Nuevos materiales para hacer que los barcos sean más sostenibles y menos ruidosos

Los barcos tienen un impacto medioambiental significativo durante la construcción, la operación y cuando se desguazan, pero los nuevos enfoques y materiales compuestos para reemplazar el acero, que siguen siendo populare debido a su resistencia y bajo costo, podrían hacer que los barcos sean más sostenibles, reciclables y menos ruidosos para la vida marina.

El uso de barcos para transportar mercancías contribuye significativamente a las emisiones globales de gases de efecto invernadero, con alrededor de 940 millones de toneladas de dióxido de carbono que se liberan cada año. En Europa, el transporte marítimo es responsable de aproximadamente el 13% de todas las emisiones del transporte. La construcción naval en sí misma consume energía y produce desechos al final de la vida útil de un barco con solo algunas partes de un barco reutilizadas.

«Los barcos son llevados a instalaciones de desguace, la mayoría de ellos en África o Asia», dice Alfonso Jurado Fuentes, jefe de investigación y desarrollo de TSI , una empresa de ingeniería especializada en actividades marinas en Madrid, España. «Muchos de estos materiales están extremadamente degradados e inservible, pero algunos de ellos se utilizan como una fuente importante de materias primas en estos continentes».

Construir barcos que sean menos pesados ​​es una táctica que puede ayudar a reducir las emisiones. El uso de materiales compuestos como plástico reforzado con fibra (FRP) en lugar de acero, por ejemplo, debería reducir el peso de un barco y el consumo de combustible. «Tiene la ventaja de consumir menos combustible y luego emitir menos gases contaminantes», afirma Matthias Krause, del Centro de Tecnologías Marítimas en Hamburgo, Alemania. «Eso también significa menos emisiones por kilogramo de carga útil transportada».

Además, el uso de materiales compuestos podría prolongar la vida útil de un barco y, por lo tanto, reducir los recursos necesarios para la construcción. Los barcos de acero a menudo se dañan por la corrosión y en algunos casos ya no es posible la reparación, lo que no es un problema cuando se utilizan materiales no metálicos. También existe la posibilidad de reutilizar mejor los barcos hechos de materiales compuestos, ya que se pueden reciclar mejor al final de su vida útil, dice Jurado Fuentes. Mientras que alrededor del 34% de los barcos de acero se reutilizan, se cree que hasta el 75% de los barcos compuestos podrían tener una segunda vida.

Hélices metálicas

Krause y sus colegas están investigando el uso de nuevos materiales y tecnologías para fabricar componentes específicos de grandes embarcaciones, desde cabinas de cruceros hasta timones, como parte del proyecto RAMSSES . Están buscando, por ejemplo, cómo se podrían fabricar hélices metálicas utilizando una técnica de impresión 3D que permitiría palas huecas y más ligeras. La hélice también sería más silenciosa y emitiría menos vibraciones. «Si estamos pensando en los beneficios ambientales, también se trata de producir menos ruido, que es dañino para la vida marina», añade Krause.

El equipo fabricó prototipos de varias partes, como el casco de un barco hecho de FRP. Trabajando con un astillero en los Países Bajos que produce patrulleras, necesitaban desarrollar un nuevo tipo de resina que no fraguara demasiado rápido, ya que querían crear parte de un casco de seis metros de altura.

Pudieron demostrar que el casco de su barco compuesto tendría un impacto ambiental menor que si estuviera hecho de acero. Pesaba más de un 24% menos, lo que calcularon reduciría su huella ambiental durante la operación en un 25% al ​​considerar factores como las emisiones de gases de efecto invernadero y la formación de aerosoles, que impactan la calidad del aire.

Los materiales compuestos también podrían usarse para reparar barcos de acero dañados y extender su vida útil. Un parche hecho de materiales compuestos, por ejemplo, podría aplicarse a grietas o para reforzar áreas soldadas entre sí.

