Los bioplásticos compuestos de alta resistencia diseñados para desmontarse
Los compuestos termoestables se utilizan ampliamente en aplicaciones que deben resistir presiones mecánicas y térmicas importantes, como los componentes estructurales de las aeronaves y las turbinas eólicas. Estos materiales son robustos gracias a su estructura única, que combina una matriz de polímero termoendurecible y fibras de refuerzo, normalmente de vidrio o carbono. Una vez «curada» de forma irreversible, esta estructura tridimensional reticulada confiere resistencia y rigidez a los productos, lo que les permite mantener la forma y evitar que se fundan. Sin embargo, su producción depende de materias primas fósiles, que pueden ser tóxicas. También son difíciles de reciclar, y se prevé que los residuos anuales de los compuestos de carbono y fibra de vidrio procedentes únicamente de las industrias aeronáutica y de turbinas eólicas sean de 840 300 toneladas en 2050. «Las técnicas de reciclado disponibles suelen consumir mucha energía, por lo que son costosas e insostenibles; o bien degradan considerablemente la calidad, lo que limita las aplicaciones. Además, estas técnicas suelen centrarse en la recuperación de las fibras valiosas, mientras que desechan la matriz polimérica, lo que reduce su reutilización», explica la coordinadora del proyecto ESTELLA, Laura Matesanz, de la Fundación Cidaut (España). Para ofrecer una alternativa más sostenible, en ESTELLA se adoptaron redes covalentes adaptables (CAN, por sus siglas en inglés) reciclables de origen biológico para rediseñar la estructura reticulada de los materiales termoendurecibles tradicionales.
El método CAN-do
Formado por trece instituciones de investigación y empresas de ocho países europeos, el primer reto de ESTELLA consistió en incorporar las CAN a resinas epoxídicas para formar las matrices tridimensionales termoendurecibles. Las CAN son ideales, ya que estas estructuras poliméricas están formadas por enlaces químicos que pueden romperse y reformarse bajo estímulos específicos, como el calor, la luz ultravioleta o los cambios de acidez, lo que significa que pueden manipularse más fácilmente tanto para la producción como para el reciclado. En primer lugar se utilizó la reacción de Diels-Alder para «desbloquear» los enlaces químicos de las CAN e integrarlos en las resinas epoxídicas. La siguiente tarea era encontrar las fibras de origen biológico más compatibles para las matrices. Tras explorar una serie de opciones, se eligieron las fibras de cáñamo y nanocelulosa. Para garantizar la configuración correcta de los materiales, los compuestos resultantes se han fabricado en una serie de placas y se han sometido a diversas pruebas para garantizar propiedades relevantes como la resistencia a la tracción y la flexibilidad. Para explorar cómo resistirían los materiales en casos de uso real, el equipo trabaja ahora en la producción de prototipos, en un principio para aplicaciones de movilidad y construcción. Actualmente está fabricando un reposapiés para escúteres con un compuesto de fibras de cáñamo y un perfil de ventana con un compuesto a base de fibras de nanocelulosa. Para identificar las opciones óptimas de reciclado, el equipo también está adaptando diversas técnicas preexistentes. Además, centrado principalmente en métodos químicos para modificar la estructura molecular de los compuestos, está explorando el reciclado mecánico. «Mantener las propiedades mecánicas y térmicas originales de los materiales reciclados los hace más reutilizables, por lo que estamos afinando nuestras técnicas de reciclado para conservar las fibras y la matriz polimérica», añade Matesanz.
Garantizar la sostenibilidad y la competitividad
Los compuestos termoendurecibles de origen biológico reciclables contribuirán a reducir la dependencia europea de los recursos fósiles vírgenes y a minimizar los residuos, lo que respalda las destacadas iniciativas de la Unión Europea (UE) como el Pacto Verde Europeo y el plan de acción para la economía circular. Para ayudar a cuantificar la contribución medioambiental de ESTELLA, el equipo realizará un análisis del ciclo de vida del impacto de su solución en el cambio climático, el agotamiento de los fósiles y la acidificación terrestre, en comparación con los procesos convencionales. También llevará a cabo estudios de viabilidad económica, incluida la escalabilidad de los procesos de fabricación y reciclado necesarios. «Poner materiales más sostenibles a disposición de sectores europeos como el transporte y la construcción dará lugar a prácticas industriales más responsables. Esto no solo creará productos beneficiosos para las personas y el planeta, sino que ayudará a situar a las empresas europeas en la primera línea mundial de la transición ecológica», afirma Matesanz.
Palabras clave
ESTELLA, polímero, fibras, turbina, aeronáutica, termoestable, reciclar, compuestos, residuos, resina epoxídica, cáñamo, nanocelulosa, de origen biológico, escúter, ventana
