Tiempos inquietos
Agosto es el mes en el que muchos de nosotros nos vamos de vacaciones y, por tanto, debería ser una época feliz. Sin embargo, no es fácil bloquear pensamientos oscuros como la creciente popularidad de la AfD en Alemania, la guerra de Ucrania en Europa del Este o las aterradoras imágenes de los incendios forestales en el sur de Europa, Norteamérica y otros lugares. Y si miramos un poco más hacia el futuro, muchos nos preguntamos cómo afectará la IA (inteligencia artificial) a nuestras vidas. ¿Cómo afectarán todas estas cuestiones a nuestra industria? Nuestro sector seguirá siendo un actor importante en la industria manufacturera. Coches eléctricos, células solares, turbinas eólicas con sus torres de acero: estas son las tecnologías del futuro, y nuestra industria es un actor importante en todas estas áreas. La IA cambiará sin duda todas las empresas. Probablemente habrá menos oficinistas. La IA tratará tanto con clientes como con proveedores. En el lugar de trabajo, los robots asumirán más tareas que actualmente realizan los humanos. Pero una cosa es segura: las tareas esenciales que realiza nuestra industria -acabado, protección contra la corrosión, revestimientos de baja fricción, etc.- seguirán siendo una parte esencial de nuestra civilización.
Desde el cielo
El sector aeroespacial es uno de los más prósperos y dinámicos del mundo, tanto económica como tecnológicamente. En junio de este año, Airbus recibió el mayor pedido individual de la historia. La compañía aérea india IndiGo encargó 500 aviones por un precio de catálogo de 60.000 millones de dólares. El pedido supera ligeramente el anterior récord mundial de pedidos individuales. También lo hizo en marzo de este año una aerolínea india, Air India, por 47.000 millones de dólares, en este caso repartidos entre Airbus y Boeing. En mayo, Ryanair también encargó 300 Boeing 737 Max. Junto con los pedidos anteriores, IndiGo ha encargado ahora 1.000 aviones y está a la espera de su entrega. Todos estos aviones tienen motores convencionales que funcionan con parafina. Todo el mundo está de acuerdo en que la aviación civil debe volverse "verde". ¿Pero cómo? La empresa británica Nova Pangaea(www.novapangaea.com ) ha desarrollado un proceso patentado para producir bioetanol a partir de residuos agrícolas y está construyendo una planta en el Reino Unido (Fig. 1). Pero, ¿será este proceso comercialmente viable? Ya he informado sobre un plan para convertir los residuos domésticos de Londres en biocombustibles para aviones. Pero las cantidades de los llamados combustibles de aviación sostenibles son sólo una pequeña fracción de la demanda mundial. Según la IATA, la producción mundial total del llamado combustible sostenible para aviones (SAF) será de unos 450 millones de litros en 2022. Sólo para cubrir el 10% de la demanda británica se necesitarían tres veces esta cantidad. Deseamos mucho éxito a este tipo de iniciativas, pero es difícil predecir qué les deparará el futuro.
El hidrógeno como combustible de aviación para el futuro
Airbus es uno de los fabricantes de aviones que está desarrollando una turbina de gas "convencional" que utiliza hidrógeno en lugar de parafina. El motor de combustión de hidrógeno es una parte importante del programa de demostración ZEROe. CFM International, una empresa conjunta de GE y Safran, desarrollará el motor de combustión de hidrógeno y lo preparará para las pruebas. Concretamente, la empresa modificará la cámara de combustión, el sistema de combustible y el sistema de control de un motor turborreactor GE Passport para que funcione con hidrógeno. El motor fue elegido por su tamaño, su avanzada turbomaquinaria y su capacidad para suministrar combustible. Podría hacerse realidad en 15 años. Cada componente tecnológico -los depósitos de hidrógeno líquido a baja temperatura, el motor de combustión de hidrógeno y el sistema de distribución de hidrógeno líquido- se probará individualmente en tierra. A continuación, todo el sistema se probará primero en tierra y luego en vuelo. Se espera que el primer vuelo tenga lugar en los próximos cinco años. Rolls-Royce probó con éxito una turbina de gas alimentada con hidrógeno el pasado noviembre. Parece haber pocas dudas de que esta tecnología es una opción viable para los aviones de emisiones cero.
