RECOPILACIÓN DE LA EVOLUCIÓN DE LOS PLÁSTICOS AL USO DE FIBRAS NATURALES EN BIOCOMPUESTOS

Rebeca Díaz Téllez1, Anabel Martínez Guzmán1, Verónica Velázquez Romero1 ,

Tecnológico Nacional de México – Tecnológico de Estudios Superiores de Coacalco Av. 16 de septiembre # 54, Coacalco de Berriozábal, Estado de México. C.P. 55700 1Subdirección de Estudios Profesionales “A” -Especialidad en Logística y Cadena de Suministro

RESUMEN Este trabajo es una recopilación donde se muestra la evolución de los materiales que se han estado usando en las autopartes, sobre todo en la parte de los materiales que han incorporado fibras naturales para la producción de estos productos, es parte de un proyecto integral que pretende conocer hasta qué grado en el Estado de México, ha llegado el desarrollo de biomateriales para el mercado de autopartes, sin embargo, primero es necesario contextualizar a nivel mundial, siendo este el primer objetivo del proyecto integrado; se usa la metodología de investigación documental por lo que se presenta un informe de esta investigación resumida, sobre los cambios a través de los años y las fibras naturales que se han usado en estos materiales, sobre todo en la sustitución de plásticos. INTRODUCCIÓN El sector automotriz en el Estado de México ha sido muy importante desde la llegada de grandes empresas automotrices al país, ya que su lugar geográfico ayuda a la logística y distribución de productos en todo la república, tiene un amplio rango en generación de empleo por lo que es, después de la ciudad de México, la entidad que más contribuye con el PIB nacional. En la actualidad existen alrededor de 280 empresas proveedoras y distribuidoras, que se encuentran en todo el territorio del Estado, que generan empleo a más de 83 mil personas. Tiene una cadena de proveedores de carrocerías y remolques, partes y componentes, y productos de hule. Pese a la competencia y los altibajos del sector, la participación del estado continúa siendo importante y al alza. Con estos antecedentes es claro que el Estado de México tiene una infraestructura muy fuerte y se esta convirtiendo en un nodo logístico, pero realmente no se sabe con respecto a la investigación en dónde se encuentra situado, como se sabe los materiales han ido evolucionando y la reglamentación es cada vez más severa con respecto al ciclo de vida de los productos. Para ello es necesario establecer como se han desarrollado estos materiales amigables con el ambiente a nivel mundial y reconocer la situación del estado de México dentro del mercado de autopartes. La pandemia ha sido otro factor importante para indagar la posición con respecto a las autopartes y los materiales que los componen ya que el paro de las empresas a nivel mundial y el desabasto de muchas de esas partes ha sido crucial en el mercado, muchas de las empresa en el Estado sólo comercializan, no producen; como consecuencia la situación se agrava, sin embargo este parteaguas puede ser el empuje hacia el desarrollo de nuevos materiales amigables con el ambiente y que se usen para el mercado, el gobierno del Estado está impulsando la industria automotriz y todo el mercado que se mueve alrededor de ella, se debe aprovechar este impulso para lograr avances significativos respecto a este tema.

REVISIÓN DE FUENTES DE INFORMACIÓN Abreviaciones PLA. Ácido poliláctico PHB. Polihidroxibutirato PLLA. Acido poli-L-láctico

PHVB. Copolímero poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato).

