REVISIÓN DE LOS ESTUDIOS DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA EN LA INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL - AEIPRO

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REVISIÓN DE LOS ESTUDIOS DE ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA
           EN LA INDUSTRIA DEL AUTOMÓVIL
Vivancos Bono, J.L. P, Gómez Navarro, T., López García, R.C., Bastante Ceca,
M.J., Capuz Rizo, S.
Departamento de Proyectos de Ingeniería. Universidad Politécnica de Valencia

RESUMEN.
El empleo del Análisis de Ciclo de Vida (ACV) como herramienta para el diseño
medioambiental de vehículos supone una aproximación al “objetivo” de poder conocer
el consumo de recursos y los impactos medioambientales producidos durante su ciclo de
vida completo. El ACV puede ofrecer al diseño de vehículos un alto potencial de mejora
en los aspectos medioambientales, ámbito en el que existe un retraso respecto a los
avances alcanzados en la reducción de costes y de mejora tecnológica.
En los últimos años las investigaciones se han orientado hacia los estudios “pieza a
pieza” –como en un puzzle-, para obtener la información de los componentes de un
vehículo durante todas las etapas de su ciclo de vida. Esto constituye el primer paso para
lograr un ACV detallado de un vehículo completo. Obviamente, la complejidad
aumenta en gran medida, ya que un automóvil está formado por varios miles de
componentes.
Por otra parte, surge la necesidad de una metodología de ACV simplificada o de rápida
aplicación, ya que las decisiones fundamentales en la selección de materiales y procesos
se adoptan durante la fase conceptual, y aún más en la sub-fase de configuración de un
nuevo vehículo, desarrollándose ambas en unos plazos de tiempo cada vez más cortos.
En esta ponencia se realiza una revisión de los esfuerzos realizados por las principales
compañías fabricantes de automóviles y sus proveedoras, a nivel mundial, para la
realización de estudios de ACV.

ABSTRACT.
The application of Life Cycle Assessment (LCA) to car design adds a better and
virtually “objective” understanding about resource consumption and environmental
impacts during the complete life cycle of automobiles. Thus, LCA has a high potential
to contribute to the improvement of future vehicles in terms of environmental aspects as
well as regarding technological and even economic aspects.
The mentioned LCAs are based on existing components and production processes and
aim at building up car specific LCA know-how. These efforts are being increasingly
continued with new projects to gather “piece by piece" – as in a mosaic- to obtain the
information of the complete life cycle of the vehicle components. This is the first step
towards a detailed LCA of a complete vehicle. Obviously the complexity increases
greatly for the reason that a car is formed by several thousands of components.
The necessity for a quick LCA-methodology comes from the fact that important final
decisions on the selection of materials and processes are made in the conceptual phase
and even more in the configuration sub-phase of a new vehicle - both phases with a very
narrow time schedule.

                                           807                                          1
In this paper it is carried out a review of the efforts of different manufacturing
companies of automobiles, as well as of the main suppliers, for the accomplishment of
LCA studies, around the world.

1. INTRODUCCIÓN.
Debido a la gran cantidad de residuos generados cuando acaba la vida útil de un
vehículo, progresivamente se están desarrollando políticas coordinadas de control del
fin de vida de producto para el sector automotriz,. Así mismo, cada día adquieren más
importancia los métodos de análisis de ciclo de vida (ACV) para evaluar el impacto
ambiental de los productos industriales [Wengel et al., 2003]. Sería de esperar que la
razón principal fuera debida a cuestiones medioambientales, pero en realidad influyen
igualmente los términos económicos y de ahorro de costes, ya que los gastos
ocasionados al final de la vida del producto, así como los costes de eliminación de los
residuos contaminantes, son cada vez más importantes para los fabricantes de vehículos.
Por tanto, el empleo del ACV y las herramientas informáticas necesarias para su
aplicación, cada día tienen una mayor aceptación y utilización en el diseño de vehículos,
permitiendo evaluar el resultado de las prácticas de desensamblaje y reciclaje, así como
otros problemas medioambientales como la reducción de emisiones. Este desarrollo es
muy interesante en el campo de la producción sostenible [Fiat, 2002].

