ENTREVISTA A ANA DÍEZ, INVESTIGADORA DE NANOTECNOLOGÍA APLICADA A LA AERONAÚTICA

Entrevistamos a Ana Díez, investigadora del ICTP -Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC -Consejo Superior de Investigaciones Científicas- y ganadora del premio TR35 Spain del MIT -Instituto Tecnológico de Massachusetts- por su investigación en Nanotecnología para fabricar mejores materiales en aeronáutica.

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La científica Ana Díez en el laboratorio de investigación del ICTP

Esta joven química especialista en nanomateriales ha desarrollado una potente solución para fabricantes de aviones y compañías aéreas para los cuales el peso de los materiales es un asunto crucial ya que además de influir en la reducción de emisiones contaminantes, también influye directamente en la de costes y por tanto, en su rentabilidad. Además, este método mejora las condiciones de conductividad eléctrica y térmica de los materiales, y por tanto es un avance igual de significativo en el plano de disipación de la electricidad (por un rayo) o de calor (que acumulan los materiales).

En concreto, ha diseñado un método simple, escalable y eficaz para producir a nivel industrial nanocompuestos termoplásticos que incorporan otros materiales que los refuerzan. En detalle, ha establecido un sistema para integrar eficientemente nanotubos de carbono -porque incrementa las propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas y de peso- en dos tipos de polímeros de gran interés en la industria aeronáutica: las resinas epoxi y la poliéter éter cetona (PEEK).

En cuatro líneas, explícanos qué es la Nanotecnología y los Polímeros:

Nanotecnología es desarrollar materiales a escala muy pequeña a nivel de átomos y moléculas, del orden de nanómetros que son 10-9 metros. Generalmente el término nanotecnología se emplea siempre que alguno de los elementos del material tenga ese orden, como sucede en mi investigación que aunque el polímero no tenga el orden de nanómetros, su refuerzo, los nanotubos de carbono, sí.

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Ejemplos de polímeros de gran importancia son los plásticos que utilizamos comúnmente.

Polímeros como el PEEK o las resinas epoxi ¿por qué son de gran interés para la industria aeronáutica? ¿Qué propiedades tienen?

El PEEK es uno de los más utilizados en la industria aeronáutica porque tiene unas propiedades excepcionales, sobre todo mecánicas. El módulo del PEEK entre otras propiedades, resiste tracción, compresión y corrosión. Funde a 380 grados y en cuanto a estabilidad térmica resiste más de 500 grados. Es uno de los mejores, no hay prácticamente nada que lo pueda disolver, y por tanto, su resistencia a la corrosión es fenomenal. Presenta una excelente combinación de propiedades para aplicaciones de muy alta tecnología como es el caso de la industria aeronáutica.

Hay otros polímeros como el PPS (Polisulfuro de fenileno) y las resinas epoxi que también se utilizan muchísimo en la industria aeronáutica porque también tienen muy buena combinación de propiedades. Dentro de las resinas epoxi hay gran variedad, pero en concreto las multifuncionales son las que tienen muy buenas características mecánicas y de resistencia a la temperatura. Además son mucho más baratas que el PEEK, por lo que reforzadas con fibras de vidrio o fibra de carbono se utilizan muy frecuentemente en aeronáutica.

Si ya se están trabajando los polímeros reforzados ¿dónde está entonces tu innovación?

En la forma de mejorar la unión entre la matriz (el polímero) y el recubrimiento de nanotubos de carbono. Con este sistema se obtienen nanocompuestos de mejores prestaciones en relación a las propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas, y con menor concentración del material de refuerzo que las desarrolladas hasta ahora; que en términos de aplicación industrial supone una reducción de peso, y consecuentemente de coste y de emisiones contaminantes.

En la práctica, propiedad mecánica se traduce en resistencia y ligereza de los materiales, propiedad eléctrica y de conductividad implica poder disipar la electricidad por un rayo, y conducción térmica, por su parte, disipar el calor.

Y según estas propiedades ¿en qué partes del avión serán adecuados estos materiales?

