CAPÍTULO 6: GESTIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN FIN DE USO: SITUACIÓN ACTUAL
1 - MARCO GENERAL
Los materiales compuestos constituyen tecnologías clave de cara a conseguir mejoras desde el punto de vista de la sostenibilidad en diversos sectores, principalmente por las ventajas que ofrecen durante su vida o funcionamiento en servicio. En general, las mismas están asociadas a reducciones de consumos energéticos y emisiones, a la extensión de la vida útil, o la optimización funcional gracias a la posibilidad de obtener componentes con geometrías complejas, entre otros factores. Como tales, son fundamentales para que España, al igual que el resto de los países europeos, alcance el objetivo de cero emisiones netas definido para 2050.
Sin embargo, el reto de la gestión de los materiales compuestos como residuos, tanto el tratamiento de los desechos generados durante los procesos productivos como el de los propios productos al llegar a su fin de vida, no está aún resuelto. En el contexto actual, esto puede constituir una limitación importante para su uso/implementación, dadas las cada vez mayores exigencias en términos de reciclabilidad de productos en diversos sectores, tanto por parte de los organismos gubernamentales y las administraciones como de la sociedad. Esto explica la gran cantidad de iniciativas, proyectos e investigaciones actualmente en curso en este campo, así como también los servicios y tecnologías que algunas empresas están ofreciendo en relación con la gestión del fin de vida de estos materiales y oportunidades para su reúso o reciclado. Esta situación se reproduce, en mayor o menor medida, en todos los países de Europa.
Aunque en comparación con otros materiales la producción y el uso de materiales compuestos de matriz polimérica son significativamente bajos (consumos mundiales de distintos materiales en millones de toneladas en 2023: 42 000 MTn cemento y hormigón, 5 000 MTn madera y derivados, 2 000 MTn acero, 35 MTn aluminio, 500 MTn plásticos, y 13 MTn materiales compuestos)[1], el porcentaje que consigue llevarse finalmente a una vía de reciclado es también , en general, de los más reducidos, con valores estimados que oscilan en los mejores casos entre un 10 % y 20 % dependiendo del tipo de refuerzo (el primero para compuestos reforzados con fibra de vidrio, el segundo para los reforzados con fibra de carbono; la diferencia entre las tasas de reciclaje se debe al coste y las prestaciones, propiedades o oportunidades que pueden ofrecer cada tipo de fibra post-reciclado)[2,3]. En España, estos porcentajes son probablemente incluso algo inferiores.
El uso de materiales compuestos en Europa representa aproximadamente un 22 % del uso total a nivel mundial[4]. Del mercado europeo, la mayor parte corresponde a Alemania, Italia, Reino Unido, Francia y España. En 2023, la fracción correspondiente a España y Portugal para compuestos de matriz termoestables, que es la mayoritaria, se estimaba en un 14,2 %[5]. En 2020, se estimaba que la cantidad de empresas fabricantes de componentes con materiales compuestos en España era de en torno a 500, en la mayoría de los casos PYMEs[6]. En gran parte de estas empresas, la eliminación en vertedero es la vía actualmente más empleada. A lo sumo, en algunos casos en los que se requiere gestionar resinas, disolventes y otras sustancias como residuos químicos, esta operación se subcontrata. Sin embargo, existe una cantidad importante de iniciativas que buscan revertir esta situación, incorporando nuevas vías o soluciones, algunas de las cuales se recogen a continuación.
En cuanto a los procesos de reciclado, los más desarrollados y utilizados son en general los mecánicos, seguidos por los procesos térmicos (en particular del tipo pirólisis). Los procesos químicos se encuentran generalmente con un grado de madurez tecnológica (TRL) algo inferior a los anteriores, entre los cuales se puede destacar los de tipo solvólisis. Finalmente, los procesos biológicos, entre otros, están en niveles de madurez más bajos. Esto está relacionado también con la viabilidad técnica, económica y ambiental de los procesos y la calidad de los subproductos que se generan. Es por esto por lo que las investigaciones actuales sobre los procesos de menor TRL se centran en la mayoría de los casos en mejorar el rendimiento, reducir los costes, hacerlos más sostenibles e intentar obtener subproductos de la mayor calidad/valor posible.
2 - INICIATIVAS POR PARTE DE EMPRESAS GESTORAS DE RESIDUOS, PROVEEDORES DE SERVICIO AMBIENTALES, EMPRESAS DE DESMANTELAMIENTO/DESMONTAJE, RECICLADORAS Y FABRICANTES DE COMPONENTES
Tal y como se mencionó, en España, al igual que en otros países, algunas de las iniciativas actualmente en marcha o servicios que se están ofreciendo en el mercado vienen desde de empresas gestoras de residuos, recicladoras y proveedoras de servicios en estos ámbitos.
