¿¡Un auto hecho de qué!?

Más de un siglo atrás, Henry Ford —podría decirse que un visionario— tomó una decisión pragmática al deshacerse de los paneles de carrocería hechos en madera y reemplazarlos por otros en chapa de acero. El cambio aceleró la velocidad de construcción de un automóvil exponencialmente y condujo finalmente a la producción en masa. No obstante, Ford no experimentó solamente con metales.

Ford ha probado con materiales constructivos más exóticos, menos sencillos de procesar, tales como un exterior plástico derivado de la soja que puede sobrevivir al golpe de un hacha. Finalmente abandonó estos materiales de origen vegetal porque eran muy caros. Pero dado que una nueva generación de fabricantes y de investigadores en nuevos materiales intentan obtener más eficiencia (y disminuir el impacto ambiental) de los motores, los materiales no convencionales han vuelto a atraer la atención.

Desde los proyectos conceptuales hechos en bambú y vidrio hasta el Toyota 1/x con paneles exteriores bioplásticos, décadas de investigación en nuevos materiales parece que empiezan a rendir frutos. La pregunta del millón es saber cuándo llegarán a las calles estas maravillas y si estarán al alcance de cualquier mortal o serán el chiche novedoso de un billonario cuyo Lamborghini haya perdido brillo.

Presentamos aquí algunos de los materiales más prometedores con los que están experimentando los fabricantes:

Maíz, algas marinas y porotos de soja: Bioplásticos

Los plásticos no crecen en los árboles, no por ahora, al menos. Casi todos los plásticos, utilizados para fabricar desde botellas de agua hasta el tablero de instrumentos de un SUV, son derivados del petróleo. Para los fabricantes que buscan reducir el impacto ambiental —para mejorar su imagen, para ponerse en línea con las regulaciones que penalizan las emisiones, o para ambas— los beneficios de los plásticos vegetales son evidentes.

Por ejemplo, la producción de películas bioplásticas derivadas de la maicena produce menos emisiones que las que utilizan hidrocarburos. Además, ya está comenzando a difundirse su uso como material ecológico para empaque industrial que podrá disponerse con seguridad como residuo en rellenos sanitarios. En abril, Frito-Lay presentó una bolsa compuesta en una tercera parte por bioplásticos para empacar sus Sun Chips y la compañía espera contar con una bolsa completamente biodegradable para el Día de la Tierra de 2010.

Desafíos: pero lo que es una ventaja para un fabricante de papas fritas que respeta el medio ambiente es un desafío para un fabricante de autos. ¿Cómo lograr fortaleza y durabilidad de los plásticos derivados del petróleo y prevenir a la vez que el material se degrade durante la vida útil del vehículo? “Con agua y calor suficientes, este plástico puede descomponerse”, dice Steve Davies, director de comunicaciones y asuntos públicos de NatureWorks, compañía que está trabajando junto a Ford y a Toyota para incorporar bioplásticos en sus nuevos vehículos y cuyo material bioplástico Ingeo, derivado del maíz, es parte de la nueva bolsa con la que se empacan las Sun Chips.

“Se deben utilizar pinturas especiales para anular ese proceso de modo que no vuelva a hidrolizarse, convirtiéndose en ácido láctico o básicamente en CO2 y agua”, dice Davies. Por el momento, la relativa vulnerabilidad de los bioplásticos a los elementos hace que solo sea posible utilizarlos dentro del auto, en especial en áreas oscuras como el baúl. El Toyota Prius presenta alfombrillas en bioplástico y cuando Mazda lanzó su modelo Premacy propulsado a hidrógeno en 2007, las cubiertas de los asientos y el panel de instrumentos contenían bioplásticos.

Perspectivas: los fabricantes de autos están pensando incrementar fuertemente el uso de plásticos derivados de vegetales. Mazda comenzará incorporando un bioplástico —derivado de partes no comestibles de un cultivo a ser anunciado— en algunos vehículos en 2013 y Toyota desea reemplazar el 20 por ciento de los plásticos de sus automóviles por bioplásticos para 2015. Más allá de los obvios beneficios ambientales, tales como una caída de siete a ocho veces en la emisión de CO2 por kilogramo de bioplástico producido (comparado con el nylon, por ejemplo), Mazda cree que los materiales más livianos pueden mejorar la eficiencia de combustible y potencialmente mejorar el desempeño.