En el fuselaje, en las alas, en los estabilizadores, incluso también se podría utilizar en el tren de aterrizaje. Básicamente, en las partes estructurales del avión.

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En qué otras aplicaciones industrias podrán también ser adecuados?

Serán muy buenos en toda la industria del transporte, no solo la aeronáutica sino también en automoción, naval y ferroviaria para tanques de combustible por sus propiedades térmicas, o para zonas donde se necesite conductividad eléctrica, y en general para las partes donde se necesiten muy buenas propiedades mecánicas, de ligereza y reducción de peso.

En cualquier elemento estructural como las palas de generadores eólicos ya que también tienen que soportar mucho rozamiento. El PEEK por sus propiedades tribológicas en cuanto a resistencia, rozamiento y abrasión, es muy bueno para este tipo de palas.

En material para construir puentes y tuberías de petróleo o gas por la resistencia tan buena que tiene a la corrosión. E incluso se podría emplear en Biomedicina, aunque la toxicología de los nanotubos de carbono aún está en estudio.

El peso del avión es tan fundamental para la rentabilidad de la compañía como para alcanzar una aviación más sostenible y respetuosa con el medio ambiente. Danos tu visión, ¿cómo crees que se va a ir desarrollando?

Las compañías aéreas ya están reemplazando todas las partes metálicas por materiales más ligeros para reducir el peso, y a su vez, el consumo de combustible, y en definitiva los costes. Y sí, por otro lado, la sostenibilidad energética es hoy una premisa general en todas las industrias. En ese sentido, los nanotubos de carbono, que son muy ligeros y tienen baja densidad, creo que son idóneos para reduciendo el peso de todos esos materiales, reduzcan costes y la emisión de contaminantes.

¿Qué dificultades hay que superar para ver volar aviones fabricados con estos nanocompuestos?

A priori y de momento, la principal es el precio. Actualmente los nanotubos son caros, un gramo de nanotubo simple te puede costar hasta 300 euros debido a llevan produciéndose a nivel comercial muy poco tiempo. Cuando se hagan a gran escala irá bajando su coste. De hecho, ya hay fabricantes que están empezando a abaratar.

Y aunque los requisitos de propiedades en aviación son altos, en realidad… hasta cierto punto! Tampoco es necesario llegar a los altos niveles conseguidos en la investigación. Además hay distintas alternativas de precio que dependiendo de la pureza y del tipo de nanotubo, de pared simple o multis, puede ir de 60 a 300 euros. Los simples tienen mejores propiedades pero los multis son más baratos y dispersan mejor. Teniendo en cuenta estos factores, el tema es llegar a un punto de equilibrio entre el precio de coste, las propiedades conseguidas y el ahorro de combustible previsto.

También hay que relativizar, porque comparando las cantidades necesarias de otros materiales de refuerzo que se emplean en la aeronáutica -como la fibra de carbono que también es conductora- las cantidades de nanotubos de carbono son muy, muy pequeñas. Utilizamos entre 0,1 y 1% frente al 50% de fibra de carbono necesario. Así, el coste total no es tan elevado, y con una pequeña cantidad de nanotubo se mejoran las propiedades. Y luego otro tema, el PEEK, la poliéter éter cetona, un material que se usa mucho en aviación, ya de por sí es muy caro por lo que metiéndole nanotubos de carbono no aumenta tanto su precio. Un ejemplo para entenderlo: si coges un plástico convencional como el propileno, que su coste es muy bajo, y lo refuerzas con nanotubos, estos le encarecen muchísimo el precio final; pero si utilizas PEEK, que su precio está entorno unos 200 euros el kilo, el incremento es mucho más moderado.

Y la otra gran dificultad es la poca conexión entre los institutos públicos de investigación y la industria o el mercado, es un fallo total! Lo que me gustaría es que al final la investigación, ésta en concreto y todas en general, tuvieran aplicación, porque se hacen cantidad de investigaciones y luego la mayoría se queda en eso, investigación fundamental. Ahora con la crisis y los recortes en I+D, hay muy poca financiación del gobierno, por lo tanto hay que buscar otros fondos, por ejemplo en la industria privada. Esperemos que de esta manera haya más conexión entre los centros de investigación y la industria, y podamos aplicar lo que vamos descubriendo.

