INVENT se asocia con SUSTAINair para impulsar la circularidad de aeronaves

El proyecto Horizon 2020 SUSTAINair, 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 recursos y rendimiento de aeronaves mientras se reducen residuos y costes de materiales a lo largo del ciclo de vida de la aeronave. Los socios del consorcio señalan que, a pesar de la caída del sector aeroespacial en la incertidumbre, impulsar la transición verde de la industria aeronáutica post-pandemia sigue siendo un objetivo estratégico de los gobiernos que proporcionan un camino a la recuperación.

Objetivos y alcance

Más específicamente, la investigación financiada por la UE tiene como objetivo hacer más verde todo el ecosistema de la cadena de suministro de aviación en línea con el Plan de Acción de Economía Circular, estableciendo nuevos estándares para la fabricación aeroespacial y permitiendo un aumento en sinergias intersectoriales. Se espera que el proyecto SUSTAINair proporcione al sector aeronáutico una pista hacia una economía más rentable y baja en carbono mientras aborda el aumento en consumo de recursos, residuos y 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 en el Centro de Transporte de Bajas Emisiones en el Instituto Austriaco de Tecnología AIT-LKR (Seibersdorf), la mayor organización de investigación y tecnología de Austria, el proyecto abarcará un período de 3,5 años con un presupuesto de 5 millones de euros.

Roither destaca la función complementaria de cada socio del proyecto dentro de una etapa particular de economía circular del ciclo de vida del componente de aeronave. "SUSTAINair aborda todas las fases de la cadena de valor del componente de aeronave desde diseño circular hasta fabricación, mantenimiento y reparación, hasta ensamblaje y reciclaje, y destacará a través de la competencia y experiencia combinadas de sus socios del proyecto", dice.

Roither añade que las innovaciones de materiales en el sector aeronáutico altamente regulado necesitan ser certificadas para volar. Por esto, SUSTAINair busca asesoramiento de la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA, Colonia, Alemania), que será liderada por el Coordinador Senior de Investigación de EASA, Willy Sigl.

"Las contribuciones de EASA reducirán el tiempo de comercialización de nuevos productos innovadores y modelos de negocio y permitirán un alto nivel de seguridad, protección y protección ambiental. EASA por tanto apoya proyectos de investigación seleccionados, como SUSTAINair, en un rol asesor sobre aspectos de certificación, regulación y evaluación de seguridad", dice Sigl.

Especialista en fibras compuestas 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 empresa certificada EN 9100 y Nadcap, desde la idea inicial hasta producción en serie. Este know-how tecnológico y las instalaciones de fabricación se usarán y desarrollarán further dentro del proyecto para lograr enfoques de economía circular rentables para fibras compuestas.

Además, la fuerte conexión de INVENT con el sector aeronáutico de alta tecnología permite a la empresa contribuir a una gama de actividades de alto impacto dentro del proyecto. Desarrollo de alas de forma variable (morphing), tecnologías de integración para tecnología de sensores y nuevas técnicas 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 interfaz y fabricación de metal se transferirán a demostradores de unión más complejos, que incluirán integración de sensores para monitorización de salud estructural (SHM) y serán fabricados, probados y evaluados para validar el logro de los objetivos del proyecto.

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

Reduciendo la ratio buy-to-fly

La economía circular es un enfoque para aprovechar al máximo los recursos manteniéndolos en uso 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 típicamente viene acompañada de grandes cantidades de residuos durante el proceso de fabricación. Esto aplica tanto a aleaciones metálicas como a compuestos.

Los novedosos métodos de upcycling y reciclaje desarrollados dentro de SUSTAINair para materiales de aviación metálicos y compuestos, contribuirán reportadamente a una reducción mayor de residuos incurridos durante procesos de fabricación y fin de vida (EOL). Se desarrollarán soluciones de upcycling para materiales termoestables de fibra de carbono y vidrio, así como compuestos termoplásticos de alto rendimiento.

