El papel del acero en la aceleración de la economía circular

Contribución del acero a la economía circular

Existen dos tipos de economías en el mundo: (i) economía lineal, (ii) economía circular. Una economía circular es alternativa a la economía lineal tradicional donde los recursos se mantienen en uso el mayor tiempo posible, extrayendo máximo valor mientras están en uso, y luego se recuperan y regeneran productos y materiales al final de cada vida útil. Desde la última revolución industrial, el crecimiento económico ha estado fuertemente acoplado al consumo de recursos primarios; los modelos de economía circular intentan desacoplar crecimiento económico y uso de recursos, reconociendo que los patrones actuales de consumo global no son sostenibles. Actualmente hay un cambio en progreso de sistema de economía lineal a circular. Como el acero está en todas partes en nuestras vidas y es el corazón de nuestro futuro sostenible, la industria del acero es parte integral de la economía circular global.

Economía lineal vs circular

A lo largo de su evolución, la economía industrial nunca superó una característica fundamental establecida en los albores de la industrialización. Se basa en un modelo lineal de consumo de recursos que sigue patrón «extraer-fabricar-desechar». Este modelo depende de grandes cantidades de recursos y energía fácilmente accesibles, siendo cada vez menos apto para la realidad actual. Las organizaciones extraen materiales, los usan en producción, venden productos a clientes que luego los desechan al final de su vida útil. Esta es la norma en economía lineal (Figura 1), sin preocuparse por externalidades. Además, se asume que los recursos son infinitos y se necesita aporte externo para sostener crecimiento.

En economía lineal, el foco ha estado en mejoras de eficiencia a lo largo de esta línea recta. Mayor eficiencia resulta en menos materiales y recursos necesarios, lo que conduce a menos externalidades por unidad producida. Sin embargo, trabajar solo hacia eficiencia —reducción de recursos y energía fósil por unidad de producción— no altera la naturaleza finita del stock de recursos, solo retrasa lo inevitable. Parece necesario un cambio de todo el sistema operativo.

Sin embargo, la mentalidad está cambiando lentamente. La dependencia del modelo lineal se debilita ante poderosas tendencias disruptivas que moldearán la economía: (i) escasez de recursos y estándares ambientales más estrictos llegaron para quedarse; (ii) posesión de tecnología de información que permite el cambio; (iii) cambio generalizado en comportamiento del consumidor.

Concepto de economía circular

La economía circular es reacción al enfoque lineal. Surge de entender que los recursos del planeta no son infinitos, y que crecimiento y valor pueden crearse sin aporte de materiales vírgenes externos. En lugar de desechar materiales, energía y productos al final de su vida, el concepto busca doblar esta línea recta, reconectando el final con el inicio para formar un circuito cerrado. No es nuevo, pero se olvidó conforme las personas se volvieron más afluentes y las organizaciones obtienen ganancias vendiendo productos nuevos actualizados. La economía circular busca reconstruir capital, ya sea financiero, manufacturero, humano, social o natural. Este enfoque mejora el flujo de bienes y servicios.

La economía circular tiene orígenes profundos y no puede rastrearse a una sola fecha o autor. Sus aplicaciones prácticas a sistemas económicos modernos y procesos industriales ganaron impulso desde finales de 1970s por esfuerzos de académicos, líderes de opinión y empresas. El concepto se ha refinado y desarrollado por varias escuelas de pensamiento: (i) diseño regenerativo, (ii) economía de desempeño, (iii) marco cuna a cuna, (iv) ecología industrial, y (v) biomímesis, basada en tres principios: naturaleza como modelo, naturaleza como medida, naturaleza como mentora.

Una economía circular es un sistema industrial restaurativo o regenerativo por intención y diseño. Se basa en premisa donde productos o partes se reparan, remanufacturan, reutilizan, devuelven y reciclan. Reemplaza concepto «fin de vida» con restauración, cambia hacia uso de energía renovable, elimina químicos tóxicos que perjudican reutilización, y apunta a eliminación de residuos mediante diseño superior de materiales, productos, sistemas y modelos de negocio. La Figura 2 muestra el concepto.

