Nanomateriales, el futuro automotriz

Llantas antiderrapantes, recubrimientos y pinturas antirrayaduras, cristales impermeables...; todo esto y más promete la nanotecnología en las industrias automotriz y aeronáutica.
Gracias a la nanotecnología se ha creado un compuesto a base
Verónica Alcántara


Si bien parece cosa del futuro, los casos de aplicaciones concretas por parte de diversas empresas muestran que el uso de nanomateriales está a pocos años de ser masivo.

Ahí está el caso de la estadounidense Boeing que ha trabajado en el desarrollo de compuestos de nanoestructuras para aligerar el peso del fuselaje de su avión 787.

Según informó la empresa, esta aeronave estará hecha 50% de metal y el resto de materiales compuestos, que no son más que laminados hechos con fibras de carbón y resinas, cuyos beneficios, al reducir su peso, significarán alcanzar velocidades de 900 km/h; reducir el consumo de combustible en 20% y los costos de mantenimiento en 30%. Además, la presurización será menor, y habrá más oxígeno y humedad al interior.

Y es que la nanotecnología –manipulación de la materia a escala nanométrica– ha sido uno de los descubrimientos de mayor trascendencia en nuestros días, tanto, que hay quienes consideran que ha dado comienzo una nueva revolución industrial.

Los experimentos que se están haciendo ya por todo el mundo a partir de la combinación de los materiales actuales con nanomateriales (nanoarcillas, nanotubos de carbono, fullerenos, nanofibras, nanogranos, etcétera) ha llevado a crear un compuesto a base de nanotubos de carbono que es 100 veces más resistente que el acero y seis veces más ligero que el aluminio.

Toyota ha sido una de las automotrices más adelantadas en la experimentación con nanontecnología. Hace más de una década introdujo en la industria automotriz un compuesto de nylon con nanoarcillas en las bandas del engranaje de distribución, logrando mayor estabilidad y resistencia al calor.

Por su parte, la automotriz estadounidense, General Motors (GM) también ha introducido nanomateriales en diversos componentes de algunos de sus modelos. Concretamente en 2002, utilizó 3% de nanoarcillas y termoplásticos (Thermo Plastic Olefin, TPO) en las camionetas Safari y Chevrolet Astro, con lo que obtuvo una reducción de 3 a 21% del peso de esos componentes. En 2005, decidió aplicar siete libras de nanocompuestos en el puente central del techo, los sail panels y el protector del box-rail.

Volkswagen, la alemana, no se queda atrás, pues su equipo de investigación en materiales –persiguiendo el sueño de tener superficies libres de polvo al interior y exterior de los autos– ha iniciado proyectos para lograr superficies antipolvo e impermeables; además, está aplicando nanocompuestos a parabrisas, ventanas y espejos para evitar que se empañen bajo ciertas condiciones climatológicas y busca crear un cristal que automáticamente elimine ‘el efecto de horno’ que ocurre cuando el coche se estaciona bajo el sol.

Pero más allá de los avances estéticos y de desempeño que está aportando la nanotecnología a las industrias automotriz y aeroespacial, están los beneficios de la seguridad, pues al contar con materiales más resistentes e inteligentes será posible evitar accidentes. Significa entonces que la adopción de esta tecnología irá acompañada no sólo de menores costos de producción y precios al público, sino de confort y, sobre todo, seguridad, ya que además sus componentes serán más amigables con el medio ambiente.

“En el campo del confort los usuarios, tanto el conductor como los acompañantes, se quieren sentir cada vez más a gusto en el auto. Desde el punto de vista de habitabilidad del vehículo se buscan materiales que se adapten a los usuarios, sistemas de iluminación regulables, control de temperatura por zonas, etcétera. Para el conductor, el hecho de que el vehículo detecte situaciones de riesgo y actúe automáticamente en consecuencia, le facilite la visibilidad de su entorno (faros inteligentes, limpiaparabrisas automáticos, eliminación automática del vaho en los cristales) es algo muy valorado y que además tiene que ver con la seguridad”, asegura José Román Ganzer, coordinador del Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y Nanotecnología (Cimtan) del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), con sede en Madrid, España.
 
En suma, la nanotecnología puede aportar soluciones a todas las necesidades de estos sectores, porque permite mejorar los sistemas existentes y/o dar opciones totalmente nuevas que no son posibles sin el tratamiento de la materia en la
escala nanométrica, considera el especialista.

