La industria manufacturera ha tenido un gran verano. La Ley CHIPS y de Ciencia, promulgada en agosto, representa una inversión masiva en la fabricación nacional estadounidense. La ley pretende ampliar drásticamente la industria estadounidense de semiconductores, reforzar las cadenas de suministro e invertir en I+D para nuevos avances tecnológicos. Según John Hart, catedrático de Ingeniería Mecánica y director del Laboratorio de Fabricación y Productividad del MIT, la Ley CHIPS es sólo el último ejemplo del notable aumento del interés por la fabricación en los últimos años.
"Hay múltiples fuerzas trabajando juntas: reflexiones sobre el impacto de la pandemia en las cadenas de suministro, la situación geopolítica en todo el mundo y la urgencia e importancia de la sostenibilidad", dice Hart. "Esto ha alineado ahora los incentivos entre el gobierno, la industria y la comunidad inversora para acelerar la innovación en la fabricación y la tecnología industrial".
Esta mayor atención a la fabricación va acompañada de la necesidad de dar prioridad a la sostenibilidad.
Aproximadamente una cuarta parte de las emisiones de gases de efecto invernadero procedieron de la industria y la fabricación en 2020. Las fábricas y plantas también pueden agotar las reservas locales de agua y generar grandes cantidades de residuos, algunos de los cuales pueden ser tóxicos.
Para resolver estos problemas e impulsar la transición a una economía con bajas emisiones de carbono, hay que desarrollar nuevos productos y procesos industriales junto con tecnologías de fabricación sostenibles. Hart considera que los ingenieros mecánicos desempeñan un papel crucial en esta transición.
"Los ingenieros mecánicos pueden resolver de forma única problemas críticos que requieren tecnologías de hardware de nueva generación, y saben cómo llevar sus soluciones a escala", afirma Hart.
Varias empresas de rápido crecimiento fundadas por profesores y antiguos alumnos del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT ofrecen soluciones al problema medioambiental de la fabricación, allanando el camino hacia un futuro más sostenible.
Gradiant: Soluciones limpias para el agua
La fabricación requiere agua, y mucha. Una planta mediana de fabricación de semiconductores utiliza más de 10 millones de galones de agua al día. En un mundo cada vez más azotado por la sequía, esta dependencia del agua plantea un reto importante.
Gradiant ofrece una solución a este problema del agua. Cofundada por Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 y Prakash Govindan PhD '12, la empresa es pionera en proyectos sostenibles -o "cleantech"- relacionados con el agua.
Como estudiantes de doctorado en el Laboratorio de Transferencia de Calor Rohsenow Kendall, Bajpayee y Govindan compartían pragmatismo e inclinación por la acción. Ambos trabajaron en la investigación de la desalinización: Bajpayee con el profesor Gang Chen y Govindan con el profesor John Lienhard.
Inspirado por su infancia durante una grave sequía en Chennai (India), Govindan desarrolló para su doctorado una tecnología de deshumidificación que imitaba los ciclos naturales de precipitaciones. Con esta tecnología, que bautizaron como extracción de gas portador (CGE), el dúo fundó Gradiant en 2013.
La clave de CGE reside en un algoritmo propio que tiene en cuenta la variabilidad de la calidad y la cantidad en la alimentación de las aguas residuales. En el núcleo del algoritmo hay un número adimensional, que Govindan propone que algún día se llame "Número Lienhard", en honor a su asesor doctoral.
"Cuando la calidad del agua varía en el sistema, nuestra tecnología envía automáticamente una señal a los motores de la planta para que ajusten los caudales y devuelvan el número adimensional a un valor de uno. Una vez que ha vuelto a un valor de uno, el sistema funciona en condiciones óptimas", explica Govindan, director de operaciones de Gradiant.
Este sistema puede tratar y limpiar las aguas residuales producidas por una planta de fabricación para su reutilización, conservando en última instancia millones de galones de agua cada año.
A medida que la empresa ha ido creciendo, el equipo de Gradiant ha incorporado nuevas tecnologías a su arsenal, como la extracción selectiva de contaminantes, un método rentable que elimina sólo contaminantes específicos, y un método de concentración de salmuera denominado ósmosis inversa de contraflujo. Ahora ofrecen una pila tecnológica completa de soluciones de tratamiento de agua y aguas residuales a clientes de sectores como el farmacéutico, el energético, el minero, el alimentario y el de los semiconductores, en constante crecimiento.
"Somos un proveedor integral de soluciones para el agua. Disponemos de una cartera de tecnologías propias y elegimos de nuestro 'carcaj' en función de las necesidades del cliente", afirma Bajpayee, Consejero Delegado de Gradiant. "Los clientes nos consideran su socio en materia de agua. Podemos ocuparnos de su problema del agua de principio a fin para que ellos puedan centrarse en su actividad principal."
Gradiant ha experimentado un crecimiento explosivo en la última década. Con 450 plantas de tratamiento de agua y aguas residuales construidas hasta la fecha, tratan el equivalente a 5 millones de hogares al día. Gracias a recientes adquisiciones, su plantilla ha superado los 500 empleados.
La diversidad de las soluciones de Gradiant se refleja en sus clientes, entre los que se encuentran Pfizer, AB InBev y Coca-Cola. También cuentan entre sus clientes a gigantes de los semiconductores como Micron Technology, GlobalFoundries y TSMC.
"En los últimos años, hemos desarrollado realmente nuestras capacidades y nuestra reputación al servicio de las aguas residuales de semiconductores y del agua ultrapura de semiconductores", afirma Bajpayee.
Los fabricantes de semiconductores necesitan agua ultrapura para su fabricación. A diferencia del agua potable, que tiene un rango de sólidos disueltos totales en partes por millón, el agua utilizada para fabricar microchips tiene un rango en partes por billón o cuatrillón.
Actualmente, la tasa media de reciclado en las plantas de fabricación de semiconductores de Singapur es de sólo 43%. Con las tecnologías de Gradiant, estas fábricas pueden reciclar entre 98 y 99% de los 10 millones de galones de agua que necesitan diariamente. Esta agua reutilizada es lo suficientemente pura como para volver a introducirse en el proceso de fabricación.
"Lo que hemos hecho es eliminar el vertido de esta agua contaminada y casi eliminar la dependencia de la fábrica de semiconductores del suministro público de agua", añade Bajpayee.
Con la introducción de nuevas normativas, aumenta la presión para que las fábricas mejoren su consumo de agua, lo que hace que la sostenibilidad sea aún más importante para los propietarios de marcas y sus accionistas.
A medida que la industria nacional de semiconductores se expande a la luz de la Ley CHIPS y de Ciencia, Gradiant ve la oportunidad de llevar sus tecnologías de tratamiento de aguas para semiconductores a más fábricas en Estados Unidos.
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