El sector eólico constituye uno de los ámbitos de mayor actividad en el desarrollo e implementación de vías de reciclado de materiales compuestos, motivado por la importante cantidad de palas que agotarán su vida en los próximos años. Se estima que en 2030 cerca de 5.500 palas de aerogenerador llegarán al final de su vida útil, lo que da una idea de la magnitud del problema. Esto transcurre en paralelo con el desarrollo de nuevos materiales y procesos que faciliten estas operaciones y el tratamiento de estos componentes en el futuro, como se verá en apartados subsiguientes. Es posible encontrar una descripción detallada de la situación general y de las prácticas de economía circular en este sector en el informe elaborado por la AEE (Asociación Empresarial Eólica)[9].
En este contexto, dentro de los ejemplos específicos de iniciativas dentro del ámbito de los aerogeneradores, se encuentra sociedad Grineo, constituida en 2023 entre Prezero y Endesa, cuyo objetivo es la construcción de una planta de reciclaje de palas eólicas en desuso[10]. Según se proyecta, las materias primas secundarias recuperadas podrán ser utilizadas, entre otras aplicaciones, en sectores como el de la automoción, la construcción o el cerámico, creando de este modo una economía circular en el negocio eólico español. Otro caso es RenerCycle S.L., entidad constituida por 10 socios, Acciona-Energía entre ellos, que construirán la planta de reciclado Waste2Fiber[11]. El tratamiento propuesto, de tipo térmico, pretende preservar las propiedades de las fibras de refuerzo, reutilizar las fracciones orgánicas de las palas (la madera, por ejemplo) y transformar los materiales compuestos (fibras y resinas) en materias primas secundarias de alto valor añadido. Los materiales de vidrio reciclado y fibras de carbono serán utilizados, en diferentes formatos, mientras que los compuestos orgánicos tendrán aplicaciones en la industria química. La instalación tendrá una capacidad de procesado de 6.000 toneladas de material al año. Ambos ejemplos son iniciativas cuya puesta en marcha está prevista para 2024.
Complementando los casos anteriores, existen empresas del ámbito del montaje, instalación, supervisión y mantenimiento de aerogeneradores que actualmente ofrecen también servicios de desmontaje, reciclado y/o oportunidades de segunda vida de palas. Por ejemplo la empresa Tecnorenova, cuyo proceso se basa principalmente en separación y triturado[12], o la empresa Surus Inversa[13]. Otro caso es el de la empresa Altertec, la cual está actualmente estudiando procesos de valorización energética de estos materiales y de reciclado biológico[14]. Esta tipología de reciclado, mediante la cual se busca soluciones más eficientes y sostenibles que las actuales, están aún en fase de evaluación y desarrollo.
Un ejemplo en el sector aeronáutico, en el que hay una amplia trayectoria en el uso de materiales compuestos, es la empresa zaragozana AIR (Aviation International Recycling), del grupo Lopez Soriano, que se dedica específicamente al desmantelamiento de aeronaves y en cuyos procesos consiguen el reciclado de más del 90 % de los componentes[15]. Actualmente la empresa está llevando a cabo estudios y desarrollos específicos orientados al tratamiento en fin de vida de los materiales compuestos aeronáuticos, incluyendo principalmente vías de reciclado mecánico y químico, así como también oportunidades de reúso. Las aeronaves que están desmantelando actualmente son en la mayoría de los casos las que están agotando su vida en servicio, por lo que son relativamente antiguas y, en general, incorporan una cantidad de materiales compuestos sustancialmente menor que las aeronaves de última generación. En este sentido, se espera que la necesidad de reciclado de estos materiales aumente gradualmente, no solo por el aumento del número de aviones operativos en las últimas décadas, sino también por la mayor presencia de estos compuestos por aeronave.
Existe otro tipo de empresas que centran sus servicios en las tecnologías o los procesos de reciclado y no en el sector o la aplicación, quedando fuera de su ámbito los procesos de desmontaje o desensamblado. Cubren por lo tanto una parte específica de la cadena del proceso de reciclado (últimas 3 o 4 fases, Figura 2). Este es el caso de la empresa B-circular[16], que utiliza el proceso R3FIBER para obtener fibras limpias sin resinas, energía y combustibles. El mismo, de tipo térmico-químico, ha sido desarrollado por CENIM, TRT y UPV/EHU[17], siendo un excelente ejemplo de transferencia de la investigación al mercado. El avance tecnológico se basa en una evolución del proceso de pirólisis, combinándolo con la recuperación de energía a partir de los gases y líquidos que se generan durante el proceso.
