El embalaje tiene una larga historia entrelazada con la civilización humana, y su concepto surgió cuando los primeros humanos utilizaron herramientas por primera vez. Uno de los primeros ejemplos de 'envases' es probablemente el uso de hojas para envolver alimentos. En los tiempos modernos, el embalaje suele referirse a un objeto que encierra y protege productos para su distribución, almacenamiento, transporte, venta, uso y reutilización. Su función principal es salvaguardar de forma segura los productos, pero a medida que la degradación ambiental empeora debido al creciente desperdicio de envases, existe una creciente demanda de que los envases se diseñen, fabriquen, consuman y reciclen de manera más sostenible.
Frente a la urgente necesidad de un ecosistema más saludable y sostenible, los responsables políticos de la UE y China propusieron el concepto de economía circular (CE) para abordar los desafíos globales cerrando el ciclo de vida del producto. La transición a la CE requiere un cambio radical del modelo económico lineal; su principio fundamental es el de circuitos cerrados de recursos donde los materiales se utilizan, reutilizan y reciclan, creando valor a lo largo de múltiples ciclos de vida. Los bienes al final de su vida útil se convierten en recursos para otros, minimizando el desperdicio a través de este sistema de circuito cerrado.
El desarrollo de CE exige esfuerzos de colaboración de diversos sectores: proveedores, fabricantes, recicladores, distribuidores, minoristas, consumidores y proveedores de recogida de residuos. La industria del embalaje es un sector económico crucial y de rápido crecimiento: su facturación en Europa occidental representa aproximadamente el 2% del PIB, siendo la industria alimentaria el principal usuario (casi el 60% de la producción total). El embalaje impregna la vida diaria, pero su desventaja son los enormes problemas medioambientales derivados de los modelos tradicionales lineales de 'fabricar-transportar-consumir-eliminar'. Los plásticos dominan los materiales de embalaje: el consumo mundial de embalajes de plástico ha aumentado desde la década de 1950 y representa el 40,5% de todos los plásticos producidos (el mayor sector consumidor de plástico de la UE). Sin embargo, las tasas de reciclaje siguen siendo bajas: 34,6% en la UE, con más del 23% en vertederos; China y Estados Unidos tienen tasas aún más bajas (25% y 9%, respectivamente), lo que provoca una contaminación grave.
El embalaje involucra a múltiples partes interesadas: productores de materias primas, diseñadores, fabricantes, transportistas, distribuidores, consumidores y autoridades. El diseño del embalaje es un eslabón decisivo en la cadena de valor, ya que determina los materiales, los procesos de fabricación y las opciones de fin de vida útil, todos ellos fundamentales para el modelo de circuito cerrado de CE. Sin embargo, las revisiones de la literatura existente rara vez abordan sistemáticamente el diseño de envases centrado en la CE; la mayoría se centra en el comportamiento del consumidor, la gestión de residuos plásticos o las técnicas de reciclaje, descuidando la etapa de diseño. En particular, el diseño influye en aproximadamente el 80% del impacto ambiental de los envases. Si bien algunos estudios abordan el desarrollo de envases industriales y las herramientas de diseño básicas, el proceso de diseño detallado y las consideraciones aún no se han explorado lo suficiente. Ninguna revisión anterior examina específicamente el diseño de envases para CE desde una perspectiva centrada en el diseño.
Por lo tanto, este estudio se centra en el diseño de envases relacionados con la CE, realizando una revisión de la literatura más actualizada. Los hallazgos se sintetizan en un marco de diseño de envases circulares, que describe los factores y consideraciones clave para el proceso de diseño. El documento está estructurado de la siguiente manera: la Sección 1 presenta los antecedentes de CE y embalaje; La Sección 2 describe las regulaciones/políticas de diseño de envases relacionadas con la CE en varios niveles gubernamentales; La sección 3 detalla la metodología de revisión de la literatura; La Sección 4 presenta revisiones sistemáticas de publicaciones académicas sobre diseño de envases centrados en la CE; La sección 5 analiza los resultados y las tendencias futuras de investigación.
Esta sección proporciona una descripción general de las regulaciones y políticas introducidas por los gobiernos en diferentes niveles para abordar los desafíos de los residuos de envases y lograr una economía circular.
Para abordar los desafíos apremiantes de la protección ambiental, la UE ha promulgado numerosas regulaciones y políticas. La legislación sobre residuos de la UE define objetivos y disposiciones para el reciclaje de residuos: como se detalla en la Directiva marco sobre residuos 2018/851, las tasas de reutilización y reciclaje de residuos municipales deben alcanzar el 55 % para 2025, el 60 % para 2030 y el 65 % para 2035. Dado que los residuos de envases constituyen una gran parte de los residuos domésticos, lograr estos objetivos requiere que los envases se diseñen para múltiples reutilizaciones y una mayor reciclabilidad.
Entre los tipos de residuos como el papel y el vidrio, los residuos de envases de plástico se destacan específicamente en la Directiva 2018/852, que establece objetivos estrictos de reciclaje basados en el peso: un mínimo del 65 % de todos los residuos de envases deben reciclarse para 2025, y aumentará al 70 % para 2030. Alineada con la política y la legislación de residuos de la UE, se lanzó la primera Estrategia europea para los plásticos en una economía circular, con el objetivo de mejorar el diseño de productos de plástico, aumentar las tasas de reciclaje de residuos de plástico y mejorar la calidad de los plásticos reciclados.
