La Industria 4.0, hacia el futuro del tratamiento de residuos

Las nuevas tecnologías jugarán un papel determinante como elemento facilitador de la transformación hacia una economía circular. Para obtener materias primas secundarias que puedan competir con los materiales vírgenes, serán necesarias tecnologías capaces de incrementar las actuales cifras de valorización material, facilitando la recuperación de nuevos materiales que actualmente forman parte de los flujos de rechazo.

Parece fácil, ¿verdad?, aunque es todo lo contrario. Los gestores de residuos hemos abusado de un cierto “calimerismo” fundamentado en la existencia de una serie de barreras, casi insalvables, que nos han desterrado fuera de los límites de la Industria 4.0.

• Nosotros trabajamos con aquellos materiales que el resto de los seres humanos desechan y, por tanto, éstos carecen de valor.
• Nuestras materias primas, los residuos, son altamente heterogéneas y de composición desconocida. ¿Cómo podemos optimizar nuestro proceso productivo sin saber qué estamos realmente gestionando?
• La composición del residuo es variable temporalmente, incluso a lo largo de un mismo día. Es imposible ser flexible y adaptar nuestros procesos a estos cambios constantes de cantidad y calidad.
• Nuestras materias primas están sucias, húmedas y emiten sustancias que generan olores molestos, lo que complica su selección y la monitorización del proceso. No podemos disponer de una toma de datos eficiente, más allá de caracterizaciones manuales, puntuales y poco representativas de los flujos de entrada y salida del sistema. La sensorización ha sido prácticamente inexistente hasta hoy, en parte por la dificultad de trabajar con flujos “complicados”.
• No merece la pena esforzarse en valorizar más materiales porque el mercado no los está demandando. Los recursos naturales todavía son “abundantes” y, por tanto, competitivos frente a los materiales reciclados.

Esto nos ha conducido a una cierta autocomplacencia, a la vez que actuaba como elemento disuasorio de la aplicación de tecnologías avanzadas y, ya se sabe, sin presión no hay progreso.

Si bien los anteriores argumentos eran parcialmente ciertos y han actuado como auténticos frenos o barreras a la recuperación de materiales durante los últimos años, no deberían continuar siendo un obstáculo para que nuestra actividad pueda ser gestionada acorde a los principios rectores de la Industria 4.0. De hecho, incorporar esos principios deberá ser el trampolín necesario para salvar todas las anteriores barreras y transformar nuestras plantas de tratamiento en precursores y garantes de una economía efectivamente circular.

Cerrando el ciclo: De material a residuo y de residuo a material

El cambio de paradigma que supone la economía circular no es más que un cambio lógico y natural si tenemos en cuenta que bajo el concepto de residuos se esconden materiales que en su día fueron, bien materias primas, bien productos de consumo. Es decir, su condición de residuo les es sobrevenida por un cambio de uso, la intención humana de desprenderse de ellos, y no por un cambio en su naturaleza.

Los residuos son mayoritariamente materiales en desuso

Así pues, recuperar dichos materiales presentes en los residuos que generamos es fundamental para la consolidación de una economía circular. Esta tarea de recuperación se lleva a cabo en las plantas de selección de residuos las cuales, independientemente del tipo de residuo que procesen -procedente de la recogida selectiva (contenedores de colores) o de la fracción resto (contenedor gris)-, se diseñan para cumplir dos objetivos principales: por un lado, maximizar la recuperación de materiales presentes en los flujos residuales; por otro, garantizar una calidad adecuada de los materiales recuperados que permita su posterior transformación en materias primas secundarias y, en consecuencia, les otorgue valor.

Si observamos la evolución de los rendimientos de recuperación alcanzados por estas plantas de selección “altamente automatizadas” enseguida nos daremos cuenta de que, después de un período de crecimiento, esta evolución positiva parece estancarse en los últimos años. La tecnología actual ha tocado techo y es imperativo hacer algo al respecto.

Por otro lado, el recientemente actualizado marco legislativo europeo sigue empujando para conseguir niveles de reciclaje de materiales cada vez más elevados y esto, a su vez, nos empuja hacia la necesaria transformación de los procesos operativos de nuestras plantas de tratamiento de residuos.

Por último, la cada vez más acuciante escasez de recursos naturales y la irrupción del concepto de economía circular, ha provocado que los mercados de materias primas secundarias hayan crecido exponencialmente durante los últimos años. El mercado crece pero, como es lógico, se vuelve más exigente, diríamos que se especializa. Se demandan más cantidad de materiales y se exige una mayor calidad de los productos.

La tecnología será el motor del cambio

Los últimos desarrollos en disciplinas tecnológicas como la visión por computador, la inteligencia artificial, el deep learning, la robótica, el big data, el internet de las cosas, los drones, la realidad aumentada y virtual, entre otras, han permitido desarrollar pilotos y prototipos para testar su potencial aplicación en nuestras instalaciones de tratamiento de residuos.

En el Centro de competencia de Medio Ambiente de Ferrovial Servicios, estamos llevando a cabo un amplio programa de proyectos de innovación que utilizan nuevas tecnologías para, por un lado, incrementar la cantidad y la calidad de los materiales valorizados y, por otro, derribar las barreras del sector residuos que nos impedían ser miembros de pleno derecho del grupo de industrias 4.0.

