Caucho de alta tecnología al servicio de la transición energética

La feria K, en Düsseldorf, no es solo la feria especializada más importante del mundo para la industria del plástico, sino también para la del caucho. Sin embargo, la sostenibilidad y la conservación de los recursos son también aquí temas candentes, que nadie puede pasar por alto. Una razón más para analizar como preludio a la K 2025, la importancia del caucho en los campos de aplicación 'verdes'.

¡Lógico! Con frecuencia incluso se requieren aquí materiales de caucho elaborados con cauchos sintéticos altamente desarrollados. Un ejemplo de campos de aplicación de esta índole es la generación de calor a partir de capas más profundas de la tierra. Las perforaciones geotérmicas pueden alcanzar perfectamente desde 1.000 a, incluso, 3.000 metros. Aquí se emplean, entre otras cosas, los llamados packers, que son manguitos de aproximadamente un metro de longitud, capaces de sellar una sección de la perforación. Estos están compuestos, entre otros, de caucho resistente al calor. En las zonas aisladas con estos se pueden realizar, por ejemplo, mediciones de temperatura o presión.

Por cierto, en las perforaciones profundas de este tipo – en proyectos geotérmicos, aunque también en el sector petrolífero – se utilizan a menudo motores con un rotor helicoidal en una carcasa de estator revestida de caucho en el interior. Aquí se utiliza como componente de caucho la mitad del 'quién es quién' de la tecnología avanzada de aplicación de caucho: Caucho de nitrilo (NBR), NBR-HR (NBR de alta resistencia), caucho de nitrilo hidrogenado (HNBR) e incluso fluoroelastómeros extremadamente resistentes a los productos químicos, en función del perfil de temperatura y la agresividad de los líquidos de enjuague.

Y a propósito de perforación profunda: También el gas natural se sigue considerando, durante un periodo transitorio, como un combustible para una producción de energía con emisiones de CO₂ comparativamente bajas. Actualmente Alemania adquiere mucho gas natural de los EE. UU, donde cerca del 88% de esta fuente de energía se obtiene por el procedimiento de fracturación hidráulica (fracking).

Para ello se precisan, entre otras cosas, mangueras de muy alto rendimiento capaces de resistir también líquidos agresivos que se inyectan en la roca para expulsar el gas allí distribuido. Aquí se utilizan a menudo productos multicapa, cuya capa interior consiste en un caucho sintético resistente a los ácidos. Para la capa exterior se utilizan tipos de caucho con una excelente resistencia al desgaste y al envejecimiento.

Por cierto, una temida fuente de peligro en la extracción de gas natural son las liberaciones violentas e incontroladas de gas de los yacimientos, conocidas como 'reventones' (Blowout). Estos escapes se evitan con la ayuda de los llamados 'preventores de reventones' (BOP), es decir, juntas extremadamente resistentes elaboradas con caucho, que pueden soportar también el contacto con el sulfuro de hidrógeno y los medios corrosivos y abrasivos. Estas juntas son muy caras y deberían aguantar un tiempo análogamente largo. Aquí es donde se suele recurrir al HNBR.

En el año 2021, cerca del 9% de la superficie agrícola total alemana se utilizó para la producción de materias primas renovables destinadas a la producción de biogás.

Ahora bien, el biogás no solo contiene el combustible metano, sino también componentes corrosivos, tales como el sulfuro de hidrógeno y el amoníaco. Por esta razón en las plantas de biogás se utilizan, entre otras, membranas de EPDM ('caucho de etileno-propileno-dieno saturado'), que, sin embargo, compiten con membranas dobles de tejidos de poliéster con revestimiento de PVC. Ambos materiales tienen sus ventajas y desventajas en esta aplicación. El caucho de EPDM, sin embargo, es algo más flexible y fácil de reciclar.

Si bien las tareas hasta ahora descritas para materiales de caucho altamente desarrollados aún se podían resolver de una manera medianamente 'clásica', con el hidrógeno la cosa se pone realmente difícil. El hidrógeno sólo se licua bajo presión normal a temperaturas extremadamente bajas. Por esta razón, los materiales de sellado para una futura economía de hidrógeno deberían estar diseñados para un amplio rango de temperaturas (de - 40 a más de +80 °C). Además, deberían resistir presiones elevadas.

El problema es que las moléculas de H2 no polares se pueden difundir a través de los materiales de sellado convencionales y deteriorarlos. Cuando el hidrógeno se va depositando gradualmente en el material de sellado, incluso se pueden llegar a producir descompresiones explosivas que destruyen la junta. Sin embargo, estos se necesitan urgentemente en la economía del hidrógeno: Para la electrolisis, en válvulas o membranas, para el transporte en tanques y tuberías y, por supuesto, en pilas de combustible.