Para cumplir los objetivos a largo plazo descritos en la legislación de residuos de la UE, el 'Nuevo Plan de Acción de Economía Circular para una Europa más limpia y competitiva' de la UE propuso un plan de acción. Un componente central de este plan es diseñar y producir productos sustentables y al mismo tiempo transformar los patrones de consumo. El plan se centra en varios sectores, y se identifica que los envases y los plásticos tienen un alto potencial de circularidad. Por lo tanto, los diseñadores de envases desempeñan un papel fundamental en el avance de la economía circular: al crear envases sostenibles, pueden influir en el comportamiento del consumidor y minimizar el desperdicio tanto en la etapa de fabricación como en la de consumo del producto.
nivel nacional
Para responder a la Directiva 2018/852 de envases y residuos de envases de la UE y a la legislación sobre residuos de la UE, numerosos gobiernos nacionales han formulado las políticas correspondientes. Por ejemplo, el gobierno del Reino Unido emitió la declaración de política del Paquete de Economía Circular (CEP), que describe tres requisitos básicos para el embalaje:
(i) los envases deben diseñarse, fabricarse y comercializarse para permitir su reutilización o recuperación;
(ii) debe minimizarse el contenido de sustancias peligrosas o nocivas en los envases;
(iii) el peso y volumen de los envases deben limitarse al mínimo necesario, garantizando al mismo tiempo los niveles requeridos de higiene, seguridad y aceptación por parte del consumidor.
Además, Francia promulgó una nueva ley en 2020 destinada a reducir el consumo de plástico, mejorar la reutilización y el reciclaje, ampliar la responsabilidad del productor y proporcionar información obligatoria al consumidor para facilitar la clasificación de los envases. Suecia también ha anunciado una estrategia nacional de economía circular, con productos sostenibles y el diseño de embalaje asociado, junto con el uso de materiales sostenibles, identificados como dos de sus cuatro áreas de enfoque clave. Para obtener detalles sobre políticas y estrategias en otros países, se remite a los lectores a la literatura relevante.
nivel regional
Alineándose con las políticas y leyes nacionales de economía circular (CE), las autoridades locales han publicado estrategias y hojas de ruta regionales de CE adaptadas a sus contextos económicos locales. Estos planes regionales están determinados no sólo por consideraciones ambientales sino también por los intereses de los sectores clave de la región.
El libro blanco 'Los gobiernos municipales y su papel para permitir una transición a la economía circular' resumió las hojas de ruta municipales de EL, muchas de las cuales adoptan un enfoque sectorial específico. Por ejemplo, el plan de economía circular de Rotterdam prioriza el sector de materiales de origen biológico como foco central. La hoja de ruta de CE de otra ciudad propone medidas para reducir el uso de bolsas de embalaje de plástico de un solo uso, algo fundamental ya que el turismo local, un importante motor económico, también genera importantes residuos de embalajes de un solo uso. París pretende instalar fuentes potables para reducir el consumo de agua embotellada y los residuos plásticos asociados.
La estrategia de economía circular de Glasgow insta a los diseñadores a seleccionar materiales ecológicos, eliminar el desperdicio a través del diseño y adherirse a los principios de diseño de desmontaje y adaptabilidad. Ciudades de todo el mundo, como [ejemplos omitidos], han desarrollado estrategias similares; Los libros blancos relevantes proporcionan descripciones detalladas de las iniciativas circulares municipales globales.
En todas estas estrategias de CE lideradas por gobiernos locales, surge un énfasis consistente: para lograr la circularidad, los diseñadores y productores deben asumir una mayor responsabilidad por los desechos posteriores al uso de sus productos, responsabilidad que actualmente no asumen plenamente.
Métodos
Para identificar estudios académicos centrados en el diseño de envases en el contexto de la economía circular, se realizó una revisión sistemática de la literatura, basándose en la metodología propuesta. La revisión siguió tres pasos centrales: planificación, ejecución y presentación de informes.
En la fase de planificación, se identificaron palabras clave clave de investigación junto con un protocolo de revisión detallado. El paso de ejecución implicó la búsqueda de literatura en varias bases de datos académicas acreditadas, incluidas ISI Web of Science, Scopus, Google Scholar y Ei Compendex, seguida de una selección inicial y un análisis en profundidad de las fuentes relevantes. Finalmente, los hallazgos de la revisión se sintetizaron y documentaron en la etapa de presentación de informes.
De acuerdo con la metodología adoptada, se seleccionaron palabras clave específicas y términos de búsqueda (enumerados a continuación). Para garantizar una revisión exhaustiva, se utilizaron combinaciones de estas palabras clave en múltiples búsquedas en bases de datos para localizar estudios relevantes para el diseño de envases orientados a la economía circular. La búsqueda se realizó exclusivamente a través de las bases de datos académicas antes mencionadas para seleccionar literatura adecuada para la investigación.
Resultados y discusiones
Esta sección se centra en revisar las últimas investigaciones sobre el diseño de envases en el contexto de una economía circular. Los resultados de esta revisión de la literatura se pueden encontrar en la selección de materiales, la etapa de diseño conceptual, la etapa de desarrollo del diseño y las herramientas e indicadores para la verificación del diseño. Se llevó a cabo una discusión en profundidad sobre los resultados y se identificaron futuras oportunidades de investigación.
