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SEMINARIO DE MANUFACTURA SUSTENTABLE

SESIÓN 5

PARAMETRIZACIÓN DE LA MANUFACTURA SUSTENTABLE

Y LIMPIA

Héctor Domínguez Aguirre

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Factores críticos en Manufactura Sustentable

1. Negocios: Como los diferentes factores afectan el tipo del negocio: alcance de objetivos, modelos económicos, ganancias, casos de estudio, y nuevos productos sustentables.2. Eco-innovación: Promoción de innovación ecológica3. Métrica: Formas de desarrollar métricas basadas en modelos sólidos, casos y buenos datos para validación de modelos.

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Factores críticos en Manufactura Sustentable

4. Herramientas: Definición de problemas con una metodología tal como el LCA y los casos de negocios para herramientas.

5. Energía: Formas de reducción del consumo de la energía para el crecimiento sustentable.

6. Estándares: Formas de estrategias para aplicar estándares como incentivos positivos para el cambio a la sustentabilidad.

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Componentes de una estrategia de manufactura sustentable

1) Selección y aplicación de la métrica apropiada para medir la sustentabilidad de la manufactura

2) Integración de un análisis del ciclo de vida comprensivo, transparente y repetible

3) Ajuste/optimización del sistema para minimizar los impactos ambientales y del costo basado en la elección de la métrica y el ciclo de vida.

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Selección de la métrica

La selección de la métrica y su desarrollo es un componente crítico en manufactura sustentable ya a que permite la toma de decisiones en todos los aspectos, desde la elección de la herramienta mas adecuada hasta el tipo específico de la configuración del sistema.

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La Sustentabilidad de una organización es a menudo analizado desde tres perspectivas multidimensionales:

AmbientalSocial

y económica

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INDICADORES Y RECOMENDACIONES

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Hay muchas propuestas en compañías, centros de investigación tecnológica, organizaciones internacionales y no gubernamentales para medir y analizar el desempeño desde estas tres perspectiva ya sea con indicadores cualitativos o cuantitativos y reportes de Sustentabilidad.

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Conjunto de indicadores Componentes Referencia

Global Report Initiative (GRI) 70 Indicadores http://www.globalreporting.org/ReportingFramework/ReportingFrameworkDownloads/

Dow Jones Sustainability Index(DJSI)

12 criterios basados en un soloindicador

http://www.sustainability-index.com/07_htmle/publications/guidebooks.html

2005 Indicadores Ambientalesde Sustentabilidad

76 bloques para conformarlo http://www.yale.edu/esi/ESI2005.pdf

2006 Indicadores deRendimiento Ambiental

19 Indicadores http://sedac.ciesin.columbia.edu/es/epi/downloads/2006EPI_Report_Full.pdf

Comité de las naciones Unidasen Indicadores de DesarrolloSustentable

50 Indicadores http://www.un.org/esa/sustdev/natlinfo/indicators/guidelines.pdf

Indicadores nucleares OECD 46 Indicadores http://www.oecdbookshop.org/oecd/display.asp?sf1=identifiers&st1=972000111E1

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Conjunto de indicadores Componentes Referencia

Base de Datos de Indicadores 409 Indicadores http://www.Sustainablemeasures.com

Indice de la Sustentabilidad deProductos de Ford

8 Indicadores http://www.ford.com/doc/sr07-ford-psi.pdf

Métrica para la ManufacturaSustentable de General Motors

46 métricas http://actionlearning.mit.edu/s-lab/files/slab_files/Projects/2009/GM,%20report.pdf

Evaluación del DesempeñoAmbiental ISO 14031

155 Indicadores de Ejemplo http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_ics/catalogue_ics_browse.htm?ICS1=13&ICS2=20&ICS3=10

Indice de Sustentabilidad deProductos de Wal-mart

15 preguntas http://walmartstores.com/download/3863.pdf

Indicadores Ambientales para laComunidad Europea

60 Indicadores http://biogov.cpdr.ucl.ac.be/communication/papers/tepi99rp_EN105.pdf

Eco-indicadores 1999 3 factores principales basadosen un solo indicador

http://www.pre.nl/eco-indicator99/ei99-reports.htm

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Uno de los mas conocidos indicadores internacionales para la evaluación del desempeño de la sustentabilidad es el desarrollado por la Iniciativa para el Reporte Global (GRI de sus siglas en inglés).