PA. Poliamida

PE. Polietileno PP. Polipropileno PC. Policarbonato

La industria automotriz ha evolucionado desde sus inicios en 1925 (Vicencio Miranda, 2007), todas las partes que componían los carros eran de metal, esta era una de las razones por las que los autos no alcanzaban grandes velocidades (chanel, 2002), conforme otras funciones eran adheridas el peso se iba incrementando, los autos para esta época pesaban casi una tonelada, esto incrementaba el consumo de combustible, personas a 30km/hr morían en los choques, entre otras desventajas de estos metales; surgieron aleaciones de acero que permitieron contrarrestar un poco las desventajas de los autos, sin embargo, los daños a terceros y en las personas aún seguían siendo enormes. Para los años 70´s se presentó una crisis energética en todo el mundo, que hizo mejorar la combustión de los motores y desarrollar materiales más livianos para disminuir el peso de los automóviles. La evolución de las leyes y tratados en los que México ha convenido, también han realizado su labor en esta evolución, como lo es la Ley; en 1962 el gobierno mexicano decreto que los automóviles armados en México deberían contar por lo menos con un 60 por ciento de partes fabricadas en el país, sin embargo, al entrar México en el TLCAN en 1994 esto cambio ya que uno de los acuerdos establecía que los vehículos que se importarán o produjeran en la región debían contener 62.5 por ciento de partes hechas en Norteamérica y no sólo en México. El aluminio, que es otro metal muy utilizado en varias partes de los automóviles, y el acero se han cambiado por materiales más ligeros o más resistentes, gran parte de las carrocerías han sido sustituidas por materiales más ligeros como son los polímeros y plásticos, estos han ido evolucionando también, ya que la gran maleabilidad, aislamiento térmico, eléctrico y acústico, liviandad, resistencia a la fricción y tenacidad, así como la resistencia a la corrosión y químicos, permite hacer uso de ellos en un sin fin de partes, siendo una desventaja el reciclaje de los mismos. Para 1980 el uso de plásticos y polímeros en la industria automotriz era general, con su uso se alcanzaron altas velocidades y disminución del peso total (Ramos Rivero, 2018). Dentro de los principales plásticos utilizados están: los termoplásticos, ABS, ALPHA, Poliamidas, policarbonatos, polietilenos, polipropilenos, etilo-propileno-dieno-monómero, cloruro de polivinilos, Xenoy, termoestables, resinas de poliéster con fibra de vidrio, resina epoxi, entre otros. 19

Los plásticos de uso automotriz han dado las siguientes ventajas a los vehículos (Figura 1):

• La disminución del peso, que puede oscilar del 17 al 50%, consiguiendo con ello aumentar las prestaciones finales del vehículo. • Una mayor resistencia a la fricción (cojinetes y casquillos). • Absorción de energía durante un impacto sin deformarse dependiendo por supuesto de la magnitud de este (parachoques y otros elementos de carrocerías). • Resistencia al efecto de productos químicos y la corrosión (depósitos de combustible y de expansión del circuito de refrigeración), entre otros. • Posibilidad de ser pintados. • La posibilidad de combinar con otros materiales para mejorar la estética del vehículo. • Alta moldeabilidad, que permite conseguir piezas variadas y complejas. • Buenas propiedades de aislamiento térmico, eléctrico y acústico. (A. C., 2009) (Ramos Rivero, 2018)

Como se puede observar los beneficios son muchos y esto ha permitido una evolución en diseños de vehículos a nivel mundial enorme y en relativamente poco tiempo. Sin embargo las tendencias políticas, también a nivel mundial, vuelven a dar un giro y ahora las empresas deben preocuparse por el ciclo de vida de sus artículos, en México la Ley Federal de responsabilidad ambiental expedida el 13 junio 2013 (diputados, 2013) hace participes a las empresas de sus artículos desde que se producen hasta que termina su vida útil, en ese sentido las empresas automotrices son responsables de buscar nuevos materiales que les ayuden a cumplir con la responsabilidad ambiental sin perder la funcionalidad de los autos y a un costo aceptable, para ello se han formado cadenas de valor dónde la intensión es el desarrollo de estos materiales amigables con el ambiente (biodegradables) que permitan mantener o mejorar las características de las partes automotrices. Los nuevos materiales para el área automotriz está impregnada de fibras naturales, estas son menos costosas que varios plásticos, son menos densas por lo que permiten una mayor reducción de peso en el vehículo, menor abrasión, una buena insonorización y un buen aislamiento térmico. Entre las fibras que se ha demostrado que pueden tener un uso a nivel industrial están las fibras de abacá, hoja de piña, estopa de coco, palma, bagazo, bambú, paja de trigo, cascara de arróz (Tadeusz Majewski, 2013), otros materiales se han usado como son fibras de lino, cáñamo, madera y yute (sitio, 2019) , ya que los autos se están haciendo más pesados pero esto es debido a los sistemas de seguridad y a los sistemas electrónicos. El The NewNow asegura que para 2030 la proporción de partes livianas en automóviles debe incrementarse de un 30 a 70 por ciento para compensar el peso del vehículo debido a los motores eléctricos.

Figura 1. Las ventajas de los materiales de base biológica como una alternativa sostenible para las carrocerías de vehículos livianos. Fuente: ©Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR).