La esencia es desacoplar creación de valor del consumo de recursos naturales finitos, y reemplazar concepto «fin de vida» donde productos terminan como residuos. Con cambio en diseño de productos, materiales y sistemas, junto con cambio de concepto de propiedad mediante nuevos modelos de negocio, los residuos pueden limitarse y eliminarse. Quizás el principio más importante es el reciclaje de materiales, reutilizándolos para nuevos productos en lugar de incineración o relleno. Pero economía circular contiene más que reciclaje. Lograr sistema circular necesita cambios fundamentales para apoyar reciclaje y maximizar valor del capital natural. Esto implica nuevos enfoques: (i) recirculación de materiales, (ii) eficiencia de materiales en productos, (iii) nuevos modelos de negocio, todos contribuyendo a menor demanda de materiales vírgenes, menos extracción y producción con menores emisiones de CO₂.

La economía circular asegura que el valor se mantenga en producto al final de su vida útil mientras reduce o elimina residuos. Esta idea es fundamental al concepto triple-bottom-line de sostenibilidad, enfocado en interacción entre factores ambientales, sociales y económicos. Sin enfoque de ciclo de vida, es imposible tener economía circular genuina.

Principios de la economía circular

La economía circular se basa en pocos principios simples. Primero, en su núcleo, busca «diseñar fuera» los residuos. Los residuos no existen en este concepto. Los productos se diseñan y optimizan para ciclo de desensamblaje y reutilización. Estos ciclos ajustados de componentes y productos definen la economía circular y la diferencian de disposición e incluso reciclaje donde grandes cantidades de energía y mano de obra embebidas se pierden. Segundo, introduce diferenciación estricta entre componentes consumibles y duraderos. A diferencia de hoy, consumibles en economía circular son mayormente ingredientes biológicos «nutrientes» al menos no tóxicos y posiblemente beneficiosos, retornables a biosfera directa o cascadamente. Duraderos, como motores o computadoras, son de nutrientes técnicos no aptos para biosfera, como metales y plásticos. Diseñados desde inicio para reutilización. Tercero, energía para impulsar ciclo debe ser renovable, disminuyendo dependencia de recursos y aumentando resiliencia (ej. choques petroleros).

Reutilización vs reciclaje

En economía circular, credenciales de fin de vida de productos de construcción son importantes. También entender diferencia entre reutilización y reciclaje. Particularmente importante para «reciclaje» que tiene definición laxa en lenguaje general pero específica en gestión de residuos y economía circular. Reciclaje es proceso de convertir residuos en nuevos materiales y productos, mismos o diferentes al original. Normalmente necesita energía. Puede ser reciclaje verdadero o en circuito cerrado, o «downcycling». Reutilización es uso posterior de objeto (en forma original) tras primera vida. Puede repurposarse, pero objeto solo tiene alteraciones menores, reteniendo forma similar o misma. Diferenciar dos tipos de reciclaje ya que beneficio ambiental (evaluado por análisis de ciclo de vida) varía significativamente. En «reciclaje verdadero o en circuito cerrado», productos se reciclan en productos con exactamente mismas propiedades materiales. Ejemplo: reciclaje de acero por refundición. En «downcycling», materiales se convierten en nuevos materiales de menor calidad y funcionalidad reducida. Ejemplo: trituración de refractarios para producir mortero refractario.

El diagrama de Ellen MacArthur (Figura 3) clasifica conceptualmente opciones de gestión de residuos según lo mejor para ambiente. Ha sido concepto central en marcos de política de residuos de UE por años. Jerarquía de gestión bajo este concepto se muestra en Figura 2.

Acero y economía circular

El acero tiene excelentes credenciales de economía circular tanto como material fuerte, duradero, versátil y reciclable, como sistema de estructura que es ligero, flexible, adaptable y reutilizable. Uno de los beneficios clave es que puede diseñarse para cumplir requisitos específicos de resistencia, durabilidad y reciclaje de fin de vida de casi cualquier aplicación. La combinación de resistencia, reciclabilidad, disponibilidad, versatilidad y asequibilidad hace al acero único.

Nuevos aceros más fuertes y ligeros

Investigación actual produce nuevos aceros aún más fuertes y ligeros. Torres de turbinas eólicas, vitales para energía eólica limpia, son ya 50% más ligeras que hace una década. Para torre de 70 m, esto significa reducción de 200 t en emisiones de CO₂. Con mayor relación resistencia-peso, nuevos aceros permiten fabricar secciones de torre hasta 30 m. Reduce emisiones en transporte y montaje.

