Reducir el peso de automóviles, aeronaves y vehículos de transporte colectivo se ha convertido en una estrategia clave para mejorar la eficiencia energética y disminuir las emisiones asociadas a la movilidad. Para lograrlo, el proyecto europeo FOREST (Advanced lightweight materials FOR Energy-efficient STructures) desarrolló y validó nuevos materiales compuestos sostenibles y ligeros destinados a sustituir componentes convencionales en aplicaciones de automoción, aeronáutica y transporte público.
Coordinado por AIMPLAS, Instituto Tecnológico del Plástico, el proyecto combinó polímeros de origen biológico, fibra de carbono reciclada y aditivos funcionales para fabricar componentes capaces de reducir entre 30% y 35% su peso, manteniendo las prestaciones mecánicas, la seguridad y la durabilidad requeridas por la industria.
Los desarrollos incorporan además más de 50% de materiales sostenibles en determinadas soluciones, lo que abre nuevas posibilidades para disminuir tanto el consumo de materias primas fósiles como el impacto ambiental asociado a los materiales compuestos tradicionales.
FOREST contó con una financiación de alrededor de 4.3 millones de euros a través del programa Horizon Europe y reunió a 14 socios de ocho países europeos.
Menos peso y menor consumo energético durante la fabricación
El avance del proyecto no se limita al aligeramiento de los componentes. FOREST también trabajó en la optimización de los procesos industriales necesarios para fabricar estos materiales. Los procesos desarrollados permitieron reducir entre 15% y 25% el consumo energético frente a métodos convencionales.
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Entre las principales mejoras se encuentran nuevas químicas de curado acelerado, capaces de disminuir los tiempos de ciclo entre 20% y 40%, así como procesos de fabricación en una sola etapa que eliminan operaciones intermedias.
También se suprimieron algunos requisitos de almacenamiento en congelación asociados a determinados materiales compuestos. Estas mejoras permitieron reducir entre 15% y 20% los costos de ingeniería, principalmente mediante la simplificación de utillajes, un menor número de iteraciones en los moldes y procesos de fabricación más robustos.
“FOREST demuestra que la sostenibilidad, la reducción de peso y la seguridad no son objetivos incompatibles. Al integrar materiales de origen biológico, fibra de carbono reciclada y prestaciones multifuncionales, estamos redefiniendo los materiales compuestos avanzados para la movilidad del futuro”, señaló Fernando Ramos, coordinador del proyecto FOREST en AIMPLAS.
Tres demostradores para automoción, aeronáutica y transporte colectivo
Para comprobar la viabilidad industrial de los nuevos materiales compuestos, FOREST diseñó, fabricó y validó tres demostradores destinados a sectores con elevados requerimientos técnicos.
1. Tapa de batería para vehículos eléctricos
Uno de los desarrollos consiste en una carcasa para baterías de vehículos eléctricos fabricada mediante moldeo por compresión. La pieza utiliza una matriz de bio-benzoxazina reforzada con fibra de carbono reciclada e incorpora aditivos ignífugos y materiales capaces de proporcionar apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas.
El demostrador fue validado en aspectos como comportamiento estructural, resistencia al fuego y protección frente a interferencias electromagnéticas, características especialmente relevantes alrededor de los sistemas eléctricos y electrónicos de los vehículos.
2. Panel ligero para cabinas de aeronaves
FOREST también desarrolló un panel de techo para cabina aeronáutica basado en un compuesto termoplástico. La solución combina organochapas reforzadas con fibra de carbono reciclada y sobremoldeo con poliamida de origen biológico (Bio-PA).
El objetivo es ofrecer una alternativa más sostenible a determinados paneles fabricados convencionalmente con resinas fenólicas, manteniendo las prestaciones técnicas requeridas en aplicaciones aeronáuticas.
3. Perfil estructural para techos de autobús
El tercer demostrador consiste en un perfil estructural continuo para techos de autobús, fabricado mediante pultrusión termoplástica. La tecnología combina hilos de fibra de carbono reciclada con Bio-PA mediante un proceso automatizado y escalable.
La pultrusión permite fabricar perfiles continuos de alta resistencia y bajo peso, por lo que representa una alternativa con potencial para la producción industrial de estructuras ligeras destinadas al transporte colectivo.
Tres bioresinas validadas a escala piloto
Otro de los principales resultados de FOREST fue el desarrollo y validación a escala piloto de tres sistemas de resinas de origen biológico adaptados a distintos procesos y aplicaciones.
