A especialista alemã em compostos INVENT colabora com a SUSTAINair para aumentar a circularidade da aeronave

O projeto Horizonte 2020, SUSTAINair, uma colaboração de 11 organizações europeias de pesquisa e parceiros industriais, foi lançado recentemente em janeiro de 2021 para pesquisar e desenvolver soluções para alcançar uma economia de aviação circular. Isso inclui aumentar a eficiência dos recursos e o desempenho da aeronave, ao mesmo tempo em que reduz o desperdício e os custos com materiais ao longo do ciclo de vida da aeronave. Os parceiros do consórcio observam que, apesar da queda do setor aeroespacial na incerteza, impulsionar a transição verde da indústria de aviação pós-pandemia continua a ser um objetivo estratégico dos governos, fornecendo um caminho para a recuperação.

Mais especificamente, a pesquisa financiada pela UE visa tornar todo o ecossistema da cadeia de abastecimento da aviação mais ecológico, de acordo com o Plano de Ação da Economia Circular, estabelecendo novos padrões para a fabricação aeroespacial e permitindo um aumento nas sinergias intersetoriais. Espera-se que o projeto SUSTAINair forneça ao setor de aviação uma pista para uma economia de baixo carbono mais econômica e, ao mesmo tempo, enfrente o aumento no consumo de recursos, resíduos e emissões. Foi endossado pela iniciativa de pesquisa Future Sky da Associação de Estabelecimentos de Pesquisa Europeus em Aeronáutica (EREA).

Coordenado por Jürgen Roither, engenheiro de pesquisa do Centro de Transporte de Baixa Emissão do Instituto Austríaco de Tecnologia AIT-LKR ( Seibersdorf), a maior organização de pesquisa e tecnologia da Áustria, o projeto deve abranger um período de 3,5 anos com um orçamento de 5 milhões de euros.

Roither enfatiza a função complementar de cada parceiro do projeto dentro de um estágio específico da economia circular do ciclo de vida da aeronave. “O SUSTAINair está tratando de todas as fases da cadeia de valor dos componentes da aeronave, do design circular à fabricação, manutenção e reparo, à montagem e reciclagem, e se destacará por meio da combinação de competência e experiência de seus parceiros de projeto”, diz ele.

Roither acrescenta que as inovações materiais no setor de aviação altamente regulamentado precisam ser certificadas para voar. Por isso, a SUSTAINair está buscando aconselhamento da Agência de Segurança da Aviação da União Europeia (EASA, Colônia, Alemanha), que será chefiada pelo Coordenador de Pesquisa Sênior da EASA, Willy Sigl.

“As contribuições da EASA devem reduzir o tempo de lançamento de novos produtos e modelos de negócios inovadores e permitir um alto nível de proteção, segurança e proteção ambiental. A EASA, portanto, apóia projetos de pesquisa selecionados, como o SUSTAINair, em um papel consultivo sobre aspectos de certificação, regulamentação e avaliação de segurança ”, afirma Sigl.

Especialista em fibra composta junta-se ao projeto

O especialista em fibra composta INVENT GmbH (Braunschweig, Alemanha) também se juntou ao projeto SUSTAINair. Desde 1996, a INVENT GmbH tem desenvolvido e produzido componentes estruturais de alta precisão como uma empresa certificada pela EN 9100 e Nadcap, desde a ideia inicial até a produção em série. Este know-how tecnológico e as instalações de fabricação serão usados ​​e posteriormente desenvolvidos dentro do projeto para alcançar abordagens de economia circular com boa relação custo-benefício para fibras compostas.

Além disso, a forte conexão da INVENT com o setor de aeronáutica de alta tecnologia permite que a empresa contribua para uma série de atividades de alto impacto dentro do projeto. Desenvolvimento de asas de formato variável (metamorfose), tecnologias de integração para tecnologia de sensores e novas técnicas de reutilização de resíduos de produção são apenas alguns exemplos. A INVENT desempenha um papel fundamental na coordenação e fabricação de componentes para a demonstração das tecnologias desenvolvidas no SUSTAINair. As tecnologias básicas de junção, design de interface e fabricação de metal serão transferidas para demonstradores conjuntos mais complexos, que incluirão integração de sensores para monitoramento de integridade estrutural (SHM) e serão fabricadas, testadas e avaliadas para validar o cumprimento dos objetivos do projeto.

“O projeto SUSTAINair opta por uma abordagem muito holística do conceito de economia circular adaptando-o ao contexto aeronáutico. Isso torna este um projeto estimulante de se fazer parte e dá a ele potencial para um impacto real e duradouro, não apenas para o meio ambiente e a indústria, mas também no que diz respeito às políticas de padronização ”, resume Marc Joulian, gerente de projetos SUSTAINair da INVENT.

Atingindo a proporção de compra para voar

A economia circular é uma abordagem para aproveitar ao máximo os recursos, mantendo-os em uso pelo maior tempo possível, aumentando assim o seu valor total ao longo do seu ciclo de vida. A demanda aeroespacial por material de alta qualidade costuma ser acompanhada por grandes quantidades de resíduos durante o processo de fabricação. Isso se aplica a ligas metálicas e compostos.

