El especialista alemán en compuestos INVENT colabora en SUSTAINair para aumentar la circularidad de las aeronaves

El proyecto SUSTAINair de Horizonte 2020, una colaboración de 11 organizaciones de investigación europeas y socios industriales, se lanzó recientemente en enero de 2021 para investigar y desarrollar soluciones para lograr una economía de aviación circular. Esto incluye aumentar la eficiencia de los recursos y el rendimiento de la aeronave al tiempo que se reducen los desechos y los costos de materiales a lo largo del ciclo de vida de la aeronave. Los socios del consorcio señalan que, a pesar de la inmersión del sector aeroespacial en la incertidumbre, impulsar la transición verde de la industria de la aviación posterior a la pandemia sigue siendo un objetivo estratégico de los gobiernos que brindan un camino hacia la recuperación.

Más específicamente, la investigación financiada por la UE tiene como objetivo hacer que todo el ecosistema de la cadena de suministro de la aviación sea más ecológico de acuerdo con el Plan de acción de economía circular, estableciendo nuevos estándares para la fabricación aeroespacial y permitiendo un aumento de las sinergias intersectoriales. Se espera que el proyecto SUSTAINair proporcione al sector de la aviación una pista hacia una economía más rentable y con bajas emisiones de carbono, al tiempo que aborda el aumento del consumo de recursos, los desechos y las emisiones. Ha sido respaldado por la iniciativa de investigación Future Sky de la Asociación de Establecimientos Europeos de Investigación en Aeronáutica (EREA).

Coordinado por Jürgen Roither, ingeniero de investigación del Centro de transporte de bajas emisiones del Instituto Austriaco de Tecnología AIT-LKR ( Seibersdorf), la organización de investigación y tecnología más grande de Austria, el proyecto tendrá una duración de 3,5 años con un presupuesto de 5 millones de euros.

Roither enfatiza la función complementaria de cada socio del proyecto dentro de una etapa particular de economía circular del ciclo de vida de la aeronave. "SUSTAINair está abordando todas las fases de la cadena de valor de los componentes aeronáuticos, desde el diseño circular hasta la fabricación, el mantenimiento y la reparación, el ensamblaje y el reciclaje, y se destacará gracias a la competencia y la experiencia combinadas de sus socios del proyecto", dice.

Roither agrega que las innovaciones materiales en el sector de la aviación altamente regulado deben estar certificadas para poder volar. Por este motivo, SUSTAINair está buscando asesoramiento de la Agencia de Seguridad Aérea de la Unión Europea (EASA, Colonia, Alemania), que estará dirigida por el Coordinador de Investigación Senior de EASA, Willy Sigl.

“Las contribuciones de EASA reducirán el tiempo de comercialización de nuevos productos y modelos comerciales innovadores y permitirán un alto nivel de seguridad, protección y protección del medio ambiente. Por lo tanto, EASA apoya proyectos de investigación seleccionados, como SUSTAINair, en una función de asesoramiento en relación con los aspectos de certificación, regulación y evaluación de la seguridad ”, dice Sigl.

El especialista en fibra compuesta se une al proyecto

El especialista en fibras compuestas INVENT GmbH (Braunschweig, Alemania) también se ha unido al proyecto SUSTAINair. Desde 1996, INVENT GmbH ha estado desarrollando y produciendo componentes estructurales de alta precisión como una empresa certificada EN 9100- y Nadcap, desde la idea inicial hasta la producción en serie. Este conocimiento tecnológico y las instalaciones de fabricación se utilizarán y desarrollarán más adelante dentro del proyecto para lograr enfoques de economía circular rentables para las fibras compuestas.

Además, la fuerte conexión de INVENT con el sector de la aeronáutica de alta tecnología permite a la empresa contribuir a una serie de actividades de alto impacto dentro del proyecto. El desarrollo de alas de forma variable (morphing), tecnologías de integración para tecnología de sensores y técnicas novedosas de reutilización de residuos de producción, son solo algunas. INVENT juega un papel clave en la coordinación y fabricación de componentes para la demostración de las tecnologías desarrolladas en SUSTAINair. Las tecnologías básicas de unión, diseño de interfaces y fabricación de metales se transferirán a demostradores conjuntos más complejos, que incluirán la integración de sensores para el monitoreo de la salud estructural (SHM) y se fabricarán, probarán y evaluarán para validar los logros de los objetivos del proyecto.

“El proyecto SUSTAINair elige un enfoque muy holístico del concepto de economía circular adaptándolo al contexto aeronáutico. Esto hace que este sea un proyecto emocionante del que ser parte y le da potencial para un impacto real y duradero, no solo para el medio ambiente y la industria, sino también en lo que respecta a las políticas de estandarización ”, resume Marc Joulian, gerente de proyectos de SUSTAINair en INVENT.

Obtener la proporción de compra / vuelo

La economía circular es un enfoque para aprovechar al máximo los recursos manteniéndolos en uso durante el mayor tiempo posible, aumentando así su valor total a lo largo de su ciclo de vida. La demanda aeroespacial de material de alta calidad suele ir acompañada de grandes cantidades de residuos durante el proceso de fabricación. Esto se aplica tanto a las aleaciones de metales como a los compuestos.

