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Estudio de la sostenibilidad de los materiales de una bicicleta.
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BICICLETA DE MONTAÑA
SOSTENIBLE
Asignatura Sostenibilidad y Accesibilidad
Grupo: N1011
Orden de grupo: 26
Autor: Ferrer Ribas, Oscar
Profesor director: Jaume Miret Tomas
Fecha: 26 de octubre de 2015
EscuelaPolitécnicaSuperiordeIngenieríadeVilanovaylaGeltrú,UPC Sostenibilidad2015-16
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INDICE
1. INTRODUCCIÓNYOBJETIVOS..............................................................................3
2. ESTADODELARTE...............................................................................................52.1. Aluminio.........................................................................................................................................................72.2. Acero...............................................................................................................................................................92.3. Plástico.......................................................................................................................................................102.5. Impacto global en España................................................................................................................13
3. EVALUACIÓNDELIMPACTO..............................................................................153.1. Impacto medioambiental, social y económico.......................................................................15
4. PROPUESTA......................................................................................................19
5. CONCLUSIONES.................................................................................................20
6. DIAGRAMACONCEPTUAL.................................................................................20
7. BIBLIOGRAFIA...................................................................................................21
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1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
En España sabemos que 3 de cada 4 habitantes dispone de una o más
bicicletas en su casa1, por lo que es una cantidad importante y es interesante
saber cuánto sostenible es la fabricación de este vehículo.
Por lo tanto, en este estudio se analizará la sostenibilidad de la fabricación de
una bicicleta de características normales fabricada en España. Para ello, se
analizarán los materiales principales: aluminio, acero y plásticos. Así como, el
proceso para la obtención de cada uno. Más adelante, también analizaremos
los residuos que se generan. Para hacerlo lo más exacto posible, se tomará
como ejemplo la bicicleta Scott Aspect 670.
Para estudiar la sostenibilidad de un producto habrá que definir este término
antes de empezar. Por tanto, la sostenibilidad es la capacidad de permanecer,
es decir, cualidad por la que un elemento, sistema o proceso, se mantiene
activo en el transcurso del tiempo. Es la capacidad por la que un elemento
resiste, aguanta, permanece. De aquí, podemos definir el desarrollo sostenible,
que viene a ser aquel que satisface las necesidades actuales sin comprometer
la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias
necesidades. Este desarrollo sostenible tiene como objetivo el de definir
proyectos viables y reconciliar los aspectos económicos, social y ambiental de
las actividades humanas. Por lo tanto, definimos tres grandes puntos:
- Sostenibilidad económica: Cuando la actividad que se mueve hacia la
ambiental y social es financieramente posible y rentable. Engloba los
temas financieros, tecnológicos e infraestructurales. En nuestro estudio,
este caso haría referencia al coste de los materiales y su rentabilidad
para que una bicicleta pueda ser sostenible.
- Sostenibilidad social: Basada en el mantenimiento de la cohesión
social y de su habilidad para trabajar en conseguir objetivos comunes.
1Fundación ECA Bureau Veritas – Barómetro anual de la bicicleta en España
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Recoge los conocimientos, capacidades, patrimonio y diversidad
cultural, cohesión, participación y organización.
- Sostenibilidad ambiental: Compatibilidad entre la actividad
considerada la preservación de la biodiversidad y de los ecosistemas,
evitando la degradación de las fuentes y sumidero. Engloba todo lo que
son recursos naturales, biodiversidad y el ecosistema y sus servicios. En
una bicicleta esto se refiere principalmente a los materiales que está
fabricada, la vida útil que tienen, su ciclo de vida, energía para
producirla, emisiones, reciclaje…
Ilustración 1. Balance sostenible. Fuente: Ecointeligencia.com
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2. ESTADO DEL ARTE
Una bicicleta está fabricada en tres materiales principales: aluminio, acero y
plástico. Especificando un poco más, tenemos que el tipo de aluminio utilizado
es la aleación 6061, uno de los más utilizados para la fabricación de bicicletas.
Dentro del acero podemos distinguir dos tipos: el acero de alta resistencia y el
acero cromoly, una aleación de acero con cromo y molibdeno. Dentro del
plástico, también se subdividen en cuatro tipos: el caucho de las cubiertas, el
caucho de butilo de las cámaras, la silicona del sillín y los puños y el PVC
(policloruro de vinilo) del resto de componentes. Despiece de una bicicleta:
Ilustración 2:. Despiece de una bicicleta. Fuente: khurramhashmi.org
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Para realizar el estudio, se analizará la cantidad de cada tipo material que
contiene la bicicleta en particular, que en este caso su peso total en talla
mediana es de 13,7 kg. y se puede dividir en:
Aluminio 6061:
- Cuadro2: 1,8 kg.
