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Piezas de automóviles ligeras de origen vegetal para lograr una industria automovilística más ecológica

Las leyes de la física mantienen que para acelerar un objeto pesado es necesario más trabajo que para acelerar uno ligero, lo que trasladado al ámbito de los automóviles se convierte en que un coche más pesado consume más combustible y genera más emisiones. Una tecnología de procesamiento nueva convierte lignina en fibra de carbono para reforzar futuros materiales compuestos ligeros.

Transporte y movilidad
Tecnologías industriales

La industria de la automoción ha reducido enormemente el peso de los vehículos al sustituir el acero por plásticos y materiales compuestos. Los plásticos comunes están muy extendidos, pero los reforzados con fibra de carbono, materiales más fuertes que incluso se pueden usar como componentes estructurales, son todavía bastante caros y casi exclusivos de automóviles deportivos de alta gama y coches de competición. El proyecto financiado con fondos europeos GreenLight desarrolló un método de procesamiento con el que crear fibra de carbono a partir de lignina, un subproducto barato de la industria de la pasta y el papel. El resultado ofrecerá beneficios para esta industria, la automovilística y el medio ambiente.

Marginar los combustibles fósiles en más de un sentido

Se espera que el mercado de la fibra de carbono crezca desde los 5 000 millones de dólares estadounidenses en 2019 a más de 13 000 millones de dólares estadounidenses in 2029, y el sector automovilístico será la industria de consumo que más rápido crezca en cuanto a valor. Cerca del 90 % de las fibras de carbono se producen actualmente a partir del precursor sintético poliacrilonitrilo (PAN). Este compuesto proviene de combustibles fósiles y la producción de fibras de carbono a partir de él es compleja y cara. Contar con una alternativa respetuosa con el medio ambiente reduciría la dependencia de los combustibles fósiles. Además, como explica la coordinadora del proyecto, Ewellyn Capanema: «Las fibras de carbono de base biológica rentables permitirán acelerar la sustitución del acero por compuestos de fibra de carbono en los automóviles, lo cual reducirá el peso y el consumo de combustible y, en consecuencia, buena parte de las emisiones». La lignina tipo kraft es un biopolímero rico en carbono producido mediante el proceso kraft de conversión de madera en pasta. Se puede aislar en la fábrica de pasta del «licor negro» (el subproducto que se obtiene tras extraer las fibras de celulosa) en forma sólida. A diferencia del PAN, la lignina puede procesarse a través de hilado por fusión, o extrusión por fusión, un proceso más simple y más barato que el procesamiento de PAN por solución de hilatura que también requiere el empleo, la extracción y la recuperación de disolventes orgánicos. Sin embargo, hasta ahora no era posible contar con métodos de hilado por fusión a gran escala con los que convertir la lignina en fibra de carbono.

En marcha la hiladora

El equipo presentó una patente de su nuevo proceso de hilado de lignina que permite un proceso de hilado y bobinado continuo con cambio de bobina automático. «GreenLight demostró la posibilidad de lograr una hilatura continua y multifilamento (alrededor de mil filamentos) con lignina de madera blanda generada mediante el proceso kraft. Las fibras resultantes tienen las propiedades de tracción más altas medidas hasta la fecha para fibras de carbono basadas en lignina pura hiladas en estado de fusión, y el proceso de conversión es más rápido de lo que se había logrado nunca. Las propiedades mecánicas y de superficie de las fibras de carbono basadas en lignina hacen que sirvan para fabricar compuestos de fibra corta con un coste de producción menor y gama amplia de aplicaciones», explica Capanema.

Un futuro inminente de piezas de automóviles de origen vegetal

La lignina kraft representa aproximadamente el 85 % de la producción mundial de lignina y la tecnología de GreenLight puede convertirla de manera rápida y rentable en fibras de carbono basadas en lignina. Dado que se prevé que el mercado de la fibra de carbono se triplique en el próximo decenio, las industrias forestales y, de la pasta y el papel podrían abrir un mercado nuevo e importante para la lignina. Los resultados positivos de las evaluaciones tecnoeconómicas y del ciclo de vida de GreenLight respaldan los beneficios económicos y ambientales de la fibra de carbono basada en lignina. El progreso del consorcio GreenLight hacia la comercialización permite aventurar un futuro con compuestos de fibra de carbono de origen vegetal en automóviles ligeros con una huella de carbono reducida.

Palabras clave

GreenLight, carbono, lignina, fibra de carbono, hilatura, pasta, kraft, peso ligero, automóvil, material compuesto, PAN, combustible fósil, automovilística, combustible, emisiones, plástico, acero, bobina, madera blanda, filamento, poliacrilonitrilo

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