Nuevos materiales y procesos impulsan la circularidad y descarbonización del acero

La transformación del sector siderúrgico hacia un modelo de futuro se articula en torno a tres retos fundamentales como la circularidad, la descarbonización y la digitalización. Estos tres pilares no actúan de forma aislada, sino que conforman un marco de acción integral para el sector. La circularidad busca garantizar la autonomía mediante el reciclaje avanzado de materiales; la descarbonización persigue la eliminación de la huella de carbono a través de nuevas fuentes de energía como el hidrógeno, y la digitalización se establece como el habilitador tecnológico imprescindible para maximizar la eficiencia y alcanzar el residuo cero.

Para materializar este cambio, la industria requiere, además, una intensa actividad de investigación y transferencia tecnológica que garantice que los nuevos materiales y procesos ofrecen las prestaciones que demanda el sector. El diseño de aceros de altas prestaciones, el desarrollo de herramientas digitales para optimizar la fabricación y la validación de soluciones en entornos industriales permiten acelerar la adopción de tecnologías capaces de reducir el impacto ambiental y reforzar la competitividad de sectores estratégicos como la automoción, las energías renovables o la fabricación avanzada.

Para ello, Eurecat actúa como el aliado estratégico que convierte estas metas en soluciones aplicables, desplegando sus capacidades tecnológicas a lo largo de toda la cadena de valor del metal, desde el diseño de nuevas aleaciones hasta su validación en planta piloto.

Esta actividad se canaliza mediante la investigación europea, donde destaca la coordinación de nueve proyectos del Research Fund for Coal and Steel (RFCS), proyectos de I+D bajo contrato y servicios de laboratorio avanzados. Con este enfoque integral, la innovación responde a las necesidades reales de las empresas y permite desarrollar componentes de alto valor añadido que refuercen la competitividad del sector frente a las exigencias climáticas.

En el ámbito de la circularidad, Eurecat desarrolla nuevas aleaciones sostenibles que incorporan un mayor contenido de material reciclado y reducen el uso de materias primas críticas. Asimismo, investiga procesos innovadores como el conformado de materiales reciclados, la estampación en frío y en caliente, la embutición y la fabricación aditiva. Estas actividades se complementan con trabajos en remanufactura y en el desarrollo de aceros de mayor resistencia, diseñados para prolongar el ciclo de vida de los materiales.

En esta línea, el centro coordina iniciativas estratégicas como los proyectos COOPHS, Safe&Clean y CiSMA. Estos proyectos centrados en la circularidad, que se basan en el reciclaje avanzado de chatarra, están también vinculados a la descarbonización al validar el uso de estos materiales en rutas de bajas emisiones de CO₂ como el horno de arco eléctrico y la reducción directa.

En el caso de COOPHS, se investigan y desarrollan nuevos aceros de estampación en caliente para automoción a partir de estas rutas con una reducida huella de carbono. Sin embargo, la producción de chapa con chatarra presenta retos significativos, ya que los elementos residuales pueden afectar negativamente a las propiedades mecánicas del acero reciclado. Eurecat aborda esta problemática analizando el impacto de dichos elementos en la microestructura, en la conformabilidad y en el rendimiento final del componente. A partir de este análisis, el centro diseña estrategias de aleación para mitigar dichos efectos y realiza la validación semiindustrial mediante pruebas de estampación en caliente y resistencia al impacto del nuevo componente de acero reciclado.

Esta búsqueda de la circularidad se intensifica con el proyecto CiSMA, que tiene como objetivo adaptar los productos de chapa de acero de alto rendimiento al proceso de horno de arco eléctrico. Esto permite ofrecer productos 100% reciclados para el mercado de gran consumo, como componentes de automoción y electrodomésticos.

La principal dificultad aquí reside en la conversión de la chatarra posconsumo, que suele estar altamente contaminada por cobre y otros elementos residuales e inclusiones. Para resolverlo, en el proyecto se desarrollan y validan tecnologías para mejorar la calidad de esta chatarra. Por otro lado, Eurecat coordina e investiga en el estudio de la metalurgia del acero y el desarrollo de sistemas de caracterización online para monitorizar la calidad de la chapa en tiempo real, apoyando así el despliegue industrial de estos materiales. La viabilidad de estos procesos se validará mediante dos pilotos: la fabricación de componentes de automoción y de piezas para lavadoras industriales.