Selección de materiales
Principios de selección de materiales.
La selección de materiales es el núcleo del concepto de economía circular (CE). La importancia de adoptar materiales ecológicos se ha enfatizado repetidamente tanto en la literatura académica como en las estrategias de los gobiernos nacionales y en el discurso público. Los envases se pueden elaborar a partir de diversos materiales (papel, vidrio, metal, plástico y más), y los plásticos llaman especialmente la atención: los residuos de envases de plástico constituyen la mayor proporción de los desechos de envases a nivel mundial, lo que representa una grave amenaza para los ecosistemas de la Tierra.
En medio de importantes cambios legislativos de la UE, los materiales poliméricos utilizados en los envases ahora deben gestionarse adecuadamente durante todo el ciclo de vida del producto. Dos prioridades críticas para cumplir los objetivos de la UE son: reducir la generación de residuos de envases y mejorar la reciclabilidad de los materiales de envasado para la recuperación de materiales. La reducción de residuos se puede lograr minimizando el uso de materiales mediante un diseño bien pensado (que se detalla en secciones posteriores sobre diseño conceptual, desarrollo de diseño y reutilización de envases) y adoptando materiales biodegradables que eviten el vertido en vertederos o la incineración. Mientras tanto, el reciclaje de materiales se puede realizar utilizando materiales reciclados o aquellos con alto contenido reciclado; cuando el reciclaje es inviable, la recuperación de energía (conversión de residuos en energía) sirve como una alternativa viable. Los ejemplos prácticos incluyen el empaque ecológico de Dell (sus bandejas utilizan más del 93% de plásticos reciclables por peso, incluido un 25% de plásticos provenientes del océano y polietileno de alta densidad (HDPE) reciclado de botellas y contenedores de alimentos) y la estrategia AIR de Adidas-Parley, donde las zapatillas deportivas de espuma de mar incorporan fibra de tereftalato de polietileno (PET) de botellas de plástico y nailon de redes de enmalle desechadas.
Más allá de los principios de selección de materiales específicos de la CE, los criterios de diseño de envases tradicionales siguen siendo aplicables:
(i) mejorar la funcionalidad del material para proteger la calidad del producto;
(ii) reducción de costos;
(iii) utilizar materiales limpios, seguros y no peligrosos para los seres humanos y los ecosistemas.
Las siguientes subsecciones describen las consideraciones clave para seleccionar materiales en el diseño de envases circulares.
Propiedades de los materiales de embalaje reutilizados y reciclados
Materiales y propiedades mecánicas de materiales reutilizados y reciclados.
La viabilidad de cerrar los ciclos de materiales depende en gran medida de las propiedades de los materiales reutilizados y reciclados; específicamente, de si estos materiales (o los componentes y productos elaborados a partir de ellos) pueden recuperarse, reprocesarse y redistribuirse de manera efectiva para su reutilización o reciclaje, dadas sus propiedades, características y funcionalidades residuales.
Los académicos han instado a los diseñadores e ingenieros a comprender el material y las propiedades mecánicas de los plásticos para envases, ya que estos pueden degradarse gradualmente después de múltiples usos o ciclos de reprocesamiento. Las investigaciones indican que los plásticos normalmente se deterioran hasta el punto de volverse inutilizables después de siete iteraciones de reciclaje. Por ejemplo, los estudios encontraron que el módulo elástico del polipropileno (PP) disminuye después del reprocesamiento, lo que hace que el material sea menos elástico y más quebradizo; El lavado repetido también afecta negativamente la calidad del embalaje de PP. Además, el procesamiento de tereftalato de polietileno (PET) reciclado aumenta la viscosidad de la masa fundida, lo que reduce la fluidez del material durante el moldeo por soplado y genera productos terminados de calidad inferior. Por el contrario, el polietileno de alta densidad (HDPE) conserva propiedades mecánicas casi sin cambios a lo largo de múltiples ciclos de reprocesamiento, lo que lo hace superior al PP y al PET en este sentido. Otra investigación exploró la proporción de mezcla de PET virgen y reciclado y descubrió que una mezcla 70/30 exhibe propiedades reológicas, mecánicas y térmicas favorables durante la extrusión. Los estudios que analizan la procesabilidad y el rendimiento mecánico de muestras de PET, polietileno (PE) y PP reprocesados observaron que los desechos de PET, incluso con una alta heterogeneidad, son muy adecuados para el reciclaje de circuito cerrado y pueden reciclarse varias veces, mientras que los desechos de PP (ya sean mixtos o de un solo tipo) no lo son, debido a una degradación sustancial durante el reciclaje. Investigaciones adicionales evaluaron el impacto del contenido de alcohol etileno vinílico (EVOH) en envases de alimentos de HDPE multicapa reciclados (por ejemplo, botellas de yogur bebible para consumo fuera del hogar). Como se citó en trabajos anteriores, los plásticos que llegan al océano y otros HDPE reciclados se mezclan en una proporción de 1:3 en algunas aplicaciones de embalaje, lo que garantiza que la composición química y la calidad del producto final no se vean comprometidas significativamente por las impurezas de los plásticos reciclados. Al seleccionar materiales para el diseño de envases circulares, los diseñadores también deben considerar los procesos de reciclaje posteriores: por ejemplo, el reciclaje de PET consume más energía debido a su resistencia a altas temperaturas y su relativa inercia. Un estudio sobre los impactos económicos y ambientales de varios polímeros identificó el PP, el PE, el cloruro de polivinilo (PVC) y el ácido poliláctico (PLA) como opciones preferidas, ya que su producción reduce el agotamiento de los fósiles y su reciclaje requiere menos energía. Además, las poliolefinas tienen una tasa de sorción de contaminantes más alta que el PET, lo que requiere una limpieza intensiva durante el reciclaje y aumenta los costos asociados. Para obtener información detallada sobre las técnicas de reciclaje y la gestión de residuos plásticos, se remite a los lectores a la literatura citada.