2. UTILIZACION DEL ACV POR LAS COMPAÑÍAS AUTOMOVILISTICAS.
Uno de los problemas detectados a la hora de abordar la realización de un ACV es la
ausencia de datos. Esto ocurre principalmente en las etapas de selección de materias
primas, uso y fin de vida. Respecto a la etapa de selección de materias primas, no se
suele disponer de datos sobre los distintos materiales, ni sobre su impacto durante la
etapa de producción. En lo referente a la etapa de uso, la carencia de datos se debe al
gran número de modelos producidos por cada compañía, y a los equipos de control
empleados. Por último, suele faltar información cuantitativa sobre la etapa de fin de
vida [Brushan, 2002]. Todo ello conduce a la imprescindible colaboración de las
empresas fabricantes a la hora de realizar los correspondientes ACVs.
En los apartados siguientes se muestran algunos de los trabajos realizados sobre ACV
recientemente por las principales compañías automovilísticas, agrupándolos por su
origen geográfico.

    2.1. Europa Occidental.
Con una producción de casi 17 millones de automóviles y camiones al año, Europa
Occidental representa cerca del 25% del total de la producción mundial [Marketing
Systems, 2000]. Las compañías más grandes y representativas en estos países son1:
BMW, Daimler-Chrysler, y Volkswagen-Audi en Alemania, Alfa Romeo, Fiat y Lancia
en Italia; Rover y Rolls Royce en el Reino Unido; y Renault y PSA (Citroën-Peugeot)
en Francia.

               Volkswagen Group.
Desde el primer inventario de ciclo de vida para un vehículo completo, correspondiente
al Golf III, con motor Otto1,8 l, 55 kW, 4 puertas, y cambio manual de 5 marchas
1
    No se ha incluido las filiales europeas de Ford y General Motors (Opel y Vauxhall).

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(realizado en 1996 y publicado en 1997, [Schuckert & Schweimer, 1997]), Volkswagen
ha preparado tres inventarios más. En concreto, para el Lupo 3L TDI, para el Golf IV
con motor de gasolina de 55 kW y para el Golf IV TDI con motor diesel de 66 kW.
Entre el primero y el último, el coste y el esfuerzo involucrados en la realización del
inventario se redujo en más de un 50%. El proceso de adquisición de datos resulta más
comprensible y el sistema para la entrada de datos en las operaciones de producción del
desarrollo de especificaciones ha ganado en eficacia [Volkswagen, 2002]. El desarrollo
de una metodología que permitiera elaborar el Inventario de Ciclo de Vida para un
vehículo completo, fue un proyecto conjunto entre Volkswagen y el IKP (Institute for
Polymer Testing and Polymer Science) de la Universidad de Stuttgart, iniciado en 1993.
Junto al desarrollo de la metodología, se construyó una herramienta informática de
ACV, que posteriormente se ha comercializado con el nombre de Gabi3 Profesional.
Algunas de las conclusiones de este inventario se pueden observar en la figura 1, que
muestra las diferentes necesidades energéticas durante la producción. Aproximadamente
el 61% de la energía primaria (38 GJ) se utiliza para producir los materiales de un Golf.
El resto de la energía primaria (24 GJ, 39%) se debe a la producción del Golf dentro de
las factorías de Volkswagen. Un resultado inesperado fue el hecho de que resultara la
pintura, el principal causante del consumo de energía primaria dentro de la producción.

                      Materiales                                                 38

                       Prensado         0,6

                          Chasis         2,1

                         Pintura                         11,1

                         Montaje          2,5

                 Partes plásticas        1,9

                           Motor              4,1

              Cambio de marcha           2,1

                       Total VW                                        24

                                    0               10            20        30   40
                                    Consumo de energia primaria (GJ/automóvil)

 Figura 1. Consumo de energía durante la fase de producción en las factorías de Volkswagen, comparada
               conla producción (externa) de materiales. [Schuckert & Schweimer, 1997]

               BMW AG.
Durante el ciclo de vida de un automóvil, el mayor impacto medioambiental se produce
durante la etapa de uso [BMW Group, 2002]. BMW se plantea el desarrollo de sus
productos con el objetivo de reducir el impacto medioambiental a lo largo de todo su
ciclo de vida. Además de la contaminación debida a las emisiones atmosféricas, los
efectos medioambientales abarcan también otros aspectos negativos tales como la
contaminación acústica y los accidentes de tráfico.
BMW emplea el ACV para realizar análisis comparativos de componentes, como
proceso continuo de optimización dentro de la fase de desarrollo de producto. El
objetivo perseguido es el diseño de vehículos más respetuosos con el medio ambiente.

