Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites.




descargar 145.6 Kb.
títuloResumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites.
página1/3
fecha de publicación03.12.2015
tamaño145.6 Kb.
tipoResumen
med.se-todo.com > Química > Resumen
  1   2   3
Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites?
S.V. Joshia,*, L.T. Drzalb, A.K. Mohantyb, S. Arorac
aDepartment of Agricultural Economics, Michigan State University, 82 Agriculture Hall, East Lansing, MI 48824, USA

bComposite Materials and Structures Center, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA

cDepartment of Environmental Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA
Received 6 January 2003; revised 28 August 2003; accepted 11 September 2003
¿SON LOS COMPOSITES DE FIBRAS NATURALES AMBIENTALMENTE SUPERIORES A LOS COMPOSITES REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO?
RESUMEN
Las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. Se revisó el ciclo de vida con la evaluación de estudios de selección comparativa de composites de fibra natural y fibra de vidrio, y se identificaron factores clave de su comportamiento medioambiental relativo. Es probable que los composites de fibra natural sean ambientalmente superiores a los composites de fibra de vidrio en la mayoría de los casos por las siguientes razones: (1) la producción de fibras naturales tiene menores impactos ambientales en comparación con la producción de fibra de vidrio, (2) los composites de fibras naturales tienen un mayor contenido de fibra para un rendimiento equivalente , reduciendo más los contaminantes basados en el contenido de polímero, (3) el peso ligero de los composites de fibras naturales mejora la eficiencia de combustible y reduce las emisiones en la fase de utilización del componente, especialmente en aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida de incineración de las fibras naturales da como resultado energía recuperada y créditos de carbono.
INTRODUCCIÓN
Desde la década de 1990, los composites de fibras naturales se están convirtiendo en alternativas realistas a composites reforzados con fibra de vidrio en muchas aplicaciones. Los composites de fibra natural como el cáñamo de fibra-epoxy, fibra de lino de polipropileno (PP), y la caña china de fibra-PP son particularmente atractivos en aplicaciones automotrices debido a su menor costo y densidad. Las fibras de vidrio utilizadas para los compuestos tienen una densidad de, 2,6 g/cm3 y cuestan entre $ 1,30 y $ 2,00/Kg. En comparación, las fibras de lino tienen una densidad de, 1,5 g / cm 3 y cuestan entre $ 0.22 y $ 1.10/kg. Mientras las fibras naturales han sido tradicionalmente utilizadas para rellenar y reforzar termoestables, los termoplásticos reforzados con fibra natural, especialmente composites de polipropileno, han atraído una mayor atención debido a su ventaja de reciclado. Los composites de fibra natural también son requeridos por ofrecer ventajas medioambientales, como una menor dependencia de las fuentes de energías y material no renovables, reducción de las emisiones contaminantes, reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, mejorar la recuperación de energía, y el fin de la biodegradabilidad de los componentes de la vida. Dado que, tener un desempeño ambiental superior constituye un factor importante del aumento del uso futuro de composites de fibra natural, se justifica un amplio análisis en profundidad de los impactos medioambientales relativos de los composites de fibras naturales y los composites convencionales, que abarca el ciclo de vida. En este artículo se revisaron estudios de la evaluación del ciclo de vida (ECV) que comparan composites de fibras naturales y composites de fibra de vidrio. Se identifican los principales motores del desempeño ambiental relativo de composites de fibra natural, y sacar conclusiones sobre si los resultados específicos de

estos estudios se puede generalizar.
EVALUACION DEL CICLO DE VIDA
La evaluación del ciclo de vida es una técnica para evaluar los aspectos e impactos ambientales potenciales asociados a un producto, elaborando un inventario de las entradas y salidas pertinentes de un sistema de producto; evaluando los potenciales impactos ambientales asociados a dichas entradas y salidas; interpretando los resultados del análisis de inventario y las fases de evaluación del impacto en relación con los objetivos del estudio.
ECV estudia los aspectos ambientales y los impactos potenciales a lo largo de la vida de un producto desde la adquisición de materia prima hasta la producción, uso y fin de opciones de gestión de la vida, como el reciclaje, incineración y eliminación. ECV tiene un enfoque global "cuna a tumba" o "cuna a cuna” evitando así concentrarse sólo en etapas específicas del ciclo de vida en la evaluación del desempeño de productos ecológicos. Recientes series de normas ISO 14040 a 14043 proporcionan directrices detalladas para la realización de ECV.
Las figuras. 1 y 2 muestran simplificado, genéricos fases del ciclo de vida de un componente de fibra de vidrio reforzada y un material compuesto de fibras naturales de materiales compuestos, respectivamente.
GFRP Glass Fiber Reinforced Polymer


