Investigadores de la UPV/EHU patentan una técnica para reciclar al 100% los residuos de fibra de carbono

Un grupo de profesores e investigadores del departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Universidad del País Vasco han patentado un método para reciclar el 100% de los residuos de materiales de fibra de carbono. Isabel de Marco, Alexander Lopez-Urionabarrenechea, Blanca María Caballero, Naia Gastelu, Aitziber Adrados, Jon Solar y Ainhoa Hernández son miembros del Grupo de investigación Sustainable Process Engineering de la UPV/EHU.

Los composites o materiales compuestos de fibra de carbono son muy utilizados hoy en día en la fabricación de aeronaves, palas de aerogeneradores, artículos deportivos y automóviles, entre otros, debido a que presentan unas propiedades mecánicas muy similares a las de muchos metales y al mismo tiempo pesan muy poco. Esto ha producido un aumento muy importante en la utilización de estos materiales en los últimos años (por ejemplo, más del 50% en peso de los dos últimos modelos de Airbus y Boeing es de composite de fibra de carbono). Todos los estudios de mercado prevén un crecimiento casi exponencial en su utilización para los próximos años.

La utilización de estos materiales genera los consiguientes residuos, que pueden ser derivados de la propia fabricación de los componentes de los aviones, aerogeneradores, etc., o pueden ser generados al finalizar su vida útil, por ejemplo, al reciclar las partes de aviones compuestas de fibras de carbono.

"Los composites de fibra de carbono se componen principalmente de filamentos de carbono impregnados y aglomerados con una resina. El reciclado de estos materiales es difícil de realizar por tres motivos fundamentales: 1) la gran mayoría están formados por resinas termoestables, que no se funden por aplicación de calor, luego no se pueden volver a moldear; 2) están compuestos por múltiples ingredientes de naturaleza muy diversa (resina, fibras, aditivos de relleno) etc.); y 3) pueden estar mezclados o llevar incorporados otros materiales (insertos metálicos, film termoplástico protector, pinturas, etc.)", detalla Isabel de Marco, directora del Grupo de Pirólisis y Gasificación perteneciente al Grupo de Investigación Consolidado Sustainable Process Engineering (SuPrEn), formado por miembros del departamento de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la UPV/EHU.

Conversaciones con empresas interesadas

La fibra de carbono virgen tiene un precio de mercado muy elevado, por lo que empiezan ya a construirse algunas plantas de recuperación de las fibras, con el objetivo, "aún en vías de investigación", de reciclarlas en nuevos composites. En estas plantas, se separan las fibras de la resina a través de un proceso térmico (pirólisis) que hace que la resina se descomponga, formando vapores, y las fibras queden libres de la matriz, lo que permite su recuperación. En estas plantas los vapores de la descomposición de la resina son eliminados por incineración, sin aprovechar su valor y con el consiguiente problema de emisiones contaminantes.

La patente publicada por el grupo de investigación de la UPV/EHU define un método para tratar estos vapores de forma que a partir de ellos se pueda obtener un gas valioso con una alta proporción de hidrógeno, lo que permite la separación de este compuesto y su venta. "El hidrógeno está llamado a ser el combustible del futuro por no ser contaminante, ya que en su combustión solo se produce agua. Además, puede utilizarse para síntesis química en múltiples aplicaciones", explica De Marco. 

En consecuencia, este método patentado permite la revalorización de la resina polimérica y no solo de la fibra de carbono, tal y como se hace actualmente. Por tanto, se trata de un método que mejora el estado de la técnica actual y la hace más rentable y sostenible.

"Se podría instalar en las plantas actuales de tratamiento de composites residuales, o incorporarlo en nuevos diseños. El balance económico preliminar indica que la combinación del precio de venta del hidrógeno y el de las fibras de carbono recuperadas hace que el proceso sea rentable", explica Alexander Lopez-Urionabarrenechea, co-director de este trabajo de investigación.

Esta patente puede interesar a las empresas constructoras de elementos fabricados con composites de fibra de carbono, como manera de gestionar sus propios residuos, así como a las empresas gestoras de estos residuos. "Las posibilidades de monetizar la patente pasan por ahondar aún más en la investigación de laboratorio y hacer un estudio del cambio de escala. De hecho el grupo se encuentra ya actualmente en conversaciones con una empresa interesada en el proceso", precisa Lopez-Urionabarrenechea.

Publicación de patente:

'Método para el tratamiento de vapores generados en el proceso de recuperación de fibras de carbono de composites por pirolisis'.

Autores:

Alexander Lopez-Urionabarrenechea, Isabel de Marco, Blanca María Caballero, Naia Gastelu, Aitziber Adrados, Jon Solar, Ainhoa Hernández. Miembros del Grupo de Pirólisis y Gasificación perteneciente al Grupo de Investigación Consolidado Sustainable Process Engineering (SuPrEn), formado por miembros del Dpto de Ingeniería Química y del Medio Ambiente de la Escuela de Ingeniería de Bilbao (UPV/EHU).