Os novos métodos de up- e reciclagem desenvolvidos dentro do SUSTAINair para materiais de aviação de metal e compósitos, supostamente contribuirão para uma grande redução de resíduos incorridos durante os processos de fabricação e fim de vida (EOL). Soluções de upcycling serão desenvolvidas para materiais termofixos de carbono e fibra de vidro, bem como compósitos termoplásticos de alto desempenho.

O coordenador do SUSTAINair, Roither, acrescenta que o projeto visa desenvolver componentes de formato quase líquido (fabricados o mais próximo possível do tamanho e formato do produto acabado) para a indústria de aviação para reduzir a proporção de compra para voar perto de um, o que é imperativo se mais material for usado ao longo da corrente do que o descartado. Isso é obtido usando ligas de alumínio nano-eutéticas recentemente inventadas na AIT-LKR em combinação com tecnologias avançadas de fundição sob pressão. “Tal processamento é conhecido na indústria automotiva como 'rápido e eficiente'. A técnica e os materiais adaptados da SUSTAINair tornarão a fabricação de componentes aeroespaciais 'rápida, eficiente e limpa'”, diz Roither.

Novas estruturas aeroespaciais para reduzir o peso, CO ₂ emissões

Novas ligas de metal e materiais compostos, como polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP), são usados ​​para reduzir a massa e aumentar a eficiência aerodinâmica, melhorando o consumo de combustível durante as operações de voo e, portanto, reduzindo as emissões. Pequenas alterações nos materiais ou na estrutura da aeronave podem ter resultados importantes no que diz respeito ao consumo de combustível.

Com isso em mente, os parceiros do consórcio SUSTAINair deverão desenvolver não apenas novos materiais para uma asa flexível, mas também técnicas para a integração de sensores no material usado nos componentes da aeronave. Por exemplo, o monitoramento de dados em tempo real permite que os operadores ajustem a trajetória de voo de uma aeronave, resultando em menor consumo de combustível, aumentando a segurança e a confiabilidade das aeroestruturas, além de reduzir os custos de manutenção.

Essa combinação de metais e materiais compostos não vem sem desafios tecnológicos para as operações de junção e reparo, no entanto, bem como para abordagens circulares no processo EOL. “O que é único no SUSTAINair é que o processo de design será formado para permitir técnicas inovadoras ao longo da cadeia de valor que darão ao material uma vida mais longa com mais valor, respondendo pela desmontagem e upcycling EOL”, diz Chiara Bisagni, professora de aeroespacial estruturas e AIAA Fellow, na TU Delft, Holanda.

Robô de desmontagem para melhorar a reciclabilidade

Aeronaves consistem em muitas peças de vários materiais que precisam ser unidas. Atualmente a união é feita com rebites, de difícil remoção. Isso torna a separação e a reciclagem eficiente dos componentes da aeronave desafiadora e cara a ponto de não ser economicamente viável. Os rebites também tornam as aeronaves mais pesadas, afetando negativamente o consumo de combustível. A especialização específica dos parceiros do projeto em soldagem e outras técnicas de união pode, em última análise, eliminar a necessidade de rebites. De acordo com os parceiros do projeto, esta inovação não pode ser adotada sem alterações aos padrões atuais fornecidos pelas autoridades da aviação, como a EASA.

Apresentando a tecnologia Industry 4.0 no processamento EOL de aeronaves, o projeto SUSTAINair também desenvolverá uma cabeça de robô que detecte e remova automaticamente rebites, permitindo a separação da liga e, portanto, o material reciclado de aeronaves de maior valor. “Para apoiar as atividades de junção e remoção, a INVENT desenvolveu uma nova tecnologia para realizar a separação sem danos de componentes de compósitos ligados por adesivo. O SUSTAINair nos dá a oportunidade de desenvolvê-lo ainda mais ”, acrescenta Jesper de Wit, gerente de projetos do SUSTAINair na INVENT.

No Flightpath 2050

Os parceiros do projeto estão na vanguarda da aviação circular, perseguindo os objetivos definidos pelo Acordo Verde da UE e pelo Flightpath 2050. As inovações tecnológicas trazidas pela transição para uma economia circular podem ser vistas como um caminho para enfrentar os efeitos econômicos do COVID-19 pandemia em indústrias ao longo de toda a cadeia de suprimentos de componentes de aviação.

Os parceiros do projeto são:AIT-LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Áustria), Netherlands Aerospace Centre - NLR (Holanda), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. - DLR (Alemanha), JOANNEUM RESEARCH (Áustria), Johannes Kepler University Linz (Áustria), Delft University of Technology (Holanda), AEROCIRCULAR (Bélgica), INOCON Technologie GmbH (Áustria), INVENT GmbH (Alemanha), Dutch Thermoplastic Components BV (Holanda), RTDS Association (Áustria)

Este projeto SUSTAINair recebeu financiamento do programa de investigação e inovação Horizon 2020 da União Europeia ao abrigo do acordo de subvenção 101006952.