La figura. 1. Ciclo de vida de un composite reforzado con fibra de vidrio

PRFN Componente de Producción

La figura. 2. Ciclo de vida de un composite reforzado con fibra natural
Los detalles de materiales específicos y los flujos de energía, las emisiones y procesos de fabricación pueden variar dependiendo de la aplicación específica. Sin embargo, los flujos de materiales, uso de energía, las misiones, y los impactos ambientales durante todas estas etapas deberá elaborarse, en el inventario y análisis para una evaluación del ciclo de vida integral.
3. Revisión de estudios previos
Pocos estudios han examinado la evaluación comparativa del ciclo de vida de los componentes específicos de materiales de composites reforzados con fibra de vidrio (GFR) y materiales de composites reforzados con fibra natural (NFR). Resumimos la metodología y los resultados de tres estudios disponibles en Inglés abajo.
3.1. Wotzel, Wirth and Flake, 1999
Este estudio presenta la evaluación del ciclo de vida de un tablero lateral para los vehículos Audi A3 hecho de copolímero ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno) y un diseño alternativo a partir de composites de resina epoxi con fibras de cáñamo (66% en volumen). El estudio presenta los insumos, el uso de la energía y las emisiones hasta la fase de fabricación de los componentes. La fase de utilización y las opciones de manejo del final de la vida, como la recuperación de energía mediante la incineración no se modelan, aunque el estudio analiza algunas de las implicaciones de la inclusión de la fase de utilización. Para el componente RFN, el cultivo de cáñamo, la extracción de las fibras de cáñamo y las fases de fabricación de componentes se modelan. Los datos sobre las emisiones del ciclo de vida para el ABS y resinas epoxi se basan en los eco-perfiles de la APME (Association of Plastics Manufacturers in Europe). El uso de la energía acumulada y las emisiones seleccionadas de la producción de un componente, reportado en el estudio se resumen en la Tabla 1.

El componente de fibra natural utiliza la energía un 45% menos, y resultados inferiores de las emisiones de aire. Sin embargo, las emisiones de agua de nitratos y fosfatos, y las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) es a la atmósfera son más altos como consecuencia de la aplicación de fertilizantes en el cultivo de cáñamo. En general, los resultados de Eco-indicadores son de un 8% menos para composites epoxi de fibra de cáñamo. Los impactos ambientales para el composite de cáñamo-epoxi están dominados por la energía y las emisiones a partir de la producción de epoxy. A pesar de que las fibras de cáñamo reportan el 66% del volumen del componente, sólo contribuye el 5,3% de la demanda de energía acumulada.
3.2. Schmidt y Beyer 1998 [5] 
La gestión de Schmidt y Beyer simplificaron las ECVs de dos diseños de un componente aislado para un carro Ford. El componente referenciado está hecho de copolimero (caucho) etileno propileno dieno (EPDM), polipropileno (PP) y reforzado con fibras de vidrio. El componente alternativo también está hecha de caucho EPDM y PP, pero está reforzado con fibras de cáñamo (30% en peso). Se consideraron los principales insumos y emisiones para la producción de fibra de vidrio, la producción de caucho EPDM, la producción de PP, la producción de fibras de cáñamo, el moldeo de los componentes, la fase de uso en el coche, la recolección y la disposición (asumiendo que sea el 50% de relleno sanitario y el 50% de incineración).

Los datos correspondientes son principalmente de bases de datos públicas (fibra de vidrio de PRe, PP y EPDM de APME, el fertilizante de BUWAL), excepto para la producción de fibras de cáñamo, que se obtienen a partir de fuentes privadas o estimados con base en las resoluciones judiciales de la educación. Se presentaron los resultados finales sólo en la forma de los beneficios netos de cambiar el componente de fibra de cáñamo a partir del componente GFR. El componente de fibras de cáñamo muestra beneficios netos de 88,9 MJ en la demanda de energía acumulada, 8,18 kg de emisiones de CO2, 0,0564 kg de emisiones de dióxido de azufre, 0,002 kg de emisiones de fosfatos y 0,018 kg de emisiones de nitratos en el argumento básico. También llevan a cabo los análisis de sensibilidad de los beneficios netos con respecto a los cambios en las hipótesis en relación con la incineración, el impulso de las distancias en la fase de uso, las distancias de transporte de cáñamo, y la energía de cultivo, y se encontró que las estimaciones de beneficio neto son robustas en el rango normal de estos parámetros. 
3.3. Corbiere-Nicollier et al. 2001 [4] 
Este estudio informa de la ECV de paletas de transporte hechas de PP reforzado con fibra de vidrio y PP reforzado con fibra de caña de porcelana, llevada a cabo por los investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. El diseño de un rendimiento equivalente de una paleta NFR (No apta para la Venta) contiene 53% de caña de porcelana en peso, en comparación con las paletas (GFR) que tienen 42% en peso de fibra de vidrio. El límite del sistema para la ECV cubre la producción de PP, el cultivo de caña de porcelana, de extracción de fibra, la producción compatibilizante, el transporte intermedio, la producción de paleta, el uso de la paleta, y la incineración de la paleta NFR.

