Materiales y procesos más sostenibles para el sector de la automoción

Materiales y procesos más sostenibles para el sector de la automoción

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La tecnología avanza sin pausa, la digitalización, la inteligencia artificial y las nuevas formas de trasporte. Y con ello va cambiando nuestra manera de vivir y también nuestra forma de ver el mundo. A causa de la transformación tecnológica nos van surgiendo nuevas inquietudes y necesidades.

En estas últimas décadas, impulsada por la comunidad científica, la salud de nuestro planeta se ha convertido en una de las mayores preocupaciones a nivel mundial. Cada vez somos más conscientes de los problemas geopolíticos, económicos y medioambientales que estamos generando con nuestro uso de los recursos naturales. Por ello, el gran reto actual de la ciencia y de la industria es fusionar el avance de la tecnología con la sostenibilidad, hacia la descarbonización de la industria.

Industrias como la de la automoción, que históricamente se han señalado como una de las grandes responsables del consumo de combustible y de la contaminación medioambiental mundial están apostando por soluciones cada vez más sostenibles.

En los últimos años podemos apreciar grandes cambios en el diseño de los coches y también es evidente la apuesta por el coche eléctrico. En esta dirección, también se está investigando e invirtiendo en el desarrollo de nuevos procesos y materiales para piezas de coches más amigables con el medio ambiente.

Aportar soluciones hacia la descarbonización de la industria de la automoción es una de las principales prioridades y una cuestión estratégica para el sector.

En el camino hacia el diseño de coches más sostenibles, uno de los grandes desafíos es el aligeramiento de los componentes estructurales, disminuyendo con ello considerablemente el peso de los coches. Este aligeramiento está directamente ligado al consumo de energía o, combustible que necesitan los coches en su vida útil, minimizando con ello la liberación de CO₂ durante su ciclo de vida.

Los composites son una de las alternativas más interesantes, en concreto los composites de matriz polimérica debido a su baja densidad y a su excelente relación resistencia-peso. Sin embargo, la utilización de estos materiales para soluciones ligeras en el mercado de la automoción es todavía incipiente debido al coste de producción de estos componentes y la limitada capacidad productiva de proceso de las tecnologías de fabricación actuales.

Ejemplo de ello es que podamos ver algunos modelos exclusivos de grandes marcas o, los coches de carreras fabricados con composite, pero que los veamos de manera limitada en la carretera en nuestro día a día.

Para convertir estos materiales en una alternativa competitiva se está trabajando en el desarrollo de materiales más reactivos y procesos que permitan aumentar las cadencias de producción y reducir los tiempos de proceso a pocos minutos.

Procesos más competitivos

Entre los candidatos para minimizar los tiempos de proceso de producción de los composites estarían el HP-RTM (RTM de alta presión) y el HP-CRTM (compresión RTM). En estos procesos se fabrican composites en un molde cerrado mediante transferencia de la resina. La gran ventaja que presenta el RTM frente a otros procesos son los buenos acabados de las piezas, eliminando procesos posteriores y la capacidad de fabricar piezas de geometrías complejas y altamente integradas en un solo paso. Asimismo, permiten mejoras desde el punto de vista de la sostenibilidad ya que se conseguirían eliminar pasos intermedios en la fabricación de piezas.

Pero para que los procesos sean competitivos se necesitan resinas adecuadas. Concretamente en caso de las resinas para RTM se buscan formulaciones de curado ultra-rápido para tiempos de procesos de 2-5 minutos y bajas viscosidades para optimizar al máximo los ciclos de curado e inyección. En esta carrera compiten con las resinas epoxi que son las utilizadas actualmente, los composites termoplásticos y los poliuretanos.

La tecnología basada en resinas de poliuretano (PUR) ofrece frente a otras alternativas la ventaja de poseer gran tenacidad y resistencia a la fatiga. Esto se debe a la estructura química de las resinas de poliuretano, constituida por enlaces covalentes y puentes de hidrogeno, dotando los composites de PUR con resistencia a fatiga superior a otras alternativas.

Lo cual las hace especialmente atractivas para elementos sujetos a impactos o a cargas cíclicas como los elementos de suspensión y en especial para las ballestas. Sin embargo, se requieren formulaciones específicamente diseñadas para la aplicación ya que las formulaciones convencionales no resultan adecuadas.

En la actualidad, una de las marcas más reconocidas, Volvo, está empezando a fabricar ballestas de PUR para algunas de sus líneas más exclusivas XC90, sedán de lujo S90 y modelos de camioneta V90, reduciendo en 4.5 Kg el peso de cada ballesta. Otros fabricantes de resinas también están desarrollando PURs de curado-ultra rápido para esta aplicación.

Sin embargo, los PUR existentes en el mercado presentan algunos inconvenientes desde el punto de vista de su sostenibilidad, como su origen petroquímico. Es decir, que están constituidas por materias primas petroquímicas o, materiales que se producen mediante el refinado de combustibles fósiles, proceso que genera cantidades significativas de CO₂.

En esta carrera emprendida hacia una industria más respetuosa con el planeta, los materiales de origen renovable aportan soluciones más amigables con el medio ambiente y pueden solucionar futuros problemas de abastecimiento de recursos ya que son ilimitados.

Los PUR biobasados (BIO-PUR) resultan unos candidatos muy interesantes. Actualmente, el desarrollo de nuevos BIO-PUR está en auge, pero están dirigidos a otro tipo de aplicaciones como biomédicas para aislamiento, recubrimientos y adhesivos.

Debido a la versatilidad de esta familia de polímeros, la gran cantidad de reactivos disponibles para su síntesis y los nuevos desarrollos de polioles derivados de aceites vegetales es posible sintetizar BIO-PUR con altas prestaciones. Los aceites disponibles se extraen del ricino, soja, girasol, palma, canola y el eucalipto y están formados por triglicéridos, en los que mediante diferentes estrategias se sustituyen grupos funcionales por polieters y poliésteres introduciendo grupos hidroxilo.

Esta línea de investigación, en la que TECNALIA está actualmente inmersa, ofrece nuevas oportunidades en el sector de la automoción, gracias a la utilización de materiales y procesos más sostenibles y eficientes permitiendo la fabricación de componentes de menor huella de carbono en su ciclo de vida, fusionando con ello el avance tecnológico con el desarrollo sostenible.

Sobre Oihane Echeverria Altuna

Graduada en Ingeniería Química en la Facultad de Ciencia y Tecnología en el año 2017, tras ello obtuvo el título del Máster en Ingeniería de Materiales Renovables en la Escuela de Ingeniaría de Gipuzkoa Donostia-San Sebastián en el año 2018, ambos en la Universidad del País Vasco (EHU/UPV).

Desde la adjudicación de la beca pre-doctoral de TECNALIA (Member of Basque research & Tecnhology Alliance), noviembre del 2018, está realizando la tesis doctoral en Industria y Transporte del centro tecnológico en colaboración con el Grupo ‘Materiales + Tecnologías’ (GMT) de la UPV/EHU. Sus actividades se centran en el campo del desarrollo de resinas biobasadas para aplicaciones estructurales, campo en el que está realizando la tesis doctoral “Desarrollo de nuevas formulaciones de resinas PUR de altas prestaciones para procesos de alta cadencia de producción de componentes estructurales”.

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