MÁS LIGERO, RÁPIDO Y EFICIENTE

Todas estas investigaciones responden a que tanto la industria automotriz como la aeroespacial se han caracterizado por la innovación tecnológica, de ahí que a unos años del comienzo de las investigaciones en nanotecnología aplicada a los materiales, todas esas empresas tengan ya entre sus productos algunos componentes a base de nanoestructuras.

Para el sector aeroespacial que está centrado en la fiabilidad de los sistemas más que en los costos, los nanomateriales están ya dando muestra de su utilidad para la reducción de peso de los aviones y dispositivos especiales, que además tendrán mayores capacidades mecánicas, añade José Román.

La tendencia en ambos sectores es clara –advierte Mauricio Terrones Maldonado, investigador del Departamento de Materiales Avanzados del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICyT)–, pues se están utilizando en la fabricación de materiales más robustos, resistentes, pero a la vez ligeros. En algunos casos, se están desarrollando en electrodos de baterías o capacitores utilizados en automóviles híbridos, incluso, en la producción de celdas de energía de almacenamiento de hidrógeno. Pero las posibilidades van mucho más allá.

Y en ello coincide Óscar Ciordia, director general de la Fundación Instituto Tecnológico para la Seguridad del Automóvil (Fitsa), de Madrid, España, pues lo que ya es una realidad es la incorporación de nanopartículas en los recubrimientos de pinturas para carrocerías, que a diferencia de las tradicionales tienen mayor dureza y efectos de acabado genuinos.

En cuanto al futuro inmediato, agrega: “Merece la pena destacar los grafenos, que no son sino nanotubos de carbono a los que se ha desarrollado sobre una superficie y que presentan propiedades físicas que les hacen magníficos candidatos para mejorar los recubrimientos (corrosión, fricción, dureza, etcétera); también son importantes los compuestos para la mejora de propiedades mecánicas y ligereza y, en un horizonte más lejano, los dispositivos electromecánicos a escala nanométrica que permitan el desarrollo de sensores y actuadores integrados”.

José Román Gazner del Cimtan, advierte, sin embargo, que aplicar la nanotecnología va a requerir nuevos procesos, por lo que su adopción en la industria será paulatina.

“Hoy se trabaja en nuevos materiales compuestos, en el aumento del conocimiento de algunas de las estructuras nanométricas (como los nanotubos de carbono), en materiales inteligentes con memoria de forma (Shape Memory Alloys, SMA), en la aplicación de materiales con propiedades magnetorreológicas, etcétera. Es decir, la nanotecnología en el sector se hará de manera paulatina, empezará por pinturas y seguirá con materiales eléctricos y sensores”.

A TOMAR LAS ARMAS

Es un hecho que todas las armadoras, automotrices y aeronáuticas, aspiran a la perfección de sus productos, pues entre menos defectos tengan menores también serán los costos.

Sin embargo, la adopción de los nanomateriales en todos los ámbitos del sector será paulatina, como menciona el especialista del Cimtan, debido a los altos costos que aún tiene la producción masiva de estos compuestos y porque aún se están estudiando los efectos tóxicos que pueden tener muchos de ellos en la salud.

“En las aplicaciones que ya son una realidad como los recubrimientos de pinturas con nanocargas, el incremento del costo está en torno al 20 - 40%. Para las otras aplicaciones que aún no están en el mercado o están en fase de industrialización, es muy difícil dar precios, puesto que estos dependen de la demanda y, como es lógico, está todavía sin definir, pero se espera que los precios se reduzcan sensiblemente a medida que los volúmenes de fabricación aumenten”, afirma el director de Fitsa, Óscar Ciordia.
 
Al respecto, un reporte de la fundación alemana Steinbeis-Europa-Zentrum indica que tan sólo en el caso de los nanotubos, un gramo cuesta alrededor de 100 euros, y un kilo de níquel con partículas de carbón está en cerca de 500,000 euros, por sólo mencionar algunos ejemplos.
 
Para el investigador mexicano, Mauricio Terrones, el factor más importante para el uso masivo de nanomateriales es el escalamiento en la producción de nanoestructuras (toneladas por año o por mes) y el estudio de los efectos toxicológicos de algunos de estos para su utilización segura. El primer aspecto, menciona el investigador del Ipicyt, ha tenido avances, pues cada vez hay más empresas en el mundo desarrollando la infraestructura para que esto sea posible.