- Ruedas3: 2,3 kg.
- Componentes periféricos (tija sillín, potencia y manillar)4: 1,5 kg.
o Total: 5,6 kg de aluminio.
Acero
- Horquilla (acero de alta resistencia)5: 2,3 kg.
- Frenos y transmisión: bielas, casette, cambios y cadena (acero de alta
resistencia)6: 2 kg de acero.
- Elementos fabricados en acero cromoly: rodamientos de la dirección, eje
de pedalier, rodamientos de los bujes de las ruedas, raíles del sillín y los
ejes de los pedales. Total: 1,2 kg.
o Total: 5,5 kg de acero.
Plásticos
- Cámaras (caucho de butilo)7: 0,3 kg
- Cubiertas (caucho)7: 1 kg.
- Sillín (silicona)8: 0,3 kg.
- Pulsadores7, carcasa sillín, fundas y pedales (PVC)9: 1 kg.
o Total: 2,6 kg de plástico.
2http://www.scott-sports.com/es/es/products/241404008/Bicicleta-Aspect-670-SCOTT3http://shiningcycle.imb2b.com/sell/index.php?itemid=143454http://www.syncros.com/syncros/us/en/category/Components_2015/5http://www.hlcorp.com/en/product_show.asp?sendid=12716http://cycle.shimano-eu.com/content/seh-bike/en/home/components1/mountain/acera.html7http://bicycle.kendatire.com/en-us/find-a-tire/bicycle/cross-country-marathon/slant-six-pro/8http://www.syncros.com/syncros/us/en/category/Components_2015/
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2.1. Aluminio
El aluminio es uno de los materiales más caros de procesar. Se extrae de un
mineral llamado bauxita del cual mediante una serie de procesos se llega al
final deseado, el aluminio.
Las mayores reservas de aluminio se encuentran en Guinea. Por lo tanto habrá
otro sobrecoste del aluminio debido a un transporte hasta España.
A parte de la extracción natural del aluminio, también existe otra forma de
obtenerlo que es mediante el reciclado. Este reciclado se puede realizar en
España mismo. En el reciclaje del aluminio solamente se necesita un 5% de la
energía que se necesitaría para extraer la misma cantidad de material a partir
de la bauxita.
Datos sobre la energía necesaria para producir aluminio:
Ilustración 3. Energía total (AC), KWh por tonelada de aluminio. Fuente: Aluminum.org
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Ilustración 4. Energía durante el proceso, KWh por tonelada de Aluminio. Fuente: Aluminum.org
Ilustración 5. Requerimientos de energía teóricos, durante el proceso y brutos. Fuente: Aluminum.org
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Según los datos extraídos del proyecto “Inventory of Carbon & Energy (ICE)"
del departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Bath (UK), se necesita una media de 224,1 MJ de energía para producir 1 kg de aluminio puro únicamente a partir de material virgen. De modo que, para esta bicicleta
en concreto la cual está formada por 7,5 kg de aluminio se ha necesitado un total de 1254,96 MJ. Esto en electricidad equivaldría a 442,4 KWh. Además de
esto, se liberan 12,79 kg de CO2 emitido por cada kilogramo de aluminio
fabricado, lo que suman un total de 71,62 kg CO2e para 7,5 kg de Al de todo
el conjunto de la bicicleta.
2.2. Acero
El acero es otro material muy común entre nosotros. Es una mezcla de hierro y
carbono. La mayor parte de este material proviene de China, seguidos de lejos
por Japón y EEUU (Asociación Mundial del acero, 2014).
Por otro lado, en España la mayor parte del acero proviene del reciclado. Así
que se deberá estudiar también en este caso la cantidad de acero que proviene
de china y el coste de esta exportación hasta nuestro país.
Recurriendo de nuevo al estudio de la Universidad de Bath, para la obtención
de 1 kg de acero, cálculos de la media de todas las aleaciones del acero, se
necesitan 31,25 MJ por kg de acero, por lo que la suma total para 3 kg de acero de la bicicleta es de 171,88 MJ. Respecto las emisiones de CO2
emitidas por kilogramo de acero, son de 2,89 kg CO2 e/kg de acero. Y en todo
el conjunto de la bicicleta serían 15,9 kg CO2e para 3 kg de acero.
