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Nov2020

Artículo de fondo: ¿Qué hace la ciencia por la movilidad sostenible?

Con motivo de la Semana de la Ciencia, me gustaría poner en valor el papel fundamental que la ciencia juega en la evolución tecnológica e industrial del sector de automoción y en el nuevo paradigma de movilidad sostenible. Su contribución en la innovación en nuevos materiales y procesos permiten que el sector de proveedores de automoción desarrolle tecnologías y componentes para vehículos más eficientes, seguros, conectados y automatizados, contribuyendo con ello a los objetivos de descarbonización y a la economía circular.

En el campo de los nuevos materiales, uno de los objetivos fundamentales es el aligeramiento del peso de componentes y vehículos, para reducir el consumo de combustible y, con ello, de emisiones de CO2 y, también, para compensar el incremento de peso por las baterías en los vehículos eléctricos. Hay múltiples opciones, como los aceros de alto módulo, con composiciones y tratamientos específicos, las aleaciones de aluminio y magnesio, el uso de materiales poliméricos o de materiales compuestos, con cargas de fibra de vidrio, fibras naturales, etc. 

Los componentes de plástico se han multiplicado en los vehículos sustituyendo en parte a los metales. Hoy los coches contienen centenares de piezas de plástico. Un vehículo medio contiene piezas de 13 tipos de materiales poliméricos que representan actualmente en torno al 12% de su peso. Sin ellos, los coches serían 200-300 kg más pesados, y consumirían 0,5 l más de combustible cada 100 km. Los plásticos permiten, además de aligerar peso, moldear componentes de geometrías complejas, permitiendo libertad de diseño, fácil ensamblaje y flexibilidad de integración. También aportan resistencia a la corrosión y capacidad de absorción de energía en caso de impacto.

Actualmente se están incorporando al vehículo nuevos materiales como la fibra de carbono, los materiales cerámicos o el teflón, sustituyendo piezas metálicas, pero con propiedades térmicas o mecánicas similares o mejoradas, tanto en componentes estructurales, como piezas del motor o de los sistemas de dirección y transmisión. Y se está trabajando en la utilización de materiales inteligentes, con funcionalidades específicas o multifuncionales, la incorporación de nuevos aditivos (incluyendo nanomateriales y grafeno) para mejorar el comportamiento de los materiales poliméricos / compuestos en aplicaciones exigentes y el desarrollo de nuevos materiales luminiscentes, de menor coste y más sostenibles.

Los nuevos materiales también juegan un papel importante en la transformación del interior de los vehículos, mejorando su habitabilidad, ergonomía y el confort de sus ocupantes. Además de proporcionar nuevos acabados, también es importante resaltar el uso de materiales para el aislamiento térmico y acústico y el desarrollo y utilización de materiales renovables como los biopolímeros o las fibras de origen natural.

La química también juega un papel crucial en la seguridad: el inflado del airbag, los materiales con los que están fabricados los cinturones de seguridad, el líquido y las pastillas de freno, las lámparas de xenón y los neumáticos son algunos ejemplos de elementos clave en la seguridad pasiva de los vehículos.

Otra área de trabajo relevante es la mejora de la eficiencia en los procesos de combustión y tratamiento de gases de escape, para cumplir con las cada vez más exigentes normativas europeas de emisiones contaminantes. Existe margen de innovación y mejora de la eficiencia de los sistemas actuales de combustión interna, así como en la utilización de combustibles alternativos, como los combustibles sintéticos o los biocombustibles de 2ª y 3ª generación, con el objetivo de conseguir la neutralidad en emisiones de CO2. También es muy importante destacar el desarrollo de catalizadores y dispositivos para el tratamiento de las emisiones contaminantes de los vehículos (NOx, partículas, hidrocarburos), contribuyendo a mejorar la calidad del aire, especialmente en los entornos urbanos.

Para la consecución de los objetivos de electrificación y descarbonización del transporte es fundamental el desarrollo de materiales y componentes para los vehículos eléctricos o con pilas de combustible: materiales y componentes para baterías avanzadas, otros sistemas de almacenamiento de energía y pilas de combustible, materiales para motores eléctricos con menor contenido en materias primas críticas estratégicas, o para el almacenamiento de hidrógeno tanto para el transporte como en su papel de vector energético del futuro, sistemas de recuperación de energía. En algunos casos, dependen en gran medida de la disponibilidad de materias primas críticas y, por ello, es necesario desarrollar alternativas y métodos para su recuperación y reciclado. 

En todos estos nuevos desarrollos, se han de tener en cuenta los principios de economía circular, reduciendo los recursos necesarios y potenciando el ecodiseño para conseguir los elevados ratios de reutilización y reciclado y valorización de los componentes que marca la normativa europea. En el caso del reciclado, además de los procesos clásicos de reciclado por métodos físicos de metales o polímeros, también se está trabajando en el reciclado químico de compuestos poliméricos no recuperables por otros métodos. 

Ahora que la digitalización lo impregna todo y es uno de los grandes retos y factores de cambio a los que se enfrenta el sector, tanto en los procesos de producción, logística y comercialización como en los propios productos, componentes y vehículos cada vez más conectados, no debemos olvidar que ciencias “tradicionales” como la física y la química, siguen muy presentes contribuyendo día a día a que la movilidad sostenible sea una realidad. 

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