Después de haber estropeado las piezas de los aviones...
2006/03/01 Kortabitarte Egiguren, Irati - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
En la actualidad, la única forma de tratar los materiales compuestos es mediante su depósito en vertederos autorizados y autorizados. Ante estas necesidades, Inasmet-Tecnalia ha desarrollado un proyecto de investigación para preparar una innovadora técnica de reciclaje. Esta técnica ha consistido, por un lado, en la recuperación de la fibra de carbono a partir de los componentes considerados como residuos y, por otro, en el análisis de las posibilidades de reutilización como elemento de refuerzo.
En general, los materiales compuestos utilizados en aeronáutica están compuestos por fibras de carbono y resinas epoxi. La fibra de carbono es un material caro, pero también duro y ligero, por lo que es muy utilizado en la industria aeronáutica. Además de reducir el peso estructural del avión, los materiales composites requieren menos ensamblajes en la estructura (se evitan los remaches) y son más fáciles de mantener.
La materia prima y la mano de obra son caras en la fabricación de piezas grandes, requieren un desarrollo largo y un diseño complejo. Ambas partes hacen que actualmente la estructura de los aviones comerciales
Se utilizan en un 20%. Sin embargo, parece que en el futuro este porcentaje aumentará.
Tres técnicas
En Inasmet-Tecnalia se han analizado tres técnicas de recuperación de fibra de carbono. Por un lado, al disolver la pieza considerada como residuo en ácido nítrico, se observa que la resina se disuelve. De este modo, la fibra de carbono se ha separado mediante digestión química.
La segunda opción se ha basado en la pirólisis térmica. Se calienta la pieza a unos 400 ºC y se quema la resina. A esta temperatura la fibra de carbono no sufre ningún cambio. Finalmente, se ha analizado la posibilidad de incinerar estos materiales para valorar su valor energético. Para ello han quemado la pieza en su totalidad y han medido su poder calorífico. Estos datos han sido contrastados con las capacidades caloríficas de los combustibles tradicionales (madera, carbón, fuel, etc.). Estas tres técnicas experimentales han sido aplicadas en la mitad sur de un pequeño avión construido en Inasmet-Tecnalia.
Otro de los objetivos del proyecto ha sido buscar una aplicación potencial para la fibra de carbono reciclada. Para ello se ha combinado con dos resinas termoplásticas muy utilizadas en automoción, concretamente polipropileno y poliamida. Los investigadores han medido diversas propiedades mecánicas para valorar el efecto producido por la adición de fibra de carbono reciclada.
En todos los casos se ha observado una notable mejoría en las propiedades, ya que independientemente del método utilizado para el reciclado de la fibra añadida, se potencia el termoplástico. Sin embargo, la fibra obtenida por digestión es la que más mejora las propiedades de los termoplásticos.
Economía y medio ambiente
Además de aspectos técnicos, hay que tener en cuenta aspectos económicos y ambientales. Para el análisis de los criterios económicos se ha realizado una valoración económica del tratamiento utilizado. En el proceso químico hay que tener en cuenta el coste del ácido nítrico, el tiempo de lavado y secado de la fibra y el tratamiento de los residuos. Cuando se realiza térmicamente se obtiene una fibra bastante limpia, una vez quemada la resina. Sólo aparecen pequeñas carbonillas que se eliminan por agitación. Es un proceso más rápido que la digestión química.
Desde el punto de vista ambiental, el proceso químico presenta una serie de dificultades, aunque sea técnica y económicamente viable. El ácido nítrico es tóxico, por lo que trabajar con este tipo de productos requiere grandes medidas de seguridad. Además, el ácido nítrico debe calentarse para ser más eficiente. En este proceso se liberan una serie de compuestos volátiles que son contaminantes.
Por tanto, es necesario analizar previamente si el proceso de reciclado de la fibra de carbono generará más o menos residuos. Es lo que ocurre en este proceso químico. Por eso todavía no se puede utilizar a gran escala. Asimismo, durante el proceso de incineración se emiten nitrógeno al medio ambiente y se observa que el poder calorífico del combustible es bajo.
Por lo tanto, como conclusión principal del estudio se puede afirmar que, si bien las tres vías de obtención de fibra de carbono analizadas son viables, desde el punto de vista ambiental sólo se puede utilizar la técnica de pirólisis para recuperar la fibra de carbono a gran escala. La fibra de carbono obtenida es de buena calidad y puede ser utilizada como refuerzo en aplicaciones no contempladas hasta la fecha. Hasta el momento no se ha realizado por su elevado coste.