Aviones: la opción eléctrica
Los aviones civiles propulsados eléctricamente ya vuelan hoy en día, pero hasta ahora sólo en vuelos de prueba. Algunos de ellos utilizan baterías, solas o junto con un motor de combustible. Otros utilizan pilas de combustible. Para casi todos, se trata de reequipar un avión existente con nuevos sistemas de propulsión. Ecojet(www.ecotricity.co.uk), por ejemplo, planea desplegar un DHC-6 Twin Otter (con 19 plazas) y luego un Dash 8 con 70 plazas. Los primeros vuelos están previstos para 2025 y 2027, respectivamente. ZeroAvia(https://zeroavia.com) ya ha realizado vuelos de prueba con un Dornier 228 de 19 plazas en enero. Se trataba del avión de pila de combustible más grande jamás volado. Pero sólo tres meses después, ese récord se batió cuando el ATR 72 de 40 plazas de Universal Hydrogen(https://hydrogen.aero), con sede en California, realizó su primer vuelo. El hidrógeno está contenido en unas "cápsulas" que se cargan en la parte trasera del avión con una carretilla elevadora (Fig. 2). Esto significa que no se requiere ninguna infraestructura especial en el aeropuerto. Stralis Aircraft en Australia(https://stralis.aero) utiliza un Beech 1900D de 15 plazas, que ha sido reequipado con dos hélices accionadas por motor eléctrico y funciona con pilas de combustible de hidrógeno. La autonomía está especificada en 800 km, la velocidad en 500 km/h y la producción comercial está prevista para 2026. El SA-1, más grande, tendrá 50 plazas, una autonomía de 3.000 km y una velocidad de 580 km/h, y está previsto que despegue en 2030. Airbus también trabaja en el desarrollo de la misma tecnología. También existen aviones propulsados por baterías, que ya he descrito. Wright Electric(https://weflywright.com) tiene previsto convertir un BAE 146 para que funcione con baterías, con el fin de lograr un tiempo de vuelo de una hora y una autonomía de unos 450 km. Estos son sólo algunos de los proyectos que existen en todo el mundo y probablemente algunos nunca lleguen a buen puerto.
Fig. 2: La llamada cápsula con hidrógeno, que alimenta el avión de 40 plazas ATR 72 de la empresa californiana Universal Hydrogen. Los vuelos de prueba tuvieron lugar el pasado mes de abrilParaun abandono total o incluso parcial de los aviones propulsados por petróleo, se necesitarían enormes cantidades de "hidrógeno verde" y, por tanto, un enorme aumento de la generación de electricidad. Sólo en Inglaterra, la cantidad de electricidad nueva necesaria sería unas tres veces superior al total de energía verde que se produce actualmente en este país. En resumen, ya disponemos de la tecnología necesaria para construir aviones sin emisiones. Pero el coste de la infraestructura de hidrógeno sería enorme. Hay otro problema. Antes me he referido sólo a algunos de los muchos aviones nuevos que se han encargado o están a la espera de entrega. Estos aviones suelen tener una vida útil de hasta 20 años. Aunque los aviones eléctricos estuvieran disponibles dentro de unos cinco años, las compañías aéreas como Air India no estarían dispuestas a amortizar sus inversiones en reactores convencionales. Tendremos aviones de emisiones cero, pero tardaremos al menos 25 años en conseguirlo. He intentado dar aquí una visión general de los avances en los aviones de ala fija. También hay muchos avances interesantes en otros tipos de aviones, como los taxis aéreos, de los que hablaré en otro número.
Una nueva vida para los paneles solares
Con el tiempo, los paneles solares se degradan y pierden eficacia. Al cabo de unos 25-30 años, suele ser más barato sustituirlos por otros nuevos. Los expertos creen que en algún momento habrá que deshacerse de miles de millones de módulos solares y sustituirlos. Según un cálculo, podrían llegar a ser 2.500 millones de módulos solares, afirma el Dr. Rong Deng, experto en reciclaje de módulos solares de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia). Sin embargo, en la actualidad prácticamente no existen instalaciones para reciclar módulos solares y recuperar los valiosos materiales que contienen. Por ello, una empresa francesa inauguró a finales de junio una nueva planta, la primera fábrica del mundo dedicada íntegramente al reciclado de módulos solares. ROSI(www.rosi-solar.com), la empresa especializada en reciclaje solar propietaria de la planta de Grenoble, espera llegar a extraer y reutilizar el 99% de los componentes de una unidad. La figura 3 muestra los componentes de los módulos solares fotovoltaicos en un gráfico circular. La nueva planta no sólo puede reciclar los frontales de vidrio y los marcos de aluminio, sino también recuperar casi todos los materiales valiosos que contienen los paneles, como la plata y el cobre, que normalmente figuran entre los materiales más difíciles de extraer. Estos materiales raros pueden reciclarse y reutilizarse para fabricar nuevos paneles solares más eficientes.
