Ahorro energético gracias a envases de vidrio más resistentes a los golpes
Envases de vidrio más ligeros y de paredes más finas gracias a un nuevo recubrimiento
El peso relativamente elevado de los envases de vidrio y las necesidades energéticas asociadas a su fabricación y transporte podrían reducirse significativamente gracias a un esfuerzo conjunto de desarrollo de materiales y tecnología llevado a cabo por EXXOSQEL GmbH y el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC. Un novedoso tratamiento superficial aumenta la resistencia mecánica de los envases de vidrio, allanando así el camino para envases de vidrio con paredes más finas y más ligeros. Ya se ha logrado una reducción de peso del 15 %. Con un conformado en caliente adecuadamente adaptado y estable, los socios del proyecto creen que, en el futuro, será técnicamente viable reducir el peso hasta en un 40 %.
El vidrio ofrece numerosas ventajas como material de envase. Las botellas de vidrio y otros envases de este material son insípidos e inodoros, no liberan plastificantes ni disolventes, pueden rellenarse varias veces en sistemas de devolución o pueden devolverse a la producción de vidrio como una valiosa materia prima secundaria a través del consolidado proceso de reciclaje del vidrio, lo que permite ahorrar energía. Por lo tanto, poseen excelentes propiedades para envasar productos de alta calidad, como alimentos, medicamentos o cosméticos, y pueden resultar muy sostenibles.
Una desventaja importante es su peso relativamente elevado en comparación con los envases de plástico o los envases compuestos multicapa de papel, metal y plástico, así como el elevado consumo de energía durante la producción y el transporte. Por este motivo, muchos de los desarrollos actuales se centran en hacer el vidrio más fino y, al mismo tiempo, aumentar su resistencia. «Teniendo en cuenta los requisitos del Reglamento sobre envases¹, ¿cómo podemos aligerar el vidrio manteniendo la misma resistencia, de modo que los envases de vidrio puedan competir con otros materiales de envasado?», explica Thomas Sauer, de EXXOSQEL, al describir el objetivo del desarrollo. Este avance en el desarrollo de materiales puede contribuir directamente a reducir la huella de carbono de los envases de vidrio.
¿Cómo se puede aumentar la resistencia a la rotura del vidrio?
Casi todo el mundo lo ha vivido alguna vez: una botella de vidrio cae al suelo y se hace añicos. Pero el vidrio puede romperse incluso bajo tensiones relativamente pequeñas. Esto se debe, por ejemplo, a tensiones térmicas derivadas de cambios bruscos de temperatura o a defectos superficiales y microfisuras que pueden surgir durante la producción, el llenado o el transporte. Una manipulación inadecuada en el uso cotidiano también puede provocar esto.
Los procesos de templado térmico o químico, habituales en el sector del vidrio plano —que aumentan la resistencia al inducir tensiones de compresión específicas en la capa de vidrio cercana a la superficie—, no se utilizan de forma generalizada en la industria del vidrio para envases, en parte por razones técnicas y en parte debido al esfuerzo y al coste que conllevan. Sin embargo, los recubrimientos aplicados inmediatamente después del conformado en caliente (recubrimiento en caliente, HEC) y tras el horno de enfriamiento (recubrimiento en frío, CEC) están bien consolidados en la industria del vidrio para envases. En Estados Unidos, American Glass Research informa de que más del 95 % del vidrio para envases se trata de esta manera. El tratamiento en caliente tiene como objetivo, por ejemplo, aumentar los radios de las microfisuras y facilitar la adhesión del tratamiento en frío, mientras que el tratamiento en frío mejora las propiedades de deslizamiento de los envases de vidrio, reduciendo así el desgaste durante el llenado. Para el recubrimiento en frío se utilizan recubrimientos a base de ceras de polietileno. En el caso de las botellas retornables, el recubrimiento del extremo frío se elimina en gran medida tras tan solo unos pocos ciclos debido al proceso alcalino de lavado de las botellas.
«Reparación de grietas» mediante un nuevo recubrimiento
La combinación de un nuevo material de recubrimiento y una tecnología de recubrimiento optimizada, desarrollada por EXXOSQEL y el Instituto Fraunhofer de Investigación de Silicatos ISC, subsana en gran medida —o, por así decirlo, «repara»— los defectos superficiales. «Concretamente, durante la síntesis de múltiples componentes, creamos un compuesto reticulado tridimensionalmente cuya matriz, tras la aplicación del recubrimiento, forma enlaces covalentes a nivel molecular dentro de las microfisuras creadas por el conformado en caliente y el enfriamiento», explica Thomas Sauer, director general de EXXOSQEL. Esto aumenta significativamente la energía necesaria para provocar la fractura. Las pruebas de laboratorio ya han demostrado mejoras significativas en la resistencia del vidrio. En casi todos los tipos de envases de vidrio probados hasta la fecha, la carga soportada hasta la fractura aumentó considerablemente en los ensayos de compresión y de impacto. En algunos casos, los envases no pudieron romperse ni siquiera bajo la carga máxima de 10 julios o 40 bar que podía aplicar el equipo de ensayo. La empresa estima que los sustratos de vidrio más finos podrían reducir el uso de material, el consumo de energía y las emisiones de CO₂, al permitir reducciones de peso de hasta un 40 por ciento, siempre que se puedan garantizar procesos estables de conformado en caliente. Además, el recubrimiento crea una superficie sin costuras. Esto se traduce en un mayor brillo y un mejor tacto para cada botella. También reduce la fricción entre las botellas.
De la escala de laboratorio al prototipo
La colaboración entre EXXOSQEL y el Fraunhofer ISC tiene como objetivo llevar el producto al mercado. EXXOSQEL está desarrollando la formulación del material y, actualmente, lo está produciendo a escala de laboratorio con el apoyo del Fraunhofer ISC. El Fraunhofer ISC también aporta su experiencia en la ampliación de la síntesis de materiales y las tecnologías de recubrimiento para dar el siguiente paso, pasando de la escala de laboratorio a la de planta piloto. Ambos socios de investigación colaboran estrechamente en la formulación del material y el desarrollo tecnológico. Los investigadores de Würzburg también están apoyando la ampliación a mayor escala del recubrimiento: «Queremos diseñar la aplicación del nuevo recubrimiento de tal forma que pueda integrarse fácilmente en los procesos de fabricación existentes», afirma el Dr. Ferdinand Somorowsky, responsable de tecnología de recubrimientos en el Fraunhofer ISC, haciendo hincapié en el aspecto de la aplicación. Los socios están trabajando ahora juntos en la siguiente fase de ampliación, explica Thomas Sauer: «Ya dominamos la configuración experimental en el laboratorio. Para 2027, tenemos previsto establecer una planta piloto en la que ampliaremos aún más tanto la producción de la solución de recubrimiento como la tecnología de aplicación. Nuestro objetivo es sentar las bases para una validación relevante para la industria y dar el siguiente paso hacia la producción industrial en masa. En las próximas fases, contaremos con la participación de socios de los sectores del vidrio para envases, las bebidas y la alimentación, así como de los sectores de la ingeniería de maquinaria y de plantas».
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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