Un equipo de investigadores de Suiza desarrolló un nuevo material compuesto que combina cuatro características que hasta ahora resultaban difíciles de reunir en una misma estructura: bajo peso, resistencia mecánica, protección contra incendios y reciclabilidad. La innovación podría tener especial importancia para la industria aeronáutica y ferroviaria, donde los materiales compuestos son fundamentales para reducir peso, pero suelen presentar grandes dificultades cuando llegan al final de su vida útil.

La investigación fue realizada por científicos de Empa, los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, junto con la empresa Elantas, división del grupo químico alemán ALTANA, y contó con el apoyo de Innosuisse, la agencia suiza de promoción de la innovación. El desarrollo se concentra en materiales utilizados, entre otras aplicaciones, en componentes interiores de aviones y trenes de pasajeros, como los pisos de las cabinas.

El desafío que intentaban resolver es considerable. Los aviones y trenes modernos necesitan estructuras que sean ligeras para reducir el consumo energético, suficientemente resistentes para soportar las exigencias mecánicas y, al mismo tiempo, capaces de cumplir estrictas normas de seguridad frente al fuego. Los materiales compuestos reforzados con fibras cumplen buena parte de esas condiciones, pero los sistemas convencionales basados en resinas epoxi son extremadamente difíciles de reciclar.

El problema estaba en la resina epoxi

El material desarrollado tiene una estructura conocida como “sándwich”. En el centro incorpora un núcleo de panal fabricado con aramida, un polímero resistente al calor. A ambos lados se encuentran capas de fibras tejidas de vidrio o carbono, mientras que la resina epoxi funciona como elemento aglutinante que mantiene todo el conjunto unido.

La dificultad aparece cuando estos componentes alcanzan el final de su vida útil. Una resina epoxi convencional, después de endurecerse, no puede simplemente fundirse y volver a moldearse como sucede con determinados termoplásticos. Como consecuencia, muchos productos fabricados con este tipo de composites terminan siendo incinerados o enviados a vertederos.

Los científicos de Empa modificaron la química de la resina incorporando una molécula que contiene fósforo. El aditivo cumple una doble función: proporciona propiedades retardantes frente al fuego y, bajo determinadas condiciones, permite que la resina endurecida pueda volver a ablandarse y procesarse.

El material puede separarse nuevamente

Una de las características más importantes del desarrollo es que el reciclaje no se limita a reutilizar parcialmente la estructura. Los investigadores demostraron que, utilizando un disolvente adecuado y calor, el material compuesto puede desmontarse para recuperar sus diferentes componentes.

De esta manera, es posible separar el núcleo de panal de aramida y las capas de fibras utilizadas en la estructura. Esto tiene además una ventaja económica: tanto las fibras de carbono como las estructuras de aramida pueden ser materiales costosos y cuya fabricación requiere recursos y energía. Recuperarlos significa conservar parte de ese valor para futuros usos.

Los investigadores señalan incluso que, en principio, también sería posible recuperar la propia resina epoxi de la solución resultante. Sin embargo, esta posibilidad todavía requiere trabajos adicionales antes de convertirse en un proceso industrial establecido.

Seguridad sin renunciar al reciclaje

Uno de los mayores obstáculos de la investigación fue precisamente encontrar el equilibrio entre propiedades que normalmente entran en conflicto.

Agregar sustancias para hacer un material más resistente al fuego puede modificar su comportamiento mecánico. Por eso, conseguir simultáneamente resistencia, bajo peso, protección contra incendios y reciclabilidad constituye uno de los principales avances del proyecto.

Según Empa, las pruebas realizadas muestran que el nuevo composite cumple los requisitos de seguridad contra incendios y conserva unas propiedades mecánicas cercanas a las de los sistemas convencionales de resina epoxi.

Esto es especialmente importante para la aviación. Un material utilizado dentro de un avión no puede ser considerado sostenible simplemente porque sea reciclable: también debe cumplir requisitos extremadamente exigentes relacionados con fuego, resistencia y seguridad de los pasajeros.

¿Cuándo podrían utilizarse en aviones y trenes?

El descubrimiento todavía no significa que los aviones comerciales o trenes actuales vayan a comenzar inmediatamente a utilizar este material. Los investigadores y sus socios industriales deben avanzar ahora hacia una producción a mayor escala y demostrar que tanto la fabricación como el proceso de reciclaje pueden funcionar de manera eficiente fuera del laboratorio.

La siguiente etapa será precisamente ampliar la producción y perfeccionar el sistema de recuperación de los materiales. Si esos procesos pueden desarrollarse industrialmente, el concepto podría contribuir a modificar el ciclo de vida de numerosos componentes utilizados en el transporte.

La investigación tampoco se limita al sector aeronáutico y ferroviario. Empa está estudiando otras posibles aplicaciones en los sectores energético y de la construcción, donde también existe una creciente demanda de materiales ligeros, resistentes y compatibles con una economía circular.

Un cambio de paradigma para la industria

La importancia de esta innovación está en que plantea una solución desde el momento mismo de fabricar el material. En lugar de diseñar un componente y preguntarse años después qué hacer con él cuando deja de utilizarse, la nueva tecnología busca incorporar la posibilidad de recuperación y reutilización desde el principio.

Esto puede ser particularmente relevante para la industria del transporte, que necesita reducir su impacto ambiental sin sacrificar seguridad ni rendimiento.

Un avión puede permanecer décadas en servicio y recorrer millones de kilómetros. Un tren de pasajeros también está diseñado para tener una larga vida útil. Pero cuando determinados componentes fabricados con composites llegan al final de su ciclo, su recuperación puede ser complicada. Una tecnología que permita separar y reutilizar sus materiales podría reducir esa pérdida de recursos.

El desarrollo suizo no convierte todavía a los aviones y trenes en productos completamente reciclables, pero elimina uno de los principales obstáculos tecnológicos para avanzar en esa dirección. La combinación de una resina epoxi retardante al fuego con un proceso que permite recuperar los diferentes componentes representa un paso importante hacia materiales de transporte concebidos para formar parte de una economía circular.

En una época en la que la industria aeronáutica y ferroviaria busca simultáneamente menos peso, mayor eficiencia energética y menor impacto ambiental, el desafío ya no consiste solamente en construir vehículos que consuman menos. También comienza a ser necesario preguntarse qué ocurre con ellos cuando dejan de funcionar.

La respuesta podría estar en materiales capaces de regresar al ciclo productivo en lugar de terminar en un vertedero o convertirse en residuos después de décadas de servicio.

Foto: Empa / ALTANA