grandes Desafíos de Ingeniería (échales un vistazo si no sabes cuáles son).
Continuaremos con estos temas y comenzaremos a cambiar la conversación en APAC 2019, donde figuras líderes del campo de la automatización y el control de procesos se reunirán para examinar temas tan diversos como la sostenibilidad, las tecnologías emergentes y la seguridad cibernética. Para obtener más información, visite: https://www.icheme.org/career/events/advances-in-process-automation-and-control/