Estructuras aeronáuticas optimizadas con materiales a base de grafeno
Reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2 de las aeronaves es crucial para aumentar la eficiencia y cumplir la Ley Europea del Clima(se abrirá en una nueva ventana), además de lograr la neutralidad en carbono para 2050. La producción tradicional de aeronaves supone el diseño de componentes funcionales por separado e integrarlos después en la estructura. Sin embargo, lo ideal sería adoptar un método de fabricación avanzado e integral, con menos piezas pero más complejas y con múltiples funciones. Esta estrategia permitiría aumentar la eficacia aerodinámica y reducir el peso de las aeronaves. En el proyecto GRAPHICING(se abrirá en una nueva ventana), coordinado por el Centro de Electroquímica y Tecnología de Superficies o CEST GmbH(se abrirá en una nueva ventana) de Austria, se lograron avances significativos en el intento de reducir el peso de las aeronaves. Su innovación: unos materiales avanzados, ligeros y funcionales basados en materiales relacionados con el grafeno (GRM, por sus siglas en inglés).
La producción rentable de grafeno es el futuro
El grafito, un mineral muy común, es un alótropo estable del carbono que se utiliza a menudo en la industria aeronáutica. El grafeno, una única lámina de carbono de grafito, es uno de los materiales más resistentes jamás probados y también es ventajoso por su alta conductividad, baja densidad y gran área superficial. No obstante, uno de los problemas que plantea el uso de materiales basados en el grafeno es su elevado coste de producción. En el proyecto GRAPHICING se ha concebido un proceso electroquímico innovador y rentable que produce de forma eficiente grandes cantidades de láminas de óxido de grafeno, por unos 500 EUR/kg a escala de laboratorio. A continuación, estos copos se adaptan para diversas funcionalidades, como el deshielo y la ignifugidad, y se integran en una matriz de compuesto polimérico.
Fabricación ecológica de materiales a base de grafeno
Al trabajar en el programa de Transporte inteligente, ecológico e integrado, la fabricación ecológica era una de las principales prioridades de los investigadores de GRAPHICING. Primeramente, la producción electroquímica de óxido de grafeno utiliza dos sustancias químicas no tóxicas en combinación con electricidad. Jürgen Schodl, coordinador del proyecto e investigador principal del CEST, señala: «Además, los materiales a base de grafeno pueden introducirse en la matriz polimérica mediante procesos puramente mecánicos, y los materiales compuestos pueden fabricarse mediante los correspondientes procesos de laminación, totalmente sin disolventes perjudiciales para el medio ambiente». En la aplicación de los GRM en la matriz polimérica mediante química verde surgieron algunos problemas. Por ejemplo, los métodos mecánicos y asistidos por disolventes no consiguieron una conductividad suficiente para las funcionalidades deseadas. Sin embargo, los investigadores de GRAPHICING lo solucionaron cambiando al recubrimiento por pulverización.
Estructura aeronáutica multifuncional de material compuesto
Schodl puntualiza: «Los resultados más importantes de este proyecto son, en primer lugar, que con los materiales basados en grafeno se pueden conseguir cuatro funcionalidades específicas de deshielo, protección contra rayos, barrera de absorción de agua e inhibición de llamas. Además, estas se obtienen mediante un proceso de fabricación electroquímico rentable y ecológico, y una modificación química posterior». Estos resultados se lograron mejorando las tecnologías de vanguardia que incluyen múltiples partes, así como con no polímeros junto con los polímeros que contienen grafeno. Ambas opciones pueden dar lugar a una disminución de las propiedades mecánicas necesarias para, por ejemplo, prevenir la formación de hielo durante el vuelo. GRAPHICING superó las limitaciones actuales incorporando materiales basados en el grafeno a una estructura compuesta funcional. La matriz polimérica integrada resultante es más ligera y eficiente que las de última generación. Los investigadores del proyecto demostraron las cuatro funcionalidades específicas utilizando prototipos a pequeña escala. Los próximos pasos hacia un futuro basado en el grafeno son la creación de prototipos a mayor escala y la implantación en tecnologías de producción de compuestos. Además, los investigadores están mejorando los materiales a base de grafeno y su proceso de producción. Por su bajo peso y su producción ecológica, las estructuras a base de grafeno son imprescindibles para conseguir un transporte aeronáutico sostenible.