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En el siguiente mapa observamos los principales productores de acero del
mundo:
Ilustración 6. Principales productores de acero. Fuente: Asociación Mundial Acero.
2.3. Plástico
Finalmente, como último material estructural de la bicicleta tenemos el plástico.
Como todos sabemos este material proviene de la polimerización del petróleo.
Finalmente, el gasto energético de los plásticos de una bicicleta sería para los
diferentes tipos: .
- Caucho: 101,7 MJ/kg y 3,18 kg de CO2e/ kg - Caucho de butilo: 36 MJ para 300 gr y 1,2 kg de CO2e para 300gr
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- Silicona: 706,5 MJ para 300 gr - PVC: 77,2 MJ/kg y 2,41 kg de CO2e/ kg
La suma en total de todos los componentes plásticos sería de 921,4 MJ y 6,79
kg de CO2 emitido.
2.4. Resultados finales
Con los resultados totales obtenidos podemos definir los siguientes gráficos:
Gráfico 1. Porcentaje de pesos de los materiales de la bicicleta
Aluminio41%
Acero40%
Caucho2%
Cauchodebutilo8%
Silicona2%
PVC7%
Plsticos19%
Pesosdelosmaterialesdelabicicleta
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Gráfico 2. Consumo energético para la obtención de los materiales de la bicicleta.
Gráfico 3. Emisiones de CO2 emitidas para la obtención de los materiales de la bicicleta.
Aluminio54%
Acero7%
Caucho4%
Cauchodebutilo2%
Silicona30%
PVC3%
Plásticos39%
Consumoenergéticoparalaobtencióndelosmateriales
Aluminio76%
Acero17%
Caucho3%
Cauchodebutilo1%
PVC3%
Plsticos7%
EmisionesdeCO2paralaobtencióndelosmateriales
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2.5. Impacto global en España
- Aluminio
En la actualidad, alrededor de 700 millones de toneladas de aluminio están
todavía en uso, que equivalen a más del 70% de todo el aluminio fabricado
desde 18889. Esto es posible gracias al largo ciclo de vida del aluminio (de 10 a
20 años de durabilidad en el aluminio utilizado en los medios de transporte, y
de 50 a 80 años en los materiales de construcción). Como se puede reciclar
indefinidamente, el aluminio tiene tasas de reciclado muy altas, ya que por
ejemplo se recicla más del 90% en el aluminio utilizado en medios de
transporte y materiales de construcción, más del 55% en envases, y algunos
países alcanzan hasta el 90% de tasa de reciclaje para las latas de bebida9.
En España, durante el 2010 se recuperaron el 61,2% de latas de aluminio y el
35,3% de los envases de aluminio mediante distintos canales como son los
recuperadores tradicionales o el contenedor amarillo9. Los sistemas de
recogida selectiva son utilizados cada vez más por la sociedad, consciente de
la importancia de que un pequeño gesto, como el de tirar la lata al contenedor
amarillo, supone un beneficio para el medio ambiente.
Los datos de la ultima investigación realizada sobre el año 2010 revelan que,
en total, se han recuperado 16.769 toneladas de envases de aluminio, cifra que
supone prácticamente un 40% del material consumido9.
Reciclando aluminio, se ahorra un 95% de ese coste energético.
- Acero
El acero, es el metal mas reciclado del mundo y no pierde sus cualidades,
como la resistencia, la dureza o la maleabilidad. Por tanto, se puede reciclar
todas las veces que se desee.
9AsociaciónparaelRecicladodeProductosdeAluminio(ARPAL)
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En cuanto al reciclaje, en 2011 las acerías españolas reciclaron 12,5 millones
de toneladas de acero, de los que 4,8 millones procedían de otros países. Con
estas cifras, según Unesid, España se sitúa a la cabeza del reciclaje en la UE,
junto con Italia y Alemania. Como aparece en el informe IRIS10, más del 75%
del acero producido en España se recicla, una tasa muy superior al 50% de
Europa y al 40% de la media mundial.
- Plásticos
España encabeza los índices europeos de reciclaje de plástico proveniente de
los hogares. En concreto, se sitúa como el segundo país, solo superado por
Alemania, con 7,1 kilogramos por habitante, según Cicloplast la entidad
encargada de impulsar la reutilización y el tratamiento de plásticos en nuestro
país.
En total, en España se reciclaron 371.218 toneladas en 2013 de este material
proveniente de los hogares, un 3,7% más que el año anterior. Así se desprende
del estudio de Cicloplast, que es la referencia estadística de este sector en
nuestro país.