El proyecto Safe&Clean da un paso más allá al llevar la sostenibilidad a los componentes de seguridad en automoción. En este ámbito, el uso de aceros con baja huella de CO₂ y alto contenido reciclado exige un control exhaustivo para garantizar la fiabilidad de la pieza junto con la reducción de emisiones. Para evaluar la seguridad de estos nuevos materiales, Eurecat aplica metodologías avanzadas de caracterización de aspectos críticos como la soldabilidad, la fatiga y la integridad estructural ante impactos. El objetivo es garantizar que estos componentes de acero reciclado sean tan seguros y resistentes como los fabricados de forma tradicional.

La neutralidad climática exige transformar tanto la fuente de energía que alimenta la industria como la eficiencia de los productos que esta fabrica. En este sentido, Eurecat acompaña al sector metalúrgico en su transición energética mediante la evaluación de nuevos aceros de baja huella de CO₂ con metodologías avanzadas de caracterización. Además, desarrolla materiales críticos para la implantación del hidrógeno y las energías renovables, incluyendo materiales para almacenamiento y transporte de hidrógeno, recubrimientos para placas bipolares y electrolizadores.

La energía eólica se ha consolidado como una de las principales fuentes de generación renovable y es clave para generar la electricidad verde necesaria para la producción de hidrógeno renovable. Así, las plataformas eólicas marinas, y especialmente las flotantes, se posicionan como una solución estratégica para aprovechar los recursos en zonas de aguas profundas. Al situarse en estos entornos, donde los vientos son más intensos y constantes, estas estructuras enfrentan retos extremos de durabilidad. Eurecat coordina dos proyectos orientados al desarrollo de nuevos componentes de acero con mayor resistencia a la corrosión y a la fatiga en alta mar.

En el proyecto HELIX, finalizado recientemente, se han desarrollado soluciones avanzadas para uniones atornilladas con alta resistencia a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno. Mediante la combinación del desarrollo de nuevos aceros de alta resistencia (grados 10.9 y 12.9) con elevada templabilidad para conseguir grandes diámetros (≥ M64) con recubrimientos basados en escamas de zinc, se han logrado componentes orientados a incrementar el tamaño y la productividad de los aerogeneradores marinos. Estas soluciones presentan una reducción de costes del 20% y una elevada resistencia a la corrosión que garantiza una vida útil mínima de 25 años.

En el desarrollo de estas nuevas uniones, se han llevado a cabo caracterizaciones avanzadas para profundizar en el conocimiento de los mecanismos de fractura de los aceros de alta resistencia en condiciones atmosféricas y de inmersión bajo protección catódica. Este conocimiento ha permitido adaptar la microestructura del acero y el sistema de escamas de zinc con capas optimizadas para lograr una elevada protección frente a la corrosión y minimizar el riesgo de fragilización por hidrógeno. Además de identificar los mecanismos de absorción y desorción de hidrógeno en servicio, estos avances contribuirán a la evolución de la normativa y de las prácticas recomendadas en el sector eólico marino.

Por otro lado, el proyecto DURALINK traslada este enfoque a otros componentes críticos de las infraestructuras offshore: las torres, las estructuras de soporte y las cadenas de sujeción para aerogeneradores flotantes. La investigación se centra en reducir el peso de la plataforma flotante en su conjunto mediante la utilización de aceros de mayor resistencia y más económicos. Asimismo, se desarrollan postratamientos mecánicos para mejorar la resistencia a fatiga de los nuevos componentes, así como soluciones para su protección frente a la corrosión. Estos avances permitirán que elementos clave, como las cadenas de sujeción, soporten las mayores cargas derivadas del aumento de tamaño de las torres y estructuras de soporte.

El compromiso con la descarbonización también está muy presente en la movilidad mediante el aligeramiento de peso con el uso de aceros de alta resistencia. Estos materiales permiten diseños más ligeros de vehículos, reduciendo consumo energético y emisiones asociadas al uso. En este ámbito, Eurecat lidera cuatro ejes de actuación. El primero, Steel4Fatigue, investiga y desarrolla componentes dinámicos del automóvil con aceros de alta resistencia optimizados frente a fatiga con el objetivo de reducir un 10% el peso de coches y camiones. Por su parte, el proyecto Supe3rForm explora la viabilidad industrial de nuevos aceros de tercera generación, mejorando su conformabilidad y rendimiento para piezas estructurales eficientes y hasta un 20% más ligeras.

