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El reciclaje de aeronaves es el proceso de desguace y desmontaje de aeronaves en desuso y reutilización de sus piezas como piezas de repuesto o chatarra . Los aviones están compuestos por alrededor de 800 a 1000 piezas que se pueden reciclar, la mayoría de ellas hechas de aleaciones metálicas y materiales compuestos. [1] [2] Las dos aleaciones metálicas más comunes son el aluminio y el titanio y el principal material compuesto es la fibra de carbono. [2]
Los aviones se desmontan en centros de reciclaje de aeronaves, donde se descartan los componentes no metálicos sin valor de reciclaje, se desmontan los componentes principales y se clasifican los componentes de aleación de metal en función de su composición. [3] [4] A continuación, las aleaciones de metal se vuelven a fundir para formar una única aleación homogénea a partir de los restos. Se estima que anualmente se desmontan y reciclan aproximadamente entre 400 y 450 aviones, lo que impulsa el mercado de piezas de aeronaves, que asciende a 2.000 millones de dólares. [1]
El principal desafío en el reciclaje de aeronaves es asegurar que la cantidad de impurezas metálicas dentro del material reciclado de las aeronaves sea baja para que puedan reutilizarse en otros aviones. Algunas de las principales limitaciones en el reciclaje de aeronaves incluyen el costo, las impurezas en las aleaciones, los materiales peligrosos y la calidad de los componentes reciclados. [5] [6] [7] [8] Las piezas que no se pueden reciclar directamente se pueden reutilizar o reutilizar para crear obras de arte, ropa y muebles. [1]
En el siglo XX, la mayoría de las aeronaves no se reciclaban; los aviones viejos se abandonaban en vertederos. [1] A principios de la década de 2000, Airbus y Boeing , dos de las mayores empresas de fabricación de aviones, desarrollaron procesos de reciclaje sistemático para tratar sus aviones y piezas fuera de servicio como alternativa a trasladarlos a vertederos. [9]
En 2005, Airbus lanzó el proyecto “Proceso para la gestión avanzada del final de la vida útil de las aeronaves”, conocido como PAMELA, que demostró que el 85% del peso de una aeronave se puede reciclar o reutilizar. [9] Airbus se asoció con la empresa de gestión de residuos Suez-Sita y estableció una instalación de reciclaje en el aeropuerto de Tarbes. [1] El proyecto se puso a prueba en el Airbus A300 y se completó con éxito cuando se reciclaron 61 toneladas del peso original del avión 32 meses después, en 2007. [9] El proyecto también creó un estándar sobre cómo tratar de forma segura y responsable los aviones al final de su vida útil que consistía en un enfoque de tres pasos: desmantelamiento, desmontaje y desmantelamiento. [9]
En 2006, Boeing fundó la Asociación de Reciclaje de Flotas de Aeronaves , conocida como AFRA, para establecer pautas para toda la industria para el desmantelamiento y reciclaje de aviones. [1] [10] La empresa unió fuerzas con otras 10, incluidas Rolls-Royce , Europe Aviation y Air Salvage International para crear un código de conducta de la industria y una recopilación de mejores prácticas. [11] [12] Juntos formaron una red de centros de reciclaje autorizados por AFRA en todo el mundo para tratar los aviones al final de su vida útil de una manera respetuosa con el medio ambiente. [10] Desde entonces, AFRA ha crecido y, en 2022, constaba de 80 miembros que incluyen partes interesadas en todos los aspectos del proceso de reciclaje de aeronaves, desde los fabricantes hasta los recicladores de materiales. [13] [14]
En 2013, Southwest Airlines creó una iniciativa comunitaria y de reciclaje, “Repurpose with Purpose”, para reciclar las fundas de cuero de los asientos de sus aviones y brindar oportunidades económicas a varios grupos vulnerables. [1] La aerolínea se asoció con organizaciones sin fines de lucro que trabajan con veteranos, discapacitados y víctimas de trata para convertir el cuero usado en productos como balones de fútbol, zapatos y joyas. [1] Desde que comenzó el programa, se han reciclado más de 900,000 libras de cuero. [1]
