Nuevos materiales para hacer que los barcos sean más sostenibles y silenciosos para la vida marina – Blog de la revista Horizon

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

«Los barcos están siendo llevados a plantas de desguace, la mayoría de ellas en África o Asia», dijo Alfonso Jurado Fuentes, jefe de investigación y desarrollo de TSI, una firma de ingeniería especializada en actividades marítimas en Madrid, España. «Muchos de estos materiales están extremadamente degradados e inútiles, pero algunos de ellos se utilizan como una fuente importante de materias primas en estos continentes».

La construcción de barcos más ligeros es una táctica que puede ayudar a reducir las emisiones. El uso de materiales compuestos como plásticos reforzados con fibra (FRP) en lugar de acero, por ejemplo, debería reducir el peso de un barco y reducir el consumo de combustible. «Tiene la ventaja de usar menos combustible y, por lo tanto, de emitir menos gases contaminantes», dijo 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 reducir así los recursos necesarios para la construcción. Los recipientes de acero a menudo se dañan por la corrosión y, finalmente, ya no es posible repararlos, lo que no es un problema cuando se utilizan materiales no metálicos. También existe la posibilidad de reutilizar mejor los contenedores hechos de materiales compuestos, ya que pueden reciclarse mejor al final de su vida útil, dice Jurado Fuentes. Teniendo en cuenta 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.

«Hemos estudiado diversas tecnologías y avances técnicos para demostrar que es posible diseñar, construir y operar este tipo de barcos».

Alfonso Jurado Fuentes, TSI, España

Hélices de metal

Krause y sus colegas están estudiando el uso de nuevos materiales y tecnologías para fabricar componentes específicos para grandes barcos, desde cabinas de cruceros hasta timones, como parte del proyecto RAMSSES. Están buscando, por ejemplo, cómo se podrían fabricar hélices de metal utilizando una técnica de impresión 3D que permitiría palas huecas y más ligeras. La hélice también sería más silenciosa y emitiría menos vibraciones. «Si está pensando en los beneficios ambientales, también se trata de reducir el ruido, lo que es malo para los animales marinos», dijo Krause.

El equipo produjo prototipos de diferentes partes, como el casco de un barco hecho de FRP. Trabajando con un astillero en los Países Bajos que produce lanchas 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, según cálculos, habría reducido su impacto ambiental durante la operación en un 25% al ​​considerar factores como las emisiones de gases de efecto invernadero y la formación de aerosoles, que afectan la calidad del aire.

Los materiales compuestos también podrían usarse para reparar barcos de acero dañados y extender su vida útil. Un parche compuesto, por ejemplo, podría aplicarse a las grietas o para reforzar áreas que están soldadas entre sí. «Estamos investigando la conexión entre las estructuras compuestas y el acero para tener una manera más fácil de (realizar) una reparación rápida y segura a bordo», dijo Carlo Cau, coordinador del proyecto e investigador principal de una firma de consultoría e investigación marítima llamada Cetena en Génova. , Italia.

Materiales compuestos

Otro enfoque es enfocarse en construir una nave completa con materiales compuestos, que era el objetivo de Jurado Fuentes y sus colegas. Investigaron la viabilidad de construir grandes embarcaciones de FRP de más de 50 metros de eslora como parte del proyecto Fibreship. Su principal objetivo era sentar las bases para el diseño y construcción de estos barcos, por ejemplo, elaborando pautas de diseño y criterios de desempeño, que no existían. «Hemos estudiado diversas tecnologías y avances técnicos para demostrar que es posible diseñar, construir y operar este tipo de barcos», dijo Jurado Fuentes.

Los miembros del equipo diseñaron tres buques de FRP diferentes: un buque portacontenedores, un buque de investigación pesquera y un buque de carga, vehículos y pasajeros conocido como RoPax. Como su proyecto de portacontenedores resultaría en un buque más liviano, calcularon que podría transportar casi un 17% más de carga completamente cargada que una contraparte de acero. Con el diseño de su embarcación de investigación para la pesca, pudieron lograr una reducción de peso total del 36%.

Su diseño RoPax también daría lugar a una reducción significativa de peso y, por tanto, al consumo de combustible. Como este tipo de barco viaja a velocidades mucho más altas que los otros dos barcos, que requieren una gran potencia de los motores, el ahorro de costes también sería muy significativo. «Esta es una mejor oportunidad de inversión que el barco de acero», dijo Jurado Fuentes.

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

«Tiene la ventaja de consumir menos combustible y, por tanto, de emitir menos gases contaminantes».

Matthias Krause, Centro de Tecnologías Marítimas, Alemania

Requisitos

Pero todavía hay obstáculos que superar antes de que los barcos compuestos se conviertan en realidad. Cau y sus colegas encontraron que es difícil que un componente del 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 (de ellos) en un mismo producto es algo que estamos tratando de resolver», dijo Cau.

También es necesario seguir trabajando para abordar el reciclaje de los buques de plástico reforzado con fibra al final de su ciclo de vida. Pocas instalaciones en Europa pueden reciclar materiales compuestos, donde primero se deben separar fibras, resinas y otros materiales. «Hoy es muy caro reciclar muchos elementos de FRP», dijo Jurado Fuentes. «Creo que se necesitan más investigaciones e inversiones».

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 barco de FRP a tiempo para evitar víctimas. Sus propiedades materiales tampoco soportan altas temperaturas y, por lo tanto, un barco podría colapsar. Los fabricantes de compuestos están trabajando en el desarrollo de resinas FRP no 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 los grandes barcos compuestos podrían comenzar a navegar en unos 15 años, ya que en la industria también se establecen regulaciones y estándares para el diseño y la construcción. «Es una cuestión de tecnología mejorada para hacer que estos barcos sean más seguros», dijo.

La investigación en este artículo fue financiada por la UE.

Publicado originalmente en la revista Horizon