La madera va hacia la alta tecnología

El programa nacional de investigación llega a su fin
La madera podría reemplazar al petróleo en la química y el concreto en la construcción, según estudios realizados en el marco del Programa Nacional de Investigación "Recurso Madera". Ellos muestran cómo los compuestos químicos preciosos pueden extraerse de la madera, cómo se puede mejorar su utilidad como material de construcción y cómo se puede optimizar la gestión forestal. Empa está a bordo con tres proyectos diferentes.

La madera no es solo un material convencional, también tiene un gran potencial de innovación como componente de alta tecnología y materia prima para la química. Esta es una de las conclusiones del Programa Nacional de Investigación "Recurso Madera" (NRP 66), que está llegando a su fin luego de cinco años de investigación.

Las investigaciones que participan en el NRP 66 han desarrollado nuevos métodos de construcción y han analizado la gestión forestal en Suiza. "Analizar un recurso natural como la madera requiere un enfoque global e integrador", dice Martin Riediker, presidente del comité directivo de NRP 66. "Pudimos obtener una visión general de la situación e identificar numerosas formas prometedoras para mejorar la explotación de la madera. La innovación desempeñará un papel clave en este contexto".

Sustitución del petróleo por la madera
La química orgánica tiene que llegar a un acuerdo con la naturaleza finita del petróleo y el carbono, los recursos fósiles en los que se basa. La biomasa vegetal es una alternativa realista, como lo han demostrado varios proyectos de NRP 66. Los equipos de investigación de EPFL, ETH Zurich y la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza (FHNW) desarrollaron nuevos procedimientos para transformar los componentes principales de la madera - celulosa y lignina - en compuestos aromáticos y otros productos intermedios que son importantes para la industria química. Sviatlana Siankevich en EPFL cofundó la nueva empresa Embion para convertir los conocimientos recién adquiridos en productos comercializables.

Los proyectos de NRP 66 abarcaban todo el espectro desde la investigación básica hasta la aplicación. Michael Studer, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna, logró mejorar los procesos de fermentación de la madera de haya para la producción de etanol, un combustible de uso común. La construcción de un sitio piloto en el cantón de Jura se está discutiendo con un socio de la industria y un proveedor de madera. François Maréchal en EPFL desarrolló una herramienta de TI para establecer el mejor diseño para una bio-refinería. Basándose en un modelo numérico, Tilman Schildhauer, del Instituto Paul Scherrer, pudo optimizar la producción de biogás.

Un material tradicional pero innovador
"Para tener un futuro, la madera tiene que reinventarse", dice Martin Riediker. "Se ve como un material con clase, pero necesitamos explotar mejor su potencial de innovación como un componente de alta tecnología". Ingo Burgert de Empa y ETH Zurich ha logrado insertar un polímero en las paredes celulares de la madera para que sea más repelente al agua y estable para su uso como material de construcción; Sus compañeros de trabajo han fundado la nueva empresa Swiss Wood Solutions destinada a comercializar nuevos materiales a base de madera. Trabajando en la dirección opuesta, un equipo de proyecto dirigido por Christoph Weder en el Instituto Adolphe Merkle en Fribourg insertó la celulosa extraída de los árboles en polímeros con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas.

Heiko Thoemen, de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna, mejoró los procesos de fabricación de tableros laminados en los que dos paneles de madera tienen una espuma plástica como capa central, componentes comúnmente utilizados de muebles prefabricados para ensamblar. En la Universidad de Ciencias Aplicadas para Ingeniería y Arquitectura en Friburgo, Daia Zwicky ha desarrollado un concreto de madera liviana al reemplazar parcialmente la arena por aserrín.

El programa enfatiza la importancia de la transferencia de conocimientos y tecnología entre investigadores, industriales y las autoridades públicas, en particular mediante la realización de 17 talleres sobre temas específicos. Los resultados han sido impresionantes: la transferencia intensiva de conocimientos con más de 200 profesionales externos, la creación de tres empresas nuevas y numerosas declaraciones de intención para continuar colaborando en las áreas de investigación y desarrollo.

Una de las recomendaciones clave de NRP 66 es establecer un "Centro de competencia de biorrefinería" y un "Centro técnico para la innovación de la madera suiza". El programa también exige el desarrollo de una estrategia de bioeconomía suiza en la que la madera ocupe su merecido lugar.

"Explotar los bosques tiene sentido en términos de ecología y biodiversidad, ya que puede estabilizar las emisiones de CO2 durante décadas y disminuir el efecto invernadero", dice Martin Riediker. "Tenemos una relación muy emocional, incluso íntima, con la madera. Es el material con el que están hechos los muebles antiguos y los chalets de nuestra infancia. Pero la madera puede hacer mucho más. Hay mucha experiencia en las áreas de "La construcción y la innovación en Suiza. Las personas involucradas en estos sectores deben colaborar estrechamente para maximizar los beneficios de este recurso natural y renovable".

Proyectos NFP 66 en Empa

• Estructura de madera resistente a terremotos para edificios de varias plantas.
Los peligros de terremotos para las estructuras de construcción se han convertido en un área de atención más prominente en Suiza en los últimos años y la industria de la construcción de madera también tiene que enfrentar esta nueva situación. El proyecto investigó el comportamiento de las juntas y los elementos de las paredes, así como un edificio cuando esta sometido a fuerzas horizontales, como las causadas por terremotos o vientos fuertes. Sobre la base de los resultados, se hicieron recomendaciones para una estructura de madera optimizada para estructuras de madera de varios pisos y para métodos de diseño adecuados.

• Celulosa nanofibrilada (NFC) en recubrimientos de madera.
La madera es un material de construcción popular para uso en exteriores. El proyecto investigó el uso de celulosa nanofibrilada como un nuevo aditivo para los recubrimientos conservantes de la madera. Puede jugar un rol importante aquí como un componente multifuncional para protegerse contra los efectos del clima y los microorganismos.

• Madera y materiales a base de madera con perfiles de propiedades mejorados para la construcción de madera
La madera es un material excelente, pero su uso versátil está limitado en parte por sus propiedades adversas. El objetivo del proyecto era mejorar la madera y los materiales a base de madera mediante la modificación de las paredes celulares y las superficies de fibra utilizando química de polímeros y procesos nanotecnológicos. Tales desarrollos son beneficiosos para el sector de la construcción en madera.

Thomas Bernhard
Empa
07 Noviembre 2017