Cada vez que despega un avión o gira una pala de aerogenerador, hay una parte menos visible de la historia. Al final de su vida útil, esos materiales ligeros y muy resistentes se convierten en un residuo difícil de gestionar. Y no hablamos de poco. Un nuevo estudio calcula que los desechos de composites de fibra de carbono con resina epoxi podrían alcanzar unas 478 000 toneladas en 2050 si no cambiamos la forma de tratarlos.
Con este panorama, la pregunta se impone sola. ¿Qué hacemos con esas montañas de restos negros que no se degradan y que ya no sirven ni para volar ni para generar electricidad
Un equipo del Instituto de Tecnología de Harbin, en China, propone una alternativa poco habitual. En lugar de recuperar la fibra “lo más parecida posible a la virgen”, apuestan por convertir esos residuos en materiales aún más valiosos. Es lo que se conoce como suprarreciclaje, o upcycling. Su herramienta principal tiene nombre llamativo “llamas sólidas” que en cuestión de segundos transforman chatarra de fibra de carbono en fibras recubiertas de grafeno y en polvos de grafeno.
Un residuo muy técnico y muy incómodo
Los composites de fibra de carbono con resina epoxi han conquistado sectores como la aviación y la eólica porque son ligeros y aguantan décadas. Esa misma durabilidad se vuelve un problema cuando llegan al final de su vida útil. Trozos de recorte, preimpregnados caducados y piezas enteras retiradas del servicio forman un flujo de residuos que no se puede quemar ni enterrar sin más. En algunos países la incineración y el vertedero ya se han restringido por su impacto ambiental.
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Las opciones actuales no son ideales. La trituración mecánica permite reutilizar el material como relleno, pero en aplicaciones de bajo valor. Los métodos químicos recuperan fibras casi como nuevas, aunque dependen de reactivos tóxicos y procesos lentos. Los tratamientos térmicos requieren varias horas entre 400 y 1 000 grados, con mucho consumo de energía y pérdida de calidad en la fibra reciclada.
En resumen, reciclamos, sí, pero a menudo para obtener algo peor que lo original. Y eso desincentiva a la industria.
Cómo funciona la “llama sólida”
El trabajo publicado en Nature Communications describe un protocolo apoyado en una técnica conocida como síntesis de alta temperatura auto propagada. En términos sencillos, es una reacción que, una vez encendida, se alimenta sola a través de los sólidos que reaccionan entre sí.
El proceso tiene cuatro pasos básicos. Primero se mezclan los residuos de fibra de carbono con polvos de magnesio y carbonato cálcico. Esa mezcla se introduce en un crisol de grafito dentro de un recipiente al vacío. Después se aplica un único impulso eléctrico que basta para iniciar la reacción. A partir de ahí la combustión se propaga por la mezcla en forma de “llama sólida”, alcanzando temperaturas del orden de miles de grados durante microsegundos.
La reacción principal entre magnesio y carbonato cálcico genera óxidos de magnesio y calcio y carbono en forma de grafeno. Al mismo tiempo, el magnesio ayuda a romper los enlaces entre carbono y oxígeno de la resina epoxi y favorece que los átomos de carbono se vuelvan a unir. Una parte de ese carbono crece como escamas de grafeno adheridas directamente a la superficie de la fibra. El resto se organiza en polvos de grafeno de pocas capas.
Tras la combustión, un baño ácido elimina los óxidos metálicos y un tamizado separa las fibras injertadas con grafeno de los polvos de grafeno. Todo el paso de suprarreciclaje ocurre en segundos, con una energía de ignición de unos 0,009 kilojulios por gramo, muy por debajo de otros métodos eléctricos intensivos.
Menos energía, menos CO₂ y productos de alto valor
Aquí entra en juego la parte climática y económica que interesa a cualquier política de residuos. El equipo realiza un análisis de ciclo de vida que compara tres escenarios para gestionar un kilo de residuo de fibra de carbono con un contenido medio de resina del 25 por ciento suprarreciclaje en llamas sólidas, reciclaje térmico e incineración.
En términos de energía acumulada, fabricar fibra de carbono virgen requiere entre 183 y 286 megajulios por kilo, mientras que el nuevo proceso necesita unos 10,8 megajulios por kilo de residuo tratado. En cuanto al potencial de calentamiento global, el suprarreciclaje mediante llamas sólidas se sitúa en unos 2,1 kilos de CO₂ equivalente por kilo de residuo, frente a 3,4 kilos de CO₂ equivalente por kilo en los escenarios de reciclaje térmico e incineración.
Además, los autores comparan la producción de grafeno por llamas sólidas con métodos habituales como el proceso de Hummers o la deposición química en fase de vapor. Sus cálculos indican que esta ruta genera menos impacto tanto en energía como en emisiones de gases de efecto invernadero. Incluso las salmueras residuales que contienen cloruros de magnesio y calcio se pueden reciclar en otros procesos industriales, lo que reduce aún más la carga ambiental.
La parte económica tampoco queda fuera. El estudio estima que, si se produce solo grafeno con esta técnica, el coste ronda los 17,11 dólares por kilo. Cuando se incorporan residuos de fibra de carbono y se obtienen a la vez fibras injertadas y grafeno, el coste conjunto baja a unos 8,68 dólares por kilo de producto. Si las fibras injertadas se venden a precios similares a los de la fibra reciclada, en torno a 15 dólares por kilo, el grafeno puede ser rentable incluso con un precio de venta de unos 11,62 dólares por kilo, competitivo frente a algunos polvos de grafito comerciales.
Para qué sirven esas nuevas fibras y ese grafeno
Los investigadores no se quedan en la teoría. Utilizan las fibras injertadas para reforzar materiales de grafito. Con una fracción del 10 por ciento en peso, la resistencia a flexión del compuesto resultante pasa de unos 25 megapascales en el grafito sin refuerzo a cerca de 107 megapascales, un incremento que multiplica por más de cuatro la capacidad de soportar carga.
En paralelo, caracterizan los polvos de grafeno. Presentan una alta conductividad eléctrica y una estructura porosa con una superficie específica en torno a 130 metros cuadrados por gramo. Cuando se compactan en una placa, esta es capaz de bloquear más del 99,95 por ciento de la radiación electromagnética en determinadas frecuencias de microondas, un comportamiento que los autores ven como prometedor para aplicaciones de apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas.
Qué significa esto en la práctica
De momento no veremos plantas municipales echando “llamas sólidas” sobre los residuos. Es una prueba de concepto avanzada, pensada para el ámbito industrial, que todavía debe escalarse y adaptarse a normativas de seguridad y gestión de residuos. Aun así, el mensaje de fondo es claro. Se puede tratar un residuo complejo como la fibra de carbono mezclada con resina epoxi de una manera que ahorra energía, reduce emisiones respecto a opciones habituales y genera productos con mercado real en sectores como los materiales avanzados y la electrónica.
En un contexto en el que la aviación y la energía eólica se presentan como pilares de la transición ecológica, cerrar el círculo de sus propios residuos no es un detalle menor. No es poca cosa.
El estudio completo se ha publicado en la revista Nature Communications.