De hecho, las juntas de caucho resistentes al H2 realmente efectivas, siguen actualmente siendo objeto de investigación. Es posible que, mediante una combinación inteligente de tipos de caucho estancos al gas y materiales de relleno, que impidan el hinchamiento y la permeación del hidrógeno, se puedan alcanzar grandes logros en este terreno. Como elastómeros básicos, por naturaleza ya relativamente estancos al gas, entran en consideración el caucho butílico o también los cauchos fluorados. Los aditivos en forma de plaquetas, como los silicatos estratificados o el grafito, pueden reducir aún más el escape de gas.

Al objeto de simplificar el transporte del hidrógeno, últimamente se están debatiendo también medios portadores alternativos, como, por ejemplo, el amoniaco (NH3) que es gaseoso a temperatura ambiente y resulta más fácil de licuar y almacenar. Para ello también se necesitan cauchos de alto rendimiento resistentes a las bajas temperaturas y a las bases.

Por supuesto que el hidrógeno ya está prestando en las pilas de combustible un servicio muy fiable. En cambio, sin embargo, no existe 'el' material de sellado para ello. Puesto que no existe 'la' pila de combustible. Se conocen, por ejemplo, pilas alcalinas y de ácido fosfórico, de electrolito polimérico y de alta temperatura. Sin embargo, ya se está recurriendo para tareas de sellado a materiales de sellado unidos por elastómeros, con un elevado contenido de materiales de relleno.

Especialmente en alta mar, la radiación ultravioleta, el ozono (que de todos modos no es nada infrecuente en el entorno de las instalaciones eléctricas), el agua salada y las fuertes fluctuaciones de temperatura plantean grandes exigencias a los materiales elásticos utilizados aquí. Por añadidura, se requieren evidentemente las mejores propiedades ignífugas, porque una vez que las góndolas se han incendiado es prácticamente imposibles extinguirlas.

En estas góndolas se necesitan, por ejemplo, componentes para el desacoplamiento de las vibraciones y un montaje elástico del generador. Los topes de caucho están, por ejemplo, en las conexiones entre las palas del rotor y el buje, en su elemento. Allí absorben fuerzas y vibraciones, contribuyendo a minimizar las vibraciones y también a amortiguar el ruido.

Difícilmente se encontrará caucho natural entre los varios cientos de kilos de materiales elastoméricos empleados en las turbinas eólicas, aunque solo sea por su problemática resistencia a la intemperie y el ozono. Para los ejes giratorios de caucho macizo, se suele utilizar caucho NBR. En las juntas de eje radiales, por ejemplo, a menudo se encuentra caucho HNBR resistente al ozono, que además puede soportar durante breves períodos temperaturas de hasta 170 °C. Con el refuerzo adecuado, también se puede utilizar en cojinetes de gran diámetro y, debido a su resistencia al aceite, incluso en cojinetes principales lubricados con grasa.

Los cables que transportan electricidad desde las turbinas eólicas marinas pueden calentarse mucho. Esto requiere materiales de caucho con mayor resistencia a la temperatura, excepto de HNBR, por ejemplo, de EPDM.

Por supuesto, también se necesitan juntas para instalaciones solares que mantengan los módulos en posición y garanticen que no pueda penetrar la lluvia. Las juntas verticales que mantienen varios módulos fotovoltaicos a distancia, están compuestas, por ejemplo, de caucho de silicona o de EPDM resistente a la intemperie.

Sin embargo, las tareas centrales de sellado son asumidas la mayoría de las veces por otro material. De este modo, los módulos solares con frecuencia están encapsulados en películas de etilvinilacetato (EVA). Aquí se encierran los módulos solares en dos capas de este material. Al fundirse la película las células quedan perfectamente encerradas. El EVA es extremadamente translúcido y resistente a la intemperie, exhibiendo una amplia ventana de procesamiento. Sin ser un elastómero clásico, puede entenderse sin duda como un material 'similar al elastómero0, dependiendo del porcentaje de acetato de vinilo. Actualmente también hay enfoques tendentes a sustituir las películas de EVA de fuentes fósiles por variantes con un alto porcentaje de 'etileno de caña de azúcar' de base biológica.

Y para que los elegantes paneles solares no resbalen en los elegantes tejados planos, a los instaladores les gusta usar esterillas de EPDM, que ofrecen un agarre adicional en superficies resbaladizas y evitan que los módulos se desplacen con el tiempo.

Por lo tanto, el caucho es cualquier cosa menos un material «obsoleto». Sin los tipos de caucho de altísimo rendimiento, la transición energética y la lucha contra el cambio climático no funcionarían.

En la K 2025, la Rubber Street volverá a ser el escaparate del poder innovador y capacidad de rendimiento de la industria de los elastómeros. Ya desde 1983 viene siendo el punto de contacto y orientación para todos aquellos que deseen informarse sobre los elastómeros (caucho y TPE) en la K. La wdk (Wirtschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie [Asociación Empresarial de la Industria Alemana del Caucho]) es la patrocinadora de la Rubber Street.

Sobre el autor

El Dr. Stefan Albus, doctor en química, trabaja como periodista especializado independiente. Está especializado en temas de química de polímeros, así como en tecnología de aplicación de plásticos y caucho.