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El ACV de componentes incluye operaciones tanto de diseño como de ingeniería, así
como la fabricación, montaje, distribución, servicio y reciclaje al final de la vida útil de
los vehículos. Tras la realización del ACV de un producto, BMW efectúa estudios de
alternativas, para determinar, por ejemplo, si el acero puede ser reemplazado por otros
materiales tales como aluminio, magnesio o plástico, con el fin de reducir el peso del
vehículo y disminuir el consumo de combustible, así como las emisiones producidas
durante la etapa de uso.

               Daimler-Chrysler Corp.
Esta compañía ha creado un departamento de “diseño respetuoso con el medio
ambiente”, cuyos principales logros se han obtenido en los modelos más recientes de la
clase E de Mercedes. Se ha desarrollado un ACV comparativo entre los modelos W211
y W210, pertenecientes a la clase E, y tras considerar los requerimientos de energía
primaria a través de toda su vida de servicio, el modelo W211 utiliza alrededor de 100
GJ menos energía que su predecesor el W210, lo que equivale a unos 2600 litros de
gasolina. Teniendo en cuenta que la fabricación del W211 requiere 160 GJ, el ahorro
respecto al anterior modelo conseguido durante su vida útil supone más del 50% de la
energía necesaria para su fabricación [Finkheiner et al, 2001]
Así mismo, también se estudió la introducción del aluminio para sustituir el acero,
concluyéndose que mientras una estructura de aluminio conseguiría reducir el peso y
por tanto el consumo de combustible, su fabricación requeriría más energía (lo que
supone además una mayor generación de emisiones). Mediante el ACV se analizaron
diferentes configuraciones de estructura, combinando acero y aluminio con diferentes
porcentajes de peso, concluyendo que no existía una solución óptima, ya que esta
dependía de la planta de fabricación del vehículo así como de la región en que fuera
utilizado (es decir, del sistema allí existente para eliminar los residuos al final de su vida
útil) [DaimlerChrysler, 2002]

              Fiat S.p.A.
Fiat cuenta con un comité medioambiental desde que empezó a aplicar su Política
Medioambiental para la mejora continua de su tecnología, procesos de producción y
productos. Una de las técnicas en que ha basado sus investigaciones ha sido el ACV.
Fruto de este esfuerzo es el desarrollo del EuroPolis, un autobús híbrido que utiliza un
generador diesel estacionario para producir energía eléctrica. El proyecto se enfocó
hacia los aspectos relacionados con la construcción de estaciones de repostaje, basados
en el suministro del hidrógeno mediante producción electrolítica. La energía eléctrica se
produce exclusivamente mediante centrales hidroeléctricas, intentando la minimización
del impacto medioambiental durante el ciclo completo de producción [Fiat, 2002].
El ACV se ha utilizado para evaluar el factor medioambiental de productos y procesos
innovadores dentro de los proyectos de investigación llevados a cabo por el FRC (Fiat
Research Center), financiados en gran parte por la Unión Europea. Estos proyectos son
los siguientes [Fiat, 2002]:
   •   LIRECAR, el objetivo del proyecto era obtener distintas alternativas para
       fabricar vehículos más ligeros que además cumplieran los objetivos de reciclaje
       de la Directiva 2000/53.