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El GRI es una iniciativa voluntaria para proveer una herramienta de asistencia en la toma de decisiones a multi-nivel para la administración, operación y comunicación.

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La iniciativa GRI provee un formato estándar para el reporte de desempeño de sustentabilidad de manera que manufactureros puedan hacer comparaciones de rendimiento de sus procesos.

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Otro marco de trabajo internacional para la evaluación del desempeño sustentable es el proceso de asentamiento de la Eco-eficiencia desarrollado por el Consejo de Negocios Mundial para el Desarrollo Sustentable (WBCSD de sus siglas en inglés) en el 2000.

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El Estándar ISO 14031 provee recomendaciones para compañías de como desarrollar sus propios indicadores para el desempeño ambiental.

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Los marcos de trabajo de desarrollo de indicadores podrían resumirse con algunas metodologías:

a) Lista de categorías o situacionesb) Matrices indicadoras orientadas a metasc) Modelo de respuesta a orígenes de presión

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Repositorios de indicadores de Sustentabilidad

Los repositorios de indicadores de sustentabilidad contienen todos los índices multidimensionales específicos a cada sector necesarios para representar la sustentabilidad de los sistemas de manufactura, métrica para comparación de rendimiento de indicadores seleccionados en estrategias de negocio eco-innovadoras.

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Características de Indicadores

Medibles: Debe de ser capas de ser medido cuantitativamente o cualitativamente en una perspectiva multidimensional (por ejemplo, económica, social, técnica, etc.)

Relevante: Mostrar ser útil para el proceso de manufactura en evaluación y satisfacer el propósito del rendimiento del desempeño.

Entendible: Fácil de entender por la comunidad, específicamente por aquellos que no son expertos.

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Características de Indicadores

Ser confiable y Utilizable: La información del indicador debe de ser de fiar y utilizable.

Datos accesibles: La información necesita estar disponible o puede ser obtenida cuando sea necesario.

Flexible: Compatible con expresiones estándares como Ontologías y documentos XML, para soportar almacenamiento a largo plazo y flexibilidad para generaciones futuras.

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Eco-indicador 99

El Eco-indicador 99 es una metodología tipo top-down (de arriba a abajo) para la asignación de pesos de impacto dentro del ciclo de vida de un producto. Divide el daño ambiental en tres puntos:

● Salud humana● Calidad del ecosistema● Recursos

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Los daños en la salud humana son expresado en términos de lo que se conoce como la Discapacidad Ajustada en Años de Vida.

En donde se han desarrollado modelos para los efectos respiratorios y cancerígenos, efectos en cambio climático, destrucción de la capa de ozono y radiación ionizante.

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Hay cuatro pasos en daños a salud humana:

Análisis de consecuencias, enlazando una emisión con un cambio temporal en la concentración.Análisis de exposición, enlazando esta concentración temporal a una dosis.Análisis de efectos, enlazando la dosis a efectos en la salud, como el número y tipos de cáncer.Análisis de Daños, enlazando efectos en la salud a la discapacidad ajustada en años, usando un estimador del número de años de vida discapacitada y el número de años perdidos.

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Los daños en la calidad del ecosistema son expresados como el porcentaje de especies que ha desaparecido en una cierta área debido a una carga ambiental. Esta definición no es homogénea a la definición de salud humana.

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Ecotoxicidad es expresada como el porcentaje de todas las especies presentes en un ambiente vivo bajo estrés tóxico. Acidificación y Eutroficación se modela el daño a especies identificadas en áreas naturales.Uso y transformación de la tierra está basado en datos empíricos de la ocurrencia de plantas vasculares como una función del tipo de uso de tierra y el tamaño del área.

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ReCiPe 2008

El documento llamado ReCiPe 2008. Un método para el asentamiento del impacto del ciclo de vida el cual incluye categorías de indicadores armonizados en niveles medios y finales, y realizado en Holanda en el 2009.

