Por Bruno Ravel, et al., Safinah Group
El asentamiento de especies marinas en los cascos de los buques conlleva sanciones ecológicas y puede causar daños medioambientales. La acumulación de bioincrustaciones provoca un aumento de la rugosidad del casco, lo que repercute directamente en el consumo de combustible y, por consiguiente, en la emisión de contaminantes atmosféricos de los buques, y aumenta el riesgo de translocación de especies no autóctonas y potencialmente invasoras.
La penalización financiera más importante para la industria naviera es el aumento del consumo de combustible debido a los efectos adversos sobre el rendimiento hidrodinámico, como se muestra en la Tabla 1. Los costes adicionales de mantenimiento se derivan del crecimiento de bioincrustaciones en las tomas de agua de mar, intercambiadores de calor y otros componentes del sistema. Las incrustaciones en el casco afectan a la eficiencia energética global del buque y, por tanto, a la capacidad de los armadores para cumplir sus objetivos de reducción de la huella de carbono.
La aplicación de la normativa de la OMI para 2020 en relación con las emisiones de SOx, que prohíbe el uso de combustible que supere el 0,5% de azufre a menos que el buque esté equipado con un sistema aprobado de limpieza de los gases de escape (depurador), es uno de los principales retos a los que se enfrenta el sector. El cumplimiento de los límites de azufre, ya sea mediante la modernización de los depuradores o el uso de combustibles alternativos, tiene un coste significativo. La eficiencia del combustible es fundamental para todos los buques, especialmente durante el periodo de transición, que probablemente se caracterizará por la fluctuación del precio del combustible.
Cualquier superficie sumergida en agua de mar se cubre con una película de acondicionamiento en cuestión de minutos. Esto es seguido por el desarrollo de micro incrustaciones (capa de limo) e incrustaciones mayores (algas y organismos animales) dentro de dos a tres semanas. La abundancia y riqueza de organismos incrustantes dependen de condiciones ambientales, como la temperatura del agua de mar, salinidad, pH y disponibilidad de nutrientes, entre otros (Fig. 2). La capacidad de las incrustaciones para adherirse al casco depende de la capacidad del recubrimiento para controlarlas. Se espera que las temperaturas promedio de la superficie del mar aumenten debido al cambio climático, lo que probablemente incrementará el riesgo de incrustaciones.
Se prevé que las temperaturas medias de la superficie del mar aumenten debido al cambio climático, lo que probablemente incrementará el riesgo de incrustaciones.
Un control ineficaz de las incrustaciones aumenta la probabilidad de transferencia de especies no autóctonas y potencialmente invasoras, lo que supone un riesgo para la biodiversidad. La erradicación de especies invasoras es un proceso difícil, largo y costoso. Minimizar las amenazas a la bioseguridad derivadas de la translocación de especies no autóctonas es una preocupación creciente para los gobiernos y organismos reguladores internacionales de todo el mundo. Hay ejemplos de buques a los que se ha ordenado abandonar las aguas territoriales debido a un exceso de bioincrustaciones consideradas una amenaza para la bioseguridad. Tales sucesos provocan retrasos y costes adicionales en términos de sobrestadía, gestión de las bioincrustaciones y costes de oportunidad para los armadores y operadores.
En un intento de proporcionar un enfoque global coherente para la gestión de las bioincrustaciones, en 2011 el MEPC de la OMI adoptó las «Directrices para el control y la gestión de las bioincrustaciones de los buques con el fin de minimizar la transferencia de especies acuáticas invasoras». Estas fueron complementadas por, «Directrices para minimizar la transferencia de especies acuáticas invasoras como biofouling Hull Fouling) para embarcaciones de recreación.»
