Avaliação do ciclo de vida com foco na melhoria ambiental de processos de manufatura

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1 Avaliação do ciclo de vida com foco na melhoria ambiental de processos de manufatura D. A. L. SILVA 1, R. A. P FILLETI 1, A. L. R. PAVAN 2, E. J. SILVA 1, e A. R. OMETTO 1 1 Departamento de Engenharia de Produção, Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo. 2 Centro de Ciências da Engenharia Aplicado ao Meio Ambiente Universidade de São Paulo. Av. Trabalhador Sãocarlense, 400. São Carlos - SP, A indústria de manufatura é responsável por suprir a demanda de produtos para a garantia da qualidade de vida das pessoas. Todavia, as atividades de manufatura desencadeiam impactos ambientais por meio do consumo de recursos e pela geração de resíduos. Na visão de ciclo de vida de produto, a etapa de manufatura é crucial, pois é nela que são definidas características dos produtos as quais poderão influenciar de modo significativo na magnitude dos impactos ambientais de etapas anteriores e posteriores à manufatura. Assim, a partir de uma revisão bibliográfica sistemática, este artigo analisa o cenário internacional de aplicação da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) como forma para se promover a melhoria ambiental de processos de manufatura. Pelos resultados, a maior parte das publicações se concentraram nos últimos anos, com destaque para a baixa participação brasileira nas publicações. Também foi constatado que a maior parte dos artigos analisou processos discretos de manufatura, com destaque para as operações de usinagem. Além disso, mais de 70% dos artigos assumiram somente a mensuração de aspectos ambientais, sem considerar os impactos associados. Assim, conclui-se que a utilização da ACV ainda se mostra limitada em se tratando da proposição de melhorias ambientais para processos de manufatura. 1. Introdução Conforme Kalpakjian (2001), a manufatura é vista como: o uso de máquinas, ferramentas e mão de obra para a produção de produtos para uso ou venda. Normalmente, a palavra manufatura se refere à fabricação de produtos em escala industrial, onde recursos materiais e energéticos são fisicamente e/ou quimicamente transformados em produtos acabados em larga escala. A indústria de manufatura pode ser vista como um setor da economia organizado em subdivisões, como a manufatura de materiais de base (ferro, aço, cimento, etc.), manufatura de alimentos, manufatura de autoveículos e de outros equipamentos para transporte, manufatura de eletroeletrônicos e de eletrodomésticos, manufatura de embalagens para uso doméstico e industrial, manufatura de máquinas e de equipamentos para uso doméstico e industrial, etc. (SUSTAINABLE MANUFACTURING INITIATIVE, 2011). Além disso, apresenta uma relevante importância socioeconômica, pois conforme International Labour Office ILO (2011), em 2009, a indústria manufatureira foi responsável por 23% dos empregos mundiais, o que representa 660 milhões de pessoas empregadas. No Brasil, a indústria de manufatura representa 27% do PIB, emprega mais de 11 milhões de trabalhadores (mercado formal), com destaque para o aumento na produção das indústrias de cimento, de fertilizantes, e de aço bruto, 139