Incluye 18 categorías en nivel medio y tres categorías en nivel final como se muestra en la siguiente figura

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Abreviación de lacategoría del impacto

Unidades Nombre del factor de caracterización

CC Kg (CO2 a aire) Potencial calentamiento global

OD Kg (CFC-115 a aire) Potencial liberación de ozono

TA Kg (SO2 a aire) Potencial acidificación terrestre

FE Kg (P a agua fresca) Potencial eutroficación de agua fresca

ME Kg (N a agua fresca) Potencial eutroficación de agua marina

HT Kg (14 DCB a aire urbano) Potencial toxicidad humana

POF Kg (NMVOC a aire) Potencial formación de oxidantesfotoquímicos

PMF Kg (PM10 a aire) Potencial formación de materia enpartículas

TET Kg (14DCB a suelo industrial) Potencial formación de ecotoxicidadterrestre

FET Kg 14DCB a agua fresca) Potencial formación de ecotoxicidad deagua fresca

MET Kg (14-DCB a agua marina) Potencial formación de ecotoxicidadmarina

IR Kg (U235 a aire) Potencial radiación iónica

ALO M2x año (Tierra agrícola) Potencial ocupación de tierra agrícola

ULO M2x año (Tierra urbana) Potencial ocupación de tierra urbana

NLT M2 (Tierra natural) Potencial transformación de tierra natural

WD M3 (Agua) Potencial liberación de agua

MRD Kg (Fe) Potencial liberación mineral

FD Kg (petroleo) Potencial liberación fósil

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Métrica usada por General Motors

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Índice de Rendimiento Ambiental

El Índice de Rendimiento Ambiental (EPI) es un documento que ofrece un índice compuesto de la protección ambiental actual a nivel nacional, aunque su marco de trabajo puede implementarse a diferentes niveles.

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Índice de Rendimiento Ambiental

1. Se calculan los índices indicadores dentro de seis políticas clave: Salud ambiental, calidad de aire, Recursos hídricos, Biodiversidad y hábitat, Recursos naturales productivos, y energía sustentable.

2. Después se calculan los índices dentro de dos objetivos más amplios: Salud ambiental y vitalidad del ecosistema.

3. Se calcula un índice de rendimiento ambiental el cual es el promedio de los dos objetivos mayores.

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Mientras que los parámetros sociales y agregados son valuables para hacer una toma de decisiones mas amplia, éstos no permiten una revisión granular y mas específica a procesos de manufactura en tomas de decisiones empresariales.

Se puede argumentar que disminuyendo los impactos ambientales también estamos mejorando parámetros sociales.

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Cálculo de la huella de Carbono PAS2050

El cálculo de las emisiones de carbono es uno de los análisis mas comunes dentro del impacto ambiental de productos y procesos.

Una norma hecha por la organización de estándares Británicos y diferentes organizaciones no gubernamentales, la PAS 2050, fue desarrollada para proveer un método estándar para el asentamiento de la huella de carbono de un producto.

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De acuerdo con esta norma, hay cinco pasos básicos para el cálculo de la huella de carbono:

●Crear un mapa del proceso (Diagrama de flujo)●Verificar fronteras y prioridades●Colección de datos●Cálculo de la huella●Verificación de la incertidumbre

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Creación del mapa del proceso

El objetivo es identificar todos los materiales, actividades y procesos que contribuyen al ciclo de vida de un producto.

El mapa del proceso sirve como una herramienta a través de la generación de la huella, dando de un punto de inicio para entrevistas y una referencia gráfica para guiar a la colección de los datos y el cálculo de la huella.

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El desarrollo del mapa del procesos inicia separando las unidades funcionales del producto en sus partes constituyentes (por ejemplo, materia prima, empaquetados).

Se identifican las entradas significativas, procesos de manufactura, condiciones de almacenamiento y requerimientos de transporte.

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El análisis puede ser:

Del negocio al Consumidor.

Estos procesos incluyen desde la materia prima, manufactura, distribución, venta, uso del consumidor y, finalmente, desecho o reciclado.

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De Negocio a Negocio.

Las huellas de carbono de negocio a negocio para en el punto en que se entrega al otro manufacturero, lo cual es consistente con la aproximación llamada 'de la cuna a la puerta' descrita en la ISO 14040.