Se estima que para 2040, aproximadamente el 44% de los aviones que actualmente se encuentran en la flota mundial se retirarán del servicio; esto incluirá más de 13.000 aviones comerciales, militares y privados. [9] Además de un aumento en las piezas recicladas disponibles a partir de los recientes esfuerzos de reciclaje, la tecnología blockchain ha llevado a nuevas formas en las que se pueden comprar y vender piezas recicladas. [15] En 2019, Honeywell Aerospace presentó un mercado en línea para piezas aeroespaciales llamado GoDirect Trade que utiliza blockchain para autenticar y rastrear el historial de las piezas. [15] El mercado de piezas de aeronaves se valoró en $ 5.4 mil millones en 2018 y se espera que crezca a $ 7.7 mil millones para 2026. [15]
Sin embargo, durante la pandemia de COVID-19, hubo una disminución en el número de aviones desguazados y enviados a depósitos de chatarra. [16] En 2020, se desguazaron 440 aviones comerciales, lo que representó una disminución del 15% con respecto a 2019. [16] En 2021, el número continuó disminuyendo otro 30% con respecto a 2020. [16] Además, el precio de los aviones usados disminuyó; antes de la pandemia, un avión usado podía venderse por $ 7-8 millones, el precio ha bajado desde entonces a aproximadamente $ 2 millones. [16] La disminución de la demanda de aviones usados ha resultado en precios más bajos. [16]
Los aviones retirados tienen en promedio entre 800 y 1000 componentes que pueden reutilizarse mediante el reciclaje. [1] Los principales materiales aeronáuticos que se pueden reciclar son las aleaciones metálicas y los materiales compuestos. [2]
Las aleaciones de aluminio se utilizan en estructuras de aeronaves y representan el 80% del peso total de la aeronave. [2] Se utilizan comúnmente en el fuselaje , las alas y la estructura de soporte de las aeronaves porque son resistentes a la corrosión y tienen una buena relación resistencia-peso. [17]
El aluminio que se utiliza en los aviones suele mezclarse con cobre, litio, magnesio, manganeso, silicio, plata y zinc para formar aleaciones. [2] La proporción de composición de cada aleación se ajusta según el uso previsto para cumplir con las especificaciones. [2]
Las aleaciones de aluminio tienen el coste de fabricación más elevado para las aeronaves porque su proceso de fabricación es intensivo en energía. [2] Para obtener el aluminio para formar la aleación, debe realizarse un proceso de fundición . [2] El aluminio se extrae de la bauxita , el principal mineral del aluminio, mediante electrólisis, lo que requiere mucha energía; se requieren 211 MJ de energía para producir un kilogramo de aluminio con electrólisis. [2]
El reciclaje del aluminio es más económico que la fabricación de la aleación porque sólo requiere la refundición de la chatarra usada. [2] El proceso de refundición se logra a una temperatura más baja que la electrólisis y, por lo tanto, el proceso requiere menos energía, lo que reduce el coste. [2]
Las aleaciones de aluminio reciclado se pueden utilizar en piezas de aeronaves, como refuerzos y flaps, donde el aumento de la tensión de fatiga y la tenacidad a la fractura no son críticos para la integridad del componente. [18] Las aleaciones también se pueden utilizar para aplicaciones no aeronáuticas, como carrocerías de camiones, remaches, parachoques de automóviles y piezas fundidas. [18]
Las aleaciones de titanio se utilizan comúnmente en la industria aeronáutica porque son fuertes y muy resistentes a la corrosión y al calor. [2] En comparación con el aluminio, el titanio es más pesado pero más fuerte, por lo que se requiere menos cantidad para formar componentes estructurales, lo que reduce el peso total y disminuye el consumo de energía en vuelo. [1]
