La innovación en materiales se fija en la eficiencia energética y la sostenibilidad

La última edición de la Immersió Estratègica del Clúster de Materials Avançats de Catalunya, Clúster MAV, celebrada a primeros de marzo en Sitges, Barcelona, puso de manifiesto el buen estado de salud de este segmento. Con la asistencia de más de 50 profesionales, durante dos días se pusieron de manifiesto los avances realizados en nuevos materiales destinados a industrias tan diversas como el vehículo eléctrico, el plástico, la aeronáutica o la fabricación aditiva.

Los encuentros profesionales organizados regularmente por el por el Clúster de Materials Avançats de Catalunya, Clúster MAV, en colaboración con Acció, permiten poner en contacto aquellas empresas usuarias de materiales avanzados con las que, precisamente, los desarrollan. Un encuentro que se ha convertido, tras seis ediciones, en imprescindible por su capacidad de congregar en un mismo espacio oferta y demanda y donde libremente se ponen sobre la mesa las necesidades de la industria, sus limitaciones, sus posibilidades e incluso permite impulsar acuerdos empresariales para desarrollar un proyecto en concreto. Ello explica el orgullo con el que el primer presidente de Clúster, Lluís Raurich, inauguró la nueva jornada.

Albert Tarancón, profesor del Icrea y líder del grupo de Nanoionics and Fuell Cells del IREC, hizo un repaso de las deficiencias actuales de los motores de combustión, “que pierden mucha energía por su ineficiencia”, de los cuales se aprovecha sobre el 30% de la energía generada, “además de la energía perdida por culpa de las propias emisiones”. Sin embargo, apuntó también las dificultades que entraña la energía procedente de las energías renovables: “existe un punto de inflexión a partir del cual, sobre el 20-30%, en la que la energía creada no se puede aprovechar al mismo ritmo que se genera y, por lo tanto, necesita almacenarse”. Por ello, Taracón afirma que “el reto es desarrollar un sistema que permita descarbonizar sin renunciar a la potencia y, al mismo tiempo, almacenar la energía renovable que se genere”. Y su pasa por usar la tecnología de las pilas de combustible, pero en sentido inverso: “inyectar energía procedente de fuentes renovables sobre agua nos permite producir el fenómeno de la hidrólisis para obtener hidrógeno, que es un combustible que sí sabemos cómo almacenar”. En este sentido, apuntó que se trata de una solución con crecimiento exponencial que, si bien inicialmente se aplicará en el transporte, paulatinamente se irá introduciendo en la industria y en uso residencial: “En Japón existen ya 240.000 pilas de combustible instaladas en domicilios particulares y en Corea están realizando una instalación de 60 MW”. Asimismo, también puso como ejemplo el desarrollo de un tren que funciona con hidrógeno, conscientes que es más eficiente esta solución que electrificar una línea que hasta ahora funcionaba con locomotoras de combustión. Igualmente, marcas de automóviles como Toyota o Hyundai apuestan claramente por el hidrógeno. Para ello, en cuanto a materiales se refiere, Tarancón expuso la posibilidad que supone la necesidad de contar, en el futuro, con membranas conductoras iónicas; aleaciones metálicas y recubrimientos; catalizadores como pilas y reactores; materiales para tanques de alta presión; materiales de captura de CO₂; o membranas de purificación y separación de gases.

También del IREC participo Lluc Canals, investigador del Área de Electrónica de Potencias y Redes Eléctricas del centro. Canals expuso cómo las exigencias medioambientales y las mejoras en cuanto a eficiencia de las baterías de litio han impulsado la industria del vehículo eléctrico. Asimismo, consciente de uno de los principales hándicaps a la hora de fabricar estas baterías, la escasez del litio, comentó que se trata de un material reciclable y que, además, “las baterías utilizan muy poca cantidad”. En cambio, sí apuntó algunos de los problemas actuales de dichas baterías: “la reducción de la vida útil por exceso de calor y, por el contrario, la reducción del rendimiento por exceso de frío”. Así, expuso que el proyecto en el que trabajan actualmente es desarrollar lo que se conoce como V2X, esto es, “del vehículo a…” o cómo generar energía y proporcionarla a otros componentes, usando el vehículo como fuente de carga.

El grafeno, entre realidad y futuro

Más centrado en nuevos materiales, Raúl Benages, Postdoctoral Research del grupo Novel Energy-Oriented Materials del ICN2, presentó el grafeno, un material del que hace años se viene hablando de sus capacidades innovadoras. Por ello, desde su área de investigación están trabajando en baterías basadas en grafeno, “aunque se trata, hoy por hoy, de investigaciones en el ámbito del laboratorio”. De hecho, su grupo del ICN2 desarrolla su propio grafeno —bajo secreto industrial—, entre otras actividades complementarias.