Otro caso destacable que no está ligado a ningún sector específico o aplicación concreta es el de la empresa FAIRMAT[18], focalizada en el tratamiento de compuestos de fibra de carbono, que ofrece tanto servicios de reciclado como el subproducto específico que obtiene mediante su tecnología. Además, la compañía ofrece el soporte para la implementación de su solución. Su proceso, de tipo mecánico, se diferencia por el hecho de que en lugar de triturar el material como es habitual, trocea los residuos en tamaños relativamente grandes, lo cual favorece a mantener las propiedades mecánicas originales. La tecnología permite mantener un 70% de las cualidades básicas con un consumo energético muy reducido. Aunque se trata de una start-up francesa, la empresa tiene oficinas en España.
En estos últimos modelos de negocio, las fases de desmantelado, separación y clasificación estarían a cargo de otras empresas (como las mencionadas anteriormente), lo cual daría lugar a la necesidad de colaboración entre distintas entidades de cara a cubrir la cadena de procesos completa (Figura 2).
Respecto a las empresas fabricantes de productos con materiales compuestos, existen un interés bastante generalizado en intentar incorporar los subproductos que se obtienen de los procesos mencionados. Una muestra de esto son las empresas que participan activamente en el Grupo de Sosteniblidad de AEMAC, dentro de las cuales están Acciona, Talgo, Vestas, Ferrer-Dalmau, Ziur, Inpre, y Airbus, entre otros. También participan empresas proveedoras de materias primas o equipos, como Hexcel y MTorres.
En general, en el ámbito empresarial, la situación en España es similar a la que se presenta en el resto de Europa, escalada en concordancia con el volumen del mercado de los materiales compuestos y, con diferencias o excepciones que se corresponden con sectores de mayor actividad o relevancia, como es el caso del sector eólico español. Finalmente, cabe destacar que muchas de las iniciativas mencionados se han conseguido articular gracias a ayudas tanto a nivel nacional[19], europeo[20,21]o incluso regional.
3 - ACTIVIDAD POR PARTE DE GRUPOS DE INVESTIGACIÓN EN UNIVERSIDADES, CENTROS TECNOLÓGICOS Y OTROS ORGANISMOS DE INVESTIGACIÓN
En cuanto a grupos o entidades trabajando en el ámbito de la I+D+i, los campos de actuación (trabajos o investigaciones en curso o llevados a cabo en los últimos años) abarcan prácticamente toda la pirámide de jerarquía de tratamiento de residuos. En muchos casos, las actividades se realizan a través de proyectos específicos en colaboración con empresas como las citadas anteriormente. Por ofrecer algunos ejemplos, se recogen a continuación distintas líneas en las que se está o se ha estado trabajando en distintos centros, organismos o universidades, sin pretender que lo que se presenta sea exhaustivo o completo.
Centros tecnológicos como AITIIP están llevando a cabo proyectos dónde el trabajo se orienta al estudio de metodologías de desmantelamiento integral, para hacer posible la clasificación, reciclaje y reutilización de grandes componentes de materiales compuesto. En el ámbito del reciclado de residuos generados en los procesos de producción, Tekniker ha desarrollado un sistema que recupera fragmentos de material preimpregnado sin curar. AIMEN es otra de las entidades que trabaja en sistemas de separación y clasificación.
Respecto al diseño de nuevos polímeros con capacidad de reciclado al final de la vida útil cabe destacar los desarrollos de CIDETEC[22], a través de su tecnología 3R. Existen también otros sistemas que están siendo investigados por otros centros, como AITIIP o TECNALIA; o en el ámbito académico, en la URJC[23] por ejemplo. En la misma línea, el ITA lleva tiempo desarrollando soluciones para el desensamblado bajo demanda de uniones adhesivas para materiales compuestos, mediante la modificación de adhesivos y resinas[24].
El aprovechamiento de los materiales para su reutilización dando una segunda vida una vez extraído de su producto de origen está siendo estudiado por numerosos centros tecnológicos españoles, entre los que se puede destacar a LEARTIKER, AIMEN, ITA, AITEX, TECNALIA, CIDAUT, FIDAMC, IDEKO, AIMPLAST, EURECAT, CTAG y GAIKER, por mencionar algunos. En cuanto a grupos de universidades, se puede resaltar la actividad de AMADE-UG en proyectos en esta temática, la UPV/EHV y la UPM/ETSIA. También hay en marcha estudios para el reaprovechamiento y reciclado de los materiales auxiliares de fabricación, campos en los que han estado investigando por ejemplo EURECAT y FIDAMC (respectivamente).