En particular, al seleccionar materiales potenciales, la aplicación del producto debe ser una consideración principal, ya que restringe en gran medida la disponibilidad del material. Por ejemplo, los envases de gel para lavar manos recargables requieren materiales rígidos y duraderos (idealmente translúcidos en áreas específicas), mientras que las botellas de bebidas retornables exigen materiales elásticos y livianos (para reducir los costos de transporte) con una excelente reprocesabilidad para múltiples ciclos de reciclaje.
Peligros de los materiales reciclados.
Si bien el Plan de Acción de Economía Circular de la UE fomenta el uso de materiales reciclados como una 'regla de oro' fundamental, es crucial tener en cuenta que ciertos materiales reciclados conllevan peligros inherentes. Los diseñadores deben ser plenamente conscientes de estos riesgos potenciales al utilizar dichos materiales en aplicaciones específicas, en particular envases de alimentos y envases de juguetes para niños.
Los polímeros reciclados plantean riesgos principalmente debido a los ftalatos, una clase de sustancias químicas dañinas para la salud humana que comúnmente se agregan como plastificantes durante la fabricación de plástico. Sin embargo, la eliminación completa de los ftalatos no siempre es factible, ya que son aditivos críticos para dar a los productos las formas deseadas. Se pueden introducir ftalatos adicionales durante el reprocesamiento de plásticos reciclados o etapas posteriores de producción (por ejemplo, etiquetado y pegado), y estas sustancias generalmente no se eliminan durante el reciclaje de desechos plásticos domésticos.
Los investigadores han desarrollado una base de datos que documenta los productos químicos utilizados en los envases de plástico, incluidos los peligrosos para la salud humana y el medio ambiente. Los estudios que midieron el contenido de ftalatos en plásticos vírgenes, reciclados y de desecho revelaron que los plásticos reciclados acumulan más ftalatos durante el proceso de reciclaje. Investigaciones adicionales vincularon el mayor uso de botellas de PET recicladas en envases de alimentos con una mayor exposición infantil a los ftalatos. Además de los ftalatos, se han detectado otros aditivos, como retardantes de llama, en los juguetes para niños, y la evidencia sugiere que estas sustancias ingresan en los ciclos de vida de nuevos productos a través de materiales reciclados. También se han encontrado retardantes de llama de éter de difenilo bromado (BDE) prohibidos en altas concentraciones en varios productos de consumo y envases nuevos y reutilizables (incluidos juguetes para niños y componentes de automóviles). Estos BDE bioacumulativos y otras sustancias persistentes no pueden separarse eficazmente de los flujos de desechos plásticos, por lo que se deben imponer restricciones más estrictas al uso de plásticos reciclados para productos y aplicaciones específicos.
Fase de diseño conceptual
Tras seleccionar los materiales adecuados, la siguiente fase es generar múltiples conceptos de diseño de envases. Cabe enfatizar que este es un proceso iterativo desde la selección de materiales hasta el diseño conceptual dada su naturaleza interconectada. Esta subsección revisa y resume los factores que los diseñadores deben considerar durante la etapa de generación del concepto.
Embalaje reutilizable
Los envases reutilizables se alinean perfectamente con el concepto de economía circular y deberían ser el objetivo principal de los diseñadores siempre que sea posible: su uso evita costos adicionales asociados con el procesamiento de envases reciclados y su posterior refabricación. En general, los envases reutilizables se pueden clasificar en cuatro tipos: envases recargables a granel (reutilizables), envases originales recargables (botellas y contenedores), envases retornables (envases, botellas, vasos y platos) y envases de tránsito (cajas y paquetes blandos).
Los académicos han analizado los factores que influyen en los impactos económicos y ambientales de los envases reutilizables. Se descubrió que las tasas de devolución, las distancias de transporte y la dificultad y el costo de clasificación, limpieza y mantenimiento ejercen efectos negativos sobre los beneficios de los envases reutilizables, y cualquier aumento en estos factores socava su valor. Se debe lograr un cuidadoso equilibrio entre los envases reutilizables y los de un solo uso, teniendo en cuenta la producción de materiales, la eliminación de materiales de un solo uso y las crecientes demandas de transporte de los envases reutilizables. Además, al diseñar envases reutilizables para mercados que tradicionalmente dependen de opciones de un solo uso, los diseñadores deben comprender las barreras para su adopción. Las investigaciones indican que la introducción de envases reutilizables requiere cambios sistémicos no solo para los productores y minoristas sino también para los consumidores, lo que sólo se puede lograr mediante la reorganización de la cadena de suministro y nuevas inversiones en líneas de producción. A continuación se muestra un resumen de las barreras clave para cada parte interesada:
Productores: Mayor complejidad logística; reorganización de la cadena de suministro para adaptarse a nuevos escenarios de embalaje e inventario; mayores costos y demoras en el manejo de envases recargables devueltos (por ejemplo, contenedores), particularmente en las cadenas de suministro globales; importantes inversiones para establecer sistemas de fabricación de envases reutilizables.
