¿Es posible fabricar cohetes con desechos de petróleo?

Una nueva forma de hacer fibra de carbono podría utilizarse para fabricar automóviles, aviones y naves espaciales.

Una nueva forma de fabricar fibra de carbono podría convertir los subproductos de la refinería en materiales estructurales ultraligeros de alto valor para automóviles, aviones y naves espaciales.

Los materiales livianos hechos de fibra de carbono, similar al material utilizado para algunas raquetas de tenis y bicicletas, combinan una resistencia excepcional con un peso reducido, pero han sido más costosos de producir que los elementos estructurales comparables hechos de acero o aluminio.

Ahora, los investigadores del MIT han ideado una forma de hacer estas fibras livianas a partir de una materia prima sumamente económica: se trata del material de desecho pesado y pegajoso que queda de la refinación del petróleo, material que las refinerías hoy en día suministran para aplicaciones de bajo valor como asfalto, o eventualmente tratarlo como residuo.

La nueva fibra de carbono no solo es barata de fabricar, sino que ofrece ventajas sobre los materiales de fibra de carbono tradicionales porque puede tener resistencia a la compresión, lo que significa que podría usarse para aplicaciones de carga.

La investigación comenzó hace unos cuatro años en respuesta a una solicitud del Departamento de Energía, que buscaba formas de hacer que los automóviles fueran más eficientes y reducir el consumo de combustible al reducir su peso total. “Si miras el mismo modelo de automóvil ahora, en comparación con hace 30 años, es significativamente más pesado”, dice Nicola Ferralis, científica investigadora que participa en este proyecto. “El peso de los autos ha aumentado más de un 15 por ciento dentro de la misma categoría”.

El DOE está impulsando el desarrollo de materiales estructurales livianos que igualen la seguridad de los paneles de acero convencionales de hoy en día, pero que también se puedan fabricar de manera lo suficientemente económica como para potencialmente reemplazar el acero por completo en los vehículos estándar.

Los compuestos hechos de fibras de carbono no son una idea nueva, pero hasta ahora en el mundo del automóvil solo se han utilizado en unos pocos modelos muy caros. La nueva investigación tiene como objetivo cambiar eso al proporcionar un material de partida de bajo costo y métodos de procesamiento relativamente simples.

En lugar de utilizar un producto de petróleo procesado y refinado para empezar, el nuevo enfoque del equipo utiliza lo que es esencialmente la escoria que queda después del proceso de refinación, un material conocido como brea de petróleo. “Es lo que a veces llamamos el fondo del barril”, dice Ferralis. Es inútil para la combustión; aunque puede quemarse, es un combustible demasiado sucio para ser práctico.

“El tono es increíblemente desordenado”, dice. Es una mezcolanza de hidrocarburos pesados ​​mixtos, y “eso es realmente lo que lo hace hermoso en cierto modo, porque hay mucha química que se puede explotar. Eso lo convierte en un material fascinante para empezar”. "Hay tanto", dice, "el valor inherente de estos productos es muy bajo, por lo que a menudo se desecha en vertederos".

Una fuente alternativa de brea, que el equipo también probó, es la brea de carbón, un material similar que es un subproducto del carbón coquizable, que se usa, por ejemplo, para la producción de acero. Trabajando en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, que tenían la experiencia en la fabricación de fibras de carbono en una variedad de condiciones. 

“El proceso que se necesita para hacer una fibra de carbono [a partir de brea] es extremadamente mínimo, tanto en términos de requisitos de energía como en términos del procesamiento real que se debe realizar”, dice Ferralis.

Jana explica que la brea está "hecha de este conjunto heterogéneo de moléculas, donde se esperaría que si cambia la forma o el tamaño, las propiedades cambiarían drásticamente", mientras que un material industrial debe tener propiedades muy consistentes.

El trabajo arrojó resultados que muestran que al ajustar las condiciones iniciales, se podrían fabricar fibras de carbono que no solo fueran fuertes en tensión, como lo son la mayoría de estas fibras, sino también fuertes en compresión, lo que significa que podrían usarse potencialmente en aplicaciones de carga. Esto abre posibilidades completamente nuevas para la utilidad de estos materiales, dicen.

“La nueva ruta que estamos desarrollando no es solo un efecto de costo”, dice Ferralis. “Podría abrir nuevas aplicaciones, y no tiene que ser vehículos”. Parte de la complicación de hacer compuestos de fibra convencionales es que las fibras deben convertirse en una tela y colocarse en patrones precisos y detallados. La razón de eso, dice, “es para compensar la falta de resistencia a la compresión”. Es una cuestión de ingeniería superar las deficiencias del material, dice, pero con el nuevo proceso no sería necesaria toda esa complejidad adicional.

Referencia:

MIT News. 2022. Could we make cars out of petroleum residue? (Press Release)
Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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