A pesar de su abundancia natural, el suministro de titanio es limitado en comparación con otros metales. [2] El proceso de fundición del titanio utiliza más energía que el del aluminio, consumiendo 361 MJ de energía por cada kilogramo de titanio producido. [2]
El reciclaje del titanio aprovecha los restos del proceso de fabricación. [1] Estos restos se limpian para eliminar las impurezas de oxígeno y hierro y luego se vuelven a fundir. [1]
Los materiales compuestos se utilizan para reducir el peso de las aeronaves porque son más ligeros que los materiales metálicos tradicionales, como el aluminio. [2] También tienen una alta resistencia a la fatiga (ciclo de vida más largo) y buena resistencia a la corrosión y al fuego. [19] Para reducir el peso de las aeronaves, los fabricantes incorporan más materiales compuestos a la estructura. [2] El peso más ligero conduce a una mejor economía de combustible, lo que a su vez reduce los costos operativos para las aerolíneas. [5]
Un componente importante de los materiales compuestos es la fibra de carbono . [20] Si la fibra de carbono se recicla, no pierde sus propiedades mecánicas, por lo que puede utilizarse potencialmente para las siguientes aplicaciones: aislamiento estructural, acústico y térmico, y filtración de aire y líquidos. [21] Las fibras de carbono recicladas se valoran hasta en 50 dólares por libra de material. [5]
El reciclaje de materiales compuestos es más complicado que el de las aleaciones metálicas porque la industria aún tiene que desarrollar métodos para reutilizar los componentes individuales que forman el material. [5] Una gran parte de los materiales compuestos se convierten en desechos cuando los aviones se retiran y se desmontan. [2]
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El proceso de reciclaje debe garantizar que haya bajas cantidades de impurezas metálicas dentro de los componentes reciclados de las aeronaves. [3] Como los componentes reciclados deben cumplir con las especificaciones requeridas cuando se implementan en otras aeronaves, los componentes reciclados (en particular las aleaciones de metal ) deben organizarse adecuadamente para asegurar un procesamiento exitoso. [3] Primero, una aeronave se transporta a un centro de reciclaje de aeronaves donde se desmonta. [3] Las condiciones del desierto son ideales para el almacenamiento porque se requiere baja humedad para mantener la condición de la aeronave. [22] La aeronave se drena de combustible, se lava para eliminar la sal corrosiva y se lubrica. [22]
Se retiran los dispositivos explosivos de las rampas de evacuación , se sellan los conductos de aire y se aplica una capa protectora de pintura. [23] Los componentes no metálicos sin valor de reciclaje se descartan y se desmontan las áreas principales de la aeronave. [4] Los componentes de aleación se organizan en función de su composición metalúrgica y luego se integran según se desee en la aleación de nuevos metales. [4]
La aleación implica la recolección de chatarra con diferentes propiedades para volver a fundirla y formar una única aleación homogénea . [24] La mayoría de las aleaciones utilizadas en los aviones son aceros de la serie 2xxx (Al-Cu-Mn) o 7xxx (Al-Zn-Mg). [24] Cuando se encuentran elementos de aleación secundarios en más del 10 % dentro de una aleación de acero, las propiedades del acero son especialmente valiosas para reciclarlo en su uso en aviones. [24] A menudo, se implementan diferentes aleaciones en diferentes componentes de los aviones, lo que permite una separación más clara del acero. [24]
Los componentes como trenes de aterrizaje, secciones de cola, flaps, alas y fuselajes están compuestos principalmente de aceros de la serie 2xxx o 7xxx , y se separan al desmantelar la aeronave. [25] Los asientos pueden valer hasta $5000 y un tren de aterrizaje de aeronave puede venderse por más de $1 millón. [16] Los cables, baterías y otros desechos electrónicos se introducen en las cadenas de reciclaje convencionales. [16] Como los componentes interiores de plástico a menudo contienen productos químicos retardantes de llama, no son reciclables. [16] Aunque el metal reciclado no cumple con especificaciones de aleación muy altas para propiedades como la tenacidad , el metal del componente reciclado aún puede integrarse en el material de fusión: un material de diferentes metales que luego se funden juntos. [25]
