El desarrollo de aviones modernos ha llevado a la industria aeronáutica a buscar soluciones innovadoras en el ámbito de los materiales. En este contexto, la experiencia obtenida de la biología, específicamente de la estructura de los esqueletos de los erizos de mar, se presenta como una fuente de inspiración prometedora. Al igual que los erizos, que cuentan con estructuras altamente eficientes y ligeras, los aviones deben ser diseñados para maximizar la resistencia mientras minimizan el peso. Este enfoque es crucial, ya que hoy en día los aviones modernos como el 787 Dreamliner y el Airbus A350 ya incorporan en su construcción hasta un 50% de materiales compuestos. Estos compuestos, que incluyen fibras de carbono y polímeros tratados, ofrecen una relación peso-resistencia excepcional, vital para mejorar la eficiencia del combustible y, a su vez, disminuir la huella ambiental de la aviación.
Un desafío significativo que enfrenta la industria es la complejidad del reciclaje de los materiales compuestos. La Asociación Europea de la Industria de Materiales Compuestos ha alertado sobre el destino de entre el 40 y el 70% de estos materiales, que termina en vertederos o se incinera, sin ninguna recuperación posible. Este problema se agrava cuando consideramos el número previsto de aviones que serán retirados en la próxima década: más de 11,000, generando toneladas de residuos difíciles de gestionar. A medida que la presión por una mayor sostenibilidad aumenta, se hace evidente la necesidad de innovar en el desarrollo de materiales que no solo cumplan con las exigencias de rendimiento, sino que también sean reciclables al final de su ciclo de vida.
Ante esta situación, los investigadores han comenzado a explorar soluciones basadas en un único material para simplificar el reciclaje. Un candidato destacado es el polieter-éter-cetona (PEEK), un termoplástico de alto rendimiento que posee propiedades mecánicas, térmicas y químicas excepcionales. La ventaja del PEEK radica en su capacidad para ser reciclado y reprocesado, una característica fundamental que contrasta con la mayoría de los materiales empleados en aeronáutica, que son termoestables y no pueden ser reciclados. Este cambio hacia el uso de un solo material podría transformar la industria, convirtiéndola en una actividad más sostenible, aliviando el impacto ambiental de los compuestos complejos que actualmente predominan.
La clave para que un único material cumpla con diversas funciones en el diseño aeronáutico está en la geometría de su microestructura. Inspirándose en la naturaleza, los diseños microestructurales, como las superficies mínimas triplemente periódicas (TPMS), ofrecen propiedades mecánicas y acústicas extraordinarias. Por ejemplo, estas estructuras presentan una distribución continua de esfuerzos, lo que las hace más resilientes frente a cargas sin concentraciones de tensión que pueden provocar fallos. Gracias a los avances en la caracterización de estas geometrías, se puede personalizar la densidad y forma de los materiales para satisfacer las demandas específicas de cada componente aeronáutico, favoreciendo la funcionalidad sin necesidad de combinar múltiples materias primas.
Finalmente, iniciativas como la investigación en el Instituto IMDEA Materiales de Madrid están marcando el camino hacia la innovación en la economía circular de la industria aeronáutica. Al combinar impresión 3D con un proceso de espumado físico a base de CO₂, se están desarrollando estructuras de PEEK que optimizan la tenacidad y reducen el peso. Este enfoque, que imita las soluciones biológicas encontradas en la naturaleza, permite obtener materiales que son no solo ligeros sino también resistentes a impactos. Al final de su vida útil, el uso exclusivo de PEEK asegura un reciclaje efectivo, configurando un ciclo de vida sostenible para los materiales en la aviación, lo que es esencial para un futuro más verde en este sector.
