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Los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) son cada vez más importantes en diversos sectores, como el aeroespacial, el de la automoción y el de las energías renovables, debido a su impresionante resistencia, ligereza y resistencia a los productos químicos. Sin embargo, la producción tradicional de fibra de carbono es un proceso costoso y de alto consumo energético, que consume hasta 14 veces más energía que la necesaria para la producción de acero. Esta elevada demanda energética limita el uso de la fibra de carbono principalmente a aplicaciones de gama alta.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Limerick (UL) ha dado a conocer un nuevo método que podría cambiar el panorama de la fabricación de fibra de carbono y reducir drásticamente el consumo de energía sin alterar las propiedades esenciales del material. Su innovador proyecto, denominado CARBOWAVE, utiliza técnicas de calentamiento por plasma y microondas en lugar del procesamiento térmico convencional, lo que se traduce en una asombrosa reducción de 70% en el consumo de energía.
La producción de fibra de carbono suele implicar el uso de poliacrilonitrilo (PAN), que debe someterse a múltiples etapas de transformación, como la estabilización y la carbonización, que requieren temperaturas superiores a 1.000°C. Estos métodos tradicionales de procesamiento térmico requieren un gran consumo de electricidad y gas natural, lo que conlleva elevados costes de producción y elevadas emisiones de carbono. Aunque los investigadores han intentado utilizar como alternativa polímeros de origen biológico como la lignina, estos sustitutos no han demostrado un rendimiento equivalente al de las fibras de carbono basadas en PAN.
El proyecto CARBOWAVE introduce el calentamiento asistido por microondas, una técnica que hasta ahora no se había aplicado a la producción de fibra de carbono, lo que lo convierte en un avance revolucionario. Al darse cuenta de que tanto el PAN como la lignina no absorben de por sí las microondas, el equipo de UL empleó nanomateriales a base de carbono como susceptores. Estos materiales absorben la energía de las microondas y la convierten en calor. En concreto, los nanotubos de carbono (MWCNT), seleccionados por su gran capacidad de absorción de microondas y su distribución uniforme, calientan eficazmente las fibras cuando se exponen a la radiación de microondas.
Este método no sólo elimina la necesidad de tratamientos prolongados a alta temperatura, sino que también mejora la velocidad de producción al tiempo que reduce significativamente el consumo de energía. Además, las ventajas del calentamiento por microondas, como el calentamiento selectivo, la mejora de la transferencia de energía y las posibilidades de automatización, agilizan aún más el proceso de fabricación.
El profesor Maurice Collins, investigador principal del proyecto, destacó las implicaciones positivas de la iniciativa CARBOWAVE: "La dependencia europea de procesos que consumen mucha energía ha sido durante mucho tiempo un obstáculo para lograr la sostenibilidad. CARBOWAVE aborda este reto y ofrece la posibilidad de producir fibra de carbono más sostenible y barata".
La importancia de esta innovación va mucho más allá de la eficiencia productiva. La fibra de carbono es fundamental para el avance de tecnologías relacionadas con vehículos eléctricos ligeros, turbinas eólicas y soluciones de almacenamiento de hidrógeno. Al hacer su producción más rentable y respetuosa con el medio ambiente, CARBOWAVE podría facilitar aplicaciones más amplias, con repercusiones en sectores que van desde la construcción hasta el transporte y las infraestructuras de energía verde.
La Dra. Anne Beaucamp McLoughlin, coinvestigadora principal del proyecto, señaló el potencial transformador del nuevo método: "Este proyecto permitirá que la producción de fibra de carbono sea más eficiente desde el punto de vista energético, más rápida y más barata, al tiempo que reducirá significativamente su huella medioambiental."
Curiosamente, los resultados de la investigación indicaron que la fibra de carbono puede producirse utilizando un microondas doméstico estándar sin comprometer sus propiedades mecánicas en comparación con las generadas mediante métodos tradicionales. Este hallazgo no sólo subraya la eficacia del método basado en microondas, sino que también sugiere importantes perspectivas de escalabilidad de la tecnología.
Además de sus atributos de ahorro energético, las innovaciones de CARBOWAVE se alinean con las estrategias mundiales de mitigación del cambio climático al reducir las emisiones de carbono asociadas a la producción de fibra de carbono. Este avance también refuerza la ventaja competitiva de Europa en el mercado de materiales avanzados, en el que actualmente tiene una cuota de 37%.
El proyecto CARBOWAVE es un esfuerzo de colaboración en el que participan varias instituciones y empresas de prestigio de toda Europa, como el Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung de Alemania, la Universidad de Valencia de España y varias empresas como Microwave Technologies Consulting SAS de Francia y Juno Composite Ltd de Irlanda, entre otras.
Con la integración de las tecnologías de calentamiento por plasma y microondas, CARBOWAVE está llamado a revolucionar el panorama de la producción de fibra de carbono, haciendo que el material no sólo sea más sostenible, sino también ampliamente accesible para futuros avances tecnológicos.
