I + D    Industria

Materiales avanzados, el motor del transporte del futuro

Los centros de investigación, los institutos tecnológicos y las áreas de I+D empresariales trabajan en nuevos materiales que ayuden a las industrias naval, ferroviaria, automotriz y aeronáutica a repensar la movilidad

16 ABR. 2020
12 minutos
Celda Automated Tape Laying para fabricación aditiva de composites termoestables, termoplásticos y fibra seca.
Celda Automated Tape Laying para fabricación aditiva de composites termoestables, termoplásticos y fibra seca. / Aimen

Reducir el consumo de combustible y al mismo tiempo disminuir su efecto contaminante son dos de los objetivos a los que aspira el sector del transporte, ya sea por tierra, por mar o por aire. Pero, ¿cómo conseguir que este deseo de sostenibilidad se convierta en una realidad en la industria de la automoción, la ferroviaria, la naval o la aeronáutica? En el desarrollo y en la investigación de materiales avanzados está la respuesta.

Materiales convencionales como el acero o el aluminio siguen siendo los protagonistas en muchas líneas de montaje de las industrias del sector transporte, por lo que los centros de investigación y los institutos tecnológicos trabajan en buscar alternativas y desarrollar materiales que sean más ligeros, con lo que se reduciría el peso de los vehículos y se podría ahorrar combustible, pero también se persigue que tengan propiedades que los hagan más seguros y más sostenibles.

Uno de estos materiales con los que se está trabajando es el composite polimérico. “Tiene menos densidad que los materiales tradicionales, por ejemplo, el acero cuenta con una densidad siete, mientras que el polímero composite es aproximadamente de 1,5”, explica a INNOVADORES Elena Rodríguez, responsable de Materiales Avanzados de Aimen. Así, una de las líneas de trabajo de centro tecnológico es sustituir estructuras de acero convencional o aluminio por este tipo de material compuesto en los sectores de la automoción, el naval, el aéreo y el ferrocarril.

Una de las industrias con más avances en su implementación en los procesos de fabricación es la aeronáutica. De hecho, Rodríguez apunta que ya hay aviones que están volando con un 50% de piezas elaboradas con estos composites poliméricos. “Ahora se está trabajando en aumentar sus propiedades y en mejorar la cantidad de fabricación”.

En estos momentos “muchos aviones están fabricados con materiales termoestables, por lo que la idea es cambiarlos por termoplásticos que después se puedan reciclar mucho mejor que los primeros y pueden retornarse a la línea productiva tras fundirlos y volverlos a conformar”, destaca Rodríguez entre otras de las líneas de desarrollo que están realizando en el sector aéreo.

En este sentido, Xavier Obradors, investigador del CSIC y director del Institut de Ciència de Materials de Barcelona, señala que cada vez hay más presiones sociales para evitar coger en la medida de lo posible un vuelo por la contaminación que provoca esta transporte con sus emisiones de CO2, pero, en su opinión, “esto no va a tener éxito” porque las personas seguirán volando”. Sin embargo, sí que lo tendría, subraya a INNOVADORES, implementar un proceso de hibridación con motores eléctricos en los aviones, gracias a nuevos sistemas de combustibles, como el hidrógeno.

En el sector energético, explica Obradors, se están desarrollando nuevas metodologías para crear sistemas, celdas de combustibles, para los depósitos de hidrógeno como combustible en vehículos, sin derivados del petróleo. Son las llamadas pilas de hidrógeno, “desarrolladas con materiales cerámicos que tienen que funcionar a unas temperaturas relativamente alzadas y que para producirlas se sirven la fabricación aditiva”.

Este sistema de transporte se está desarrollando bajo el paraguas del auge del coche eléctrico. Este tipo de transporte no es viable, por el momento, para distancias largas, por lo que se está aplican para crear sistemas híbridos para que los motores eléctricos salven estos largos recorridos. Estas pilas de combustibles se pueden aplicar en todo tipo de transportes, por lo que Obradors vaticina que vehículos, como “camiones, aviones o barcos, algún día funcionarán con hidrógeno porque es el único combustible que puede permitir hacer 1.000 kilómetros sin problemas”.

Por ello, el investigador del CSIC insta a que si el transporte de corta distancia, como los coches que se mueven en las ciudades, está haciendo el traspaso al mundo eléctrico, los barcos de mercancías, los aviones y los trenes también deben apostar por esa transformación sostenible, y las pilas de hidrógeno para reducir sus emisiones, gracias a esos materiales avanzados cerámicos.

Automoción

En este punto es inevitable no preguntar por la transformación de la automoción más allá de la investigación de nuevas baterías eléctricas. Adriana Orejas, directora de proyectos de tecnología downstream en el Repsol Technology Lab, destaca que, a la hora de diseñar nuevos materiales, sus investigadores, que trabajan de forma conjunta con los grandes fabricantes y con los proveedores de su cadena de valor, persiguen “desarrollar materiales más ligeros con los que conseguir vehículos menos pesados, no solo para ahorrar en combustible y, por tanto, ser más sostenibles, sino para que con estos materiales se mejoren las prestaciones del producto final”.

Orejas resalta a INNOVADORES la participación de la multinacional española, a través de su fondo Corporate Venturing en la startup Recreus, especializada en impresión 3D, o en TactoTek, una compañía finlandesa que desarrolla, industrializa y licencia una novedosa tecnología para superficies inteligentes que pueden emplearse en el interior de automóviles.

La responsable de Aimen incide en el papel que podrían desempeñar todos estos nuevos materiales en el sector de la automoción. Sin embargo, apunta un obstáculo que hay que salvar: la sustitución de los materiales compuestos con menos densidad que los convencionales afectaría mucho a las actuales líneas de montaje de las factorías tal y como las conocemos ahora. Por ejemplo, los tiempos de conformado serían más lentos, apostilla.

No obstante, Rodríguez subraya que se está investigando para mitigar este obstáculo con los llamados composites de nueva generación de curado rápido, pero estos también “serían más lentos que los materiales convencionales utilizados por este sector, con los que se usa métodos como la estampación de metal o la soldadura, que es más rápida que el adhesivo que requiere un composite”. “Es la principal pega para cambiar la producción industrial en el sector de la automoción, porque afectaría incluso a logística o almacenaje”.

Avances en naval y ferroviario

La industria del ferrocarril también realiza pruebas para dar el salto del laboratorio a la industria, y no solo con las pilas de hidrógeno (ya hay trenes con este combustible rodando por Alemania). Por ejemplo, la responsable de Materiales Avanzados de Aimen destaca el proyecto internacional Shift2Rail para desarrollar la estructura completa de los vagones más ligera al sustituir las estructuras de acero por los materiales compuestos poliméricos. Y en la industrial naval, el proyecto Ramses también trabaja en esta línea en los astilleros. Ya se encuentran en fase de valifación

Proyectos de similares características también se están desarrollando en el sector naval: Ramses, en el que también trabaja Aimen junto a más de 37 socios europeos y con los astilleros más grandes del continente para sustituir acero por estos composites en aquellas partes en las que es posible. En estos momentos, explica Rodríguez, estos proyectos se encuentran en la fase de validación, es decir, que los demostradores ya son aptos y ahora se está a la espera de comprobar los procesos de fabricación y ensamblaje de estas piezas con nuevos materiales.

Las grandes empresas de estos sectores tienen que empujar a su ecosistema de proveedores para implicarles e impulsar la transformación de la mano de estos materiales. “Si los grandes marcan las líneas de trabajo, los demás irán detrás”.