Minoristas: Inversiones adicionales en almacén para almacenar envases reutilizables devueltos (por ejemplo, contenedores); costos adicionales para cumplir con los requisitos de higiene para los envases devueltos; Gastos continuos de limpieza y mantenimiento de equipos (por ejemplo, dispensadores para clasificar y almacenar contenedores devueltos).
Consumidores: Las principales preocupaciones se centran en las molestias, que incluyen:
(i) desafíos de usabilidad en todos los grupos de edad (por ejemplo, algunos envases recargables son difíciles para las personas mayores);
(ii) la necesidad de devolver los envases vacíos a los minoristas o estaciones designadas para su recarga;
(iii) posible falta de disponibilidad de recargas o reemplazos, y (iv) mayores costos de empaque.
Los investigadores han identificado y evaluado 14 factores de éxito para los envases de plástico reutilizables, entre los cuales la reducción de los residuos de envases, los menores gastos de transporte/envases/gestión de residuos y la utilización eficiente del espacio del almacén están directamente relacionados con un diseño de envases eficaz. Sin embargo, otros estudios destacan que el compromiso de la alta dirección, la gestión optimizada del inventario y el soporte eficiente son los tres factores más críticos para la viabilidad de los modelos de negocio de envases de plástico reutilizables. También se han identificado atributos clave de los envases recargables eficaces: buena calidad y valor, facilidad de uso y una reducción significativa en el volumen de materiales de envasado producidos y distribuidos.
Uso de múltiples materiales
Una pauta fundamental para el diseño de envases circulares es minimizar la cantidad de materiales utilizados; esto es particularmente crítico para los envases de plástico domésticos. Los desechos plásticos domésticos suelen ser heterogéneos y pueden contener contaminantes, lo que da como resultado plásticos reciclados de menor calidad que impiden el reciclaje en circuito cerrado. Un estudio que examinó los residuos de envases de biberones de fórmula infantil de un solo uso en hospitales de maternidad irlandeses encontró que dichos biberones a menudo están diseñados con una gran diversidad de materiales (p. ej., biberones, tetinas y embalajes exteriores), lo que genera desafíos a la hora de identificar métodos apropiados de tratamiento de residuos. La investigación recomendó reducir la variedad de materiales para facilitar los procesos de reciclaje.
Además, siempre que sea posible, se debe evitar el uso de materiales multipolímeros. Los multipolímeros suelen contener impurezas que comprometen la reciclabilidad del material y contaminan otros residuos plásticos recuperados. Por lo general, estos materiales se rechazan durante el reprocesamiento y se desvían a la incineración, lo que provoca una contaminación ambiental adicional. Si el uso de multipolímeros es inevitable, los académicos sugieren diseñar componentes individuales y separables (por ejemplo, mediante un diseño modular) para permitir la separación y clasificación de piezas de multipolímeros durante el reciclaje.
Opciones al final de su vida útil
Los investigadores estudiaron las implicaciones ambientales de la reutilización y el reciclaje de envases, enfatizando que los diseñadores deben considerar y definir las opciones de final de vida de un producto durante la fase de diseño. El impacto ambiental, la legislación pertinente, la calidad del embalaje y los costos (por ejemplo, gastos de fabricación y remanufactura) requieren una ponderación cuidadosa, ya que estos factores influyen directamente en la formulación de políticas de devolución.
Otros académicos sugirieron que los diseñadores deberían repensar la naturaleza del empaque, enmarcándolo no simplemente como un accesorio protector sino como un producto que los consumidores compran, poseen y eventualmente desechan. En lugar de modelos de propiedad tradicionales, los consumidores deberían comprometerse con el embalaje como un servicio: después de su uso, lo devuelven a los minoristas (y en última instancia a los productores) a cambio de créditos que pueden aplicarse a la compra de nuevos embalajes.
Diseño para logística
Los investigadores han demostrado la mayor complejidad logística y los aumentos de costos asociados, como se describe en estudios anteriores. Para las empresas comerciales, es imperativo lograr un equilibrio entre costos e impacto ambiental. Además, la evaluación del impacto ambiental es multifacética; por ejemplo, los envases reutilizables reducen los desechos pero pueden elevar las emisiones de CO₂ debido a un transporte más frecuente. Un estudio comparó dos sistemas de envasado y distribución de frutas y verduras italianas en toda Europa: contenedores de cartón corrugado desechables de un solo uso y contenedores de plástico reutilizables. Identificó la distancia de transporte y el tamaño del embalaje como los dos factores que influyen más decisivamente.
