Japón pretende desarrollar materiales innovadores para la aviación

El país aspira a que las aeronaves de pequeño y mediano porte que se fabriquen en el mundo después de 2030 posean en sus motores y fuselajes partes cuyo desarrollo esté en buena medida a cargo de firmas japonesas

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Japón quedó afuera de la industria de la aviación civil durante décadas. Pero ahora pretende volver con fuerza a ese mercado dominado por Estados Unidos y Europa mediante el desarrollo de materiales estructurales innovadores, que puedan aportar a la disminución del consumo de energía y de las emisiones de dióxido de carbono ocasionadas por la quema de combustible de las aeronaves.

El país oriental aspira a que las aeronaves de pequeño y mediano porte que se fabriquen en el mundo después de 2030 tengan en buena medida materiales cuyo desarrollo esté a cargo de empresas japonesas en lo que hace a componentes del motor y partes del fuselaje.

“Desde el final de la Segunda Guerra Mundial, la aviación civil japonesa quedó relegada a un segundo plano. Estamos intentando recuperar nuestra participación y alcanzar a Estados Unidos en ese mercado”, dijo Masahiro Takemura, director del programa Structural Materials for Innovation (SM4I) de la Japan Science and Technology Agency (JST), durante el evento intitulado “La política de Japón en ciencia y tecnología: rumbo a la innovación”, que tuvo lugar el pasado 29 de marzo en la ciudad de São Paulo, en Brasil, y que contó con el apoyo de la FAPESP.

Uno de los objetivos del programa SM4I consiste en mejorar la eficiencia energética de las aeronaves mediante el empleo de materiales estructurales más livianos y más resistentes al calor. Dicho programa cuenta con la participación de 25 empresas japonesas, tales como Mitsubishi y Subaru, además de 36 universidades y 10 institutos de investigación. 

“Nuestro enfoque de investigación recae sobre los polímeros y los polímeros reforzados con fibras de carbono (CFRP), las aleaciones resistentes al calor y los compuestos intermetálicos, los compuestos de matriz cerámica [combinaciones de dos materiales distintos con interfaz común] y la integración de materiales”, dijo Takemura.

En la parte de polímeros y CFRP, los científicos japoneses pretenden desarrollar compuestos poliméricos termoplásticos con alta resistencia al impacto y al calor para su uso en las principales partes estructurales de las aeronaves –en la cola y en las alas– y en las piezas de los motores.

En tanto, en el área de aleaciones resistentes al calor, la idea es desarrollar una tecnología innovadora de forja de aleaciones de titanio y níquel, que son los principales materiales que se utilizan en los motores de las aeronaves y en las turbinas para la generación de energía. “Pretendemos desarrollar un nuevo proceso de forja que permita bajar el costo de esas aleaciones metálicas manteniendo la calidad al mismo tiempo”, explicó Takemura.

En lo que atañe a los compuestos de matriz cerámica, uno de los objetivos consiste en desarrollar una tecnología de revestimiento de barrera que permita dotar de protección a las superficies integradas por componentes cerámicos livianos y resistentes al calor del oxígeno a altas temperaturas y al vapor de agua durante el vuelo.

“El desarrollo de esta tecnología de revestimiento de barrera es vital para la aplicación de esos componentes cerámicos y aportará significativamente a la mejora en el consumo de combustible y a la disminución de las emisiones de dióxido de carbono de los motores de las aeronaves”, dijo Takemura.

En el área de integración de materiales, la idea es crear tecnologías que permitan prever la durabilidad y el desempeño de los materiales con base en datos teóricos y de experimentos y en simulaciones computacionales, con el fin de elevar la competitividad de la industria de materiales de Japón.

El segmento de materiales es considerado estratégico en Japón, y es responsable del 20% de las exportaciones japonesas. El país produce el 70% de las fibras de carbono que se emplean en el mundo. “Pretendemos expandir la participación de Japón en este sector a nivel mundial mediante el desarrollo de materiales estructurales”, dijo Takemura.

Compuestos y nanotecnología

De acuerdo con datos presentados por Eriko Kishida, experto en ciencia y tecnología de la división de cooperación internacional en ciencias del Ministerio de Asuntos Exteriores de su país, Japón cayó del segundo al tercer lugar entre las naciones que más investigación científica realizaron en el área de materiales durante el período 2009-2011 en comparación con el período 1999-2001. Este declive también se registró en otras áreas, tales como Química, Física, Matemática, Ciencia de la Computación, Ingeniería y Ciencias de la Vida.

“Desafortunadamente, la competitividad de Japón en investigación científica está cayendo. Una de las razones de ello es que la investigación científica está incrementándose bastante en China, y esto se ha venido reflejando en los rankings internacionales”, dijo Kishida.

La competitividad industrial de Japón en comparación con la de Estados Unidos y la de Europa en áreas tales como nanotecnología y materiales también ha declinado, dijo la especialista. A los efectos de revitalizar su participación en estas áreas, el país lanzó el programa SM4I en 2014.

“Entre 1995 y 2000, las inversiones de Japón en investigación y desarrollo de materiales se concentraron más bien en materiales a escala nanométrica [de la milmillonésima parte del metro]. En ese lapso de tiempo también se concretó una significativa inversión en nanotecnología en Estados Unidos”, comparó Takemura.

Según el científico, en los últimos años se ha producido un retorno del enfoque de las inversiones en investigación y desarrollo de Japón en materiales estructurales innovadores, que exhiben alta resistencia mecánica a temperaturas elevadas, como en el caso de los materiales compuestos.

Pero la nanotecnología sigue en el radar de los científicos japoneses y también constituye uno de los principales focos de investigación del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) que la FAPESP financia, cuya sede se encuentra en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en Paulo, Brasil.

Los científicos del CDMF se han destacado en el desarrollo de nanocompuestos, tal el nombre que se les da a los materiales compuestos formados por polímeros y nanopartículas funcionales.

“Lo que es importante para nosotros en este Centro es la obtención de esas nanopartículas y su transformación en productos que puedan generar riqueza”, dijo Elson Longo, docente de la UFSCar y coordinador del CDMF, durante su conferencia en el evento.

También participaron del mismo Carlos Américo Pacheco, director presidente del Consejo Técnico Administrativo de la FAPESP, Yasushi Noguchi, cónsul general de Japón en São Paulo, y Angela Hirata, presidente de la Japan House São Paulo.

Pacheco destacó que la FAPESP mantiene acuerdos de cooperación con dos agencias de fomento de la investigación científica de Japón –la JST y la Japan Society for the Promotion of Science (JSPS)– y con tres importantes universidades japonesas: la Hiroshima University, la University of Tokio y la University of Tsukuba.

“La FAPESP ha venido realizando un esfuerzo muy grande de cooperación internacional, lo cual constituye un punto sumamente importante en la agenda de ciencia y tecnología de la mayoría de los países en razón del gran impacto sobre la calidad de la ciencia que se produce en esas naciones”, dijo Pacheco.