Aceros de mayor grado también se desarrollan para construcción. Permiten construir edificios mayores y más altos eficientemente con menor residuo posible. Se espera reduzcan cantidad de acero en construcción. Costos de transporte también reducidos por componentes más delgados y ligeros. Acortan tiempo de procesamiento en planta y construcción in-situ, largely por reducción en número de soldaduras. Permiten reducir número de columnas y hacerlas más delgadas, resultando en áreas mayores y oportunidades para mejor diseño y uso de espacio. Aceros de mayor grado permiten estructuras con mecanismos de disipación para absorber mayoría de energía sísmica de terremotos.

Vida útil más larga

La economía circular promueve vidas de producto más largas. Cuanto más dura un producto, menos materias primas se necesitan. La durabilidad contribuye a reducir agotamiento de recursos. Mantener productos en su máxima utilidad y valor el mayor tiempo posible es componente clave. Simplemente: más dura un producto, menos materias primas se necesitan y menos residuos se generan. Los productos de acero son inherentemente durables: no solo duran mucho, sino que varios aceros pueden reutilizarse tras primera vida.

El acero facilita su propia longevidad. Edificios con estructura de acero pueden adaptarse fácilmente si configuración necesita cambiar. Pueden desmontarse y reconstruirse con mínima disrupción a comunidades y ambiente. Estructuras exteriores fuertes y duraderas acomodan múltiples reconfiguraciones internas para necesidades cambiantes. Almacenes o edificios industriales de acero pueden convertirse fácilmente en espacios modernos de vivienda o trabajo. Esto extiende vida útil del edificio (y del acero que contiene) ahorrando recursos y reduciendo costos.

Versatilidad y reciclabilidad

El acero es material versátil tanto en metalurgia/química como producto. Es material infinitamente reciclable. Elementos estructurales son duraderos, robustos y dimensionalmente estables, atornillables para formar ensambles inherentemente desmontables y reutilizables. Estructuras de acero pueden extenderse y reconfigurarse in-situ. El acero no es material único: hay varios grados desde aceros suaves convencionales hasta aceros de alta resistencia, avanzados y especiales como aceros inoxidables. Cada grado tiene propiedades para aplicación específica. Hay más de 3,500 composiciones o grados con diferentes propiedades físicas, químicas y ambientales. Sumando tamaños y formas, la cifra se multiplica. Cada variedad se adapta a aplicaciones en sectores diversos: envases, ingeniería, línea blanca y amarilla, vehículos, construcción. ~75% de aceros modernos disponibles hoy se desarrollaron en últimas 2-3 décadas. Si Torre Eiffel se reconstruyera hoy, requeriría solo un tercio del acero original (1889) por mejoras en resistencia y calidad en el último siglo.

La versatilidad promueve reciclaje ya que chatarra puede mezclarse en proceso de reciclaje para producir diferentes tipos de acero (grados y productos) que satisfacen demandas cambiantes. Ejemplo: acero de maquinaria industrial obsoleta puede reciclarse en productos contemporáneos como automóviles o línea blanca, que a su vez pueden reciclarse en nuevas aplicaciones, quizás aún no descubiertas.

Extensión de vida de productos

Extender vida es otro aspecto clave. En teoría, todo nuevo acero puede hacerse de acero reciclado. Pero no es prácticamente factible por larga vida de productos de acero, dada su resistencia y durabilidad. ~75% de productos de acero fabricados siguen en uso hoy. Edificios y estructuras de acero duran 40–100 años o más con mantenimiento adecuado.

Extender vida se logra haciendo productos flexibles y adaptables al cambio para durar más y extraer mayor valor de materiales y recursos. El ritmo de cambio nunca ha sido mayor. Patrones laborales cambiantes, nuevos servicios de edificios y tecnologías de información, demografía cambiante y nueva legislación ponen demandas nuevas y diferentes sobre productos de acero. Productos sostenibles deben ser flexibles a cambio de uso y adaptables a necesidades futuras, sean regulatorias o de mercado.