Las investigaciones se centraron en una resina bioacrílica, una bio-benzoxazina y una biopoliamida 6, con el objetivo de aumentar el contenido renovable sin perder procesabilidad ni prestaciones mecánicas y térmicas.
1. Resina bioacrílica con 25% de contenido biobasado
El sistema bioacrílico basado en Elium alcanzó formulaciones estables con aproximadamente 25% de contenido de origen biológico. Según los resultados del proyecto, la formulación mantiene características como reciclabilidad, procesabilidad y prestaciones termomecánicas.
Su utilización junto con fibra de carbono reciclada fue demostrada mediante tecnologías como C-RTM (Compression Resin Transfer Molding) y procesamiento de organochapas.
2. Bio-benzoxazina con hasta 87% de carbono renovable
La resina bio-benzoxazina desarrollada dentro de FOREST alcanzó entre 85% y 87% de carbono renovable. El trabajo sobre catalizadores y tratamientos posteriores al curado permitió mejorar tanto el proceso de fabricación como la estabilidad térmica y las propiedades mecánicas del material.
Estas características facilitaron su procesamiento mediante SMC (Sheet Molding Compound) y moldeo por compresión para aplicaciones automotrices, entre ellas la carcasa de batería desarrollada por el proyecto.
3. Biopoliamida 6 para pultrusión y sobremoldeo
El tercer sistema corresponde a una biopoliamida 6 (Bio-PA6) desarrollada en versiones parcialmente y totalmente biobasadas. Los investigadores demostraron la viabilidad de su polimerización y escalado y ajustaron las formulaciones para optimizar aspectos como viscosidad e impregnación de las fibras.
Esto permitió adaptar el material a procesos industriales como pultrusión termoplástica y sobremoldeo.
Fibra de carbono reciclada para impulsar la economía circular
FOREST también puso especial atención en uno de los mayores desafíos de los materiales compuestos: la recuperación y reutilización de la fibra de carbono. La fabricación de fibra de carbono virgen es un proceso intensivo en energía. Recuperar este material al final de los procesos productivos puede, por tanto, contribuir a disminuir tanto el consumo de recursos como la huella ambiental de nuevos componentes.
El proyecto trabajó en tecnologías destinadas a recuperar hasta el 100% de determinados residuos de fibra de carbono para transformarlos en materiales semielaborados destinados a nuevas aplicaciones.
Los ensayos mostraron que las fibras recuperadas pueden conservar una parte elevada de sus propiedades mecánicas originales, un factor fundamental para aumentar su utilización en nuevas generaciones de materiales compuestos.
De esta forma, el reciclaje de fibra de carbono puede favorecer una cadena de valor más circular en sectores como la industria automotriz, aeroespacial y del transporte colectivo.
Validación mecánica, térmica y frente al fuego
La incorporación de materias primas recicladas o de origen biológico no puede producirse a costa de la seguridad o las prestaciones de los componentes. Por ello, los materiales desarrollados dentro de FOREST fueron sometidos a un amplio programa de caracterización y ensayos.
Las pruebas incluyeron análisis reológicos de las resinas, evaluación de los procesos de curado, caracterización térmica y ensayos de tracción, flexión e impacto. También se evaluaron el comportamiento frente al fuego, la microestructura de los materiales y el apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas cuando la aplicación lo requería.
Los resultados permitieron validar materiales y procesos capaces de combinar reducción de peso, contenido renovable, materiales reciclados y prestaciones funcionales, acercándolos a aplicaciones industriales reales.
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Materiales compuestos más ligeros para la movilidad del futuro
La reducción de peso resulta especialmente relevante en el proceso de electrificación del transporte. En los vehículos eléctricos, una menor masa puede contribuir a utilizar de manera más eficiente la energía almacenada en la batería. En sectores como la aeronáutica y el transporte colectivo, el aligeramiento estructural también puede disminuir la energía necesaria para desplazar el vehículo.
FOREST muestra además que la sostenibilidad de los materiales compuestos no depende únicamente de sustituir materias primas fósiles. La estrategia incluye incorporar materiales reciclados, reducir la energía utilizada durante la fabricación, acortar tiempos de ciclo y diseñar procesos compatibles con una producción industrial escalable.
Los demostradores desarrollados para automóviles eléctricos, aeronaves y autobuses muestran así la evolución de los composites sostenibles desde formulaciones experimentales hacia prototipos validados con potencial para futuras aplicaciones industriales.
La combinación de bioresinas, fibra de carbono reciclada, reducción de peso y procesos de fabricación más eficientes apunta a una nueva generación de materiales compuestos en la que rendimiento técnico y circularidad deberán avanzar de manera conjunta.
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