En la misma línea el proyecto H2FORM3G profundiza en la comprensión del efecto de fragilización por hidrógeno de los aceros de alta resistencia durante su conformado, desarrollando además herramientas y modelos predictivos para garantizar una fabricación segura. Finalmente, SHIFT se centra en desarrollar un proceso innovador de estampación semicaliente para aceros avanzados de tercera generación, tipo Quenchi and Partitioning (Q&P), con recubrimiento de zinc para la obtención de componentes estructurales complejos.

En estos proyectos, Eurecat implementa metodologías innovadoras para determinar el efecto de la absorción del hidrógeno de los materiales y técnicas patentadas que evalúan rápidamente la resistencia a fatiga y la tenacidad a la fractura. Estas herramientas permiten predecir el comportamiento tanto de los materiales durante los procesos de conformado como en su aplicación final, con el objetivo de prevenir fallos catastróficos. Además, se analiza el comportamiento térmico y las ventanas de temperatura para diseñar nuevos procesos de estampación en caliente de aceros de alta resistencia.

La transformación del sector se apoya también en la digitalización como palanca de competitividad. En este ámbito, la actividad de Eurecat cubre toda la cadena de valor de la fabricación aditiva: desde el diseño de aleaciones, la obtención del polvo metálico altamente esférico mediante atomización centrífuga, y los procesos de impresión, hasta el posprocesado y la caracterización avanzada de materiales y componentes. Estas capacidades se complementan con soluciones de monitorización orientadas a la industria 4.0 y tecnologías para predecir la vida útil tanto de herramientas como de componentes.

En esta línea, el proyecto NewAIMS aborda el reto del diseño de nuevas aleaciones de acero específicamente desarrolladas para procesos de fabricación aditiva. Actualmente, la impresión 3D de acero utiliza aleaciones comerciales no optimizadas para estas tecnologías, lo que genera problemas de calidad superficial, aparición de grietas y un rendimiento limitado en servicio. Por ello, se están desarrollando dos nuevas aleaciones para tecnologías de impresión de fusión en lecho de polvo por láser (Laser Beam Powder Bed Fusion - LB-PBF) y por haz de electrones (Electron Beam Powder Bed Fusion - EB-PBF), que se validarán en moldes para estampación en caliente y herramientas de corte. Eurecat lidera la optimización microestructural, el estudio térmico y la validación semiindustrial mediante pruebas piloto de las piezas obtenidas.

Por su parte, el proyecto SuPreAM busca optimizar la integridad superficial de los componentes de acero fabricados mediante aditiva y mecanizado, para aplicaciones en moldes de inyección y componentes del sector aeronáutico. Para ello, desarrolla un modelo predictivo de simulación de las operaciones de acabado que permite definir estrategias óptimas de mecanizado desde la fase de diseño, reduciendo la generación de chatarra y asegurando piezas libres de defectos. El trabajo de Eurecat integra la caracterización superficial y la evaluación del desgaste de herramientas de mecanizado con metodologías rápidas de determinación de fatiga que requieren poco material de ensayo. Estos avances no solo refuerzan los principios de la industria 4.0, sino que mejoran directamente la eficiencia y sostenibilidad de los procesos industriales del acero.

La viabilidad de todas estas innovaciones requiere validar materiales y procesos en entornos de producción reales. Por ello, Eurecat acompaña a las empresas del tejido industrial en la transferencia de tecnologías transformadoras que, entre otras cosas, permiten la producción de estructuras más ligeras y sostenibles. Este enfoque no solo busca reducir el consumo de combustible y las emisiones, sino también integrar el uso de materiales reciclados en componentes, impulsando sectores estratégicos como la movilidad, las energías renovables o la industria, hacia las emisiones netas cero.

Esta colaboración se extiende a todo el ciclo de implementación, desde el rediseño de componentes orientados a la reducción de peso sin comprometer la integridad estructural, hasta el asesoramiento técnico en nuevas tecnologías de fabricación. Asimismo, el centro aporta la caracterización avanzada de materiales mediante metodologías rápidas que permiten predecir la resistencia a la fatiga y el rendimiento real de los nuevos desarrollos antes de su despliegue industrial.

Así, las plantas y laboratorios de Eurecat permiten garantizar que las innovaciones cumplan con los requisitos de fiabilidad y rentabilidad del mercado dando respuesta a los retos climáticos. Al integrar los ejes de circularidad, descarbonización y digitalización, la industria no solo alinea su actividad con el Pacto Verde Europeo, sino que convierte la sostenibilidad en una ventaja competitiva para lograr un sector más eficiente, competitivo y resiliente.