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•   PROFUEL, el objetivo era el diseño y desarrollo, con bajo impacto
        medioambiental, de procesos de alta eficiencia para la producción de hidrogeno
        puro a partir de gasolina.
    •   LIVALVES, el propósito del proyecto era investigar y desarrollar válvulas de
        motor, realizadas con materiales ligeros y comparar el impacto medioambiental
        a lo largo del ciclo de vida frente a las válvulas tradicionales de acero.
    •   IMHOCO, el proyecto se centra en desarrollar un proceso innovador para la
        producción de componentes huecos (reducción de peso) con formas complejas
        (por ejemplo, un árbol de levas) utilizando la sinterización de polvos cerámicos.
Además, el FRC está desarrollando una herramienta informática que permita evaluar el
impacto ambiental desde los primero pasos en la etapa de diseño, denominada “Green
Manager”. Cuenta con un programa que integra el código utilizado para la calidad de
los cálculos estructurales con las evaluaciones medioambientales obtenidas del ACV.
En una próxima etapa, el FRC implementará nuevos algoritmos que permitirán evaluar
la contribución al impacto ambiental del vehículo de los diferentes procesos de
fabricación de los componentes del mismo [Fiat, 2003].

              Renault.
Renault ha adoptado un sistema de gestión ambiental del ciclo de vida denominado
LEM (life-cycle environmental management). Este fue constituido en 1999 mediante la
participación de equipos de Renault y de trece de sus proveedores. LEM permite
conocer el impacto ambiental del producto en todas las etapas de su ciclo de vida. Este
sistema permitió obtener, a partir de 2001, los siguientes resultados [Renault, 2002]:
    •   La integración del 90% de componentes reciclables en los modelos Trafic,
        Laguna II, Clio II y Vel-Satis.
    •   Un incremento en la vida de los recambios (filtros, correas, bujías y otros
        componentes), reduciendo los residuos del mantenimiento de automóviles. Por
        ejemplo, el Vel-Satis reduce estos residuos un 30% respecto al Safrane.

              AB Volvo.
La firma Volvo está incrementando la utilización del ACV como herramienta de análisis
del impacto medioambiental de sus productos y procesos. De los estudios realizados se
ha obtenido que más del 90% del impacto ambiental de un vehículo Volvo se genera
durante su uso, por lo que esta empresa considera prioritario investigar en la reducción
del consumo de combustible, y en la búsqueda de combustibles alternativos [Volvo
Group, 1999].
Volvo además utiliza la metodología EPS2 (Environmental Priority Strategies, para el
diseño de producto) dentro de la cual se utiliza el ACV como herramienta. Se basa en el
principio de que a cada producto se le puede asignar un ELU (Environmental Load
Unit), que se deriva de una evaluación ponderada de todos los aspectos del ciclo de vida
y está basado en el impacto del producto sobre cinco “factores a proteger” (la diversidad
biológica, la salud, la capacidad productiva de la naturaleza, los recursos naturales y los
valores estéticos).

2
 Desarrollado en 1989 mediante un proyecto en el que participaba IVL, la Federación de Industrias
Suecas, Volvo Car Corporation y otras multinacionales suecas, y Chalmers University of Technology.

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MG Rover.
Rover ha participado, dentro del proyecto EUCAR3, en la primera fase de ACV. De la
evaluación de esta experiencia destaca su aplicabilidad a la mejora de las operaciones de
fabricación, así como el problema que supone la interpretación de los resultados (bien
sean absolutos o relativos) cuando se realizan estudios comparativos entre diferentes
modelos. Ridge [Ridge, 1998] plantea las siguientes dificultades:
    •   Disponibilidad y calidad de los datos de materiales.
    •   Normas que definan la metodología aplicable en el sector del automóvil.
    •   La metodología de evaluación, la revisión crítica, la escala temporal y el coste.
    •   la necesidad de utilizar una metodología que permita realizar un ACV de forma
        más rápida. Ello se plantea como un objetivo dentro del trabajo de CHAINET4.

    2.2. Norteamérica.
Con una producción de más de 15 millones de automóviles y camiones al año, Norte
América representa más del 20% del total de la producción mundial. [Autointell, 1997].
Las compañías más representativas en este continente son General Motors Co. y Ford
Motor Company. La tercera compañía en importancia sería Daimler-Chrysler Corp.,
resultado de la fusión de Daimler-Mercedes Benz y Chrysler Corp, que ya ha sido
analizada en el anterior apartado.
Es interesante mecionar que General Motors, junto a Ford y la división americana de
Daimler-Chrysler, constituyeron el USCAR (United States Council for Automotive
Research), formado en 1992 para fortalecer la base tecnológica de la industria
automovilística estadounidense a través de la investigación cooperativa pre-competitiva.

