Montse Vilaseca: “l’automoció, l’aeronàutica, l’energia, la salut, la construcció i la indústria electrònica, entre els sectors on hi ha més potencial per avançar en termes d’innovació en materials”

Identificar les necessitats de mercat i les oportunitats en el sector, investigar les tendències emergents i detectar els desafiaments actuals són alguns dels eixos que poden ajudar a establir una base sòlida per a la innovació en el camp dels materials, segons explica la directora de la Unitat de Materials Metàl·lics i Ceràmics d’Eurecat, Montse Vilaseca, per a qui l’automoció, l’aeronàutica i els sectors energètic i de la salut, així com els àmbits de la construcció, la infraestructura, el químic i la indústria electrònica són alguns dels camps on hi ha més potencial per avançar en termes d’innovació en materials.

Quines són les línies principals d’innovació d’Eurecat en materials metàl·lics i ceràmics?

Treballem amb processos de transformació de materials metàl·lics per a la descarbonització, digitalització i optimització del sector, col·laborant amb els principals aceristes i fabricants d’alumini per implementar tecnologies de fabricació que permetin una reducció en les emissions de CO₂. També col·laborem amb empreses del sector de transformació del metall (estampadors, mecanitzadors) per proveir-los de metodologies i coneixement per introduir nous materials més resistents i sostenibles. A més, donem suport a les empreses usuàries finals per ajudar-les en la selecció i implementació de les noves solucions en materials avançats que permetin, per exemple, la reducció de pes en els sectors de mobilitat, reduint també les emissions de CO₂ i donant possibilitat a incrementar l’autonomia en mobilitat elèctrica.

Una altra línia de treball és la funcionalització de superfícies per dotar-les de més resistència al desgast, a la corrosió, disminuir la fricció, aportar propietats biomèdiques, estètiques i/o decoratives.

El coneixement adquirit en aquests sectors també l’apliquem en d’altres com l’energètic, la salut i l’alimentació, on treballem en solucions de materials per incrementar la resistència a la corrosió i la degradació, estudiant com poder minimitzar l’efecte d’agents com l’H₂ en sistemes d’emmagatzematge i piles de combustible, afavorir l’osteointegració d’implants dentals o la resistència i durabilitat d’envasos de refrescs, entre molts altres.

Així mateix, dissenyem i realitzem assaigs avançats per determinar les propietats de materials i components i predir el seu comportament durant el seu procés de fabricació o durant la seva vida en servei. Hem patentat metodologies que permeten obtenir resultats de forma més ràpida i econòmica, afavorint la seva implementació a les empreses i agilitzant la transferència tecnològica.

Acabeu de guanyar un projecte europeu molt important per a la circularitat de l’acer, en què consisteix?

Efectivament, aquest any iniciarem el projecte europeu CiSMA, “Circular Steel for Mass Market Applications”, per a la innovació en acers circulars per aplicacions de gran consum com l’automoció i els electrodomèstics. El projecte CiSMA se centra en la producció d’acer emprant forn d’arc elèctric amb el 100% de ferralla, per tal de reduir les emissions de CO₂, en comparació amb la fabricació d’acer tradicional mitjançant alts forns a partir del mineral. En el projecte s’incrementarà la qualitat de l’acer obtingut a partir de ferralla, generant coneixement fonamental de com interaccionen els elements residuals que pot contenir la ferralla per dissenyar graus d’acer amb continguts segurs d’elements residuals. També s’estudiaran metodologies per separar la ferralla de forma adequada, per tal de millorar-ne la qualitat. I a més, es desenvoluparan metodologies que permetin introduir la xapa metàl·lica reciclada a la indústria, incloent-hi proves de caracterització ràpida i econòmica per al control de qualitat, desenvolupament de models d’aprenentatge automàtic i bessons digitals.

Totes aquestes innovacions es demostraran aplicant quatre composicions d’acer en dues proves pilot per aplicacions de gran consum, assegurant que el material i la ruta de producció desenvolupats poden ser acceptats pel mercat i quantificant-ne les millores mediambientals obtingudes en comparació amb els productes actuals.

En quins sectors hi ha més potencial per avançar en termes d’innovació en materials?

Alguns dels sectors amb més potencial per avançar en innovació en materials metàl·lics i ceràmics, permetent millores significatives en eficiència, durabilitat, i sostenibilitat són l’automoció i l’aeronàutica, amb el desenvolupament de materials més lleugers i resistents per les estructures, com les noves generacions d’acers i aluminis avançats, també d’aplicació en components per bateries per millorar-ne la vida útil, aspecte clau pels vehicles elèctrics. També, el sector energètic, on l’avenç en materials és crucial per al desenvolupament de piles de combustible, electrolitzadors i emmagatzematge d’energia, com per exemple els dipòsits per H₂, on són necessaris materials amb baixa permeabilitat i alta resistència a la fragilització d’aquest gas.

