Convertir los termoplásticos circulares de origen biológico en una alternativa viables para la industria
El sector manufacturero europeo está sometido a una presión cada vez mayor para reducir su dependencia de los materiales de origen fósil, sin perder el rendimiento, la rentabilidad y la escalabilidad. El equipo del proyecto VITAL(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, ha asumido este reto aportando soluciones prácticas de fabricación que permiten sustituir los plásticos convencionales por alternativas de origen biológico dentro de los entornos industriales existentes. «La transición de materiales fósiles a materiales biológicos y reciclables ya no es opcional, sino una necesidad estratégica», afirma Lisa Wikström, coordinadora del proyecto VITAL. El núcleo de VITAL fue el desarrollo de nuevos procesos de exudado para polímeros de origen biológico, como el ácido poliláctico (PLA), el poliuretano termoplástico (TPU) de origen biológico y una poliamida de origen biológico. El exudado introduce burbujas de gas en un polímero durante su procesamiento, lo que reduce el uso de material y el peso, al tiempo que mantiene el rendimiento estructural.
Tres cadenas de valor para bioplásticos circulares
Los socios del proyecto validaron los procesos en tres cadenas de valor complementarias. La primera se centró en la impresión 3D de espuma. El equipo desarrolló un nuevo cabezal de impresión que procesa directamente granulados de polímero, lo que elimina la necesidad de producir filamentos y donde se utiliza gas nitrógeno como agente espumante. Esto permite ajustar la densidad de la pieza capa por capa, con lo que se logran reducciones de peso de hasta el 66 %. Esta tecnología se demostró mediante un muro de separación impreso en 3D a medida para cruceros fabricado con PLA reciclable. La segunda cadena de valor abordó el exudado de esferas con bajo consumo de energía. El exudado convencional se basa en el vapor, que consume mucha energía y es inadecuado para muchos plásticos biológicos. En VITAL se sustituyó el vapor por la calefacción por radiofrecuencia, lo que redujo el consumo de energía hasta un 90 %. Mediante este proceso se produjeron espumas de esferas de TPU reciclables con hasta un 60 % de contenido de origen biológico. El proceso también se probó con éxito con PLA, lo que abre nuevas posibilidades para aplicaciones de amortiguación y resistencia a impactos en los sectores de la automoción, los envases y los bienes de consumo. Para la tercera cadena de valor, el equipo de VITAL se centró en el moldeo por inyección con espuma (FIM), un proceso de fabricación de gran volumen que es especialmente relevante para los termoplásticos que se reciclan mecánicamente. «Aquí hemos sido pioneros en varios desarrollos para entender cómo este proceso de fabricación puede aplicarse a termoplásticos de origen biológico, cómo estos materiales pueden reciclarse eficazmente y cómo el uso de gemelos digitales y el control de procesos de aprendizaje automático pueden mejorar estas áreas», afirma Wikström. En VITAL se desarrollaron nuevos grados de PLA duraderos y resistentes al fuego, que ya están disponibles comercialmente, y se demostró su uso en líneas industriales de moldeo por inyección. Estas demostraciones también incluyeron la prueba de un sistema de control de procesos de aprendizaje automático, que redujo el consumo de energía, mejoró la calidad de las piezas y redujo los residuos. Las piezas interiores de los automóviles y los componentes de los frigoríficos se fabricaban con los mismos moldes que los plásticos convencionales. Las pruebas de las piezas de automoción arrojaron resultados prometedores, pero necesitarán un mayor desarrollo, mientras que las piezas de refrigeración no exudadas cumplieron los requisitos de rendimiento y redujeron significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero.
De los ensayos industriales a la comercialización
El consorcio de VITAL, formado por organizaciones de investigación y socios industriales de los sectores de la automoción, la electrónica y la náutica, se aseguró de que los casos de uso reflejaran los requisitos reales de las aplicaciones. El equipo del proyecto logró resultados prometedores en procesos novedosos de exudado de termoplásticos de origen biológico, lo que abre el camino a nuevos avances en el procesamiento industrial, las propiedades de los materiales y otros usos industriales. «El exudado es una forma eficaz de reducir la cantidad de material y el peso necesarios y, por tanto, el coste. Al reducir la masa de material, disminuir el consumo de energía y permitir el reciclaje, en VITAL se demuestra que la sostenibilidad y la rentabilidad pueden ir de la mano en el futuro», afirma Wikström.