Entre estas tecnologías que se están probando mediante distintos pilotos en nuestras instalaciones se encuentran:

• La inteligencia artificial que nos permitirá conocer on-line la composición de nuestras materias primas, los residuos, y disponer de un balance de masas en continuo de todo el proceso de selección.
• Los sistemas RFID, que nos permiten una mayor trazabilidad de todos los materiales seleccionados, una mejor gestión de almacenes y stocks y, en definitiva, una optimización de la logística de nuestras instalaciones.
• Los drones equipados con distintos sensores, como los sistemas de visión o termográficos, e incluso incorporando inteligencia artificial para mejorar la inspección, el mantenimiento de nuestros activos, la detección de anomalías y la seguridad y salud en nuestras instalaciones.
• Los sistemas de robótica aplicados a las tareas de mantenimiento y limpieza de nuestras plantas de selección, lo que redundará en una mayor disponibilidad de nuestros activos y mejora de la capacidad de tratamiento.
• Los sistemas duales de inteligencia artificial y robótica avanzada para mejorar la capacidad de selección de residuos, obteniendo un mayor número de materiales, de mejor calidad y mejorando las condiciones de trabajo y el bienestar de nuestros trabajadores.
• La realidad virtual aplicada a tareas de aprendizaje y simulación de mantenimiento, averías o como preparación de nuestro personal, previa a la operación.
• La realidad aumentada para la consignación de maquinaría, como interface de gestión del mantenimiento y como sistema de mejora de las condiciones de autoprotección y seguridad de nuestros trabajadores.
• El procesamiento de datos, los softwares inteligentes y los sensores, desde proveedores hasta clientes, para poder predecir, controlar, planear y producir, de forma inteligente, generando mayor valor a toda la cadena.

La incorporación de todas estas tecnologías nos va a permitir desarrollar tareas cada vez más complicadas, en menor tiempo y mejorar el rendimiento y la seguridad en un sector, como el tratamiento de residuos, que hasta hoy permanecía fuera de los estándares de una industria 4.0.

Plantas del futuro: ¿Tratar residuos o recuperar materiales?

¿Cómo debería ser la planta de tratamiento de residuos del futuro? Lo primero que deberíamos cambiar es su nombre por el de planta de producción de materiales, mucho más conveniente. Lo segundo, será diseñar una planta capaz de romper todas esas barreras o inconvenientes de las plantas actuales. Yo destacaría tres aspectos fundamentales:

• La planta del futuro será una planta inteligente en el sentido que será capaz de adaptarse a los cambios de composición y de cantidad de los materiales a tratar.
• Deberá ser una planta muy, muy segura. Para ello será necesario controlar la operación en remoto y evitar el contacto humano con los residuos. La planta del futuro será una planta donde el proceso productivo se detenga cuando se abra una puerta de acceso al recinto donde se está procesándose el residuo.
• La planta del futuro deberá estar preparada para recuperar el 100% de los materiales presentes en el flujo de residuos.

Para cumplir los tres aspectos anteriores es imprescindible que sea, sin duda, una planta completamente conectada. Tanto internamente, para el control en tiempo real del proceso, como externamente, tanto aguas arriba como aguas abajo de la propia planta. Por arriba, deberá conocer de antemano los residuos que le van a llegar y, por abajo, deberá conocer en todo momento la demanda de materiales del mercado y el precio de los mismos.

Tres pilares sobre los que fundamentar la planta del futuro: automatizar, digitalizar y sensorizar. Adoptarlos y adaptarlos a nuestras plantas lo antes posible es la receta del éxito y pasa necesariamente por incorporar tecnología e impulsar una nueva mentalidad operativa, que incorpore los principios de la Industria 4.0.

Un caso real: La inteligencia artificial y la robótica para la automatización de una planta de selección de residuos

Entre las nuevas capacidades que la visión y la inteligencia artificial han aportado a los robots industriales, se encuentra la posibilidad de identificar y reconocer objetos en entornos complejos, de materiales con formas y composición altamente heterogéneas, así como la capacidad de autoaprendizaje en escalas temporales relativamente pequeñas. Este hecho abre un nuevo nicho de aplicación de la robótica avanzada en el sector del tratamiento de residuos.

Para ello, estamos impulsando diversas iniciativas en el ámbito de la innovación que permitan desarrollar y adaptar nuevas soluciones robóticas para la automatización de nuestras plantas. Entre éstas, destaca el proyecto Zenrobotics for Waste con el que pretendemos demostrar que la tecnología ZRR –Zenrobotics Recycler-, desarrollada por la start-up finlandesa Zenrobotics, es una alternativa viable para la automatización de las plantas de selección de residuos municipales. Su integración en el proceso nos permite incrementar las actuales cifras de recuperación, seleccionar nuevos materiales hasta ahora no valorizados y mejorar las condiciones laborales del personal de nuestras instalaciones.

El proyecto, que se inició en 2018, se está llevando a cabo en la planta de tratamiento integral de residuos municipales Ecoparc4, en Barcelona. Desde el pasado mes de agosto, la planta cuenta con un equipo Zenrobotics instalado sobre la línea de selección de residuos voluminosos, donde anteriormente la recuperación de materiales era muy baja y la mayor parte de estos materiales acababan su ciclo de vida depositados en vertedero.  Ahora, gracias al proyecto, va a ser posible recuperar hasta 8 materiales adicionales, 4 por cada uno de los dos brazos robóticos instalados.

Para lograr este reto, durante los 22 meses de duración del proyecto, Ferrovial Servicios cuenta con la colaboración de un consorcio europeo que es el encargado de analizar la viabilidad y el impacto del uso de la robótica en la clasificación de residuos municipales. El consorcio, liderado por Ferrovial y con cofinanciación de la organización europea Climate-KIC, cuenta entre sus socios con el centro alemán de investigación Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy, la consultora danesa NTU International y el Centro de Innovación de Infraestructuras Inteligentes.