Las universidades se están preocupando por buscar nuevas aleaciones entre los plásticos y fibras orgánicas que permitan la evolución de estos materiales y el giro automotriz hace algunas investigaciones por su cuenta ya que a nivel mundial la responsabilidad ambiental se ha vuelto una prioridad y las tendencias son dirigidas a estas grandes corporaciones para el desarrollo no solo de estas aleaciones sino de alternativas a los autos que se tienen en la actualidad; aunado a esto en la actualidad (2020), se están viviendo varias crisis, una energética, ya que los combustibles como el petróleo se están acabando y cada vez es más difícil extraer este recurso; otra crisi es la ruptura de relaciones diplomáticas a nivel mundial en donde los países que más petróleo tienen han entrado en conflicto con los grandes consumidores, como ejemplo esta Venezuela-USA, Iran-USA, etc.; el uso de plásticos sin medida es otra crisis que esta afectando en estos momentos el mundo, puesto que su participación en las economías a nivel mundial es indiscutible. La importancia de la industria de autopartes se manifiesta por el hecho de que un automóvil promedio cuyo peso es de 1.4 toneladas se compone de unas 15,000 partes manufacturadas con una gran diversidad de materias primas que requieren de otros procesos como son forja, troquelados, fundiciones, galvanizados, entre otros, a su vez divididos en subgrupos de la siguiente manera: Motores y sus partes Cigúeñal, cilindros, árboles, bielas anillos, camisas, válvulas, bandas, mangueras, conectores, filtros, bombas, condensadores Sistema de transmisión Ejes, flechas, barras, 21

discos, collarines, rotores, yugos, cilindros, chicotes, caja de velocidades Sistema de suspensión y dirección Barra de torsión, muelles, abrazaderas, perchas, columpios, ejes, palancas, “struts”, brazos, varillas, rótulas Sistema de frenos Tambor, baleros, mazas, bloques, balatas, cojinetes, discos, “booster”, depósito de líquido de frenos. Todas estas piezas son creadas en empresas, micro, pequeñas y medianas, que dan el sustento de millones de familias alrededor del mundo, y en México no es la excepción; las grandes automotrices se han hecho llegar de miles de estas empresas a través de toda Latinoamérica para conseguir mejores precios y aun costo más aceptable. México no puede quedarse rezagado con respecto a la innovación del mercado de autopartes, es necesario que en el país la investigación sea creciente. RESULTADOS La Tabla 1 resume un poco de la historia acerca de la evolución de los materiales en el mercado de autopartes.

Tabla 1. Recopilación sobre la evolución de materiales usados en autopartes. Fuente: Varias, una gran parte de (Adapt, 2020) Año

1925 1930

Material utilizado

Acero, aluminio, y fierro, hule, polímeros naturales como la seda, el algodón, la lana, la celulosa, el almidón y el caucho natural Ford utiliza algunos bioplásticos de soja en sus carros

1930 Primeros biopolímeros usados en el área automotriz, se comenzaba a usar la soja

1941 50-60 y 70 1980 2000 2001 2003 Primera carrocería de automóvil hecha con bioplástico de soja Fibras de vidrio

Metales: acero, aluminio, fierro, plásticos y polímeros naturales, algunos bioplásticos Ford comienza a utilizar los polímeros con fibras renovables Chrysler utiliza el EcoCor, un compuesto de base biológica Ford utiliza fibras de PLA para el techo de lona y las alfombras de su modelo U.

2003

2005

2006 Toyota utiliza PLA para alfombras y biocompuestos de PLA/kenaf para la rueda de repuesto de la cubierta y techo del Prius y Raum. Se utilizan en varios elementos interiores de los carros fibras de origen vegetal Mitsubishi Chemical Faurecia desarrollaron BioMat, que es un bioplástico que se puede producir en masa

2006 Mazda comienza con el desarrollo de bioplásticos, desarrolla junto conTeijin el primer PLA que se usa en la tela de los asientes del modelo Mazda Premacy, así como en las alfombras, cubiertas de los pilares, adornos de las puertas, panel frontal y techo

2010

2011

2012

2014

2015

2016 2017 2018

2019 Ford comienza a usar los tapizados de techo hechos de mezclas de espuma de soya. Ford incluye espumas BIO-PU a base de soja en todos sus vehículos norteamericanos. Ford está usando Bio-PP de paja de trigo para los contenedores de almacenamiento interior en el Ford Flex y PP de coco para el suelo de carga en el Focus BEV. Fiat y Dupont desarrollaron la poliamida con base de aceite de ricino y su uso fue en algunas líneas de combustible Fiat utiliza poliamida derivadas del aceite de ricino y poliuretanos derivados de la soja que se usa en varios productos derivados Mazda Motor Corporation y Mitsubishi Chemical Corporation anuncian su colaboración para la producción de bioplásticos. Mazda mete el plástico con base biológica en el interior del modelo Mazda Mx-5 compuesto en el 88% de maíz y 12% de petróleo Mazda lanza un roadster revestido de bioplástico, eliminando las emisiones de pintura nocivas a través de sus bioplásticos Toyota utilizo bioplástico Denso para su sistema de navegación Se anuncia la realización de pruebas con bioplásticos fabricados con fibras de agave Japón crea un superdeportivo hecho con celulosa y residuos agrícolas, Un Lamborghini es impreso en 3D hecho con PLA.