               General Motors Co.
En 1991, General Motors creó un grupo para incorporar la consideración
medioambiental en el desarrollo de sus vehículos, denominado Design and Manufacture
for the Environment (DME).
Los primeros resultados demostraros que entre el 80 y 90% del impacto ambiental,
durante el ciclo de vida completo de un vehículo, se produce durante su uso, debiéndose
el 10-20 % restante a su fabricación y eliminación final. También se demostró que el
comportamiento durante la conducción afectar enormemente al consumo de
combustible y a las emisiones provenientes de los gases de escape, durante la fase de
uso. Con el objetivo de ayudar al conductor a practicar un modo de conducción más
suave y menos agresivo, con el fin de extender la vida de todos los componentes del
vehículo y reducir el consumo de combustible, se optó por desarrollar un sistema
computerizado que suministrara al conductor el consumo instantáneo de combustible.
[General Motors, 2002]

3
   La Unión Europea formó el Consejo Europeo para la Investigación y Desarrollo del Automóvil
(European Council for Automotive Research and Development, EUCAR) con el objetivo de lograr el
liderazgo tecnológico y el incremento de competitividad de la industria europea del automóvil, así como
la mejora del medioambiente. Las compañías miembros del Consejo incluyen a BMW, Daimler-Mercedes
Benz, Fiat, Ford Europe, Adam Opel, PSA Peugeot-Citroen, Renault, Rover, Volkswagen, y Volvo.
4
  CHAINET es una acción coordinada dentro del programa de Clima y Medioambiente de la Unión
Europea (ENV4-CT97-0477).

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Dentro de DME, se creó un subcomité para el análisis del ciclo de vida. Se seleccionó
como herramienta para aplicar el ACV el software Gabi3 Profesional, y así poder
utilizar la base de datos de inventario del ciclo de vida relacionada con la industria del
automóvil. Los principales estudios realizados sobre materiales alternativos han sido la
comparación entre magnesio y acero como materiales para el chasis de un automóvil
[Kiefer et al, 1998; Saur, 1999], así como estudios completos sobre el aluminio colado,
el pintado de carrocerías. Finalmente, también se ha participado en investigaciones
sobre celdas de combustible [Weiss et al, 2003].

              Ford Motor Company.
Actualmente Ford se encuentra desarrollando 70 proyectos de investigación
medioambiental en sus diferentes “Centros de Investigación y de Desarrollo de
Producto”. Gran parte de estos proyectos se desarrollan en el centro de investigación
especializado en medioambiente que Ford fundó en 1994 en Alemania, conocido como
FFA (Ford Forschungszentrum Aachen).
Ford también está aplicando el ACV. En el modelo Focus, un estudio de ACV demostró
la conveniencia de sustituir por aluminio parte del chasis, que en anteriores modelos era
de acero, ya que el incremento en el consumo de energía y en las emisiones de dióxido
de carbono producidos durante la producción del material se compensaban por la
reducción de peso y consiguiente reducción de consumo de combustible durante la vida
útil del vehículo [Ford, 2002].
Sin embargo, también se ha discutido la fiabilidad de estos estudios, así como la
sensibilidad de los resultados obtenidos frente a la variación de las condiciones de
funcionamiento de los vehículos. [Sullivan & Covas, 2001]

    2.3. Asia - Pacífico.
La región de Asia del Pacifico comprende principalmente Australia, Corea, Malasia,
Islas Filipinas, India, Indonesia, Japón, Nueva Zelanda, República Popular China,
Taiwán, Singapur, Tailandia, y Vietnam. Esta reúne una producción de al menos 13
millones de automóviles y camiones al año [Autointell, 1997].
Las mayores compañías se encuentran en Japón (Toyota, Nissan, Honda, Mazda5,
Suzuki y Subaru) y Corea (Daewoo, Hyundai y Kia).