Materiales compuestos

Otro enfoque es centrarse en hacer una embarcación completa con materiales compuestos, que era el objetivo de Jurado Fuentes y sus compañeros. Investigaron la viabilidad de construir grandes barcos de más de 50 metros de eslora con FRP como parte del proyecto Fibreship. Su principal objetivo era sentar las bases para el diseño y la construcción de estos buques, por ejemplo, proponiendo pautas de diseño y criterios de rendimiento, que no existían. “Hemos estado estudiando diferentes tecnologías y avances técnicos para demostrar que es factible diseñar, construir y operar este tipo de embarcaciones”, explica Jurado Fuentes.

Los miembros del equipo diseñaron tres buques de FRP diferentes: un buque portacontenedores, un buque de investigación pesquera y un buque que puede transportar carga, vehículos y pasajeros, conocido como RoPax. Dado que el diseño de su buque portacontenedores resultaría en una embarcación más liviana, calcularon que podría transportar casi un 17% más de carga cuando esté completamente cargada en comparación con una contraparte de acero. Con el diseño de su buque de investigación pesquera, pudieron obtener una reducción de peso total del 36%.

Su diseño RoPax también resultaría en una reducción significativa de peso y, por lo tanto, en el consumo de combustible. Dado que este tipo de embarcación viaja a velocidades mucho más altas en comparación con las otras dos embarcaciones, que requieren una gran potencia de los motores, los ahorros de costos también serían más significativos. «Es una mejor oportunidad de inversión en comparación con el buque de acero», comenta Jurado Fuentes.

Aunque el presupuesto del equipo no permitió la construcción de un prototipo de barco de FRP completo, construyeron un bloque de un barco de investigación pesquera en las instalaciones de IXBLUE en La Ciotat, Francia. Con unas dimensiones de 11 por 11 por 8,6 metros, contenía una cubierta inferior con parte de una sala de máquinas y una cubierta superior con alojamiento para pasajeros. El equipo pudo demostrar que es factible construir grandes estructuras a partir de materiales compuestos.

Requisitos

Pero todavía hay obstáculos que superar antes de que los barcos compuestos se conviertan en realidad. Cau y su equipo descubrieron que es complicado que un componente de un barco cumpla con todos los diferentes requisitos. Un panel que crearon, por ejemplo, era resistente al fuego y tenía propiedades mecánicas satisfactorias, pero no cumplía con los estándares de ruido y vibración, lo que podría obstaculizar la comodidad de los pasajeros a bordo. «Hay muchos aspectos que satisfacer y la capacidad de satisfacer todos ellos en el mismo producto es algo que estamos tratando de resolver», señala Cau.

También se necesita más trabajo para abordar el reciclaje de los barcos de FRP al final de su vida útil. Pocas instalaciones en Europa son capaces de reciclar materiales compuestos, donde primero es necesario separar fibras, resinas y otros materiales. «Hoy en día, es muy caro reciclar muchos elementos de FRP», dijo Jurado Fuentes. «Creo que se necesita más investigación e inversión».

Para los barcos más grandes hechos completamente de FRP, el principal desafío es demostrar que cumplen con los estándares de seguridad contra incendios establecidos por la Organización Marítima Internacional (OMI). El FRP es un material combustible y actualmente sería difícil evacuar un buque de FRP a tiempo para evitar víctimas. Sus propiedades materiales tampoco se mantienen a altas temperaturas y, por lo tanto, una embarcación podría colapsar. Los fabricantes de materiales compuestos están trabajando en el desarrollo de resinas FRP que no sean combustibles y la forma en que se diseñan los espacios a bordo también podría ayudar a mejorar la seguridad contra incendios.

Jurado Fuentes cree que las grandes embarcaciones compuestas podrían comenzar a navegar en unos 15 años, ya que las regulaciones y estándares para el diseño y la construcción también se establecen en la industria.

Fuente: Este artículo fue originalmente publicado en Horizon, the EU Research and Innovation magazine