Para esa conexión, influye la difusión en medios de comunicación. En tu investigación ¿cuánto ha trascendido?

Sin duda para llegar a los que realmente tienen que desarrollarlo, la difusión en los medios sí juega un papel importante. El premio del MIT le ha facilitado a la investigación muchísimas publicaciones en revistas científicas, además de procurarnos una patente, muchas presentaciones a congresos, una tesis doctoral, mejorar el currículum… A nivel productividad científica ha sido un éxito, pero volviendo a la pregunta, la repercusión prácticamente ha sido sólo a nivel científico.

Es importante traspasar este ámbito y que llegue a la sociedad en general y al conocimiento de la industria aeronáutica para que la investigación llegue al mercado. Si no, es difícil materializarlo en un proyecto concreto para aplicarlo.

Y ¿cómo sería el proceso si sale adelante esta investigación? Si un fabricante de aviones se interesara.

Si un fabricante estuviera interesado, el primer paso es hacer los nanocompuestos a gran escala -conseguir preparar bloques de 1 kilo- para testar que tengan las mismas propiedades que los que hemos conseguido con films de tamaño muy pequeño, de 6 gramos. Si los resultados salen satisfactorios, la investigación estaría preparada para llevarse a producción.

Por otro lado, están los trámites legales de propiedad de la patente, que determina quién de las partes, Instituto o compañía, se encargará de realizar el escalado y producir el material.

Estos son los pasos en lo relativo a la actividad del Instituto. A partir de aquí, para llegar al fin último, aviones volando con esta innovación, se pondría en marcha el proceso de pre-producción y producción, y comercialización.

¿Cuánto tiempo estimas puede pasar hasta que veamos volando aviones fabricados con estos materiales?

Diez años aproximadamente. Dos años para hacer el escalado y otros siete u ocho hasta que una compañía lo integre entre desarrollar sus propios pruebas y estudios, determinar en qué piezas aplicar estos materiales, implantar procesos exhaustivos para garantizar la máxima fiabilidad, y fabricar las piezas… Es un proceso muy lento.

El galardón del TR35 Spain premia las investigaciones realizadas por personas menores de 35 años con mayor talento de nuestro país. ¿Qué objetivo persigue y por qué tu candidatura y premio?

Su objetivo es encontrar trabajos capaces de revolucionar el mundo de la tecnología y los negocios. Y sobre presentar mi candidatura, uno de los colaboradores del proyecto1 , un profesor canadiense, decidió que merecía la pena presentarme. Fue él quien me presentó avalándome las instituciones colaboradoras del proyecto. Me dieron el premio porque supongo que les gustó el trabajo en el área de materiales, en cuanto a fabricar mejores materiales que sirvan para incentivar la actividad empresarial aeronáutica. Estoy muy satisfecha ya que hoy en día es bastante complicado competir con las investigaciones en BIO, que es lo que más llama la atención en investigación y donde los premios más dinero asignan.

Y ya para terminar, a nivel profesional qué te ha supuesto…

Además de mejorar de forma significativa mi currículum, me ha permitido conocer a mucha gente de la comunidad científica internacional y abrir una puerta a nuevas vías de colaboración. Espero que, aún estando prácticamente congeladas la puesta en marcha de investigaciones científicas por la situación actual de crisis, alguna de éstas prospere en el futuro.

 


 

NOTAS AL PIE:

Nota 1: La investigación forma parte de un proyecto de colaboración entre el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros y el Instituto de Carboquímica (ambos centros del CSIC), y dos instituciones pertenecientes al Consejo Nacional de Investigación de Canadá: Las instituciones Canadienses: el Steacie Institute for Molecular Science y el Institute for Aerospace Research.

Acerca de Patricia Palomar