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Los materiales de origen biológico podrían hacer más ecológicos los compuestos

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La madera, un material compuesto natural, contribuyó decisivamente a los inicios de la aviación y sigue utilizándose en la aviación ligera. Sin embargo, fue suplantada por el metal en la producción de aviones comerciales por varias razones, como la rigidez del aluminio en relación con su peso. Pero ahora que la industria se ha volcado en ser sostenible, la madera puede volver a ayudar a la aviación.

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Los materiales compuestos, especialmente los plásticos reforzados con fibra de carbono, se están generalizando poco a poco en la construcción de fuselajes, gracias a su ligereza. Esa cualidad se traduce en un menor consumo de combustible y un camino hacia la sostenibilidad. El ahorro de combustible es el resultado preponderante del uso de materiales compuestos a lo largo del ciclo de vida de un avión, lo que permite recuperar en gran medida con el tiempo el elevado consumo de energía de la producción de materiales compuestos.

. Se está investigando un proceso de producción más sostenible

. La fibra de carbono podría crearse a partir de madera en lugar de petróleo

A medida que el sector aeroespacial intenta reducir su huella medioambiental, sería conveniente introducir cambios en el proceso de fabricación de compuestos de origen fósil. Aquí es donde la madera puede desempeñar un papel importante: La fibra de carbono podría crearse a partir de celulosa o lignina -los dos principales ingredientes de la madera- gracias a una técnica más eficaz.

Cuando se utilizan materiales compuestos, no se puede ignorar el origen fósil de las materias primas. Cuando el mundo deje de depender del petróleo, éste quedará bajo tierra y se necesitará otra sustancia para los materiales compuestos.

Y éstas son sólo dos de las muchas cuestiones medioambientales que los investigadores se plantean en relación con la producción de materiales compuestos. También está en juego la toxicidad de algunos ingredientes, como el bisfenol A que contienen las resinas epoxi.

Se está intentando sustituir la fibra de carbono de origen fósil. Lufthansa Technik presenta AeroFLAX como el primer tejido preimpregnado renovable, ecoeficiente y de calidad aeroespacial. Las fibras proceden del lino, y la resina utiliza como materia prima residuos agrícolas, como los de las cosechas de maíz. AeroFLAX se encuentra en fase de investigación y tecnología. Es adecuado para los componentes del interior de la cabina, pero no para las piezas del fuselaje que soportan grandes cargas.

Dirigido por el centro de investigación y tecnología IRT Jules Verne de Nantes (Francia), el programa Suspens estudia el efecto medioambiental de la fabricación de estructuras ligeras de materiales compuestos. Empezó en enero y está previsto que dure 3,5 años. El programa se beneficiará de una financiación de 4,9 millones de euros (5,3 millones de dólares) en el marco de un plan de ayudas de la Comisión Europea.

Junto con las industrias de embarcaciones de recreo y automoción, se espera que la aeroespacial se beneficie de los trabajos, gracias a la fuerte orientación histórica del IRT Jules Verne hacia la aviación. El consejo de administración del IRT Jules Verne está presidido por el director de la fábrica de Airbus en Nantes.

El problema estriba en un proceso de carbonización que consume mucha energía. El precursor habitual de la fibra de carbono, de origen fósil, se llama poliacrilonitrilo (PAN). Hay que carbonizarlo a temperaturas de 1.500-2.000C (2.730-3.630F) para que se transforme en fibra de carbono, explica Mehdi Marin, responsable del programa Suspens en el IRT Jules Verne.

Una de las ideas del programa Suspens es utilizar lignina -la matriz de la madera, a diferencia del refuerzo de fibra de celulosa- como precursor, sustituyendo así al PAN. A partir de una solución de lignina, se crearía un hilo que luego se carbonizaría a temperaturas varios centenares de grados centígrados inferiores a las del PAN, explica Marin.

La prioridad en Suspens es garantizar que la fibra de carbono resultante funcione tan bien como la fibra convencional fabricada a partir de PAN, subraya.

Paradójicamente, la celulosa -fibra de madera- no es tan buen precursor de la fibra de carbono como la lignina. Como parte de Suspens, la celulosa se utilizará directamente como refuerzo (en lugar de precursor), dice Marin. Podría aplicarse a los paneles interiores de las cabinas.

Mientras tanto, el 95% de las resinas de origen biológico podrían sintetizarse a partir de lino, colza, aceite de ricino o algas, afirma Marin. Suspens se centra más en los compuestos termoestables que en los termoplásticos. Para el sector aeroespacial, los ingenieros están estudiando la creación de resinas epoxi.

Aunque el programa Suspens no está realizando un estudio completo de la cadena de suministro de materia de origen biológico, ese aspecto se está teniendo en cuenta para los ingredientes de las resinas, dice Marin.

En la fase de fabricación de las piezas, los ingenieros de Suspens están estudiando cambios en la composición química y el comportamiento de la resina para acortar el tiempo de curado. En la actualidad, el curado requiere varias horas a temperaturas de entre 100 y 180 ºC, explica Marin.

Como parte del programa, se diseñará y construirá una aleta a pequeña escala de 60 cm de longitud. La idea es validar los avances de Suspens en un componente de construcción hueca con una forma compleja y una gran necesidad de rigidez. También podría utilizarse como elemento de demostración para el sector de las embarcaciones de recreo.

Un criterio que debe cumplir un material compuesto de uso aeroespacial será objeto de especial observación: una temperatura de transición vítrea lo suficientemente alta como para evitar el deterioro de las prestaciones mecánicas. Los requisitos de certificación exigen que el fuselaje soporte 80C (como en un aeropuerto extremadamente caluroso), y debe garantizarse un margen típico de 30C hasta la transición vítrea, dice Marin.