2 que cresceram mais de 5% no período de 2010/2011 (MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMÉRCIO EXTERIOR, SECRETARIA DO DESENVOLVIMENTO DA PRODUÇÃO MDICE SDP, 2012). Portanto, a indústria de manufatura é um dos pilares que ajudam a sustentar a economia de um país, haja vista seu impacto sobre o PIB e a sua forte influência sobre a empregabilidade. Contudo, essa importante contribuição socioeconômica da indústria de manufatura no Brasil e no mundo é abalada pela Crise Ambiental, que segundo Braga et al. (2011) pode ser entendida como o desequilíbrio entre os elementos: população, recursos naturais, e poluição. A população tem demandas, e para satisfazê-las a indústria produz produtos, o que pode acarretar na escassez de recursos naturais e na poluição do meio ambiente, gerando assim impactos ambientais negativos sobre o planeta Terra. A indústria pode produzir produtos completos a serem destinados aos consumidores finais, ou produtos intermediários (e.g. partes de veículos, cimento, plástico, chapas de metal), os quais servirão de matérias primas para outras indústrias de manufatura antes de constituírem os produtos finais. Independentemente do caso, todo o produto causará impactos negativos sobre o meio ambiente, podendo isso ocorrer durante os processos de manufatura, e também em outras etapas do ciclo de vida dos produtos. Desse modo, se mostra necessário reduzir o impacto ambiental por unidade de produto posto no mercado, sendo importante neste processo o uso de técnicas como a Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Apesar, do escopo da metodologia de ACV focar no estudo do ciclo de vida de produtos, esta técnica também pode ser utilizada para a melhoria ambiental de processos produtivos (AHN, 2014; DEIF, 2011; DORNFELD, 2014), com destaque para sua aplicação no contexto da manufatura verde, internacionalmente expresso pelo termo green manufacturing (DORNFELD et al., 2013). Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo analisar o cenário internacional da produção cientifica de aplicação e uso da ACV como forma para se promover a melhoria ambiental de processos de manufatura. 2. Metodologia O procedimento metodológico deste trabalho se baseou na pesquisa bibliográfica e as etapas para sua condução podem ser resumidas na Figura 1. Na Etapa 1, foram primeiro definidas as bases de dados para o levantamento bibliográfico, sendo elas: ISI Web of Science, Science Direct, Scholar Google, e Springer. Sobre os critérios de busca, ainda na Etapa 1, foram selecionadas apenas as publicações em formato texto completo, tipo de documento publicação periódica ou livro, idioma inglês ou português, e período de publicação até Junho de A palavra-chave principal utilizada foi green manufacturing eguida de outras palavras-chave secundárias, como sustainable manufacturing environmentally conscious manufacturing, environmentally benign manufacturing, environmentally responsible manufacturing, e eco-friendly manufacturing utilizadas nos critérios de busca título e resumo. 140

3 ETAPA 1: Estabelecimento de bases de dados, critérios de pesquisa e busca por palavras-chave. RESULTADO ESPERADO 1: Definição da amostra de artigos. ETAPA 2: Classificação da amostra de artigos. RESULTADO ESPERADO 2: Caracterização dos artigos conforme as categorias de análise definidas. Figura 1: Representação esquemática das fases de desenvolvimento da pesquisa bibliográfica. Na Etapa 2, a amostra de artigos foi caracterizada conforme as seguintes categorias de análise: abrangência, evolutivo e escopo. Sobre o critério abrangência, trata-se de avaliar primeiramente se os artigos incluíram ou não o uso da ACV, e posteriormente, averiguar como a etapa de manufatura de produtos foi avaliada, i.e., se como um black-box, ou se em nível de operação. Quando a etapa de manufatura é classificada como um black-box, significa que os artigos não especificaram/estratificaram os processos de manufatura em nível de suas operações, ou seja, os processos produtivos foram agregados em um único conjunto de processos para representar todo o sistema de manufatura. O critério evolutivo das publicações envolve o mapeamento dos artigos que incluíram o uso da ACV ao longo dos anos. Por fim, o critério escopo trata de caracterizar os artigos por: aspectos ambientais e impactos ambientais estudados. Para a realização da referida análise bibliográfica foi utilizado o software HistCite Ao todo foram selecionados 268 artigos, envolvendo estudos teórico-empíricos baseados em estudos de caso, revisões de literatura, estudos experimentais, surveys, etc. 3. Resultados Tendo em vista os 268 artigos identificados, pelo critério de abrangência, primeiramente foi averiguado o percentual de publicações que incluíram o uso da ACV. Ao todo foram identificados 31 artigos ou 11,6% das publicações. Isso indica que a maior parte dos artigos que focaram na análise e sugestão de melhorias ambientais para processos de manufatura ainda não inclui o uso da ACV como ferramenta auxiliadora. Pelo critério de abrangência também foi notado que 19 artigos (61,3%) se remetem à etapa de manufatura como um black-box, e que 12 artigos restantes estratificaram a em nível de operação. Os artigos que avaliaram processos de manufatura em nível de operação se destacam pelo foco no estudo de processos de usinagem (e.g. retificação, torneamento, fresamento). Na Figura 2, pelo critério evolutivo das publicações, percebe-se que o período de contabilizou 26,0% do total de artigos publicados, e que a quantidade máxima de publicações ocorridas foi de 2 artigos em Portanto, a maior parte dos estudos de ACV para processos 141