Fig. 3: Componentes de los módulos solares fotovoltaicos que pueden reciclarseEnlos procesos convencionales de reciclado de módulos solares se recupera la mayor parte del aluminio y el vidrio, pero el vidrio en particular es de calidad relativamente baja, según ROSI. El vidrio recuperado con estos métodos puede utilizarse para fabricar baldosas o para chorro de arena -también puede mezclarse con otros materiales para fabricar asfalto-, pero no puede emplearse para aplicaciones en las que se requiere vidrio de alta calidad, como en la fabricación de nuevas células solares. El mercado del reciclaje de paneles solares será enorme. La capacidad mundial de generación de energía solar creció un 22% en 2021. En muchos casos, los sistemas solares dejan de ser rentables antes de llegar al final de su vida útil prevista. Periódicamente se desarrollan nuevos diseños más eficientes, lo que significa que puede resultar más barato sustituir los paneles solares que solo tienen 10 o 15 años por versiones actualizadas. Según ROSI, se calcula que para 2030 se habrán desechado 4 millones de toneladas de paneles solares, una cifra todavía asumible, pero para 2050 podrían ser más de 200 millones de toneladas en todo el mundo. La primera generación de paneles solares residenciales acaba de llegar al final de su vida útil. Ahora que estos sistemas están a punto de desaparecer, los expertos afirman que es urgente actuar. Según Nicolas Defrenne, Francia ya es líder europeo en el tratamiento de residuos fotovoltaicos. Su organización, Soren, trabaja con ROSI y otras empresas para coordinar el desmantelamiento de instalaciones solares en toda Francia. En la planta de ROSI en Grenoble, los módulos solares se desmontan cuidadosamente para recuperar materiales valiosos como cobre, silicio y plata. Cada panel solar contiene sólo fragmentos minúsculos de estos materiales, y estos fragmentos están tan entrelazados con otros componentes que hasta ahora no resultaba económico separarlos. Pero como son tan valiosos, la recuperación eficaz de estos materiales preciosos podría cambiar las reglas del juego, afirma Defrenne. "Más del 60% del valor está contenido en el 3% del peso de los módulos solares", afirma. Según Defrenne, actualmente no hay plata suficiente en el mercado mundial para producir los millones de paneles solares que se necesitan para abandonar los combustibles fósiles y, por supuesto, otros países están desarrollando sus propias tecnologías de reciclado de células solares. El Dr. Guillaume Zante, del Centro de Investigación de Materiales de la Universidad de Leicester, cree que la salmuera es una alternativa creíble a los ácidos minerales tóxicos que se utilizan para procesar metales, ya que es muy barata. Su equipo intenta ahora aplicar el mismo método a distintos metales procedentes de diferentes fuentes de residuos, como teléfonos inteligentes, materiales termoeléctricos e imanes, además de células solares. El equipo afirma que en su nuevo proceso, que al parecer utiliza colina y cloruros de calcio y hierro, se recupera más del 90% del aluminio y la plata de las células solares en sólo 10 minutos y que la calidad de la plata es alta, de modo que puede reutilizarse fácilmente... ¿no podría ser éste también un gran modelo de negocio para los galvanizadores alemanes? Fuente: https://le.ac.uk/news/2022/september/bsf-solar-cells
La ciencia ficción se hace realidad
Los lectores más veteranos quizá recuerden la película de ciencia ficción de 1990 "La caza del Octubre Rojo", que describe un submarino soviético con un revolucionario sistema de propulsión prácticamente silencioso y casi imposible de detectar. Ahora, 30 años después de la película, la empresa estadounidense Darpa trabaja en un sistema de propulsión naval similar al "accionamiento oruga" descrito en la película. El llamado sistema de propulsión magnetohidrodinámico (MHD) no requiere ninguna pieza móvil, sólo imanes y una corriente eléctrica. Funciona generando un campo magnético perpendicular a la corriente eléctrica. Esto crea una fuerza -conocida como fuerza de Lorentz- que actúa sobre el agua de mar e impulsa el barco.