Esto subraya que los diseñadores deben incorporar consideraciones
relacionadas con la logística al desarrollar envases reutilizables y retornables. Si bien las distancias de transporte suelen ser fijas, el embalaje debe poder reconfigurarse para maximizar la capacidad de carga y acomodar más artículos por envío. Un estudio de caso documentó el rediseño de
las cajas de envío para que sean reconfigurables, lo que les permitirá contener paneles LCD de diferentes tamaños y reducir la necesidad de contenedores adicionales para transportar artículos devueltos. Otro estudio desarrolló un modelo de embalaje conceptual que integra el diseño técnico, los factores ambientales y los sistemas de la cadena de suministro, que puede optimizar el diseño de contenedores de cartón corrugado para minimizar los impactos ambientales en toda la cadena de suministro. Los académicos señalaron además que la reducción de los costos de transporte se puede lograr mediante la modularidad del empaque y prácticas estandarizadas.
Los investigadores también han expresado su preocupación por el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero debido al transporte múltiple de envases reutilizables. Un ejemplo notable es un estudio que compara los impactos ambientales de dos materiales de embalaje de mango en Brasil: el compuesto reutilizable y el cartón tradicional de un solo uso. Las principales preocupaciones incluyeron el mayor consumo de electricidad para producir envases compuestos y un mayor uso de combustible para transportar los contenedores compuestos más pesados. El estudio encontró que después de más de cuatro usos, las emisiones de CO₂ del transporte de envases compuestos se volvieron menos favorables para el medio ambiente en comparación con las cajas de cartón de un solo uso, atribuido al gran tamaño geográfico de Brasil que requiere transporte de larga distancia. Además, en Brasil se incinera cartón de un solo uso para recuperar energía. Así, el cartón de un solo uso resultó ser una mejor opción después de cuatro reutilizaciones de envases compuestos. Por el contrario, los resultados mostraron que el punto de equilibrio (donde los envases compuestos se vuelven más ecológicos) se alcanzó sólo después de 35 reutilizaciones en el contexto europeo. Esto indica que, si bien generalmente se alienta a los diseñadores a maximizar los ciclos de reutilización de los envases, no se pueden pasar por alto las distancias de transporte y las consiguientes emisiones de gases de efecto invernadero.
Además, si los productos y sus envases se dirigen a mercados locales o regionales, las tasas de retorno locales deben integrarse en el proceso de diseño. Un estudio evaluó el sistema de recogida de residuos de envases domésticos en Eslovaquia y encontró que la tasa de reciclaje de ciertos materiales (por ejemplo, envases de bebidas PET) estaba muy por debajo de los objetivos de la UE, observándose variaciones entre dos ciudades. Los investigadores agregaron que las tasas de reciclaje son un factor determinante que afecta los costos logísticos totales, ya que tasas de reciclaje más altas generalmente se correlacionan con costos asociados más bajos. Por lo tanto, al seleccionar materiales, los diseñadores deben tener en cuenta las tasas locales de devolución o reciclaje de esos materiales. La elección informada de materiales es esencial para facilitar el reciclaje local de residuos y así reducir los costos generales.
Fase de desarrollo del diseño.
Funcionalidad del embalaje.
Si bien la función principal del embalaje es proteger el producto encerrado, otros factores que influyen en la calidad del embalaje y la experiencia del usuario también están estrechamente relacionados con la generación de residuos. Los académicos han señalado que la investigación actual se centra en gran medida en extender la vida útil de los productos o utilizar desechos como materia prima, pero no presta suficiente atención a abordar las causas fundamentales de los desechos. Un estudio que investigó el desperdicio de alimentos relacionado con el diseño inadecuado de los envases identificó tres factores principales del desperdicio innecesario: 'dificultad para vaciar completamente los envases', 'envases dañados' y 'los alimentos se echan a perder rápidamente en envases resellables o abiertos'.
Los investigadores aconsejan a los diseñadores que consideren una perspectiva dual en el diseño de envases de alimentos: aunque los envases, en particular los de plástico, aumentan el volumen total de desechos, simultáneamente reducen el desperdicio de alimentos al proteger los productos y extender la vida útil. Los indicadores clave para el diseño de envases de alimentos incluyen la extensión de la vida útil, la reducción del daño a los alimentos y la minimización del envasado secundario. Otros estudios han señalado que el impacto medioambiental de los envases de alimentos es relativamente menor en comparación con el de los alimentos que contienen.
En un estudio independiente, los investigadores rediseñaron el envase recargable de un producto de lavado corporal y descubrieron que el factor crítico de éxito era garantizar que los consumidores pudieran entender fácilmente cómo rellenar el envase principal y utilizar el producto. Más allá de la durabilidad esperada de los envases recargables, la funcionalidad es igualmente importante y no debe verse comprometida.
Tamaño, forma y color.
Desde una perspectiva de reciclaje, una mejor práctica general es evitar el uso de plásticos negros o de colores oscuros para los envases. La razón principal es que la mayoría de las instalaciones de clasificación utilizan escáneres de espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR), que enfrentan desafíos técnicos a la hora de detectar plásticos negros u oscuros. Sin embargo, entre el 10% y el 11% de los plásticos PET, PP y PE que se utilizan actualmente en los envases son negros.