Componentes estructurales grandes y pesados necesitan planificación para gestión de fin de vida. Sin embargo, con chatarra teniendo valor, incentivo para recuperar y reciclar es alto y más costo-efectivo que pagar por disposición en rellenos.

Ventajas competitivas en economía circular

En economía circular bien estructurada, el acero tiene ventajas competitivas significativas sobre materiales competidores. Cuatro palabras clave definen estas ventajas: (i) reducir, (ii) reutilizar, (iii) remanufacturar, (iv) reciclar (Figura 2).

Reducir

Reducir peso de productos y por tanto cantidad de material. Clave para economía circular. Mediante inversiones en I+D, tecnología y planificación, productores han reducido drásticamente materias primas y energía para hacer acero en últimos 50–60 años. Además, promueven activamente desarrollo y uso de aceros de alta y avanzada alta resistencia para diversas aplicaciones. Estos grados contribuyen al aligeramiento de aplicaciones: turbinas eólicas, automóviles, paneles de construcción. Por ello, se requiere menos acero para misma resistencia y funcionalidad.

Reutilizar

Características de reutilización por durabilidad. El acero puede reutilizarse o repurposarse de muchas formas, con o sin remanufactura. Ya ocurre con componentes automotrices, edificios, rieles y muchas aplicaciones. No limitado a aplicación original. Se remonta a tiempos antiguos cuando espadas se convertían en arados. Reutilización se hace donde técnicamente posible sin reducir seguridad, propiedades mecánicas y/o garantías. Tasa de reutilización aumentará conforme eco-diseño, diseño para reutilización/reciclaje y eficiencia de recursos sean más populares.

Reutilización es ventajosa pues necesita poca o ninguna energía para reprocesamiento. Durabilidad asegura varios productos que pueden reutilizarse parcial o totalmente al final de vida, extendiendo considerablemente ciclo de vida. Sin embargo, diseño inicial basado en pensamiento de ciclo de vida es crítico para éxito.

Industria construcción ha sido de las primeras en adoptar reutilización de componentes: vigas, techos, elementos de muro. Cada vez más se diseñan para reutilización. Aunque acero de refuerzo se recicla actualmente en lugar de reutilizarse, existen oportunidades para crear elementos modulares de hormigón armado como losas estándar.

Reutilización mediante repurposamiento implica sistema de recolección y reprocesamiento especialmente diseñado para adaptar producto a nueva aplicación. Energía y recursos necesarios pueden ser considerablemente menores que producir nueva aplicación de materias primas. Ejemplo: placas de acero para barcos pueden relaminarse y usarse en construcción de nuevos buques. Único aporte: energía para recalentar, relaminar y transportar.

Remanufacturar

Varios productos de acero pueden remanufacturarse. Amplia gama ya se remanufactura: herramientas de máquina, motores eléctricos, transmisiones automáticas, muebles de oficina, electrodomésticos, motores de automóvil, turbinas eólicas. Remanufactura para reutilización aprovecha durabilidad de componentes. Restaura productos duraderos usados a condición como nuevos. Difiere de reparación, limitada a hacer producto operativo, vs desensamblaje y restauración exhaustiva con posible inclusión de partes nuevas.

Remanufactura restaura productos duraderos usados a condición como nuevos. Implica desensamblaje donde cada componente se limpia, examina por daños, y se reacondiciona a especificaciones OEM o reemplaza con parte nueva. Producto se reensambla y prueba para asegurar operación. Difiere de reparación (limitada a hacer operativo vs restauración exhaustiva). Además, diseñando productos para reutilización o remanufactura, se conservan aún más recursos.

Reciclar

El reciclaje de acero se lleva a cabo desde que se fabricó acero. Asegura que valor de materias primas invertidas en siderurgia dure mucho más allá de fin de vida de producto, y que acero siga siendo recurso permanente para sociedad. Todos los productos de acero son inherentemente reciclables y elementos estructurales inherentemente reutilizables. Además, acero es 100% reciclable y puede reciclarse una y otra vez para crear nuevos productos en circuito cerrado de material. Acero reciclado mantiene propiedades inherentes del original. Alto valor de chatarra asegura viabilidad económica. Por esto, acero es hoy material más reciclado.