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Construcción del mapa del procesos para hacer croissants

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Verificación de fronteras y prioridades

El sistema de fronteras definen el objetivo de la huella de carbono. La determinación de las fronteras del sistema del ciclo de vida de un producto debería de ser consistente con la Regla de Categorías de Productos (RCP) como se describe en BS ISO 14025, Declaraciones y etiquetas ambientales.

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Colección de datos

Todos los datos para hacer el análisis de la huella de carbono deben de cumplir con las Reglas de Calidad de Datos. Esto asegura precisión, reproducibilidad y huellas de carbono que pueden compararse mejor.

Hay dos tipos de datos para calcular la huella de carbono: Datos de actividad y factores de emisión.

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Los datos de actividad se refieren a todas las cantidades de los materiales y energía involucrada en el ciclo de vida de un producto: Entradas y salidas de material, energía usada, transporte, etc.

Los factores de emisión proveen un enlace que convierte estas cantidades en emisiones resultantes de gases de efecto invernadero.

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Los tipos de bases de datos que pueden ser usadas para calcular la hulla de carbono de un producto son:

●Bases de datos de ciclos de vida multisectoriales, comerciales o públicas.●Bases de datos específicas para la industria.●Fuentes de datos específicas por país.

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Calculando la huella

La ecuación de una huella de carbono de un producto es la suma de todos los materiales, energía y desperdicios a lo largo de todas las actividades en el ciclo de vida multiplicado por sus factores de emisión.

La huella de carbono de una actividad = datos de la actividad (masa/volumen/kWh/km)

x Factor de Emisión (CO2 por unidad)

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Cuando las emisiones de gases de efecto invernadero son calculadas para cada actividad, se convierten en CO2e con factores de potencial de calentamiento global (GWP).

Normalmente se requiere un balance de masa para asegurar que todas las entradas, salidas y desperdicio se cuenten.

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Primera fase de cálculo de emisiones de carbono

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Después de calcular las emisiones en cada paso, hay que deducir cualquier carbono almacenado durante el ciclo de vida.

La cantidad neta representa las emisiones totales de gases de efecto invernadero causado por cada material y proceso a lo largo del ciclo de vida, y la huella de carbono final del producto.

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En este caso para el Croissant es de 1,200 kg CO2e o 1.2 Kg CO2e por paquete de 12 croissants.

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Verificando incertidumbreEl análisis de incertidumbre en la huella de carbono de productos es una medida de precisión.

El objetivo es medir y minimizar incertidumbre en el resultado de la huella y mejorar la confianza en comparaciones y decisiones que son hechas en base a esta información.

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Cálculo del consumo de energía

Muchos procesos de manufactura son demandantes de altas cantidades energéticas, además de producción de CO2. Particularmente acero y aluminio demandan el 10% de la energía global.

La mayoría de los procesos demandantes en energía ocurren al inicio de la cadena de suministros: Producción de metales líquidos, ya sea de minerales o de desecho reciclado.

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El rendimiento (yield) describe la relación entre la cantidad de entrada y la de salida de un proceso.

El rendimiento en metales es la relación entre la cantidad de metal entrando al proceso con respecto a la que sale del mismo debido a operaciones secundarias.

Cualquier metal que no continua en la cadena de suministro es pérdida o requiere energía adicional para su procesamiento.

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Milford presenta un estudio con cuatro productos analizados desde el punto de vista energético:

1. 500 Kgs de acero para crear una barra de perfil tipo 'I'2. Un panel para la puerta de un auto3. Una lata de una bebida (sin la tapa)4. Un panel de aluminio de la cubierta del ala de un aeroplano.

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Tomando como ejemplo el caso de la lata de aluminio.

La hoja original del aluminio tiene menos de 0.3 milímetros de espesor y es enrollada y enviada a la línea de producción. La hoja es conformada en el cuerpo de la lata antes de ser lavada, recubierta y decorada.

Las latas de aluminio son internamente laqueadas antes del procesamiento final para el cuello y la base de la lata y las pruebas.

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Las etapas para conformado y recortado se consideran con ciertas pérdidas de corte planeadas; el lavado y decorado se consideran como procesos con pérdidas no planeadas.

El rendimiento total se estimó en 97% sin incluir pérdidas en vaciado ni suajado.