En cuanto al tamaño y la forma del embalaje, los diseñadores deben equilibrar el volumen y el coste de recarga. Los envases recargables a menudo se diseñan para ser grandes y contener más contenido, maximizando los beneficios económicos, pero los envases más grandes aumentan el costo de los envases que ya son más caros que las alternativas de un solo uso. Los investigadores sugieren que los envases de alimentos deben adaptarse bien al contenido de los alimentos: se descubrió que el uso de envases con las dimensiones adecuadas reduce tanto las pérdidas/desperdicios de alimentos como los residuos de envases. Los académicos también han señalado que los envases de gran tamaño contribuyen en gran medida al desperdicio de alimentos y deben evitarse. Además, para reducir aún más los costos de embalaje, los estudios destacan la necesidad de reducir la variedad de formas y tamaños de embalaje.
Diseño modular y etiquetado.
El diseño modular es una teoría del diseño que subdivide un producto o sistema en partes constituyentes más pequeñas. Estas piezas se pueden diseñar, modificar, producir, reemplazar o intercambiar de forma independiente dentro de un solo producto o entre diferentes productos y sistemas. Para envases compuestos de diversos materiales o multipolímeros, se debe adoptar un diseño modular siempre que sea posible. Esto facilita la separación y clasificación de diferentes materiales, algo especialmente crítico para los multipolímeros, que no se pueden mezclar con otros polímeros para su reciclaje, ya que dicha mezcla causaría una degradación sustancial de los materiales reciclados.
En un estudio de caso sobre el ciclo de vida del empaque de latas de bebidas de Carlsberg, los investigadores descubrieron que diseñar el cuerpo de la lata y la tapa para una fácil separación mejoraba la reciclabilidad, particularmente en múltiples sistemas de reciclaje de circuito cerrado. También se identificó como esencial un etiquetado claro de las composiciones de los materiales y las directrices de reciclaje para lograr un reciclaje de alta calidad. Otro estudio propuso una estructura de polietileno (PE) de tres capas para envases de alimentos: capas exteriores de PE virgen (para la seguridad del contacto con los alimentos) y una capa intermedia hecha de películas de PE flexibles recicladas. Este diseño reduce la dependencia de materiales vírgenes al incorporar PE reciclado en la capa que no entra en contacto con los alimentos, un concepto que puede extenderse a los envases modulares, donde se utilizan materiales reciclados para componentes específicos. Los hospitales generan volúmenes importantes de envases de plástico y residuos de productos; Un estudio sobre los residuos de envases de botellas de fórmula infantil de un solo uso encontró que un etiquetado claro de reciclabilidad para cada componente reducía la complejidad en los procesos de gestión y reciclaje de residuos.
Incorporar el concepto de economía circular en el diseño
Los beneficios ambientales del embalaje circular dependen no sólo de las características del diseño del embalaje (por ejemplo, materiales utilizados y apariencia visual) sino también de la voluntad de los consumidores de comprar dichos productos. Los estudios han demostrado que la apariencia visual y la publicidad influyen en las percepciones de los consumidores sobre la sostenibilidad de los envases. Los investigadores que investigaron las respuestas de los consumidores al diseño de envases, desde la perspectiva dual de los materiales y los gráficos, descubrieron que los consumidores están dispuestos a pagar más por envases sostenibles. Otro estudio sobre la motivación de los consumidores para evitar el desperdicio de envases de plástico reveló una disposición a pagar más por materiales de embalaje reciclados y reciclables, en particular plásticos. Sin embargo, el término 'sostenibilidad' es ambiguo para los consumidores, quienes a menudo se basan en creencias comunes inexactas y a veces engañosas para juzgar la sostenibilidad de un paquete. Los académicos recomiendan encarecidamente que los conceptos de economía circular, como los envases recargables para geles de baño, se comuniquen claramente a los consumidores, con una clara diferenciación entre los envases originales y los de recarga.
Esto subraya la necesidad crítica de incorporar principios de economía circular en el diseño de envases, destacando las contribuciones positivas del producto y/o del envase a la circularidad. Un estudio de revisión también señaló que la disposición de los consumidores a reciclar envases de plástico está impulsada por preocupaciones ambientales, y los mensajes relacionados con el medio ambiente pueden mejorar su motivación para reciclar. Por lo tanto, los diseñadores deben considerar cómo integrar y transmitir de manera óptima dichos mensajes a través del diseño de empaques para impulsar la participación del consumidor en el reciclaje. Sin embargo, los investigadores han advertido contra el uso excesivo de conceptos de economía circular: incorporar múltiples principios de este tipo en un solo diseño de empaque no aumenta la disposición de los consumidores a comprar o reciclar, ya que solo produce una satisfacción moral adicional mínima de estas acciones.
Errores de diseño
Más allá de las diversas consideraciones de diseño que mejoran los envases circulares, existen errores comunes en los diseños de envases tradicionales que los diseñadores deben evitar. Por ejemplo, la laca se utiliza ampliamente en la industria del envasado de bebidas (por ejemplo, latas de aluminio). Sin embargo, los académicos advierten que incluso el uso de niveles bajos de laca y otras sustancias (por ejemplo, en concentraciones de partes por millón) puede afectar negativamente la reciclabilidad. La composición química de la laca puede introducir contaminantes durante el reciclaje, dificultando así la reutilización del material. El principio de 'diseño para una contaminación cero' debería integrarse en el diseño del envase para permitir el reciclaje de lata a lata. Además, como se señaló anteriormente, combinar estrategias biológicas y técnicas o aplicar en exceso múltiples enfoques de diseño de economía circular no mejora significativamente la funcionalidad del empaque ni aumenta la disposición de compra de los consumidores.