En los hogares españoles se ha alcanzado un índice de reciclado del 56,6% del
total del plástico consumido. Esta cifra está muy por encima de lo establecido
por las directivas europeas, que lo sitúan en el 22,5%11.
10 http://www.unesid.org/iris2013/ 11Cicloplast.com
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3. EVALUACIÓN DEL IMPACTO
3.1. Impacto medioambiental, social y económico
A continuación, se estudia el impacto medioambiental, social y económico que
tienen los diferentes materiales de la bicicleta.
Generalizando en el sector del metal en España, es uno de los sectores
industriales con mayor impacto social y económico. Actualmente este sector
está constituido por unas 137.000 empresas y supone, aproximadamente, un
tercio de la producción industrial del país12.
Los impactos asociados a la contaminación del medio ambiente por parte de
estas empresas metalúrgicas pueden darse a nivel global, como la lluvia ácida,
efecto invernadero y destrucción de la capa de ozono; y a nivel local, como la
polución del aire del entorno.
Los contaminantes primarios vertidos a la atmosfera son compuestos de
azufre, óxidos de nitrógeno, óxidos de carbono, compuestos halogenados,
hidrocarburos y metales pesados.
Los impactos asociados a la contaminación del agua:
- Reducción del contenido en oxígeno de las aguas.
- Aparición de sedimentos o depósitos de sólidos y fangos de distintas
procedencias de carácter mineral u orgánico.
- Aparición de microorganismos patógenos.
- Aportes de nutrientes que causan crecimiento masivo de algas y
conducen a la eutrofización.
- Inhibición de los procesos biológicos debido a sustancias tóxicas o
inhibidoras.
- Reducción de las posibilidades de su empleo posterior: industrial,
agropecuario o recreativo.
12Fundación de Metal Asturias
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Impactos asociados a la generación de residuos:
- Afecciones al suelo por contacto directo de residuos contaminados.
- Afecciones de las aguas por lixiviación de sustancias que puedan
contener los residuos.
- Afecciones paisajísticas por la acumulación de residuos.
- Afecciones al entorno natural de la zona.
Concretando más según cada material:
- Aluminio
Respecto al impacto social, la mayor parte del aluminio que obtenemos es a
través de los alimentos. Existen estudios que demuestran que un alto consumo
y la absorción del aluminio da efectos tóxicos. Cuando se absorbe aluminio,
éste se lleva a través de la sangre hasta los riñones, donde se descarga
rápidamente. De modo que los pacientes con insuficientica renal no serán
capaces de eliminar el material, se acumula y causa un efecto tóxico.
Los altos niveles de aluminio en el cuerpo han demostrado tener efectos
neurotóxicos, efectos sobre el hueso y posiblemente también en el sistema
reproductor.
- Acero
Recordemos, que el acero es una aleación de hierro y carbono.
El hierro es producido en el alto horno mediante la conversión de los minerales
en hierro líquido, a través de su reducción con coque; se separan con piedra
caliza, los componentes indeseables, como fósforo, azufre, y manganeso. Los
gases de los altos hornos son fuentes importantes de partículas y contienen
monóxido de carbono. La escoria del alto horno es formada al reaccionar la
piedra caliza con los otros componentes y los silicatos que contienen los
minerales. Se enfría la escoria en agua, y esto puede producir monóxido de
carbono y sulfuro de hidrógeno. Los desechos líquidos de la producción de
hierro, se originan en el lavado de gases de escape y enfriamiento de la
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escoria. A menudo, estas aguas servidas poseen altas concentraciones de
sólidos suspendidos y pueden contener una amplia gama de compuestos
orgánicos (fenoles y cresoles), amoníaco, compuestos de arsénico y sulfuros.
Para el acero, este hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el
proceso de fabricación de acero, en el que es eliminada la mayor parte del
carbón que sé disolvió en el hierro líquido. En las plantas antiguas, el proceso
de fabricación de acero todavía emplea el hogar abierto, pero en las plantas
nuevas el método favorito es el del horno básico de oxígeno; se emplea
oxigeno para quemar el carbón que está disuelto en el hierro. En ambos
procesos, se producen grandes cantidades de gases que contienen monóxido
de carbono y polvo. Estos gases pueden ser reciclados luego de eliminar el
polvo, dañinos al aire y a la producción de granos.
Desechos sólidos
Las fábricas de hierro y acero producen grandes cantidades de desechos
sólidos, como escoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir
ciertos tipos de cemento, si se granula correctamente. La escoria básica, otro
desecho sólido, se emplea como fertilizante, y se produce al utilizar los
minerales de hierro que poseen un alto contenido de fósforo.
