Los científicos están encontrando formas de fabricar fibras de carbono a partir de biomateriales en lugar de combustibles fósiles.
Las fibras de carbono son hilos finos de cristales de carbono casi puro; son cinco veces más resistentes que el acero y el doble de rígidas.
Tradicionalmente, las fibras de carbono son caras de producir y poco sostenibles.
Los científicos trabajan para convertir la lignina, una sustancia presente en la mayoría de las plantas y subproducto de la fabricación de papel, en fibras de carbono.
Las fibras de carbono de origen biológico podrían utilizarse para construir coches eléctricos y edificios ligeros.
Los científicos trabajan en fibras de carbono fabricadas a partir de biomateriales en lugar de combustibles fósiles, con el objetivo de crear una versión que no genere carbono en sus emisiones.
Según el científico principal, el doctor Erik Frank, las fibras de carbono de origen biológico podrían utilizarse para construir coches eléctricos ligeros con mayor autonomía de batería.
En arquitectura, el hormigón podría reforzarse con fibras de carbono en lugar de acero, lo que permitiría construir estructuras ultrafinas.
«Es un material maravilloso, porque es muy resistente y, a la vez, ligero en comparación con el metal», afirmó Frank, responsable de desarrollo de fibras de carbono y nuevos materiales en el Instituto Alemán de Investigación Textil y de Fibras de Denkendorf, en el sur de Alemania.
Sin embargo, «la huella de carbono de las fibras de carbono suele ser muy negativa», añadió.
«Las materias primas [de las fibras de carbono convencionales] proceden del petróleo, pero estamos intentando alejarnos de ello», explicó. «La demanda de fibras de carbono de origen biológico es mucho mayor que antes. Nos llueven las solicitudes».
Las fibras de carbono se fabricaban originalmente a partir de materiales vegetales
Las fibras de carbono son hilos increíblemente finos de cristales de carbono casi puro. Con un grosor de entre 5 y 10 micrómetros, son cinco veces más resistentes que el acero y el doble de rígidas.
El material se fabricaba originalmente a partir de materiales vegetales, como celulosa y rayón, explicó Frank, hasta que el precio más bajo y el mayor rendimiento de las versiones derivadas de combustibles fósiles hicieron inviables las fibras de carbono de origen biológico.
Sin embargo, el proceso de producción requiere enormes cantidades de energía y genera grandes cantidades de emisiones y toxinas. «Si queremos que las fibras de carbono sean neutras en carbono, todo este proceso debe rediseñarse», afirmó Frank.
Para fabricar las fibras, el petróleo se procesa primero para obtener poliacrilonitrilo (PAN), altamente tóxico. Este se estira en hilos finos y luego se calienta en un horno sin oxígeno.
Aumento de la demanda de fibras de carbono de origen biológico
El proceso requiere grandes cantidades de energía y genera contaminación, ya que se quema todo excepto los átomos de carbono. «Hace un par de años, esto ni siquiera era un tema», dijo Frank. «A la gente solo le preocupaban los costes».
«Hoy en día, la sostenibilidad es mucho más importante y el petróleo ya no es tan barato, así que la situación es distinta. La fibra de carbono es un componente importante en ese contexto, porque requiere mucha energía».
Frank está explorando formas de convertir la lignina, una sustancia presente en la mayoría de las plantas y que es un subproducto de la industria papelera, en fibras de carbono.
«Trabajamos con lignina como materia prima», explicó. «Es un residuo que se acumula en grandes cantidades en la industria papelera. Normalmente, se añade al hormigón o al asfalto, o se incinera. Nosotros la utilizamos para fabricar fibra de carbono».
«Para ello, utilizamos métodos químicos para purificarla y darle una forma adecuada», continuó. «Después, podemos hilarla en fibras, algo que intentamos hacer directamente en agua en lugar de recurrir a disolventes tóxicos. Y las fibras obtenidas pueden convertirse directamente en fibras de carbono».
La fibra de carbono es actualmente cara y poco sostenible
El rendimiento de la fibra de carbono de origen biológico se sitúa «en un nivel medio o bajo» en comparación con las fibras a base de PAN, añadió. «Debo decir que las fibras de carbono de origen biológico no sustituirán a las de PAN. Simplemente constituirán un segundo mercado que coexistirá con el primero».
La fibra de carbono se utiliza ampliamente en la fabricación de aviones y automóviles, así como en productos de alto rendimiento, como bicicletas, raquetas de tenis y aerogeneradores. Es extremadamente ligera, lo que permite mejorar significativamente el rendimiento y reducir las necesidades energéticas.
Sin embargo, su producción es cara y su reputación empeora cada vez más debido a su falta de sostenibilidad.
«En la construcción aeronáutica ya se utiliza de forma habitual», afirmó Frank. «Puede marcar la diferencia en los coches eléctricos, ya que ayuda a reducir el peso».
«La industria del automóvil quisiera pasar a la fibra de carbono, pero todavía es demasiado cara y no lo suficientemente sostenible. La industria automovilística está muy condicionada por el precio y busca cada vez más hacer las cosas de forma más sostenible».
El año pasado comenzaron las obras del primer edificio con hormigón reforzado con fibra de carbono. CUBE, un edificio de dos plantas diseñado por Henn Architekten en la Universidad Técnica de Dresde (Alemania), cuya finalización está prevista para finales de este año.
«Ya se está dando a pequeña escala el caso de hormigón reforzado con fibra de carbono, pero todavía no ha alcanzado una fase de adopción masiva», afirmó Frank. «La ventaja es que se puede fabricar un hormigón mucho más fino y, al mismo tiempo, soportar cargas pesadas, de modo que se pueden diseñar formas completamente distintas. El objetivo es dejar atrás las enormes cantidades de hormigón que se utilizan hoy en día».
Las fibras de carbono de origen biológico podrían ser más asequibles que las opciones derivadas del petróleo
El alto coste de la fibra de carbono se debe en parte al complejo proceso de producción, que requiere mucha energía. Frank afirmó que la producción mundial es de solo 150 000 toneladas al año.
Otro inconveniente de este material es que resulta difícil de reciclar y eliminar, aunque actualmente se están desarrollando formas de reutilizarlo. «Muchas personas están innovando en este campo», afirmó Frank.
«Ya existen bastantes fibras de carbono recicladas, e incluso se utilizan en productos. Por supuesto, se degradan con cada ciclo y, en algún momento, habrá que eliminarlas. Quemarlas no es una opción, porque son muy difíciles de quemar. Muchas veces se almacenan en antiguas minas».
Airbus «busca fibras de carbono sostenibles»
Sin embargo, la demanda de materiales sostenibles y de alto rendimiento significa que las fibras de carbono de origen biológico podrían ser pronto más asequibles, a medida que aumenten la investigación y el desarrollo en todo el mundo.
«Todos los sectores se ven obligados a reducir las emisiones de CO2», afirmó Frank. «Ya no es voluntario, porque será muy caro si no lo hacen. Incluso empresas aeronáuticas como Airbus buscan fibras de carbono sostenibles».
«Estamos trabajando en el uso de las materias primas de las plantas para convertirlas directamente en fibra de carbono», concluyó. «Esto significa que hemos captado el carbono del aire a través de las plantas, en lugar de liberar a la atmósfera carbono de fuentes fósiles como el petróleo o el carbón».