              Toyota Motor Company.
Toyota Motor Company (TMC) empezó a utilizar el ACV en el año 2001,
concretamente en el desarrollo del modelo Estima Irbid. Posteriormente desarrolló una
metodología propia, denominada Eco-VAS (Eco-Vehicle Assessment System), con el
objetivo de mejorar la respuesta medioambiental de los vehículos de Toyota.
El sistema permite cubrir un amplio rango de ítems, incluyendo eficiencia de
combustible, emisiones y ruido durante el uso del vehículo, el ratio (porcentaje en peso)
de recuperación final de materiales, la reducción de sustancias perjudiciales para el
medioambiente, y emisiones de CO2 a lo largo de todo el ciclo de vida del vehículo.

5
    Recientemente adquirida por Ford Motor Co.

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Esta herramienta, al permitir su uso en red, está disponible para los diferentes
departamentos de Toyota, y permite construir el perfil medioambiental de un automóvil
a la vez que progresa su diseño y desarrollo. [TMC, 2003]

               Nissan Motor Corporation.
Nissan empezó a utilizar el ACV en el año 2000 [Nissan, 2002]. Un resultado
significativo fue determinar que 90% de todas las emisiones de CO2 a lo largo del ciclo
de vida del vehículo se producía en la fase de uso, por lo que era necesario introducir
modificaciones en el diseño de los vehículos orientadas a mejorar su eficiencia
energética.
Sin embargo, también se trabaja en aspectos diferentes a la economía de combustible y
emisiones de los gases de escape. Por ejemplo, en el modelo Skyline, se decidió utilizar
un soporte central del radiador fabricado en resina, a partir de los resultados de un
estudio de ACV.

                Honda Motor Company.
Honda estableció en 1997 un “Comité de Investigación en ACV”, con el objetivo de
aplicar el ACV como herramienta de análisis cuantitativo de la carga ambiental de sus
productos, a lo largo de todo su ciclo de vida. Este comité empezó a obtener resultados
significativos en el año 2000. [Honda, 2003]
El sistema de ACV de Honda (Honda – LCA, Life Cycle Assessment) está compuesto
por dos subsistemas: el sistema de Datos (Honda LCA Data System) y el sistema de
gestión (Honda LCA Management System). De esta manera, se consigue unificar los
diferentes esfuerzos en el área medioambiental desarrollados en otros departamentos
(producción, ventas, distribución, etc.). El sistema de datos recoge el inventario de todos
los factores de impacto (recursos y consumo energético, cantidades de materiales
eliminados, cantidades recicladas, etc.) y los almacena mediante una aplicación Web.

3. CONCLUSIONES.
Después de revisar las diferentes experiencias que los principales fabricantes de ACV
han obtenido mediante la aplicación del ACV, se puede sintetizar y destacar los
siguientes resultados:
   •   La fase de uso ocasiona la mayor parte del consumo energético, y
       consiguientemente, la mayor parte de las emisiones a la atmósfera. Asimismo,
       esta fase supone entre el 50 y el 60% del impacto total sobre el medioambiente.
       Todo ello lleva a la conclusión de que las mejoras en el diseño del motor tienen
       una importancia máxima.
   •   Las operaciones de mantenimiento y revisión del vehículo también contribuyen,
       significativamente, al impacto total.
   •   La contaminación atmosférica es el impacto de mayor importancia, y se produce
       fundamentalmente en la fase de uso. La contaminación de aguas y la generación
       de residuos sólidos tiene relativamente menor impacto, y se producen
       predominantemente durante las otras fases del ciclo de vida (fabricación y fin de
       vida útil).

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AGRADECIMIENTOS.
La presente comunicación se enmarca dentro del proyecto de investigación "Ecodiseño
de Productos para la industria de componentes de automóvil”, financiado por el
Programa de Incentivo a la Investigación de la Universidad Politécnica de Valencia
(PPI-05-02).

CORRESPONDENCIA.
José Luis Vivancos Bono        Depto. Proyectos de Ingeniería. E.T.S. Ing. Industrial.
Univ. Politécnica de Valencia. Camino de Vera, s/n. 46022. Valencia.    96 387 70 00
ext. 75655. Fax: 96 3879869. : jvivanco@dpi.upv.es, http://www.dpi.upv.es/id&ea/

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