Cal destacar el camp de la salut, on són necessaris materials biocompatibles per a implants dentals i ortopèdics amb resistència a la corrosió. En aquesta línia, s’estan desenvolupant tractaments superficials com la implantació iònica per afavorir-ne l’osteointegració.

També cal citar els àmbits de la construcció, la infraestructura i el químic, en el desenvolupament de materials més resistents al desgast i a la corrosió, que permeten incrementar la durabilitat i disminuir despeses de manteniment, per exemple, en el desenvolupament de lubricants amb components microencapsulats per alliberar-se en el moment adequat, més ecològics i respectuosos amb el medi ambient. La

indústria electrònica és també una altra àrea, donat que l’ús de materials ceràmics està en constant evolució per al desenvolupament de semiconductors i dispositius electrònics d’alta eficiència.

Per on hauria de començar una empresa que vulgui innovar en aquest camp?

Per tal d’incrementar les possibilitats d’èxit en la implementació de noves tecnologies i productes en base a nous materials, és important identificar les necessitats de mercat i les oportunitats en el sector, investigar les tendències emergents i detectar els desafiaments actuals; així com establir col·laboracions amb centres de recerca per accedir a coneixements i tecnologies avançades i participar en consorcis amb experts; invertir en recerca, desenvolupar projectes de recerca en àrees clau en optimització d’aliatges o en tecnologies emergents com la fabricació additiva; desenvolupar proves pilot i prototips per avaluar la viabilitat tècnica i econòmica dels nous materials. Aquests passos ajudaran a establir una base sòlida per la innovació en el camp de materials.

Quines tendències marquen la diferència actualment?

Una de les tendències que ha revolucionat la producció de materials metàl·lics i ceràmics és la fabricació additiva o impressió 3D. Aquesta tècnica permet la creació de formes complexes i personalitzades amb una precisió i eficiència elevades, reduint els residus de material i les despeses de producció. Des de la nostra unitat, contribuïm en la recerca en tota la cadena de valor de la fabricació additiva, començant per la producció de pols metàl·lica mitjançant atomització centrifuga, amb l’estudi i optimització de les tècniques d’impressió com la de fusió làser de capes de pols (L-BPF, en anglès), continuant amb la caracterització dels components impresos (microestructura, resistència a fatiga) i completant l’estudi dels postprocessos per optimitzar l’acabat superficial i la funcionalitat.

Una altra tendència és l’increment de la circularitat. La indústria s’està centrant en l’ús de materials reciclats i en el desenvolupament de processos que minimitzin els residus. En aquest sentit, a Europa es potencia la substitució o disminució de l’ús de matèries primeres crítiques (CRM en anglès), materials que són estratègics perquè són escassos, s’han d’importar o bé presenten elevades despeses d’extracció. A la nostra unitat, estem desenvolupant nous aliatges amb menys contingut de CRMs, substituint-los per altres elements que no ho són i dissenyant nous aliatges amb més contingut de material reciclat que aporta els CRMs necessaris. A Eurecat, també disposem de tecnologies com l’atomització centrífuga i l’esferoidització amb plasma de microones que permeten la recuperació, el reciclatge i la valorització d’aliatges en forma de pols de materials metàl·lics i/o ceràmics.

Quins canvis veurem d’aquí als propers tres anys?

Un canvi important és la digitalització dels processos de producció i transformació de materials, per tal de monitorar-los, controlar-los i optimitzar-los. És un canvi que ja s’ha iniciat i en el que cada vegada es van incorporant més metodologies i models que permeten la predicció del comportament dels materials durant el seu procés de transformació. Actualment, ja hi ha molts sistemes de monitoratge i de control de les eines de producció. En aquest sentit, un pas més és poder analitzar en línia les propietats del material que s’està transformant, per tal d’adaptar el procés a possibles canvis en la qualitat que poden comportar la generació de defectes. A les nostres instal·lacions disposem de plantes pilot per a l’estampació i el tall de xapa d’acer i alumini on estem desenvolupant, conjuntament amb altres unitats de l’àrea digital, models que prediguin el comportament del material de la bobina que s’està processant i adaptar els utillatges o el procés amb l’objectiu de produir amb zero defectes.