Los residuos biogénicos pueden convertirse en recursos industriales valiosos. Además de reducir costos y energía, ofrece una técnica respetuosa con el medio ambiente.
Carolina del Norte, EE.UU. | | Todo El Campo | Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (*) desarrollaron una técnica innovadora que utiliza cáscaras de huevo en polvo para producir aleaciones de magnesio más fuertes y ligeras. Este enfoque busca reemplazar materiales convencionales de calcio, cuya producción es costosa y altamente demandante en energía.
Las cáscaras de huevo, compuestas en un 95% por carbonato de calcio, se convierten durante el proceso en óxido de calcio y calcio incipiente. Esto permite mejorar las propiedades mecánicas del magnesio, reduciendo pasos en la cadena de producción y generando un método más sostenible y económico.
El procedimiento consiste en perforar bloques de magnesio, rellenarlos con polvo de cáscara y someterlos a extrusión por fricción y agitación. La fricción transforma el carbonato en óxidos y produce una aleación de alta resistencia, útil para aplicaciones en sectores como el aeroespacial y la electrónica.
Este trabajo demuestra que los residuos biogénicos pueden convertirse en recursos valiosos para la industria. Además de reducir costos y consumo energético, ofrece una cadena de suministro confiable y respetuosa con el medio ambiente.
Los investigadores ya probaron la misma técnica con otros materiales, como polvos magnéticos de samario-cobalto en aluminio reciclado, confirmando su potencial más allá del magnesio. Se trata de un avance hacia una fabricación circular y sostenible de aleaciones metálicas.
El siguiente es el artículo completo de la Universidad de Carolina del Norte*.
Los investigadores han demostrado una técnica que utiliza cáscaras de huevo en polvo para producir aleaciones de magnesio de alta calidad, que tienen una amplia variedad de aplicaciones en el sector automotriz, aeroespacial y biomédico. Las cáscaras de huevo se utilizan como una alternativa de bajo coste y sostenible medioambientalmente a los materiales convencionales de calcio, que se fabrican a partir de mineral mediante un proceso intensivo en energía.
Los materiales de calcio, como el carbonato y el óxido de calcio, se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones.
“Por ejemplo, el carbonato de calcio y el óxido de calcio son materiales importantes para la fabricación de aleaciones metálicas”, dice Bharat Gwalani, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Pero producir esos materiales de calcio depende de un proceso complejo que utiliza materiales extraídos. Hemos demostrado una técnica que nos permite saltar un paso. En lugar de procesar mineral para fabricar materiales de calcio y luego usar esos materiales para producir metales o aleaciones metálicas, hemos demostrado que se puede producir una aleación metálica de alta calidad usando cáscaras de huevo”.
Las cáscaras de huevo son un 95% carbonato de calcio, y el proceso que utilizan los investigadores para incorporar la cáscara en aleaciones la convierte en óxido de calcio y calcio incipiente.
“Hay muchos beneficios en esto”, dice Gwalani. “Hay menos escalones. Tienes una cadena de suministro fiable y sostenible. Las cáscaras de huevo son baratas. Y usas mucha menos energía, porque no tienes que pasar por el proceso de crear productos de calcio a partir del mineral”.
Para este trabajo de prueba de concepto, los investigadores utilizaron cáscaras de huevo para producir aleaciones de magnesio más fuertes y duras, que combinan resistencia y peso que las hacen útiles para aparatos electrónicos y aeroespaciales.
“El calcio se añade al magnesio para mejorar sus propiedades mecánicas”, dice Gwalani. “Queríamos ver si podíamos usar residuos biogénicos – cáscaras de huevo – para producir los materiales de calcio necesarios durante el proceso de fabricación”.
Para este proceso, los investigadores comienzan perforando una serie de agujeros espaciados uniformemente en un bloque cilíndrico de magnesio. Esos agujeros se llenan con cáscaras de huevo finamente molidas. Este bloque se coloca luego en un cilindro de acero. Luego se baja un mandril de acero con un orificio en el centro dentro del cilindro. El mandril funciona esencialmente como un mortero en un mortero, presionando hacia abajo el bloque de magnesio y girando a 300 vueltas por minuto.
Este proceso se denomina extrusión por fricción y agitación. Mientras el mandril presiona hacia abajo y gira, ocurren varias cosas aproximadamente al mismo tiempo. El polvo de cáscara de huevo se mezcla con el magnesio circundante, creando fricción entre las partículas de la cáscara y el metal. Esta fricción convierte el carbonato de calcio en óxido de calcio y calcio, y produce la aleación de alta resistencia Mg2Por último, la presión descendente del mandril expulsa la aleación de magnesio a través del orificio, produciendo una varilla extruida del producto terminado.
“Este trabajo demuestra que se pueden producir aleaciones de magnesio de alto valor y alta calidad utilizando un material de desecho biogénico económico y sostenible”, dice Gwalani. “Esta es una forma escalable, eficiente energéticamente y responsable con el medio ambiente de producir compuestos a base de magnesio utilizando materiales de desecho biogénicos”.
“Y ya hemos demostrado que este enfoque tiene aplicaciones más allá del magnesio y las cáscaras de huevo”, dice Gwalani. “Demostramos a principios de este año que se puede usar el mismo enfoque – extrusión por fricción y agitación (**) – para producir compuestos magnéticos moliendo samario-cobalto magnético (SmCo5) polvo convertido en aluminio reciclado”.
El artículo, “Fabricación circular de compuestos Mg–Eggshell: Transforming Biogenic Waste into Functional Rains” (***), se publica en acceso abierto en el Journal of Magnesium and Alloys. El primer autor del artículo es Aniruddha Malakar, un antiguo investigador postdoctoral en NC State que actualmente trabaja en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico. El artículo fue coescrito por Fu-Yun Tsai, una postdoctoranda en NC State; Md Jasim Uddin, Charles Perkins y Caleb Schenck, estudiantes de doctorado en NC State; M. R. Gaur, antiguo investigador visitante en NC State; X. Li, Julian Escobar y T. Wang del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico; X. Máster de la City University of Hong Kong; y J. Jain del Instituto Indio de Tecnología de Delhi.
Este trabajo se realizó con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval Global, bajo la subvención N00014-23-1-2758; y del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico.
NOTAS.
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