De modo que, ¿cuándo podrán los fabricantes de autos utilizar bioplásticos en los paneles exteriores o en otros componentes importantes? Eso depende de lo rápidamente que compañías como NatureWorks sean capaces de incrementar la resistencia a la humedad y a la luz de los materiales y de que el petróleo supere o no la línea de los $100 el barril (más bien, cuándo lo hará). Cuando la gasolina aumenta, el precio de los derivados plásticos del petróleo también lo hace. En ese caso, los bioplásticos se hacen más atractivos desde un punto de vista económico.

Aunque el momento exacto no se vea claro, parece inevitable que los automóviles incorporen derivados de cultivos, preferentemente la hoja del maíz y otros deshechos agrícolas. El proceso irá de adentro hacia afuera: en unos pocos años comenzará con el tapizado interior y migrará progresivamente hacia el exterior. Está claro que no encontraremos bioplásticos solamente en vehículos ecológicos o de lujo. Estarán presentes y sin llamar la atención tanto como los plásticos actualmente en uso.

Bambú, madera y cáñamo:Compuestos orgánicos

El BamGoo, un auto hecho de bambú. Foto: AP Photo (El BamGoo es un auto eléctrico monoplaza revestido en bambú. El ecológico prototipo de 60 kg fue desarrollado por la Universidad de Kyoto y tiene una autonomía de 50 km (30 millas) entre cargas.)

Mientras que los bioplásticos utilizan vegetales como insumo de un proceso industrial, un puñado de diseñadores está intentando poner en práctica una estructura totalmente orgánica. Los experimentos van desde el reciente BamGoo, un auto eléctrico exhibido en Kyoto, Japón, hecho de bambú, hasta el Lotus Elise Eco, que incorpora cáñamo en su exterior logrando que el vehículo pese 70 libras menos. Pero el uso más radical de materiales derivados de plantas aplicados a la construcción de un auto es, probablemente, el Splinter, un súper auto de 600 caballos cubierto en madera, columna de dirección en roble y contrachapa y ruedas con rayos de madera.

Joe Harmon, quien construyó el Splinter como proyecto para su graduación en la Universidad del Estado de Carolina del Norte, deseaba resaltar la potencialidad de materiales como la madera, a la vez más sustentables. “La madera tiene mejor relación fortaleza-peso que el acero o el aluminio”, dice Harmon, “y cuando se  compara el costo energético de la extracción del aluminio de la tierra, su transporte y refinación con el de la madera, ésta consume 1000 veces menos energía para obtener la materia prima”.

Harmon está trabajando con Corvid Technology para desarrollar un proceso de tejido en madera que creó para el diseño del Splinter. Para que la madera pueda tomar formar complejas, el proceso de Harmon requiere tejer una tela. La madera se impregna luego con resina, lo que permite su plegado, y luego se endurece en el lugar. El resultado obtenido es lo que cualquier ingeniero de automóviles desea: un material liviano y totalmente adaptable que no sacrifica fortaleza.

Desafíos: la madera tejida y otros compuestos orgánicos similares, comparten muchas de las ventajas de la fibra de carbono, así como sus desventajas. Los problemas de durabilidad pueden manejarse con pinturas y selladores. El real problema no es necesariamente el costo de producir los materiales o el hecho de que las fábricas deban adaptarse a esos nuevos materiales, sino que el ritmo de producción se hace más lento. Cuanto más tiempo lleva adherir los paneles de fibra de carbono en el lugar o de acomodar la madera tejida permitiendo que se fije, más rápido colapsa la economía de la producción en masa.

“Hoy en día, fabricamos, en la línea de montaje, un auto por minuto”, dice Frank Field, investigador ingeniero senior del Laboratorio de sistemas materiales del MIT. “Esta es una constante de tiempo crítica. Si no puedes hacer lo que estabas haciendo en un minuto, me deberás ofrecer algo que deba tener y por ello yo deberé aceptar pagar más”. Dado que los compuestos orgánicos y la fibra de carbono no pueden aplicarse eficientemente en 100.000 series de producción, se prestan más para nichos de mercado de alto precio como los súper autos deportivos y los F1.