4 de manufatura está concentrada nos últimos 10 anos, o que comprova uma ascensão do tema no período mais recente de pesquisa. Também ressalta-se que 55,0% das publicações estão relacionados aos países Estados Unidos e China, e o Brasil participando em apenas 1,0% dos artigos publicados no período. Ano de publicação Quantidade , , , , , , , , , , , , , , , ,03 Figura 2: Evolutivo da produção científica em ACV com foco em processos de manufatura. Na Figura 3 seguem os resultados para o critério de escopo dos estudos mapeados Consumo de energia Consumo de materias Emissões ao ar Emissões a água Emissoes ao solo Figura 3: Análise das publicações conforme o critério de escopo dos estudos. Todos os 31 artigos baseados em ACV para processos de manufatura avaliaram o aspecto ambiental consumo de energia, com destaque para o consumo de eletricidade. Sobre o consumo 142

5 de recursos materiais, se destaca o consumo de água, fluido de corte/refrigeração, lubrificantes, óleo hidráulico e ar comprimido. Sobre as emissões ao ar, o maior destaque foi para a geração de gases de efeito estufa emitidos direta ou indiretamente nos processos produtivos. Sobre as emissões a água, se destaca a geração de efluentes líquidos associados normalmente ao consumo de fluidos de corte/refrigerantes, e as emissões provenientes dos processos de lavagem industrial de máquinas e de equipamentos. E sobre as emissões ao solo, o maior destaque foi para a geração de resíduos sólidos, principalmente oriundos da geração de cavacos de materiais metálicos e de suas ligas oriundos dos processos de usinagem. Por fim, sobre os impactos ambientais, uma característica importante é que apenas 8 artigos (25,8%) incluíram a avaliação de impacto ambiental para os processos de manufatura averiguados, portanto, a maior parte dos artigos não correlaciona os aspectos ambientais mensurados com os seus impactos sobre o meio ambiente. Entre as 8 publicações que calcularam os impactos ambientais, merecem destaque as categorias de potencial de aquecimento global e a de depleção de recursos abióticos, sendo os impactos normalmente devido ao consumo de eletricidade e dos recursos derivados do petróleo (e.g. lubrificantes, óleos combustíveis). 4. Considerações finais Assim, conclui-se que a utilização da ACV para subsidiar o green manufacturing ainda se mostra limitada. Afinal, a exclusão do cálculo dos impactos ambientais do escopo dos estudos de ACV se mostra uma limitação relevante, pois a qualidade do meio ambiente é afetada não pelos aspectos ambientais, mas sim, devido aos impactos ambientais gerados. Em outras palavras, a maioria dos artigos mapeados neste trabalho se preocupa somente com a mensuração de aspectos ambientais, mas sem conhecer a magnitude dos impactos associados, não é possível garantir que as melhorias ambientais propostas sejam efetivas em se tratando de garantir a qualidade e a conservação do meio ambiente. Também foi verificado que a maior parte dos estudos assumiram a etapa de manufatura como um black-box. Todavia, visando a sugestão de melhorias ambientais efetivas, é importante analisar os processos de manufatura em nível de suas operações, pois assim, torna-se possível averiguar com maior precisão se os impactos ambientais estarão mais relacionados a máquinaferramenta ou se aos seus sistemas auxiliares existentes (e.g. sistema de aquecimento, de refrigeração, de fornecimento de ar comprimido, etc.). Por fim, também conclui-se sobre a ascensão do uso da ACV para a avaliação de processos produtivos, em especial nos últimos anos, ainda que no Brasil as pesquisas envolvendo o tema se mostrem escassas. Portanto, é necessário avanços no país em prol da inserção do conceito de green manufacturing sob a perspectiva de ciclo de vida. 143

6 Referências AHN, S.-H. An evaluation of green manufacturing technologies based on research databases. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, v. 1, n. 1, p. 5-9, BRAGA, B. et al. Introdução à engenharia ambiental o desafio do desenvolvimento sustentável. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, DEIF, A. M. A system model for green manufacturing. Journal of Cleaner Production, v. 19, n. 14, p , DORNFELD, D. A. et al. Introduction to green manufacturing. In: Dornfeld, D. A. Green manufacturing: fundamentals and applications. Berkeley: Springer, DORNFELD, D. A. Moving towards green and sustainable manufacturing. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology, v. 1, n. 1, p , INTERNATIONAL LABOUR OFFICE. Global employment trends 2011: The challenge of a jobs recovery. International Labour Office, Genebra, KALPAKJIAN, S. Manufacturing engineering and technology. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMÉRCIO EXTERIOR, SECRETARIA DO DESENVOLVIMENTO DA PRODUÇÃO. Anuário Estatístico Brasília: SDP, 66p SUSTAINABLE MANUFACTURING INITIATIVE. What does sustainable manufacturing mean to Australia? The CSIRO Future Manufacturing Flagship,