Los nuevos métodos de recuperación y reciclaje desarrollados dentro de SUSTAINair para materiales de aviación tanto metálicos como compuestos contribuirán, según se informa, a una importante reducción de los desechos generados durante los procesos de fabricación y fin de vida útil (EOL). Se desarrollarán soluciones de reciclado para materiales termoendurecibles de fibra de vidrio y carbono, así como para compuestos termoplásticos de alto rendimiento.

El coordinador de SUSTAINair, Roither, agrega que el proyecto tiene como objetivo desarrollar componentes de forma casi neta (fabricados lo más cerca posible del tamaño y la forma del producto terminado) para la industria de la aviación a fin de reducir la proporción de compra / vuelo cerca de uno, lo que Es imperativo si se usa más material a lo largo de la cadena del que se desecha. Esto se obtiene mediante el uso de aleaciones de aluminio nanoeutécticas recientemente inventadas en AIT-LKR en combinación con tecnologías avanzadas de fundición a presión a alta presión. “Este procesamiento se conoce en la industria automotriz como 'rápido y eficiente'. La técnica y los materiales adaptados de SUSTAINair harán que la fabricación de componentes aeroespaciales sea 'rápida, eficiente y limpia'”, dice Roither.

Nuevas estructuras aeroespaciales para reducir el peso, CO ₂ emisiones

Se utilizan nuevas aleaciones metálicas y materiales compuestos, como los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), para reducir la masa y aumentar la eficiencia aerodinámica, mejorando el consumo de combustible durante las operaciones de vuelo y, por lo tanto, reduciendo las emisiones. Los cambios menores en los materiales o en la estructura de la aeronave pueden tener resultados importantes en lo que respecta al consumo de combustible.

Teniendo esto en cuenta, se espera que los socios del consorcio SUSTAINair desarrollen no solo materiales novedosos para un ala flexible, sino también técnicas para la integración de sensores en el material utilizado en dichos componentes de aeronaves. Por ejemplo, el monitoreo de datos en tiempo real permite a los operadores ajustar la trayectoria de vuelo de un avión, lo que resulta en un menor consumo de combustible, al tiempo que aumenta la seguridad y confiabilidad de las aeroestructuras, además de reducir los costos de mantenimiento.

Sin embargo, esta combinación de metales y materiales compuestos no está exenta de desafíos tecnológicos para las operaciones de unión y reparación, así como para los enfoques circulares en el proceso EOL. “Lo que es único sobre SUSTAINair es que el proceso de diseño se formará para permitir técnicas innovadoras a lo largo de la cadena de valor que le darán al material una vida más larga con más valor, teniendo en cuenta el desmontaje y reciclado de EOL”, dice Chiara Bisagni, profesora aeroespacial. Estructuras y AIAA Fellow, en TU Delft, Holanda.

Robot de desmontaje para mejorar la reciclabilidad

Las aeronaves constan de muchas partes de diversos materiales que deben unirse. Actualmente la unión se realiza mediante remaches, que son difíciles de quitar. Esto hace que la separación y el reciclaje eficiente de los componentes de la aeronave sean desafiantes y costosos hasta el punto de no ser económicamente viables. Los remaches también hacen que los aviones sean más pesados, lo que afecta negativamente al consumo de combustible. La especial experiencia de los socios del proyecto en soldadura y en otras técnicas de unión podría eliminar en última instancia la necesidad de remaches. Según los socios del proyecto, esta innovación no se puede adoptar sin cambios en los estándares actuales dados por las autoridades de aviación como EASA.

Al presentar la tecnología Industry 4.0 en el procesamiento de EOL de aeronaves, el proyecto SUSTAINair también desarrollará una cabeza de robot que detecte y elimine automáticamente los remaches, lo que permite la separación de aleaciones y, por lo tanto, el material de aeronaves reciclado de mayor valor. “Para respaldar las actividades de unión y extracción, INVENT ha desarrollado una nueva tecnología para realizar una separación sin daños de los componentes compuestos unidos con adhesivo. SUSTAINair nos da la oportunidad de seguir desarrollándolo ”, agrega Jesper de Wit, gerente de proyectos de SUSTAINair en INVENT.

En Flightpath 2050

Los socios del proyecto están a la vanguardia de la aviación circular persiguiendo los objetivos establecidos por el Acuerdo Verde de la UE y Flightpath 2050. Las innovaciones tecnológicas provocadas por la transición a una economía circular pueden verse como una vía para abordar los efectos económicos del COVID-19. pandemia en industrias a lo largo de toda la cadena de suministro de componentes de aviación.

Los socios del proyecto son:AIT-LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Austria), Netherlands Aerospace Center - NLR (Países Bajos), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. - DLR (Alemania), JOANNEUM RESEARCH (Austria), Universidad Johannes Kepler de Linz (Austria), Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), AEROCIRCULAR (Bélgica), INOCON Technologie GmbH (Austria), INVENT GmbH (Alemania), Dutch Thermoplastic Components BV (Países Bajos), Asociación RTDS (Austria)

Este proyecto SUSTAINair ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención 101006952.