Fig. 4: El Yamato-1 japonés demostró que la propulsión MHD es posible Sin una hélice o un eje de transmisión que arremoline el agua, un sistema de propulsión MHD en funcionamiento podría permitir viajes rápidos y completamente silenciosos. Los ingenieros llevan décadas trabajando en sistemas de propulsión MHD, y el concepto original se remonta a la década de 1960. En 1992, la Fundación Japonesa de Buques y Océanos construyó el Yamato-1, un barco de 30 metros de eslora que probó un sistema de propulsión MHD (Fig. 4). Sin embargo, el sistema de propulsión era tan pesado que el Yamato-1 sólo podía desplazarse a 6,6 nudos. Además, consumía mucha energía. Pero los investigadores afirman que el proyecto demostró que un sistema de propulsión de este tipo puede funcionar y proporcionar datos útiles. "Información auténtica sobre defectos y puntos débiles, así como sobre lo que habría que hacer si se construye un Yamato-2 en el futuro", afirma Hiromitsu Kitagawa, científico visitante del Instituto de Investigación de Política Oceánica, que incluye la Fundación Japonesa de Buques y Océanos. El proyecto Yamato ha demostrado que se necesitan imanes mucho más potentes y electrodos más robustos, que son las partes del sistema de propulsión que entran en contacto con el agua de mar. El primero de estos problemas podría resolverse fácilmente con una nueva generación de imanes desarrollados para la industria de la fusión nuclear. Sin embargo, estas nuevas aleaciones de imanes se corroerían rápidamente en el agua de mar, por lo que se necesitarían revestimientos especiales para protegerlos. Otro problema con el que todos los electroquímicos están familiarizados es el efecto aislante de las burbujas de hidrógeno y oxígeno que se forman en los electrodos y aumentan la resistencia óhmica. Cuando estas burbujas se colapsan, provocan la erosión de la superficie del electrodo, otro problema. El Gobierno de Estados Unidos financia un programa de investigación de dos años y la Marina estadounidense seguirá de cerca este desarrollo. Así que el "Octubre Rojo" podría hacerse realidad.
¿El fin de un procedimiento médico desagradable?
Para concluir la carta de Inglaterra, un viaje al mundo de la medicina: quizá algunos lectores ya hayan tenido la desagradable experiencia de una endoscopia, en la que se ingiere una cámara que se fija al extremo de un tubo largo y flexible para que los médicos puedan examinar el estómago o los intestinos. Ahora se ha desarrollado una alternativa mejor. La empresa estadounidense AnX Robotica ha desarrollado un sistema de endoscopia por cápsula: NaviCam - AnX Robotica. Su cápsula de vídeo utiliza un imán externo y un joystick para mover la cápsula tridimensionalmente en el estómago (Fig. 5). Esto debería permitir la primera endoscopia con cápsula controlada magnéticamente en los Estados Unidos y un importante ahorro de costes. También ahorrará muchas horas de tiempo a pacientes y médicos.
Fig. 5: La NaviCam - AnX Robotica para realizar una endoscopia capsular
Mediante un imán externo, la cápsula puede controlarse para visualizar todas las zonas anatómicas del estómago y registrar en vídeo y fotografiar cualquier lesión hemorrágica, inflamatoria o maligna. En la actualidad, el uso del joystick requiere tiempo y formación adicionales, pero se está desarrollando un software que utiliza inteligencia artificial para dirigir la cápsula de forma independiente a todas las partes del estómago y registrar posibles anomalías. Además, los vídeos pueden transmitirse para su revisión externa si un gastroenterólogo no se encuentra in situ para revisar las imágenes. En los ensayos iniciales, la cápsula registró una tasa de éxito del 95%. AnX Robotica, con sede en Texas, financió la investigación y desarrolló NaviCam, el sistema de endoscopia por cápsula utilizado en el estudio. La cápsula NaviCam tiene un diámetro de 11,8 mm y una longitud de 27 mm. Ofrece una resolución de imagen de 640 x 480 (generador de imágenes CMOS), una frecuencia de imagen variable de 0,5-6 FPS y una batería de larga duración de hasta 16 horas (a 1fps). Fuente: "Magnetically Guided Capsule for Assessment of the Gastric Mucosa in Symptomatic Patients (MAGNET): A Prospective, Single-Arm, Single-Centre, Comparative Study", A. Meltzer et al. American Society for Gastrointestinal Endoscopy, Vol. 2. https://doi.org/10.1016/j.igie.2023.04.007