Teniendo en cuenta que el reciclado mecánico se presenta como una de las opciones con un TRL más alto e implantado a nivel industrial, tal y como se ha nombrado anteriormente, podría decirse que actualmente las investigaciones en esta línea son algo más limitadas y que el mayor esfuerzo se está realizando en los métodos de reciclaje químico o térmico, en los que a priori el reto tecnológico es mayor y en los que se aspira a obtener productos de un valor añadido mayor al del reciclado mecánico. En este sentido AIMPLAS, TECNALIA, EURECAT, GAIKER o CIDETEC son ejemplos para el caso del reciclado químico; UPV/EHV, CSIC y nuevamente AIMPLAST en procesos pirolíticos. El IUMA/AC trabaja también en el reciclado químico, y cuenta con una patente para la recuperación de las fibras inorgánicas mediante procesos de solvólisis[25]. Pese a lo mencionado, cabe destacar que los procesos mecánicos suelen requerirse en algunos casos como paso previo a los reciclados químicos o térmicos. Existen también estudios de procesos de reciclado de sistemas de refuerzo más específicos, como el desarrollado por IMDEA para láminas de CNTs[26].
Como línea de investigación más básicas y alejadas de los niveles de industrialización, la investigación en el uso de la biotecnología aplicada al reciclado (reciclado biológico) está tomando cada vez más fuerza y grupos como ITA, AITIIP, o AIMPLAS cuentan con resultados preliminares en los proyectos en los que participan.
En general, se puede afirmar que el nivel de actividad en I+D para abordar la problemática del tratamiento en fin de vida de los materiales compuestos es elevado, y, por lo tanto, España se posiciona como uno de los países punteros en el desarrollo de soluciones en este ámbito.
4 - REFERENCIAS
[1] JEC Observer, Overview of the global composite market 2023-2028.
[2] A.A. Mohamed Sultan, P.T. Mativenga, Sustainable Location Identification Decision Protocol (SuLIDeP) for determining the location of recycling centres in a circular economy, Journal of Cleaner Production 223 (2019) 508-521.
[3] S. K. Gopalraj and T. Kärki, A review on the recycling of waste carbon fbre/glass fbre‑reinforced composites: fibre recovery, properties and life‑cycle analysis, SN Applied Sciences (2020) 2:433.
[4] JEC Composites Magazine, Special Issue, Composites Sustainability 2023.
[5] Dr. Elmar Witten, Volker Mathes, The European market for Fiber-Reinforced Plastics / Composites 2023, Market developments, Trends, challenges and prospects, (AVK).
[6] Europe Composites, U.S. Commercial Service.
[7] The sustainability of fibre-reinforced polymer composites. A good practice guide. Composites UK Ltd, 24th November 2022.
[8] Sustainable decommissioning: wind turbine blade recycling. Report from phase 1 of the energy transition alliance blade recycling project, ORE Catapult.
[9] Economía Circular en el Sector Eólico – Palas de Aerogeneradores, Dic. 2022, Informe elaborado por la AEE.
[11] https://www.energias-renovables.com/eolica/acciona-reciclara-palas-de-aerogenerador-con-una-20231115
[12] https://tecnorenova.com/reciclaje-de-palas/
[13] https://www.surusin.com/caso/parques-eolicos-de-zas-y-corme/
[14] https://www.altertec.net/rebiowind-reciclado-de-materiales-compuestos/
[15] https://aviationinternationalrecycling.com/en/
[16] https://www.bcircular.com/es/
[17] https://digital.csic.es/handle/10261/207666
[18] https://www.fairmat.tech/
[20] HORIZON-CL5-2022-D3-01-02 - Demonstration of innovative materials, supply cycles, recycling technologies to increase the overall circularity of wind energy technology and to reduce the primary use of critical raw materials.
[21] HORIZON-CL4-2021-RESILIENCE-01-01 - Ensuring circularity of composite materials.
[22] 3R leading technology | Cidetec
[23] I. Lorero et al., Thermally remendable, weldable, and recyclable epoxy network crosslinked with reversible Diels-alder bonds, Polymer 259 (2022) 125334.
[24] G Ibarz, M Canales, M Lizaranzu, S Roche, C Valero, A Chiminelli, J Aucher, M Fache, Metal-composite joints with debonding on demand functionality for automotive applications, AB2023, Univ. Porto, 2023.
[25] ES 2 604 311 B1, Procedimiento de recuperación de fibras inorgánicas a temperatura ambiente en materiales compuestos fibra-resina.
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Published on 15/10/24
Submitted on 10/07/24
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