Además, los investigadores han propuesto consideraciones clave para diseñar envases recargables para productos de cuidado personal (por ejemplo, gel de baño). Surgió una idea crítica: a pesar de la viabilidad técnica de rellenar y reutilizar dichos envases más de 10 veces, los consumidores se muestran reacios a pagar una prima por este potencial de reutilización ampliado. En cambio, los consumidores prefieren el acceso a una amplia gama de fragancias, lo que hace menos deseables las recargas repetidas de la misma fragancia.
Herramientas e indicadores para la validación del diseño.
Después de finalizar el diseño detallado, el embalaje propuesto se somete a una rigurosa evaluación y validación. Una variedad de herramientas, como las herramientas de análisis del ciclo de vida (LCA), pueden facilitar este proceso, y cabe señalar que estas herramientas son aplicables en todas las fases de diseño. Esta subsección describe las herramientas e indicadores identificados en la literatura que demuestran potencial para respaldar el diseño de envases circulares.
Los investigadores han desarrollado una herramienta basada en ACV para evaluar los impactos ambientales, la generación de residuos y el consumo de recursos. Otro estudio estableció un conjunto de indicadores para evaluar los efectos ambientales del diseño de envases, incluida la toxicidad de los materiales, el impacto en la biodiversidad y el uso de energía, y presentó una tabla de 'ecoindicadores' para evaluar los conceptos de envases en tres dimensiones: producción, transporte y vertederos y reciclaje. También se propuso un modelo de minería de datos, que reduce la variedad de tamaños de envases agrupando formas y tamaños similares, reemplazándolos con un único modelo de envase universalmente adecuado. Los académicos han propuesto cinco criterios para evaluar el diseño de envases circulares:
(i) reducir (minimización del embalaje);
(ii) reutilización;
(iii) recuperación (recuperación de energía procedente de la combustión de residuos de envases sin contaminación secundaria);
(iv) reciclar;
(v) degradabilidad.
También se sugirieron medidas correspondientes para el diseño de envases circulares, instando a los diseñadores a mejorar la conciencia de los consumidores sobre la economía circular y utilizar racionalmente los recursos logísticos de envases. Además, se desarrolló una herramienta de ACV para ayudar a los diseñadores a evaluar los impactos ambientales en la producción de materiales, la limpieza de paquetes devueltos, el transporte y los procesos de gestión de residuos, mientras que se creó otra herramienta de ACV integrada para analizar las compensaciones entre la funcionalidad del embalaje y el desempeño ambiental.
Otros investigadores propusieron un marco que combina LCA y el programa de certificación Cradle-to-Cradle (C2C). Los estudios han examinado el protocolo de diseño C2C, el marco de evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida y el indicador de circularidad de materiales (MCI). El protocolo de diseño C2C se basa en tres principios básicos: 'residuos es igual a alimentos', 'utilizar los ingresos solares actuales' y 'celebrar la diversidad', con criterios de certificación clave relacionados con los envases que incluyen la salud y la reutilización de los materiales, la gestión del carbono y el uso de energía renovable. El MCI evalúa el potencial de restauración del material desde la producción del producto hasta el reciclaje, con factores primarios relacionados con el diseño del embalaje que incluyen el contenido del material reciclado, la tasa de reciclaje y la eficiencia del reciclaje. Una revisión de tres tipos de modelos y herramientas de desarrollo de empaques (protocolos, diagramas y evaluaciones) encontró que los modelos de tipo evaluación (por ejemplo, ACV) son más útiles en etapas posteriores de desarrollo. Por el contrario, se consideró que los modelos de tipo protocolo carecían de descripciones tangibles, lo que limitaba su eficacia para respaldar el diseño de envases circulares.
Conclusiones
El modelo tradicional de producción y consumo de envases es lineal: los envases se diseñan, se fabrican, se consumen, se descartan y, en última instancia, se incineran o se depositan en vertederos. Por el contrario, la economía circular apunta a lograr cero desperdicio manteniendo los recursos en circuitos cerrados durante el mayor tiempo posible, en lugar de permitir que se conviertan en desechos que dañen los ecosistemas de la Tierra. La integración de los principios de la economía circular exige innovaciones en el diseño de los envases: aproximadamente el 80% de los impactos ambientales se determinan durante esta etapa, que define en gran medida los materiales de los envases, los procesos de producción, los patrones de consumo, el potencial de reutilización y la reciclabilidad. Esto hace que el diseño sea fundamental para lograr una economía circular. Hasta donde sabemos, este estudio es la primera revisión académica que explora la investigación actual sobre el diseño de envases y la economía circular desde una perspectiva centrada en el diseño.
Si bien esta revisión de la literatura se centra principalmente en la investigación académica, cabe señalar que la industria está adoptando activamente prácticas de embalaje circular. Las investigaciones futuras deberían revisar y sintetizar los avances industriales en el embalaje circular, que pueden proporcionar una guía práctica para una comunidad más amplia de profesionales del embalaje. Además, se espera que los resultados de este estudio beneficien a los diseñadores, gerentes de I+D y profesionales de la industria del embalaje en el desarrollo de soluciones orientadas a la economía circular, y las consideraciones de diseño identificadas sirvan como referencia práctica. Los educadores también pueden aprovechar estos hallazgos para capacitar a la próxima generación de talentos centrados en la economía circular.
