Resumen:
El diseño circular constituye una estrategia clave para lograr sostenibilidad integral, aunque su implementación requiere enfoques sistemáticos que aseguren un diseño, evaluación e implementación adecuados. Este estudio propone un marco de optimización generalizado para diseñar y optimizar redes de economía circular (EC) bajo un enfoque de toma de decisiones multicriterio. El marco propuesto se aplica a un caso de estudio de la cadena de suministro de tereftalato de polietileno (PET), considerando diversas rutas de valorización de residuos. Se define una superestructura de procesos holística, que se resuelve mediante un programa lineal entero mixto (MILP) utilizando Pyomo. Las funciones objetivo-optimizadas incluyen: costo anualizado total (TAC), emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y consumo de material virgen. El análisis Pareto permite identificar los compromisos entre objetivos competitivos. Los resultados muestran que diseñar con enfoque circular desde el inicio es más favorable que un diseño lineal de la red. Se evidencian compromisos significativos entre costo y emisiones, así como entre costo y consumo de material. Además, la combinación de reciclaje químico y mecánico se revela como una estrategia dominante para todos los objetivos, con alta tolerancia a la incertidumbre en costos, pero menor tolerancia a la incertidumbre en rendimiento.
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Conclusiones:
Lograr una economía circular requiere un esfuerzo significativo y enfrenta múltiples desafíos, muchos de ellos derivados de prácticas actuales o de limitaciones de las tecnologías existentes. Este trabajo demuestra cómo la adopción de una perspectiva sistémica puede utilizarse para diseñar, optimizar y evaluar redes de economía circular. El marco propuesto se ilustra mediante la evaluación holística de un estudio de caso de la cadena de suministro de PET en Estados Unidos, considerando diversas tecnologías para identificar las mejores rutas y procesos para implementar cadenas de suministro circulares. La evaluación analiza tres funciones objetivo: costo anualizado total (TAC), emisiones de GEI y utilización de materia prima virgen como indicador de circularidad de la red. Los análisis se realizan tanto de manera individual para cada objetivo como de forma simultánea bajo un paradigma multiobjetivo, identificando los compromisos y compensaciones entre los objetivos de diseño.
Se determinó que una red circular óptima de PET (CE PET) es favorable frente a una red lineal equivalente para todos los objetivos de diseño, ya que la economía circular del PET permite reducir el consumo de material, las emisiones de GEI y los costos anualizados si se construye desde un estado inicial sin infraestructura previa. No obstante, la transición desde una economía lineal establecida hacia una economía circular requerirá inversión adicional en la infraestructura lineal existente. La optimización considerando únicamente el objetivo de utilización de materia virgen (VF) condujo a las mayores emisiones de GEI entre los objetivos evaluados. La combinación de reciclaje mecánico y químico fue la estrategia dominante para los objetivos de TAC y GEI, mientras que el reciclaje químico solamente fue preferido para maximizar circularidad. La incertidumbre en rendimiento y costos se examinó mediante análisis de sensibilidad, indicando alta tolerancia frente a incrementos en costos operativos para reciclaje químico (glicólisis) y mecánico, y menor tolerancia ante desviaciones en rendimientos.
Entre las limitaciones se destacan: la consideración de tecnologías de reciclaje químico no completamente industrializadas, el uso de valores promedio de literatura para parámetros económicos y de conversión, y la suposición de demanda fija y precios invariables, sin capturar elasticidades de mercado. El estudio asume un escenario optimista donde todos los actores de la cadena cumplen uniformemente con los objetivos de minimizar costos, emisiones y consumo de material. Sin embargo, en la práctica, los objetivos de los distintos actores pueden diferir, por lo que las soluciones óptimas de red podrían no materializarse cuando cada parte actúa según su interés mientras busca equilibrar prioridades competidoras. Se concluye que son necesarios estudios más sistemáticos sobre estas interacciones, los cuales se explorarán en futuras investigaciones.
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Información tomada y traducida de artículo científico de la Universidad Carnegie Mellon
Imagen tomada del artículo científico en ScienceDirect