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Proceso Rendimiento % Energía final desalidaGJ/t

Energía primariade SalidaGJ/t

Emisiones desalida t CO2/t

Los procesos anteriores son los mismos que para el panel de un auto

Corte en cintas 96 0 0.1 0

Desenlazado ylubricación

100 0.4 1.1 0.06

Ahuecamiento 85 0.6 1.6 0,09

Construcción delcuerpo y recortado

98 3.6 11 0.61

Lavado 99 2.1 4.2 0.24

Recubrimiento 99.8 0.7 2 0.12

Decorado 99 4.4 8 0.46

Laqueado 99.8 4.1 6.8 0.39

Cuello 99.8 0.7 2 0.12

Reformado debase

99.8 0.2 0.5 0.03

Prueba 99.8 0.2 0.4 0.03

Empaquetado 99.8 0.4 0.9 0.05

28 de oct de 2011 6161La energía acumulada y la eficiencia acumulada del aluminio

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Resultados de casos de estudioespecificaciones

ResultadosGenerales

Producto Masa(Kg)

Entradareciclada(%)

EnergíaTotal(GJ)

Energía –Del metallíquido alproductofinal (GJ)

Emisiones de CO2- totales

Emisiones de CO2– Delmetallíquido alproductofinal (kgCO2)

Energía(GJ/tproducto)

Emisiones CO2

(t CO2/t)

Viga deperfil 'I'

500 20 11 1.4 790 110 23 1.6

Panel deaceropara lapuerta deuna auto

5.4 20 90.3 0.09 19 6 54 3.6

Panel dealuminiopara lapuerta deun auto

4.4 50 1 0.13 51 7 220 12

Lata dealuminio

13 50 2.7 0.5 140 20 210 11

Panel delala de unaeroplano

140 40 210 33 11000 1700 1500 78

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Palabras Finales

La métrica aplicada a la sustentabilidad de procesos de manufactura proviene de los análisis de los ciclos de vida de productos y servicios globales y la determinación de los impactos ambientales.

Hay muchas recomendaciones, tanto de organizaciones internacionales, pública, privadas y no gubernamentales. Lo conveniente es contextualizar localmente.

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Aún hay mucho por hacer en la creación de modelos, estudios y análisis basados en metodologías y métricas de ingeniería, ambientales, sociales y económicas.

Involucra estudios físicos de materiales, energéticos y termodinámicos; además de manejo y creación de bases de datos confiables de acceso global y desarrollo de algoritmos para su análisis y visualización de resultados.

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●Corinne Reich-Weiser, Athulan Vijayaraghavan y David A Dornfeld. Metrics for sustainable manufacturing. Proceedings of the 2008 International Manufacturing Science And Engineering Conference. MSEC2008. October 7-10, 2008, Evanston, Illinois, USA

●Esty, Daniel C., Marc A. Levy, Tanja Srebotnjak, Alexander de Sherbinin, Christine H. Kim, and Bridget Anderson (2006). Pilot 2006 Environmental Performance Index. New Haven: Yale Center for Environmental Law & Policy.

●Global Reporting Initiative. Guía para la elaboración de Memorias de Sostenibilidad. Amsterdam, Holanda. 2006.

●"ISO 14001:2004, Environmental management systems -- Requirements with guidance for use," ISO, International Organization for Standardization (ISO), Geneva, Switzerland, 2004

Referencias

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Referencias

● Mark Goedkoop y Rnilde Spriensma. The Eco-indicator 99. A damage orientes method for Life Cycle Impact Assessment. Methodology Report. 22 Junio 2001.

● Mark Goedkoop et al. ReCiPe 2008. A life impact assessment method which comprises harmonised category indicators at the midpoint and the end level. Report I: Characterisation. First Edition. 2008

● PAS 2050:2008. Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services. British Standards Initiative. 2008.

● Rachel L. Milford. The effects of yield on embodied energy and CO2 in four case study metal products. February 14, 2011

● Sha C. Fong and Che B. Joung. An Overview of a Proposed Measurement Infrastructure for Sustainable Manufacturing. The 7th Global Conference on Sustainable Manufacturing. National Institute of Standards and Technology.

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¡Gracias!