Del mismo modo, la producción de fibra de vidrio, la producción de PP, la incineración de producción de palets, transporte, uso de paletas, y al final de la vida son el modelo para la ECV de la paleta GFR. El estudio también incluye la eliminación de desechos de los procesos intermedios de extracción de fibra. El estudio proporciona información comparativa detallada del desempeño ambiental en términos de consumo de energía, las emisiones de 68 sustancias químicas diferentes al aire, el agua y el suelo, y evaluación del impacto de resumen mediante CML 92 (Institute of Environmental Sciences) y el indicador de procedimientos Eco-95. Los resultados comparativos del estudio se resumen en la Tabla 2.



En general, los resultados de paletas NFR es significativamente de menor impacto ambiental en comparación con paletas GFR, con excepción de las emisiones de nitratos al agua relacionados con el cultivo de caña de porcelana. El estudio también informa de los resultados de los análisis de sensibilidad con respecto a: el reciclaje en diversos porcentajes, la vida de paletas, el contenido de plástico, y los cambios en las distancias de transporte, y se consideró que las paletas NFR son ambientalmente superiores en casi todos los escenarios. Sin embargo, los impactos ambientales de una paleta NFR es peor, dado que la vida útil de la paleta NFR cae por debajo de 3 años en comparación con 5 años de la paleta GFR.
4. Los conductores de un desempeño ambiental superior
Estos tres estudios muestran que en sus aplicaciones específicas, los composites NFR son ambientalmente superiores a los composites GFR en la mayoría de los indicadores de rendimiento. Sin embargo, existen diferencias significativas entre estos estudios, en términos de la aplicación específica del componente estudiado, la composición del material del componente de referencia, así como el componente de NFR, las fibras naturales específicas elegidas, los procesos de producción, los límites y el alcance de la evaluación del ciclo de vida, los impactos ambientales considerados, y las fuentes de datos utilizadas. Asimismo, debido a limitaciones de espacio, estos estudios publicados reportan sólo los resultados definitivos de los análisis comparativos, con muy pocos detalles proporcionados sobre los supuestos y cálculos intermedios. Por lo tanto surgen dudas en cuanto a si estos resultados pueden generalizarse y si es probable que los composites NFR sean ambientalmente superiores a través de otras aplicaciones. También si hay algunos conductores en general del rendimiento relativo ambiental de los componentes GFR y los componentes NFR, que nos permita hacer juicios informados, sin efectuar la ECV detallada, larga y costosa, cada vez.

De estos estudios, identificamos cuatro conductores generales del rendimiento relativo del medio ambiente de composites NFR en comparación con compositos GFR, lo que ayudará a hacer tales juicios cualitativos. Mientras Corbiere et al. menciona estos como los principales contribuyentes a su conclusión sobre las paletas de caña de porcelana caña se desempeñan ecológicamente mejor que las paletas GFR, reconocemos a estos como controladores ambientales que también son aplicables a la mayoría de materiales de composites NFR.
4.1. Bajo impacto ambiental de la producción de fibras naturales en comparación con la producción de fibra de vidrio.
La producción de fibras naturales en los resultados de los impactos ambientales es menos grave en comparación con la producción de fibras de vidrio. El cultivo de fibra natural depende principalmente de la energía solar y la producción de fibra y para la extracción se deben utilizar pequeñas cantidades de energía de combustibles fósiles. Por otra parte, la producción de vidrio y la producción de fibra de vidrio son grandes consumidoras de energía, procesos que dependen principalmente de los combustibles fósiles. El cuadro 3 muestra el ciclo de vida estimado las necesidades de energía no renovables para la producción de fibra de vidrio y dos fibras naturales.