El coordinador de SUSTAINair Roither añade que el proyecto tiene como objetivo desarrollar componentes near-net-shape (fabricados lo más cerca posible del tamaño y forma del producto final) para la industria aeronáutica para reducir la ratio buy-to-fly cerca de uno, lo cual es imperativo si se usa más material a lo largo de la cadena del que se descarta. Esto se obtiene usando aleaciones de aluminio nano-eutécticas recientemente inventadas en AIT-LKR en combinación con tecnologías avanzadas de fundición a presión de alta presión. "Tal procesamiento es conocido en la industria automotriz como 'rápido y eficiente'. La técnica y materiales adaptados de SUSTAINair harán la fabricación de componentes aeroespaciales 'rápida, eficiente y limpia'", dice Roither.

Nuevas estructuras aeroespaciales para reducir peso, emisiones CO₂

Nuevas aleaciones metálicas y materiales compuestos, como polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), se usan para reducir masa y aumentar eficiencia aerodinámica, mejorando consumo de combustible durante operaciones de vuelo, y por tanto reduciendo emisiones. Cambios menores en los materiales o en la estructura de la aeronave pueden tener resultados mayores cuando se trata de consumo de combustible.

Con esto en mente, 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 usado en tales componentes de aeronave. Por ejemplo, la monitorización de datos en tiempo real permite a los operadores ajustar la ruta de vuelo de un avión resultando en menor consumo de combustible, mientras se aumenta la seguridad y fiabilidad de aeroestructuras, así como reduciendo costes de mantenimiento.

Tal combinación de materiales metálicos y compuestos no viene sin retos tecnológicos para operaciones de unión y reparación, sin embargo, así como para enfoques circulares en el proceso EOL. "Lo único de SUSTAINair es que el proceso de diseño se formará para permitir técnicas innovadoras a lo largo de la cadena de valor que darán al material una vida más larga con más valor, contabilizando desensamblaje EOL y upcycling", dice Chiara Bisagni, profesora en estructuras aeroespaciales y AIAA Fellow, en TU Delft, Países Bajos.

Robot de desensamblaje para mejorar reciclabilidad

Las aeronaves consisten en muchas piezas de varios materiales que necesitan ser unidas. Actualmente la unión se hace usando remaches, que son difíciles de quitar. Esto hace que la separación y el reciclaje eficiente de componentes de aeronaves sea desafiante y costoso hasta el punto de no ser económicamente viable. Los remaches también hacen las aeronaves más pesadas, afectando negativamente el consumo de combustible. La experiencia particular de socios del proyecto en soldadura y otras técnicas de unión podría eliminar finalmente la necesidad de remaches. Según socios del proyecto, esta innovación no puede adoptarse sin cambios a los estándares actuales dados por autoridades de aviación como EASA.

Introduciendo tecnología Industria 4.0 en procesamiento EOL de aeronaves, el proyecto SUSTAINair también desarrollará una cabeza de robot que detecta y quita remaches automáticamente, permitiendo separación de aleaciones y por tanto material de aeronave reciclado de mayor valor. "Para apoyar las actividades de unión y remoción, INVENT ha desarrollado una nueva tecnología para realizar separación sin daño de componentes compuestos unidos adhesivamente. SUSTAINair nos da la oportunidad de desarrollarla further", añade Jesper de Wit, gerente de proyecto SUSTAINair en INVENT.

En la ruta Flightpath 2050

Los socios del proyecto están en la vanguardia de la aviación circular persiguiendo objetivos establecidos por el Green Deal de la UE y Flightpath 2050. Las innovaciones tecnológicas traídas por la transición a una economía circular pueden verse como un camino para abordar los efectos económicos de la pandemia COVID-19 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 Centre – NLR (Países Bajos), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – DLR (Alemania), JOANNEUM RESEARCH (Austria), Johannes Kepler University Linz (Austria), Delft University of Technology (Países Bajos), AEROCIRCULAR (Bélgica), INOCON Technologie GmbH (Austria), INVENT GmbH (Alemania), Dutch Thermoplastic Components B.V. (Países Bajos), RTDS Association (Austria).

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