Una capa de invisibilidad para los barcos
Evonik ya cuenta con soluciones eficaces para los recubrimientos antiincrustantes en su portafolio. Los grupos de investigadores trabajan ahora en nuevas materias primas para recubrimientos que protejan eficazmente los cascos de los barcos contra las bioincrustaciones y que utilicen menos biocidas, o incluso prescindan de ellos.
El transporte marítimo es la primera preferencia para la carga; casi el 90% de todas las mercancías transportadas en el mundo son llevadas por más de 50,000 buques que surcan los océanos del mundo. La viabilidad comercial de la flota mercante mundial depende en gran medida del casco de los buques. La bioincrustación, causada por el crecimiento de plantas y animales en el casco bajo la línea de flotación, es una preocupación particular. Las proteínas, los carbohidratos y otros micronutrientes del océano se adhieren al casco sólo unos segundos después de su primer contacto con el agua del mar. Como nutrientes, atraen a los organismos marinos que luego se depositan en el casco. Las biopelículas así formadas son hábitats muy complejos en los que varios centenares de especies interactúan entre sí positiva o negativamente, dificultando el movimiento de los barcos en los océanos del mundo.
La significativa rugosidad de la superficie del casco debida a la bioincrustación provoca un drástico aumento de la resistencia por fricción durante el desplazamiento. El resultado es un círculo vicioso en el que, para mantener la misma velocidad de desplazamiento, el buque necesita más energía y combustible, con el consiguiente aumento de las emisiones de CO2. Los estudios actuales indican que incluso una ligera incrustación aumenta el consumo de combustible hasta un 30%. Además, se reduce la maniobrabilidad de los buques y aumenta el riesgo de corrosión. De ahí que los buques necesiten estancias más frecuentes en el dique seco para su limpieza y reparación. Los ciclos de mantenimiento cortos y el aumento del consumo de combustible resultan en costes elevados para las compañías navieras. Y el clima también se ve afectado: Incluso una fina biopelícula da lugar a emisiones de CO2 de más de 270 millones de toneladas métricas cada año.
Por ello, hay una gran demanda de recubrimientos que protejan los cascos de los barcos de las bioincrustaciones. Estos recubrimientos antiincrustantes previenen el asentamiento de organismos marinos y contrarrestan los efectos negativos de la bioincrustación. Pero la búsqueda del recubrimiento adecuado es un reto. El método más eficaz conocido hasta ahora para proteger el casco es un revestimiento con biocidas. Su funcionamiento se basa en un proceso de lixiviación en el que las sustancias tóxicas activas se disuelven fuera de la matriz del recubrimiento y llegan a la superficie del casco del barco. Aquí, forman una especie de nube biocida alrededor del barco y dañan a los microorganismos antes de que éstos puedan asentarse en el casco. Uno de los biocidas más conocidos es el hidruro de tributilestaño (TBT), un complejo organometálico del estaño. Pero aquí hay un problema: Las investigaciones han revelado que la toxicidad de los biocidas no se limita a los organismos de la superficie del casco, sino que se extiende también a otras especies del mar. Incluso una baja concentración de TBT, por ejemplo, interfiere en el crecimiento de las conchas de las ostras del Pacífico. En los caracoles y otras especies, el TBT induce el imposex, una condición en la que las hembras desarrollan órganos sexuales masculinos y viceversa, de modo que la reproducción ya no es posible y la especie está en peligro de extinción. Por ello, para proteger a los organismos marinos, el uso de pinturas subacuáticas a base de TBT está prohibido en todo el mundo, y ya no se pueden utilizar biocidas basados en compuestos tóxicos de estaño, arsénico o mercurio. Esto ha impulsado la búsqueda de alternativas que sean igualmente eficaces pero también ecológicas. Pero, a pesar de los considerables esfuerzos realizados, todavía no se ha encontrado una solución totalmente satisfactoria al problema. A falta de alternativas adecuadas, se siguen utilizando biocidas en los revestimientos antiincrustantes. El agente activo preferido en la actualidad es el óxido de cobre, que se considera más ecológico que el TBT y actúa según el mismo principio de lixiviación. Pero también es un óxido de metal pesado y los iones de cobre que se disuelven del recubrimiento pueden ser tóxicos en altas concentraciones. Así que la búsqueda de una nueva y mejor solución antiincrustante continúa.