Antes de introducir el metal reciclado en las existencias de metal para su aleación, a veces se requiere un procesamiento adicional para eliminar los contaminantes . [26] Los residuos elementales son una preocupación importante cuando se considera el reciclaje del acero de las aeronaves porque no se pueden introducir de forma segura en los aceros reutilizados. [26] Aunque los plásticos a menudo no han sido reciclables debido al uso de productos químicos retardantes de llama , se están desarrollando nuevos métodos para reciclar estos plásticos de manera eficaz. [27] Allred y Salas (2005) realizaron una investigación en 2005 sobre un proceso de conversión catalítica a bajas temperaturas para convertir caucho , termoestables y termoplásticos en subproductos de hidrocarburos utilizables. [27] Se demostró que este proceso reduce la presencia de sustancias peligrosas en un 80%. [27] Otros residuos inorgánicos, como metales pesados y óxidos, se pueden volver a fundir para eliminar su toxicidad. [27] Para los componentes metálicos grandes que constituyen el cuerpo de la aeronave, se requiere trituración antes de que los restos de metal resultantes se puedan introducir en la existencia de fusión. [26]
Las fibras de carbono se encuentran entre los materiales no metálicos más comunes que se reciclan de los aviones. [27] Las fibras de carbono recicladas no experimentan ninguna degradación mecánica y, en consecuencia, se pueden reforzar en plásticos, polímeros o vidrio para formar materiales compuestos . [27] La fibra reciclada se puede cortar a longitudes específicas antes de integrarse en estos materiales, lo que proporciona una gran cantidad de flexibilidad para cumplir con las especificaciones de reutilización. [27]
Un avión de pasajeros se puede desmantelar en 1.500-2.000 partes (1.000 LRU aproximadamente ) en 30-60 días, incluidos motores, tren de aterrizaje, unidades de potencia auxiliares y componentes, pero se puede estacionar un año o dos para maximizar la recolección de piezas. [28] Un avión de metal se puede reciclar hasta en un 85-90% en masa, y se puede mantener para fuselajes compuestos a medida que la industria se adapta a un mercado creciente de fibra de carbono. [28]
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El arrendador de aeronaves Avolon contabilizó un total de 2.100 aeronaves almacenadas durante 2017. [11] De ellas, el 48% se consideraron no aptas para futuros vuelos, lo que las convierte en candidatas viables para el reciclaje de aeronaves. Las aeronaves que han estado estacionadas durante tres años tienen una probabilidad del 50% de ser reutilizadas para volar, y una probabilidad del 20% después de cinco años de almacenamiento. [11] Aunque se espera que las estadísticas mundiales de transporte a reacción se dupliquen en los próximos 20 años (a partir de 2013) con 43.000 nuevas entregas y 16.000 retiros proyectados hasta 2037, se espera que el recuento total de aeronaves almacenadas se mantenga constante durante este tiempo. [11]
El pico de retiro de aviones se produjo en 2013 con un total de 700 retiros. [9] La fuerte demanda de aviones entre 2013 y 2016 provocó que el retiro anual disminuyera a aproximadamente 500 retiros. [29] Las bajas totalizaron 505 retiros en 2018, aumentaron a 2200 aviones en 2020 y totalizaron 3900 aviones en 2022 según el pronóstico de la compañía Jefferies. [29]