Por el lado de la salud, actualmente hay foros de discusión y los gobiernos y empresas de varios países se han preocupado por regular el uso de nanomateriales para evitar daños a los usuarios de productos hechos con éstos y México está participando en esos foros internacionales sobre normatividad en la materia.

“La perspectiva de la Unión Europea –dice Ciodia– refleja bastante bien el estado en el que estas temáticas se encuentran a nivel mundial. Lo que se busca al final es que los nanomateriales se desarrollen y utilicen de manera segura, así como velar para que los ciudadanos puedan beneficiarse de las innovaciones y estén protegidos de cualquier impacto negativo. No obstante, la principal vía para proteger la salud, la seguridad y el medio ambiente es mejorar la aplicación de la normatividad en vigor, mientras se determina una nueva”.

Durante el Encuentro Tecnológico “Oportunidades de la nanotecnología en el sector de automoción” –organizado por la Fitsa y realizado en noviembre pasado en Valencia, España– los pronósticos de la consultora fueron alentadores para la industria, pues ha detectado cada vez mayor interés entre los gobiernos y las empresas de diversos países para invertir en investigación en este campo.

No obstante, no todas las regiones del mundo están participando de esta oportunidad, pues aun cuando los beneficios ya son palpables, el desarrollo en cuanto a nanotecnología se refiere está ocurriendo con más fuerza en Estados Unidos (EU) y Europa, aunque por supuesto países asiáticos como Japón y China están entrando con fuerza en este terreno.

Según datos de Frost & Sullivan en Europa hay al menos 300 empresas invirtiendo en nanotecnología, en tanto que en Asia son 250, lo que muestra el interés de los asiáticos por participar de ese gran mercado. De hecho, mientras los europeos se han centrado más en la investigación de nanotecnología en el área médica, los países asiáticos se están enfocando en el sector químico y automotriz.

“El país que actualmente está a la vanguardia de publicaciones de nanociencia es China. Sin embargo, los requerimientos de inversión para pasar de la nanociencia a la nanotecnología hacen que EU y la Unión Europea en su conjunto estén más cercanos a las aplicaciones de automoción”.

Mauricio Terrones no descarta que en pocos años puedan verse piezas automotrices mexicanas, hechas con nanoestructuras. De momento, la mayoría de las grandes armadoras con plantas en territorio nacional están metidas de lleno en el desarrollo de mejoras en los componentes de sus modelos a partir de nanomateriales. Es el caso no sólo de Toyota, GM y Volkswagen, también Ford y Nissan, lo que seguramente permeará a la industria mexicana.

Así que la guerra no sólo estará entre asiáticos, europeos o estadounidenses, sino entre proveedores de las firmas automotrices y aeroespaciales, por lo que se requiere tomar las armas que da esta tecnología si se quiere competir en el futuro.

Óscar Ciordia, de la Fitsa, asegura que la mayoría de las empresas de automoción y, en mayor medida sus proveedores más avanzados (tier one) están tratando de identificar aplicaciones que mejoren su ventaja competitiva mediante los nanomateriales, ya que dentro de algunos años esa será la diferencia entre ser y no ser proveedores de industrias tan vanguardistas como la automotriz y aeroespacial.

“Dados los altísimos costos de desarrollo de esta tecnología tan novedosa, la estrategia que empresas más pequeñas deberían seguir para no perder la ‘ola’ tecnológica que ofrecen las nanotecnologías, tendría que ser la de buscar alianzas que permitan repartir los costos de desarrollo y, por ello, los riesgos, buscar convenios con universidades y centros tecnológicos relacionados con la automoción para tratar de llevar las innovaciones hacia la aplicación concreta lo antes posible y evitar, así, emplear esfuerzos en caminos que ya han sido recorridos”, advierte.
 
Asimismo, considera que los gobiernos y dependencias responsables del desarrollo industrial, deberían reconocer la oportunidad competitiva que ésta tecnología representa para la industria estratégica de la automoción: “Una buena fórmula es crear o impulsar apoyos para que las empresas los dediquen a la investigación y el desarrollo en aspectos relacionados con la  nanotecnología”.

Al parecer los empresarios mexicanos han comprendido la importancia de este tema para ambos sectores, de modo que en agosto próximo se realizará en Puerto Vallarta, Jal., la Conferencia para la Comercialización de Micro y Nano Sistemas (COMS), un evento internacional que busca promover esta tecnología en la industria (http://www.mancef-coms2008.org).

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