Sólo en la industria aeronáutica, cerca de 700 aeronaves, cuyas estructuras se fabrican con compuestos termoestables, llegan cada año al final de su vida útil.
INVESTIGACIÓN, DESARROLLO E INNOVACIÓN
Jorge Rodríguez
17 de abril de 2024
Más del 60% de los residuos de compuestos termoestables acaban en vertederos o incinerados. Este tipo de materiales es uno de los mayores retos para la industria del tratamiento de residuos. Sólo en la industria aeronáutica, cerca de 700 aeronaves, cuyas estructuras se componen de materiales compuestos, llegan cada año al final de su vida útil.
El reciclaje de compuestos termoestables presenta una serie de desafíos únicos que complican su gestión en la economía circular. A diferencia de los termoplásticos, los termoestables no pueden ser simplemente fundidos y reformados, ya que su estructura química se endurece de manera irreversible durante el proceso. Esto significa que, una vez que han sido moldeados y endurecidos, no pueden ser recalentados y moldeados nuevamente, lo que limita las opciones de reciclaje.
El reciclaje mecánico no es aplicable a estos materiales y el reciclaje químico puede generar subproductos tóxicos
Otro de los principales problemas es la dificultad para descomponer estos materiales. Los enlaces químicos cruzados que les confieren propiedades como la resistencia al calor y la estabilidad dimensional también los hacen resistentes a la degradación. Por lo tanto, los métodos convencionales de reciclaje mecánico, que implican triturar y fundir el material, no son aplicables.
A diferencia de los termoplásticos, los termoestables no pueden ser simplemente fundidos y reformados.
Aunque se han explorado técnicas como la pirólisis, la hidrólisis y la digestión química, aún no se han podido implementar debido a su alto coste, baja eficiencia o a la necesidad de condiciones operativas extremas. Además, el reciclaje químico puede generar subproductos tóxicos que requieren una gestión cuidadosa.
La separación de los compuestos termoestables de otros materiales es también compleja. A menudo, se utilizan en combinación con fibras de refuerzo o se incorporan en productos complejos con múltiples componentes, lo que dificulta su separación y purificación para el reciclaje. La falta de sistemas de identificación y clasificación adecuados para estos materiales complica aún más el proceso. Existe una amplia gama de resinas y endurecedores utilizados en su fabricación, y la falta de estandarización dificulta el desarrollo de procesos de reciclaje que sean efectivos para todos los tipos de termoestables.
Nuevas líneas de investigación tratan de buscar soluciones innovadoras para desarrollar tecnologías que permitan reciclar estos materiales, especialmente tras la popularización de los compuestos en los últimos años, debido a sus propiedades únicas, como la alta resistencia mecánica o a la corrosión, y por su ligereza y larga durabilidad. Actualmente, estos materiales pueden encontrarse en numerosas aplicaciones industriales.
El proyecto VIBES combina productos adhesivos de base biológica y una tecnología de despegado químico
El Centro Tecnológico AITIIP coordina dos proyectos europeos que buscan respuestas a este desafío. Enmarcados en la sostenibilidad y la economía circular, tratan de buscar tecnologías alternativas que permitan, por un lado, el reciclaje de estos materiales y, por otro, la reutilización de componentes de alto valor, como las fibras de carbono.
El proyecto VIBES propone una solución combinando novedosos productos adhesivos de base biológica y una tecnología de despegado químico. De este modo, el inicio de la degradación de los componentes compuestos termoestables puede desencadenarse bajo estímulos externos controlados. La descomposición final de la resina original en monómeros-polímeros selectivos tiene lugar con la ayuda de un disolvente orgánico de base biológica dentro de un reactor controlado.
El uso de compuestos termoestables se ha extendido mucho en los últimos años, debido a su alta resistencia mecánica o a la corrosión, y por su ligereza y larga durabilidad.
El proyecto BIZENTE está desarrollando una nueva tecnología de biodegradación controlada de estos materiales, mediante el uso de enzimas ligninasas. En lugar de utilizar un disolvente químico, las enzimas se entrenan mediante un enfoque evolutivo, obligándolas a presentar un alto apetito por los grupos funcionales objetivo (los compuestos termoestables). Las tecnologías desarrolladas en estos proyectos son capaces de disminuir en al menos un 40% la cantidad de plásticos termoestables biobasados o no biobasados que actualmente se queman o depositan en vertederos.
Ambos proyectos comparten el importante objetivo de revalorizar componentes de alto valor, como las fibras que pueden encontrarse en estos compuestos. Las innovadoras soluciones desarrolladas en el marco de estos dos proyectos permiten recuperarlas, así como también resinas de alta calidad sin daños irreversibles.
El proyecto BIZENTE está desarrollando una tecnología de biodegradación controlada mediante el uso de enzimas ligninasas
Los composites basados en la combinación de resinas como el epoxi, el poliéster y el viniléster con distintos tipos de fibras como las de carbono, carbono biobasado, vidrio y lino constituyen la mayor categoría de composites utilizados actualmente por la industria en todo el mundo. Estos tipos de composites son precisamente a los que se dirigen las soluciones BIZENTE y VIBES para permitir su reciclabilidad.
Además de reciclar estos materiales, se busca la reutilización de componentes de alto valor, como las fibras de carbono.
Como resultado de ambos procesos, las fibras no son solubles en disolventes verdes ni atacadas por enzimas, por lo que se recuperan fácilmente por filtración y se caracterizan con el objetivo de conocer sus propiedades fisicoquímicas para su posterior valorización. Además, las resinas descompuestas permanecen en el disolvente o en la solución enzimática. Estos monómeros u oligómeros se reutilizan o son destinados a nuevos fines químicos y el medio disolvente se recupera para su reutilización.
VIBES y BIZENTE establecen un tratamiento global e intersectorial de gestión de residuos para la recogida, clasificación y reciclaje de materiales compuestos de base termoestable, buscando una ruta adecuada de fin de vida y valorización de los componentes.
La aplicación de las soluciones propuestas hace posible un flujo controlado de residuos de materiales compuestos. Los nuevos procesos de reciclado amplían el tipo de materias primas que pueden ser utilizadas por la bioindustria en forma de monómeros y fibras para la industria química y biotecnológica. En un futuro próximo, se aspira a encontrar una nueva generación de productos de alta tecnología como aviones, barcos, molinos de viento, coches, trenes, etc. fabricados con compuestos termoestables complejos totalmente reciclados.