Las industrias de desmontaje y reciclaje de aeronaves son responsables de un mercado anual de 2.000 millones de dólares en ventas de piezas de aeronaves. [1] Se estima que entre 400 y 450 aeronaves se desmontan anualmente, y se cree que 12.500 aeronaves serán retiradas entre 2009 y 2029. [1] La mayoría de los aviones retirados que están destinados al reciclaje se pueden encontrar en la Base Aérea Davis-Monthan en Tucson, Arizona. [30] Davis-Monthan es responsable de almacenar al menos 4.400 aeronaves retiradas. [30] Su vecino, el Puerto Aéreo y Espacial de Mojave , almacena más de 1000 aeronaves civiles. [30] Hay múltiples plataformas internacionales que contribuyen al sector del reciclaje de aeronaves que son propiedad de empresas como Bartin Aero Recycling en Francia, Air Salvage International en el Reino Unido y Airbus en el aeropuerto de Tarbes . [15] La última de estas ubicaciones es una instalación de investigación designada para el reciclaje de aeronaves como parte del Proyecto PAMELA . [15]
Una publicación de 2019 muestra que la mayoría de las aeronaves bajo la jurisdicción de Airbus son aviones más pequeños y de fuselaje estrecho, mientras que los aviones de fuselaje ancho solo constituyen el 31% de la flota total retirada de Airbus. [31] La flota está compuesta por un 58% de aviones de fuselaje estrecho de la serie Boeing , un 29% de McDonnell Douglas MD-80 y un 12% de Airbus A340 . [31] Los aviones de la serie Boeing 777 constituían el 40% de los aviones de fuselaje ancho. [31] A medida que aumenta la popularidad de los vuelos comerciales y el uso de aeronaves, la fase de retiro de una aeronave se hace más larga mientras aumenta la demanda de componentes reciclados. [31] Este patrón aumenta el precio de mercado de los componentes reciclados y aumenta las ganancias que la industria del reciclaje de aeronaves puede adquirir. [31]
La AFRA (Asociación de Reciclaje de Flotas Aeronáuticas) es la organización con mayor participación en la industria del reciclaje de aeronaves. [1] Desde 2009, la AFRA ha participado en aproximadamente un tercio de todas las operaciones de desmontaje de aeronaves anualmente. [1] La AFRA opera a nivel internacional y busca promover estándares ambientalmente sustentables en los procedimientos de desmontaje y reciclaje de aeronaves. [1]
Se estima que los aviones reciclados tienen un valor de entre 1 y 3 millones de dólares en piezas, y casi el 80% del valor proviene del motor del avión. [20] Otras piezas, como la unidad de potencia auxiliar y el tren de aterrizaje, se recertifican y se venden de segunda mano, o se reutilizan como piezas de repuesto por la compañía aérea. [20] Las piezas restantes hechas de materiales no metálicos, incluidos plásticos y telas, se envían a centros de reciclaje. [20]
Con aviones más nuevos como el Boeing 787 Dreamliner que está hecho de casi el 50% de compuestos, ha habido avances en el proceso de reciclaje de estos materiales a través del reciclaje mecánico, el proceso de lecho fluidizado, la pirólisis o la solvólisis. [20] El reciclaje mecánico implica triturar los compuestos y usarlos como relleno para otras aplicaciones de menor calidad, aunque esto se limita a los compuestos de fibra de vidrio como la fibra de vidrio. [20] El proceso de lecho fluidizado quema los materiales compuestos y utiliza el calor para generar electricidad. [20] La matriz del compuesto también se quema dejando solo las fibras limpias que se pueden extraer del sistema. [20] Este proceso de reciclaje tiene la capacidad de separar los metales de la fibra de carbono al mismo tiempo que se ocupa de materiales compuestos mixtos; sin embargo, el proceso requiere grandes cantidades de aire caliente y conduce a un ligero cambio en las propiedades de la fibra. [20] La pirólisis toma el carbono y calienta los compuestos sin oxígeno presente para separar la matriz y deja solo el material de fibra; el proceso produce dióxido de carbono o metano. [20] La pirólisis también se puede utilizar para crear combustible a partir de los compuestos que se pueden quemar para producir energía. [5] La solvólisis utiliza un disolvente para romper los enlaces químicos de la matriz, dejando atrás la fibra de carbono u otro material de fibra. [20] Los compuestos reciclados tienen un uso más limitado, ya que no se pueden utilizar en componentes críticos debido a la dificultad de volver a tejer fibras recicladas y la disminución de la longitud de la fibra que normalmente ocurre durante el reciclaje. [20]