Dos materias primas principales para hacer acero: mineral de hierro, uno de elementos más abundantes de la Tierra, y acero reciclado (chatarra). Una vez producido (desde mineral), se convierte en recurso permanente mientras se recupere al final de cada ciclo de vida, porque es 100% reciclable sin pérdida de calidad.

Propiedad magnética asegura recuperación barata y fácil para reciclaje. Por separación magnética, chatarra de productos post-consumo puede recuperarse fácilmente de casi cualquier corriente de residuos. Revisión mundial mostró tasas de recuperación por sector: 50% para electrodomésticos pequeños, >90% para maquinaria. Niveles hasta 98% para acero estructural en edificios comerciales e industriales.

El acero es material más reciclado del mundo. ~650 Mt/año de chatarra pre y post-consumo se reciclan, con ahorros significativos en energía y materias primas. Toda chatarra de producción y procesamiento posterior (chatarra pre-consumo) se recolecta y recicla directamente en procesos de producción. Contenido reciclado de cualquier producto puede variar 5–100%. >23 mil millones de toneladas recicladas desde inicio de producción.

Uso del término «reciclaje» debe clarificarse. Todos los tipos de acero pueden reciclarse en nuevo acero de varios grados, manteniendo propiedades inherentes. Así, chatarra de productos de menor valor puede convertirse en aceros de alto valor con procesamiento y metalurgia apropiados. Para otros materiales, esto no es típicamente posible. De hecho, calidad de material reciclado frecuentemente se degrada o hace downcycling, como en hormigón, madera y aluminio.

Reciclaje es importante en economía circular al conservar recursos valiosos. Además de esfuerzos de industria para aumentar tasas de recuperación, hay iniciativas con otras industrias metalúrgicas e institutos de investigación para identificar pérdidas a lo largo de ciclos de vida. Meta: minimizar pérdidas y mejorar tasas de reciclaje de acero y otros materiales.

Industria sigue integrando estas ventajas en operaciones para resaltar beneficios del acero a quienes toman decisiones de materiales. Cooperación de toda la cadena productiva es esencial para asegurar que productos reutilizados o remanufacturados tengan mismas propiedades que aceros nuevos. Para contribuir further a economía circular, áreas clave en las que industria debe enfocarse:

• Agua usada en producción debe devolverse a sociedad en misma o mejor condición que se recibió, y emisiones a atmósfera minimizadas.
• Materias primas consumidas (carbón de coque, mineral): adherencia estricta a sostenibilidad imposible ya que, una vez consumidas, no pueden reponerse, reduciendo capacidad de generaciones futuras para producir acero igual. Este desafío puede salvarse con reutilización, remanufactura y reciclaje, diseñando productos para fácil reutilización y reciclando máximo acero al final de vida para hacer nuevos productos. Claramente necesita que, en tiempo, cantidades suficientes de acero reutilizable y reciclable estén disponibles para satisfacer demanda. Además, concepto de abastecimiento responsable debe abordarse, considerando abastecimiento en cadena de suministro.
• Emisiones a atmósfera (CO₂, otros GEI) pueden reducirse asegurando que aplicación de acero lleve a menores emisiones en fase de uso. Ejemplo: aceros de alta resistencia o más eficientes en motores.
• Muchos materiales competidores tienen propiedades «ligeras» (menor densidad) y pueden reducir emisiones de productos intensivos en energía en fase de uso. Pero frecuentemente son mucho más intensivos en energía y CO₂ para producir que acero, negando beneficios de fase de uso que ofrecen.

Pensamiento de ciclo de vida

El acero está en todas partes en vidas actuales y es corazón del futuro sostenible. Industria es parte integral de economía circular global. Economía circular promueve cero residuos, reduce cantidad de materiales, fomenta reutilización y reciclaje, ventajas fundamentales del acero. Enfoque de ciclo de vida es muy importante para verdadera sostenibilidad.

Normalmente políticas se basan en premisas que solo afectan «fase de uso» de vida de producto, ej. consumo energético de refrigerador o emisiones CO₂ conduciendo auto. Este foco puede llevar a materiales alternativos de menor densidad más caros pero con mayor carga ambiental considerando ciclo de vida completo. Esta limitación no puede continuar. Pensamiento de ciclo de vida (LCT) requerido para todas decisiones de manufactura.