Como se puede observar la producción de fibra de vidrio requiere de 5-10 veces más energía no renovable que la producción de fibras naturales. Como resultado, las emisiones contaminantes de la producción de fibra de vidrio son significativamente superiores a las de la producción de fibras naturales. En las columnas 2 y 3 de la Tabla 4 se tabulan los impactos ambientales en el proceso de producción de fibra de vidrio y la producción de fibra de caña de porcelana

A excepción de las emisiones de nitratos asociados con el uso de fertilizantes en la producción de la caña de porcelana, todas las otras emisiones son mucho más bajos para las fibras naturales. El aumento de las emisiones de nitratos pueden dar lugar a la eutrofización de los cuerpos de agua, que es un problema significativo para la calidad del agua en muchas áreas. Sin embargo, Corbiere et al. encontró que los impactos de la eutrofización en el ciclo de vida de composites NFR son más bajos que los efectos de la eutrofización del ciclo de vida de los composites GFR, cuando incluyen la contribución de emisiones de NOx de la atmósfera a la eutrofización. Estas observaciones pueden ser válidas a través de diferentes fibras naturales, ya que sus procesos de producción son muy similares. 

Por lo tanto la sustitución de las fibras de vidrio por fibras naturales de igual peso normalmente mejora el rendimiento medioambiental del componente, con la posible excepción de los efectos de la eutrofización local.
4.2. La sustitución del polímero base por un porcentaje mayor en volumen de fibra natural
Los componentes NFR suele tener una fracción de fibra de mayor volumen en comparación con los componentes GFR por su resistencia mecánica y rigidez, porque las fibras de vidrio tienen mejores propiedades mecánicas que las fibras naturales. 

Esta fracción de mayor volumen de fibra reduce el volumen y la fracción de peso de la matriz del polímero base utilizado en la composición. El ciclo de vida del uso de la energía y las emisiones de la producción de la mayoría de polímeros base utilizados en composites son significativamente mayores que aquellos asociados con la producción de fibras naturales. Por ejemplo, las columnas 4-6 en el cuadro 4 muestran las estimaciones del ciclo de vida del consumo de energía y las emisiones de la producción de 1 kg de resina epoxy, ABS y PP extraídos de los perfiles de ecoperfiles APME. Estos pueden ser comparados al ciclo de vida de las emisiones con 1 kg de la producción de fibra de caña de porcelana en la columna 3 y es evidente que el uso de la energía y las emisiones asociadas con la producción de polímeros base son significativamente mayores que aquellos asociados con la producción de fibras naturales. Por ejemplo, la producción de PP requiere alrededor de 20 veces más energía que la producción de fibras naturales y en consecuencia las emisiones también son más elevadas. Estas observaciones son válidas en la mayoría de las fibras naturales y polímeros base. Por lo tanto la sustitución de polímero de base por una fracción mayor de fibra natural mejorará el rendimiento medioambiental de los composites NFR comparados con composites GFR equivalentes.
4.3. Menores emisiones en la fase de utilización debido a la reducción de peso
Esta fracción mayor de volumen de fibras naturales de menor densidad en composites NFR también reduce el peso del componente final. La tabla 5 muestra los pesos equivalentes de los componentes GFR y NFR de los tres estudios. 


Como puede verse en los componentes NFR se redujo el peso en 20-30%. Los composites de fibra natural son cada vez más popular en aplicaciones automotrices debido a esta reducción de peso. 
Los componentes de más bajo peso mejoran la eficiencia de combustible y, a su vez las emisiones son significativamente inferiores durante la fase de utilización del ciclo de vida de los componentes. Eberle y Franze estiman que el coeficiente de reducción del consumo de combustible en vehículos con motor de gasolina va desde 0,34 hasta 0,48 l/(100 kg x 100 km) en el Nuevo Ciclo de Conducción Europeo, mientras que el ahorro en los vehículos diésel oscila entre 0,29 a 0,33 l/(100 kg x 100 km). En otras palabras, durante el tiempo de vida en viajes de 175.000 kilómetros por automóvil, un kilogramo de reducción de peso puede resultar en ahorros de combustible de 5.95-8.4 l de gasolina o 5.1-5.8 l de diesel, y las correspondientes emisiones evitadas en la producción y la quema de estos combustibles. El uso de la energía y las emisiones asociadas con la producción y quema de un kilogramo de gasolina y diesel se muestran en la Tabla 6. 

Al comparar la energía relativa utilizada y las emisiones asociadas con la producción de fibra natural de la Tabla 4 y las emisiones de la producción y consumo de los combustibles en la Tabla 6, se hace evidente que para aplicaciones del automóvil, el evitar el uso de la energía y las emisiones de la mejora de la eficiencia del combustible en la fase de uso dominará los resultados de la ECV y favorecerá grandemente las fibras de peso ligero.