Desechos líquidos
Los solventes y ácidos que se utilizan para limpiar el acero son,
potencialmente, peligrosos, y deben ser manejados, almacenados y eliminados
como tal. Algunos de los subproductos que se recuperan son peligrosos o
carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadas para recolectar,
almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugas de
líquidos y gases.
- Plásticos
Los plásticos suponen varios problemas para la sociedad en general:
- Los componentes químicos añadidos a los plásticos son absorbidos por
el cuerpo humano. Varios de estos compuestos han sido encontrado en
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hormonas alteradas o otros problemas que repercuten a la salud de las
personas.
- Los desechos plásticos, mezclados con productos químicos, son
ingeridos con frecuencia por animales marinos y pueden herirlos o
envenenarlos. Además, que muchos de estos animales después son
ingeridos por nosotros, las personas.
- Los residuos plásticos que flotan en el mar pueden sobrevivir durante
miles de años en el agua y sirven como mini dispositivos de transporte
de especies invasoras, lo que altera a los hábitats.
- EL plástico enterrado profundamente en los vertederos puede filtrarse a
través de la tierra y los productos químicos nocivos pueden llegar a las
aguas subterráneas.
- Alrededor de un 4% de la producción mundial del petróleo se utiliza
como materia prima para la fabricación de plásticos, y una cantidad
similar se consume en forma de energía durante el proceso13.
Además, las personas estamos expuestos a productos químicos de plástico
varias veces al día através del aire, polvo, agua, alimentos y productos de
consumo.
El PVC, uno de los materiales utilizados en la bicicleta y que se utiliza para
infinidad de materiales, contiene compuestos llamados ftalatos que han sido
implicados en trastornos reproductivos masculinos.
13http://www.environmentalhealthnews.org/ehs/news/dangers-of-plastic
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4. PROPUESTA
En este punto analizaremos las alternativas de materiales o que los materiales
sean más eficientes y sostenibles.
En primer lugar, el aluminio tiene un ciclo de vida infinito, de modo que
intentaremos utilizar al máximo este recurso. Para el aluminio reciclado
únicamente se necesitará un 5% de la energía que se requiere y producirá un
5% de las emisiones de CO2 para la obtención de la misma cantidad de
material pero a partir de la materia prima. Por lo que energéticamente, y por
tanto económicamente, sale mucho más rentable.
Por otro lado, el acero también tiene un ciclo de vida infinito, por lo que se
puede reutilizar todas las veces que sea necesario. Así pues, el acero reciclado
primará en la construcción de la bicicleta.
Para los plásticos, ciclo de vida limitado. Según Cicloplast, el plástico se puede
reciclar 4-5 veces, ya que para este proceso necesita pasar un tratamiento
térmico que hace que el plástico pierda sus propiedades. El plástico propuesto
que se utilizará en la bicicleta, también será reciclado y que sea biodegradable.
Además, para todo el conjunto de la bicicleta deberá tener un diseño el cual
facilite su desensamblaje para posteriormente llevar a cabo un reciclaje de los
materiales de la manera más fácil.
Para todos los materiales, se deberá seguir un procedimiento que impida que
los residuos producidos tengan el mínimo impacto en el medio ambiente.
Además, en las fábricas que emitan gases, antes de que éstos salgan al
exterior, deberán pasar por unos filtros para eliminar las partículas perjudiciales
para la atmósfera y así evitar su problemática explicada anteriormente.
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5. CONCLUSIONES
Las conclusiones que podemos sacar de este estudio es que para una cosa tan
sencilla como es una bicicleta de montaña de características normales, que
cualquier persona puede tener en su casa, es capaz de generar tal cantidad de
energía, emisiones de CO2 y residuos (que se estudiarán próximamente).
Con este ejemplo nos podríamos hacer una idea extrapolando el caso en
aparatos más complejos como pueda ser un coche, un barco, un tren, un avión,
etc. para que la sociedad se cerciore de cuánto es capaz de contaminar algo ya
no solo por su uso, si no también a la hora de su fabricación, desde el origen
de cada material.
6. DIAGRAMA CONCEPTUAL
Bicicleta
Aluminio
Acero
Plástico
Caucho
CauchoButílico
Silicona
PVC
Materiales
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7. BIBLIOGRAFIA
http://www.ecointeligencia.com/2013/03/los-tres-principios-economicos-de-la-
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con el acero.
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cero#Producci.C3.B3n_de_acero. Consultada el 25/10/2015. Impacto del los
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