Todo producto vendido y comprado tiene ciclo de vida. Se fabrica, usa, y puede reutilizarse, reciclarse o desecharse al final. Además, acero en corriente de residuos puede separarse y recolectarse fácilmente de otros materiales para reciclaje, usando imanes. LCT describe pensamiento holístico requerido para solución sostenible de problemas sociales. Necesita considerar materias primas, consumo energético, residuos y emisiones en cada fase. Inicia con diseño y termina donde producto llega a fin de vida útil. En LCT, se anticipa que producto bien diseñado con acero se somete a reutilización o reciclaje de componentes al final.

Solo calculando recursos y energía usados, y residuos y emisiones producidos en cada etapa, se define verdadero impacto ambiental. También permite identificar dónde mejorar sostenibilidad a largo plazo. Por ejemplo, pequeño aumento en consumo energético o adición de elementos de aleación para producir aceros de alta resistencia se compensa varias veces al considerar ciclo de vida. Usar estos aceros significa productos más ligeros que frecuentemente ahorran energía en fase de uso, ej. sector automotriz da economía de combustible, y en ciclo completo, menos energía se usa.

Otra razón por importancia de LCT: conociendo impacto real de cada etapa, se toman mejores decisiones sobre materiales. Ejemplo: además de aceros alta resistencia, materiales de baja densidad como aluminio, fibra de carbono, magnesio o plásticos a veces se usan para aligerar aplicaciones. A primera vista pesan menos o tienen menor densidad que acero y parecen alternativas interesantes. Pero considerando ciclo de vida total, acero sigue competitivo por resistencia, durabilidad, reciclabilidad, versatilidad y costo. Comparación de emisiones CO₂ en Figura 4. Además, al final de vida, estos materiales pueden necesitar ir a relleno al no haber forma económica de reciclar/reutilizar. O pueden hacer downcycling a producto de menor grado. Importante conocer esto antes de decisiones clave. Todo ciclo de vida, desde extracción hasta reciclaje/disposición final, debe considerarse.

Enfoque de ciclo de vida debe considerarse dentro de concepto de economía circular para crear mundo más eficiente en recursos, enfocado en minimización de residuos. Industria ha minimizado residuos desde largo tiempo por razones económicas. Economía circular promueve cero residuos, reduce materiales, fomenta reutilización y reciclaje, ventajas fundamentales del acero. Enfoque de ciclo de vida muy importante para verdadera sostenibilidad.

Subproductos del acero

Eficiencia de materiales es parte integral de siderurgia moderna. Meta: usar todas las materias primas a plena capacidad y eliminar residuos. Incluye simbiosis industrial donde casi todo subproducto formado se usa en nuevos productos. Minimiza residuos a relleno, reduce emisiones, preserva materias primas.

Como en todo proceso manufacturero a gran escala, producción de hierro y acero genera subproductos. En promedio, 1 t de acero resulta en 200 kg (ruta chatarra-horno arco) a 400 kg (ruta AH-convertidor básico) de subproductos. Principales: escorias (90%), polvos y lodos. Tasa mundial promedio de recuperación de escoria varía >80% para escoria de acería a ~100% para escoria de siderurgia. Escoria usada para cemento, fertilizantes, asfalto. Gases de proceso de siderurgia y acería se usan típicamente en planta, reemplazando vapor y electricidad, o exportados a red local. Otros subproductos como polvo se recuperan por alto contenido metálico. Generación y usos en Figura 5.

Para mejores resultados, últimos años se han emprendido iniciativas para aplicar nuevos enfoques y técnicas en gestión de subproductos en plantas de hierro y acero para aumentar reciclaje. Ejemplo: reciclaje interno de algunos subproductos en procesos de sinterización y pelletización para lograr alta calidad de sinter y pelotas reduciendo impactos ambientales y costos. Además, polvo recuperado de tratamiento de gases de horno arco se usó para sustituir arcillas en fabricación tradicional de ladrillos, para ahorro energético, reducción impacto ambiental y posibles beneficios económicos. Simulación de modelos permitió identificar calidad de escoria de convertidor, horno arco y horno cuchara para reutilización interna, con mejoras económicas y ambientales significativas vs uso actual. Sin embargo, aún hay margen significativo para mejorar tasas de recuperación, lograr beneficios ambientales y económicos, según principios de simbiosis industrial.