Veintidós organizaciones europeas, cinco sectores de fabricación, dos asociaciones sectoriales, catorce empresas (de las cuales ocho son pymes), tres centros de investigación y tres universidades. Son los integrantes del proyecto de reciclaje FiberEUse, de 48 meses de duración, en el que participan, entre otras, las compañías españolas Tecnalia, Batz, Maer y Aernoova y la hispano-alemana Siemens-Gamesa. El proyecto dio comienzo el 1 de junio de 2017 con el objetivo de desarrollar nuevas tecnologías que permitan la reutilización, a gran escala, de los materiales compuestos (composites) que se emplean en diversas industrias, fundamentalmente la eólica y la aeroespacial.
Para lograrlo, los integrantes del proyecto están trabajando en diferentes procesos de reciclaje, mecánicos y térmicos, que permitan extraer los preciados materiales de las palas de los aerogeneradores o de las cabinas de los aviones y darles una nueva vida; todo ello de forma sostenible y rentable. Uno de estos procesos, basado en el reciclado térmico, se centra en obtener fibras largas de vidrio y de carbono en forma de tela, para que éstas puedan ser utilizadas luego como elementos estructurales o de decoración en las industrias automotriz y de la construcción. El reciclaje se basa en un proceso pirolítico de baja temperatura (< 400º) en ambiente sin oxígeno y ha sido desarrollado por Tecnalia. Pero este proceso no es en absoluto sencillo ya que los materiales obtenidos deben ser tan buenos como los vírgenes para su posterior uso.
Tecnalia lo ha logrado. La compañía tecnológica ha desarrollado un sistema de reciclaje que es capaz de mantener parcialmente la resistencia y flexibilidad de las fibras de vidrio y carbono, lo que permite que se puedan utilizar en plásticos reforzados con fibra de vidrio (GFRP, por sus siglas en inglés) y en plásticos reforzado con fibra de carbono (CFRP). Una vez recuperadas, estas fibras de vidrio y carbono son reprocesadas mediante la tecnología T-RTM (moldeo por transferencia de resina). En el caso de que el compuesto del que se parte no permita recuperar las fibras en su totalidad, se aplica un proceso de post-corte para separar el grano de la paja y preparar las fibras adecuadas. Posteriormente, las fibras recicladas se mezclan con matrices termoplásticas y se obtiene un nuevo material, apto para fabricar piezas como el pedal del embrague o los parasoles de los coches.
Se espera que para cuando el proyecto concluya, en 2021, las aplicaciones se extiendan a otros materiales y sectores. Por ejemplo, para su uso en paneles de claraboyas y canaletas para tejados, o en la fabricación de muebles y en otras industrias, como las del diseño, el ocio y el deporte y el aeroespacial. Ahora, la iniciativa FiberEUse está en pleno proceso para optimizar los costes de los métodos de reciclado de estos compuestos ya que el objetivo final es la sustitución de al menos un 20% de fibras de carbono y vidrio vírgenes –muy caras de obtener– por fibras recicladas. El proyecto está financiado con 9,8 millones de euros por la Unión Europea en el marco del programa H2020.
Materias primas de alto valor
El proyecto R3FIBER persigue, como el anterior, proporcionar una tecnología disruptiva y eficiente de reciclaje, en su caso centrada específicamente en los composites de las palas de los aerogeneradores. En la última etapa de este proyecto, que ha tenido una duración de seis meses (del 1 de marzo al 31 de agosto de 2018), han participado EDPR y Thermal Recycling of Composites (TRC), una spin-off del Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas del CSIC.
Los resultados del proyecto, que ha contado también con financiación del programa Horizon 2020 (50.000 euros de un total de 71.000 euros presupuestados), no han defraudado. Gracias a R3FIBER, ahora es posible obtener fibras libres de resinas, y al mismo tiempo energía y combustibles (hidrógeno). Las fibras recuperadas pueden ser empleadas en diferentes aplicaciones. Por ejemplo, como aditivo reforzante para el cemento: una adición de un 20% en peso al cemento comercial aumenta un 100% la resistencia a la flexión después de 24 h de fraguado y del 56% después de 28 días. Otra aplicación de alto valor es la fabricación de materiales vitrocerámicos de alta resistencia a la intemperie y nula absorción de agua. Estos nuevos materiales son más duros que la piedra natural y, a la vez, más ligeros que ésta. Además, el sistema de reciclaje desarrollado no es solo sostenible, pues no genera residuos, sino también eficiente ya que conlleva una máxima recuperación energética.
En este caso, el catalizador que permite la ruptura termoquímica de las fibras de carbono ha sido desarrollado por Investigadores del CENIM, en colaboración con la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), si bien la tecnología está transferida a Thermal Recycling of Composites.
Félix López, investigador del CENIM, explicaba en la revista Catalysts, donde se han publicado los resultados de este trabajo, que el problema que plantean en general las tecnologías basadas en degradación termoquímica para reciclado de los CFRP es la generación de compuestos orgánicos muy complejos en la etapa de enfriamiento y condensación de los gases del proceso. “Estos subproductos suelen ser moléculas de muy alto peso molecular cuyas aplicaciones son muy escasas, su manejo dentro de la instalación es difícil y, en general, suponen un problema más que un beneficio”, explicaba el investigador. Sin embargo, gracias al nuevo catalizador desarrollado por el CENIM –cuya composición está patentada por la UPV– se logra reducir la fracción orgánica líquida que resulta perjudicial, hasta casi desaparecer, y en el proceso se genera un gas rico en hidrógeno, que a su vez puede utilizarse para obtener energía eléctrica. Todo un avance que simplifica la recuperación de fibras de carbono y reduce de manera importante su coste.
EDP Renováveis tiene un acuerdo con Thermal Recycling of Composites para el reciclaje de sus aerogeneradores mediante esta tecnología y gracias a la colaboración con el CSIC y Eurecat, ya se han fabricado un nuevo material que puede ser usado para fabricar, entre otros productos, asientos o compartimentos para trenes, mobiliario urbano, bicicletas, barcos…
Residuos emergentes
Los sectores de la energía eólica y de la industria aeroespacial utilizan una enorme cantidad de materiales compuestos. Solo en Europa, se estima que la energía del viento consume unas 35.000 toneladas de GFRP (plástico reforzado con fibra de vidrio); y la aeroespacial 15.400 toneladas de CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono). En el caso de la eólica, en muy pocos años la retirada y sustitución de las palas de los aerogeneradores será una cuestión importante a tener en cuenta, ya que los primeros parques eólicos a escala comercial están llegando al final de su vida útil. Las estimaciones son que para 2034 habrá que reciclar 225.000 toneladas de material de las palas del rotor anualmente en todo el mundo.
En el caso de los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP), su principal mercado es la industria aeroespacial, con una demanda global de alrededor de 15.400 toneladas de fibra de carbono; y Boeing y Airbus estiman que la flota mundial de aviones se va a duplicar de aquí a 2030, con la fabricación de unos 30.000 nuevos aviones. Además, las aeronaves más viejas y menos eficientes serán reemplazadas por aviones de nueva generación más ligeros y eficientes. Teniendo en cuenta que las estructuras compuestas de CFRP representan alrededor del 30-50% del peso total de una aeronave (una media de 12.000 toneladas), queda claro que gestionar adecuadamente estos materiales es una necesidad imperiosa.
Este artículo se puede leer también en ER184 (Septiembre 2019)