Perspectivas: Harmon no espera que Honda comience a producir el Honda Civic con estructuras de madera. Cree que la madera tejida es un producto universal que se puede aplicar tanto a muebles como a cualquier vehículo. Dice que, con suficiente desarrollo, los compuestos orgánicos podrán ser utilizados tanto en los exteriores de embarcaciones como de automóviles, aunque nunca en la producción en masa. Respecto a su Splinter, actualmente un chasis rodante, Harmon espera tener en un par de años el prototipo turbo con tracción integral, listo para andar.

Aleaciones de formas cambiantes y polímeros:Materiales inteligentes

Dado el actual auge de los compuestos y plásticos derivados de vegetales, es posible que nos olvidemos de una clase de materiales igualmente de avanzada, completamente inorgánicos, capaces de asomarse comercialmente. Aleaciones y polímeros con efecto de memoria, denominados en general como “materiales inteligentes” son diseñados para ablandarse al calentarlos y volverse rígidos al enfriarlos. Su uso potencial incluye paneles de carrocería que podrían auto-repararse en caso de una colisión.

En 2008, Jan Aase, director del Laboratorio de investigación y desarrollo de vehículos en la división de I y D de General Motors, presenció este truco de magia en directo. Luego de realizar con un martillo una abolladura de una pulgada sobre una chapa de una aleación inteligente, acercó un soplete al material y éste recuperó su forma original.

Desafíos: “como demostración, es muy impresionante” dice Aase. “Pero el costo del material es muy alto. Las complicaciones del estampado de la chapa aún deben ser resueltas. Estamos bastante lejos de su aplicación a la producción, para ser realistas”. Aun si el costo de los materiales inteligentes descendiera, el proceso de fabricación actual —que incluye el estampado de múltiples chapas metálicas para ser soldadas por grupos de robots industriales— sería incompatible con estas aleaciones que pierden la forma al ser calentadas.

Lo mismo sucede con los polímeros inteligentes, piezas rígidas de material compuesto que se flexibilizan bajo altas temperaturas y se vuelven rígidas al enfriarse. Estos polímeros deformables podrán ser útiles, tal como GM imagina, cuando puedan ser utilizados para moldear componentes con formas y texturas precisas o para llenar espacios entre otros componentes, aunque los desafíos de su fabricación son aún mayores que los que presentan las aleaciones inteligentes.

Perspectivas: mientras los investigadores continúan experimentando con las propiedades de los materiales inteligentes y la factibilidad de su uso en componentes extensos, GM está planeando introducir pequeñas aplicaciones de aleaciones inteligentes en sus vehículos para 2011. El fabricante no revela de qué aplicaciones se trata, solo dice que serán en el mismo sentido de los proyectos de investigación hechos públicos en 2007. Estos podrían ser objetos sin mayores pretensiones como una guantera operada remotamente o propias de James Bond como deflectores y alerones que se despliegan y retraen automáticamente según la velocidad y las condiciones de manejo.

Estos dispositivos basados en aleaciones inteligentes cumplirían la misma función que un actuador estándar alimentado eléctricamente. Con menos partes móviles y relativamente poco consumo, el necesario para calentar y refrigerar pequeños resortes de aleación inteligente, estos materiales harán realidad al auto de forma dinámicamente variable. Esta primera oleada de aplicaciones menores puede estar a un par de años vista y, según Aase, no necesariamente estén restringidas a vehículos de lujo, pues el proceso de incorporar dispositivos activos basados en aleaciones inteligentes no requiere grandes volúmenes de nuevos materiales ni nuevas técnicas de producción.

En resumen, no hay fecha aún para que los componentes más ambiciosos basados en materiales inteligentes estén disponibles. Pero para GM, que ha dedicado décadas a la investigación de estos materiales, la cuestión más acuciante no es cuándo sus autos podrán auto reconstruirse después de una colisión sino si la compañía podrá sobrevivir a la propia y poder ofrecer una vistosa guantera activada remotamente.