Las piezas que no se pueden reciclar directamente se pueden reutilizar o reutilizar para fabricar obras de arte, ropa o muebles. [1] Por ejemplo, la empresa SkyArt toma plásticos compuestos y mixtos, que normalmente acabarían en un vertedero, y los recicla para fabricar simuladores de aviones y otros muebles. [1]
El reciclaje de piezas de aviones requiere menos energía que la producción de piezas primarias porque los procesos de fabricación de materiales como el aluminio y el acero consumen mucha energía. [32] El reciclaje, a su vez, conduce a una disminución de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. [33] Por ejemplo, el reciclaje de aluminio requiere un 95% menos de energía que la producción de aluminio virgen (no reciclado). [33]
Sin embargo, cuando se reciclan compuestos, el proceso debe realizarse con el cuidado adecuado para evitar problemas ambientales y de seguridad. [1] Ciertos compuestos pueden clasificarse como residuos peligrosos dependiendo de los productos químicos que los recubren, como el cromo hexavalente , por lo que se deben tomar precauciones adicionales al reciclar estos materiales. [1] Además, si un compuesto es fibra de carbono , se deben tomar precauciones al fundir el material para reciclarlo para evitar la liberación de fibras conductoras de electricidad que pueden causar interferencias eléctricas en los dispositivos. [1]
Las limitaciones en el reciclaje de materiales aeronáuticos incluyen el costo, las impurezas en las aleaciones, los materiales peligrosos y la calidad de los componentes reciclados. [5] [6] [7] [8] La industria del reciclaje de aeronaves se enfrenta al desafío de la ubicación dispersa de los centros de reciclaje y el costo asociado con el transporte de metales reciclados desde ubicaciones remotas. [7] Las variaciones en el precio de mercado del aluminio reciclado también afectan la rentabilidad de los sitios de reciclaje. [7]
La extracción de aluminio de los aviones es difícil porque los compuestos de los aviones suelen contener cantidades relativamente altas de aleaciones de metales mezclados y los aviones nuevos generalmente necesitan aluminio con niveles más bajos de impurezas. [8] Además, la variedad de aleaciones de aluminio que tienen un buen rendimiento y se pueden producir directamente a partir de aluminio reciclado es limitada. [6] Otra limitación para el reciclaje de aluminio para aviones es la falta de automatización en el proceso de reciclaje. [6] El manejo seguro de materiales peligrosos al reciclar aviones plantea más desafíos operativos. [7] Es más probable encontrar materiales peligrosos en aviones viejos que pueden contener sustancias como asbesto , cromo hexavalente (que se encuentra en la imprimación de pintura) y halón 1301 (que se encuentra en los extintores de incendios). [7] La presencia de litio con aluminio, que se encuentra en algunas aleaciones de aviones, es peligrosa ya que puede explotar cuando se vuelve a fundir el aluminio de desecho. [7]
Los principales desafíos para el reciclaje de materiales compuestos son el alto costo, las debilidades en las propiedades físicas de los compuestos reciclados y la falta de demanda de compuestos reciclados. [5] La fibra de carbono es un material compuesto que actualmente no se recicla ampliamente. [28] Con los procesos actuales en funcionamiento, es difícil clasificar los materiales compuestos antes de que pueda ocurrir el reciclaje. [20] Este es especialmente el caso del metal que se entrelaza en piezas compuestas. [20] La fibra de carbono que se recicla generalmente no se convierte en productos de fibra de carbono posteriores, sino que se utiliza para aplicaciones como material de relleno barato. [28]
Desmontaje especial de la estructura de un Boeing 777 desde detrás de las alas hasta la cola.