Así mismo se presenta en la Tabla 2, una lista de los materiales que se han estado utilizando en los bioplásticos y que han tenido éxito.

Tabla 2. Lista de Fibras naturales usadas en autopartes. Fuente: Recopilación propia

Hoja de piña Estopa de coco Palma Bagazo de caña Bambú paja de trigo Cáscara de arroz Fibras de lino Fibras de cáñamo(abacá) Fibras de madera Fibras de yute

Fibra de agave (henequén, pita, sisal) Marihuana Cáscara de algodón Fibras de ramina Fibras de kenaf Fibras de lirio acuático Cisco de Café Deshechos de cebada Cáscara de elote Ricino

Tabla 3. Autopartes en dónde se han usado fibras naturales. Fuente: recopilación propia

Autoparte

Recubrimientos de puertas Partes internas (crossover Flex) Recinto de motor (Travego MB)

Cobertor del neumático (cupé, MB, Toyota, Raum, Brevis, Celsior)

Material usado

Kenaf y bambú Paja de trigo Poliéster y fibra de lino Fibras de lino, fibras de vidrio

Paneles de puerta (MB, Daimler-Benz, Audi, Avant, Roadstar, Couple, Ford, Mondeo CD, Focus, Toyota, Raum, Brevis, Celsior, Volkswagen Golf A4, Passat, Bora) Pilares estructurales de cabina (MB) parte de asientos (MB) Parachoques (MB) Apoyacabezas (MB) Bandejas porta-paquetes Fibra de coco, yute

Fibras de algodón, lino y sisal

Respaldos de asiento (Audi, Avant, Roadstar, Couple, Daimler Benz, Toyota, Raum, Brevis, Celsior, Volkswagen Golf A4, Passat, Bora)

Revestimientos de cajuelas ( Audi, Avant, Roadstar, Couple, Daimler Benz, Volkswagen Golf A4, Passat, Bora) Tableros (Daimler Benz, Ford, Mondeo CD, Focus) Charolas de piso (Ford, Mondeo CD, Focus)

Maletero, altavoces y alfombras (Lexus CT200h) Fibras de madera

Bio-PE hecho con Bambú y maíz

Tapicería del equipaje, tapicería lateral de la capota, cojines de asientos, placa de protección de puertas, área de cajas de herramientas. Revestimientos en puertas

Cubierta del motor, transmisión y paneles de los bajos (Mercedes-Benz) Cubierta del motor (Belleza, Mercedes-Benz)

Paneles (BMW) Cableado eléctrico Portavasos y compartimentos de almacenamiento Piezas de base biológica

Plástico con fibras de kenaf, lino y sisal

Bio-PE de lino Ecopaxx (poliamida 70% de biobasura (PA4.10)) Biocompuestos a base de madera Deshechos de agave

CONCLUSIONES Se realizo una línea de tiempo, resumida en un cuadro sobre los cambios más emblemáticos de acuerdo a las fuentes de información que se revisaron, de acuerdo con los autores y las fuentes de información esta línea puede variar en cuanto a la información; lo que se debe dejar en claro que en la actualidad existe un nuevo reto: los materiales compostables, esta parte de la innovación se debe seguir muy de cerca porque aunque en este año esta pegando fuerte con respecto a algunos materiales biodegradables, las leyes están cambiando y algunas empresas que producen artículos como bolsas tienen que buscar alternativas que generen materiales compostables, por lo tanto la industria automotriz debe seguir la línea para el siguiente cambio. Se deja en la mesa de debate las características que los materiales biodegradables tienen y su tiempo de vida, así mismo ahora las compostables, como serán usadas y como redituara en el mercado de refacciones, México tiene mucho por delante y varias universidades y centros de investigación ya están en la carrera por ver quien puede generar el material más adecuado y dónde se usará, si bien es cierto que la reglamentación debe cambiar para recuperar el planeta, la comodidad del ser humano no puede menospreciarse, ya que gracias a ella surgen los avnces dentro de la investigación, ciencia e innovación.

FUENTES DE INFORMACIÓN

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