Evaluación del impacto ambiental de fibras de materiales compuestos y sus alternativas

El siguiente artículo analiza en profundidad el papel fundamental que desempeña la selección de fibras en la producción sostenible de materiales compuestos. En él, el autor explora la complejidad de medir la huella de carbono en su producción y compara su consumo energético con alternativas como el aluminio. Analiza el uso emergente de fibras naturales, como el lino, como una opción futura, aunque se reconocen desafíos en su rendimiento. 

La durabilidad, la ligereza y la resistencia de los materiales compuestos permiten su aplicación en muchos sectores, desde la edificación, la construcción y las infraestructuras (BCI) hasta la energía eólica, el transporte y las telecomunicaciones. Sin embargo, para fomentar su adopción, la fabricación de materiales compuestos debe atender el requisito global de sostenibilidad. 

Una de las principales métricas de sostenibilidad por las que se puede valorar a los fabricantes es la huella de carbono de sus productos. El cálculo de esta huella puede resultar muy complejo en el caso de los procesos globales, dada la contribución de los distintos componentes, las cadenas de suministro, el transporte y el consumo de energía en cada etapa.

Esto es válido tanto para los compuestos como para cualquier otro material. Si controlamos las fases de producción de resina y de fabricación de perfiles, podemos examinar el impacto medioambiental asociado específicamente a la producción de fibras de refuerzo.

La selección de fibras en la producción sostenible de materiales compuestos desempeña un papel clave

También resulta útil comparar los métodos de fabricación de compuestos con los materiales a los que podrían sustituir. Técnicas como la pultrusión y el pull-winding consumen menos energía que la producción de alternativas metálicas. Por ejemplo, la extracción y la producción de 1 kg de aluminio, un competidor habitual, requiere una energía de 190-230 mJ, mientras que la fibra de vidrio requiere solo 13-54 mJ kg-1.

Esto es así a pesar de que se necesitan temperaturas entre 1400 y 1500 ºC para fundir el vidrio, un consumo de energía considerable. La fibra de vidrio se produce industrialmente desde hace casi 100 años, mientras que los productores y los investigadores han perfeccionado las técnicas de producción a lo largo de este tiempo. El consumo de energía se ha reducido gracias a la recuperación de calor, la mejora del aislamiento y la optimización de la combustión, lo que contribuye a mejorar la eficiencia del proceso.

Una perspectiva de toda una vida

La fase de fabricación suele recibir mayor atención a la hora de evaluar los efectos medioambientales de la fabricación de equipos originales (OEM). Sin embargo, si realmente queremos que nuestros productos sean sostenibles, es importante tener en cuenta toda la vida útil. Las turbinas eólicas, fabricadas principalmente con polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP) y fibra de carbono (CF), tienen una duración de 20 a 25 años.

La resistencia a la corrosión y los limitados requisitos de mantenimiento de los materiales compuestos hacen que las demandas de energía y los costes se concentren en las primeras fases. Sin embargo, estudios de los fabricantes muestran que el tiempo neto de recuperación energética es inferior a 12 meses para una instalación completa de una turbina eólica.

El camino hacia la sostenibilidad y la neutralidad de carbono no es sencillo para el sector de los materiales compuestos

La fase de transporte también es importante. Si bien la fabricación local cerca del cliente puede reducir las distancias de transporte, no podemos evitar las emisiones del transporte de materiales del fabricante al usuario final. 

Una alternativa natural

Las fibras naturales se utilizan desde hace relativamente poco en la fabricación de compuestos industriales. Se obtienen de materiales que crecen de forma natural: cáñamo, lino y madera. Según el nova-Institute, la huella de carbono de las fibras naturales oscila entre 0,3 y 0,5 kg de CO2e por kg de fibra. En la actualidad, las propiedades mecánicas de los compuestos a base de fibras naturales son diferentes de las de los materiales mencionados anteriormente. Pese a ello, estos compuestos son increíblemente fuertes, rígidos y ligeros en relación con su densidad.

El lino está disponible en forma de fibra continua, que es la preferida para la pultrusión. Los filamentos individuales son lo bastante largos para soportar la tensión de tracción que requiere la fabricación de perfiles. El uso y el desarrollo en la industria, por ejemplo, la colaboración de Volvo con la empresa sostenible de aligeramiento y producción de fibra de lino Bcomp, indica que esta fibra natural puede ser una opción de futuro legítima para los proveedores de soluciones de compuestos. 

Aunque se fabrique localmente, no se pueden evitar las emisiones del transporte de materiales del fabricante al usuario final

El aumento del interés y de la inversión por parte de grandes industrias, como la de la automoción y de la energía eólica, contribuirá a bajar el precio de las fibras naturales mientras se siguen desarrollando los procesos de fabricación.

Sin duda, el camino hacia la sostenibilidad y la neutralidad de carbono no es sencillo para el sector de los compuestos. Aunque el auge de las fibras naturales es una buena noticia y representa un área de progreso notable, las fibras de carbono y de vidrio siguen ofreciendo mayor rendimiento y cuentan con procesos de fabricación más consolidados y optimizados. El cálculo de la vida útil es fundamental para evaluar la sostenibilidad: ¿cómo afectará el producto final a las emisiones a lo largo de las décadas en que se utilice?