RECUBRIMIENTOS SIN BIOCIDAS
Aquí es donde Evonik entra en escena. La línea de negocio de Aditivos para Recubrimientos está creando un Centro de Competencia de Soluciones Superficiales Inteligentes para resolver las cuestiones abiertas en la tecnología de los recubrimientos. El equipo también planea desarrollar una alternativa ecológica a las actuales soluciones antiincrustantes, totalmente sin biocidas. Los investigadores están aprovechando su experiencia en el campo de las siliconas. Evonik tiene en su catálogo un sistema de resina híbrida de silicona-epoxi, llamado SILIKOPON® EF, cuya acción antiadherente dificulta desde el principio el asentamiento de los organismos. Esto se debe a la bajísima tensión superficial y a la superficie extremadamente lisa del híbrido. Organismos como las algas, los bivalvos y los percebes tienen dificultades para adherirse a esta superficie. Incluso si lo consiguen al principio, la superficie lisa se limpia fácilmente porque los organismos se desprenden por la corriente de agua una vez que el barco empieza a moverse, incluso a velocidades lentas. Además, el SILIKOPON® EF tiene una gran resistencia mecánica y química, lo que evita los daños por corrosión a largo plazo.
Los investigadores quieren aprovechar estas ventajas y añadir otra propiedad: El nuevo aglutinante del recubrimiento debería impedir que los organismos se adhieran al casco porque no pueden reconocer la superficie como tal. Para ello, los científicos están combinando la silicona hidrofóbica con un polímero hidrofílico para producir lo que se conoce como polímeros anfifílicos, en los que se alternan zonas hidrofílicas e hidrofóbicas.
Las áreas hidrofílicas forman una película de agua alrededor del polímero que enmascara la superficie para los organismos. Éstos ya no pueden identificar la superficie, de forma inequívoca, y prefieren no asentarse en ella. Los investigadores aprovechan un principio natural: Los seres vivos siempre buscan el hábitat más favorable para reproducirse.
DISMINUCIÓN DE LOS COSTOS
Los investigadores están en camino de encontrar una solución. Han podido demostrar en pruebas que las nuevas materias primas para los recubrimientos no son tóxicas y tienen una eficacia comparable a la de los sistemas aglutinantes ya utilizados en el mercado. En estrecha colaboración con los clientes, el objetivo es desarrollar revestimientos duraderos y protectores basados en estos polímeros. Los investigadores son optimistas y creen que pronto podrán aumentar los intervalos entre el repintado de los barcos. De este modo, las compañías navieras podrían reducir los costos de mantenimiento de los barcos, además de superar las demás desventajas de las incrustaciones. Para conseguirlo, los investigadores están utilizando varios métodos de prueba para seguir optimizando los sistemas aglomerantes. En colaboración con la Universidad de Münster, se han desarrollado nuevas pruebas de cribado que permiten predecir el rendimiento antiincrustante de los recubrimientos tras sólo seis semanas. Si una sustancia evaluada ya muestra propiedades tóxicas indeseables en la prueba inicial de laboratorio, se rechaza o se revisa la formulación. Si, por el contrario, es prometedora, se prueba en el mar. Todos los años, entre marzo y octubre, los expertos suspenden en el mar varios paneles de prueba recubiertos. En este periodo con una alta "presión de crecimiento", la tendencia a la bioincrustación está en su punto álgido y se pone de manifiesto el ritmo al que se desarrollará el crecimiento en condiciones reales. Sólo entonces los investigadores pueden evaluar de forma confiable la eficacia de las nuevas formulaciones.
Por ello, Evonik no sólo está desarrollando una solución completamente nueva, sino que también está trabajando en la mejora de los recubrimientos antiincrustantes existentes. Los investigadores de la Línea de Negocio de Aditivos para Recubrimientos han desarrollado un AEROSIL® hidrofílico modificado estructuralmente que mejora significativamente la eficacia y la vida útil de los recubrimientos antiincrustantes. Los fabricantes de recubrimientos pueden formular el producto, comercializado como VP 4200, en combinación con óxido de cobre para potenciar la acción de este último. El VP 4200 interactúa con el óxido de cobre, fijándolo en la película, que se vuelve más fuerte y resistente. Así, el óxido de cobre está disponible durante más tiempo. Si el recubrimiento líquido contiene un diez por ciento de VP 4200, se puede conseguir una protección eficaz contra la bioincrustación con un contenido de óxido de cobre significativamente menor, de aproximadamente un seis por ciento. Esto es un 80% menos que en las formulaciones convencionales, que normalmente contienen un 30% o más de óxido de cobre.