Incluso en las aplicaciones no-automotrices, el peso reducido de componentes pueden mejorar la eficiencia de combustible y reducir las emisiones durante la fase de transporte del ciclo de vida.
4.4. Energía y créditos de carbono del final de la vida de las fibras naturales por incineración 

A diferencia de las fibras de vidrio, las fibras naturales pueden ser incinerados después de que el componente de NFR ha cumplido su vida útil. Por ejemplo, se estima que el crédito de energía asociado con la incineración de fibras de caña de porcelana es de 14 MJ / kg. Algunos de estos créditos de energía puede ser compensado ya que un polímero base menor está disponible para su incineración. Del mismo modo, la incineración de las fibras naturales pueden aumentar las emisiones de aire, pero una menor masa del polímero base incinerado reduce las emisiones al aire. Por lo tanto los efectos netos sobre emisiones a la atmósfera y la recuperación de energía de la incineración depende de la composición específica de los componentes que se comparan. Al mismo tiempo, la incineración de las fibras naturales en teoría no da lugar a adición neta de emisiones de CO2, porque las plantas, de las cuales las fibras naturales se obtienen, secuestrar el dióxido de carbono atmosférico durante su crecimiento, que se libera durante la combustión de fibras naturales. De ahí la incineración de composites NFR conduce a créditos de carbono positivos y menor efecto de calentamiento global.
5. Conclusiones 

Los estudios existentes comparando el rendimiento del ciclo de vida medioambiental de los composites reforzados con fibra natural y los composites reforzados con fibra de vidrio reforzada encontraron que los composites de fibras naturales son ambientalmente superiores en las aplicaciones específicas estudiadas. Se propone que probablemente los composites NFR son ambientalmente superiores a los composites GFR en la mayoría de las aplicaciones también por las siguientes razones: (1) la producción de fibras naturales da como resultado una reducción del impacto ambiental en comparación con la producción de fibra de vidrio, (2) los composites NFR tienen mayor contenido de fibra para un rendimiento equivalente, lo que reduce la cantidad de contaminantes por polímeros base, (3) un menor peso de los composites NFR mejora la eficiencia de combustible y reduce las emisiones durante la fase de utilización del componente, especialmente en aplicaciones de automóviles, y (4) el final de la vida de fibras naturales por incineración da como resultado energía y créditos de carbono. Sin embargo se deben tener en cuenta un par de advertencias. En primer lugar, el uso de fertilizantes en el cultivo de fibras naturales da como resultado mayores emisiones de nitratos y fosfatos, que pueden contribuir al aumento de la eutrofización cuerpos de agua. Uno puede tener un deterioro en la calidad del agua local contra el mejoramiento global de la calidad ambiental. En segundo lugar, la superioridad medioambiental de los composites NFR puede desaparecer porque los composites NFR tienen una vida significativamente menor en comparación a los composites GFR.

El futuro de los composites de fibra natural parece ser brillante porque son más baratos, más ligeros y ambientalmente superior a los composites de fibra de vidrio en general. Las investigaciones futuras por lo tanto, debe centrarse en lograr un el mejoramiento equivalente o superior del desempeño técnico y la vida de los componentes.

Study of the interfacial properties of natural fibre reinforced polyethylene
F.G. Torres*, M.L. Cubillas
Department of Mechanical Engineering, Polymers and Composites Group-POLYCOM, Catholic University of Peru,

Av. Universitaria Cdra. 18. s/n, Lima 32, Peru
Received 7 April 2005; accepted 12 May 2005
  1   2   3

similar:

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen el siguiente laboratorio demostraremos como se realiza la...
«fibras químicas» se utiliza para referirse a las fibras artificiales y a las sintéticas en conjunto, en contraposición a fibras...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen: a partir de los carenados originales,una vez preparados...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen desde la antigüedad se han utilizado fibras naturales para...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. icon[1] Respirar se está convirtiendo en una actividad de riesgo, sobre...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen El diseño, desarrollo y divulgación de cocinas solares de...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen muchas de las aplicaciones del electromagnetismo están enfocadas...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconGuia practica para trabajar la fibra de vidrio

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconLámina translúcida de resina poliéster reforzada con Fibra de Vidrio

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconResumen En resumen de la relación que existe entre los elementos...

Resumen las fibras naturales se están convirtiendo en una alternativa de bajo costo, ligero y al parecer ambientalmente mejor a la fibra de vidrio en los composites. iconGaiker-ik4 explora una nueva vía para el reciclado de materiales...


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com