Por su parte, Pere Borralleras, director de Marketing de BASF Construction Chemicals Iberia, expuso de manera muy visual las tendencias que trabajan en su ámbito, los materiales de síntesis, y el proceso de innovación de la compañía. En este sentido, Borralleras repasó los factores que condicionan precisamente el diseño de nuevos materiales, desde criterios de aumento de población, hasta la concentración de ésta en mega-ciudades, el incremento de la demanda de energía, la mayor necesidad de alimentos, el propio cambio climático o la disponibilidad de recursos naturales. “Todo ello impulsa a empresas como BASF a investigar, desarrollar y diseñar nuevos materiales para la sociedad del futuro”.

En el caso de las baterías para los coches eléctricos, éstas deberán ofrecer mayor autonomía, menor tamaño y peso y mayor rapidez de carga… tres retos que dan lugar a cuatro líneas de investigación para desarrollar materiales superconductores, materiales ligeros, materiales con capacidad de almacenaje y cátodos de alto rendimiento. Concretamente, materiales superconductores nanolaminares de conductividad hasta 100 veces superior a la del cobre (Cu), de muy baja resistividad, transmisión eléctrica más rápida, material deformable, maleable y ligero, producidos por procesos de deposición de soluciones químicas.

En cuanto a los cátodos de alto rendimiento por baterías eléctricas de litio (Li) se trata de sistemas catódicos basados en componentes de óxidos mixtos y separadores de membrana más eficientes, con recuperación anódica del 99,7% en la recarga, con un incremento de la capacidad de almacenaje, ofreciendo mayor autonomía de conducción y menor coste por kWh y km.

Así mismo, los nuevos catalizadores para combustibles convencionales pasan por un modelo para motores de gasolina basados en sistemas multicapas o por una versión para motores diésel basado en zeolita modificada químicamente.

En resumen, BASF trabaja en la investigación de aplicaciones potenciales para nuevos materiales, desde nano cubos para almacenar e intercambiar gases ligeros hasta nanomateriales para múltiples aplicaciones, pasando por el grafeno y sus derivados, ligninas, encimas, bacterias catalíticas o aerogeles.

La economía circular también pone su grano de arena

Durante la jornada de Immersión estratégica se presentó también el potencial de la economía circular en el mundo de los nuevos materiales, de la mano de Soukeyna Gueye, analista e investigadora en la Fundación Ellen MacArthur. Gueye repasó las diferentes aplicaciones de plásticos y bioplásticos al final de su uso: “Si se mantiene el ritmo de incremento del consumo y demanda por parte de la población, que también aumenta cada año, necesitaríamos 4 planetas como la Tierra para alimentar a todo el mundo. Así que urge romper con el sistema económico actual que crea toneladas de residuos y potenciar la reutilización incluso antes que el reciclaje”. Y añadió: “Pero para ello es necesario que el diseño juegue un papel decisivo a la hora de desarrollar los productos, que se planteen pensando ya en la reutilización de sus componentes, potenciando la separación de piezas.

Como no podía ser de otra manera, también la fabricación aditiva tiene un importante papel en el desarrollo de nuevos materiales. De ello dio buena cuenta Xavier Plantà, exponiendo que si bien existen diferentes materiales que pueden trabajarse mediante esta tecnología, aún hoy existen pocos materiales disponibles desarrollados específicamente para este proceso. Materiales además que pueden ser de base polvo (polímeros, metales y cerámicas), base sólida (láminas metálicas, láminas poliméricas, papel, hilo de plástico o metálico…) o de base líquida (resinas foto curables o tintas).

Y pese a advertir en el desconocimiento del proceso intrínseco de consolidación, afectado tanto por el propio proceso como por el material, cerró su intervención con un mensaje optimista: “Esta tecnología abre un nuevo paradigma para todos los agentes de la innovación como son los investigadores, pero también productores, usuarios y a la sociedad en general”, en un claro llamamiento a las empresas industriales a empezar a usar esta tecnología.

El segundo y último día de jornada se centró en los retos empresariales, con exposiciones por parte de empresas de primer orden como Repsol —Nuevos materiales en la industria química—, Ormazabal —nuevos materiales y electrificación—, el Hospital Clínic —materiales aplicados a la biomedicina—, o TMB —materiales avanzados para una estación de metro singular—. E intervino también Eduard Alarcón, director del proyecto del primer satélite catalán en órbita, que expuso ante los asistentes la potencialidad del mercado aeroespacial para los proveedores de materiales.

La VI edición de la Immersió Estratègica del Clúster MAV cerró con la exposición de diferentes proyectos impulsaods desde el Clúster y la Asamblea General Ordinaria, con la entrega de la memoria de actividades del clúster.