Dado que estas Directrices aún no son vinculantes a nivel internacional, algunos reguladores han desarrollado normativas nacionales o federales que exigen la presentación de pruebas de una estrategia proactiva de gestión de las bioincrustaciones conforme a las recomendaciones de las Directrices. Por ejemplo, en los EE.UU., California exige que todos los buques presenten un plan de gestión activa de las bioincrustaciones o un libro de registro a partir de enero de 2018, y que presenten un formulario de notificación anual del buque en la primera visita de cada año civil.
En Nueva Zelanda, la gestión de bioincrustaciones se rige por la Norma de Gestión de Riesgos de Embarcaciones, según la cual todos los buques deben llegar con un «casco limpio.» La definición de «casco limpio» varía según el itinerario del buque: por ejemplo, una estancia corta (<21 días) permite una capa de limo, percebes y pequeñas cantidades (<5% de cobertura) de incrustaciones «accidentales».
Mantener un casco libre de bioincrustaciones puede ser todo un reto y, una vez que el casco del buque está contaminado, las opciones de que disponen los armadores y operadores son limitadas y pueden resultar costosas y llevar mucho tiempo, entre las que se incluyen las siguientes. Operaciones en el agua (limpieza): La limpieza proactiva en el agua, también conocida como «grooming», es una estrategia que están explorando algunos operadores. Sin embargo, las operaciones en el agua deben planificarse y gestionarse cuidadosamente, ya que la frecuencia y el método de limpieza pueden tener graves repercusiones en el rendimiento, la longevidad y la integridad del revestimiento.
Operaciones en el Agua (Limpieza):
Las operaciones en el agua también son objeto de escrutinio por parte de los reguladores debido a la preocupación por la contaminación química derivada de la consiguiente liberación de biocidas. Es probable que los organismos reguladores exijan datos sobre los vertidos químicos generados por los distintos tipos de operaciones en el agua. Las restricciones y prohibiciones de las operaciones en el agua se están introduciendo en diferentes lugares, lo que plantea complicaciones adicionales para las operaciones de los buques y dificultades para cumplir con la normativa de gestión de bioincrustaciones en todo el mundo.
Reparaciones en dique seco:
La necesidad de que un buque entre en dique seco viene determinada por los requisitos normativos y los intervalos entre diques varían en función de la edad del buque y otros factores. Las reparaciones implican un lavado con agua dulce a alta presión, seguido de chorro de agua a presión ultra alta (UHP) o chorro abrasivo para eliminar cualquier revestimiento dañado. Una vez finalizado el chorreado total o parcial, se aplican las capas anticorrosivas y de anclaje y, a continuación, las capas de control de incrustaciones. Los revestimientos, incrustaciones y limos eliminados, así como la granalla de chorreado utilizada, deben tratarse como residuos peligrosos. El agua utilizada para el lavado UHP suele filtrarse, mientras que los botes de pintura usados y vacíos deben recogerse y tratarse como corresponde.
Teniendo en cuenta estos factores, resulta difícil elegir el método adecuado de control de las incrustaciones. Al seleccionar la solución óptima, el rendimiento del revestimiento ya no se define únicamente por las propiedades de control de las incrustaciones. Los revestimientos deben proporcionar un control fiable y predecible de las incrustaciones en una variedad de condiciones operativas y, al mismo tiempo, ser capaces de soportar la creciente frecuencia potencial de las operaciones en el agua.
«Rendimiento óptimo del revestimiento» es un término relativo definido y entendido de diferentes maneras por las distintas partes implicadas en el proceso. Algunos de los parámetros utilizados para definir el «rendimiento del revestimiento» son los siguientes:
Para los armadores, rendimiento predecible y costes mínimos asociados a la gestión de las bioincrustaciones y el consumo de combustible, menor mantenimiento del casco y limpieza de emergencia debido a las restricciones;
Para los reguladores, un riesgo mínimo de translocar especies invasoras y contaminar las aguas territoriales, bajos niveles de emisión; y
Para los astilleros/aplicadores, un proceso de revestimiento simplificado para mejorar la productividad, facilidad de reparación, tiempo mínimo de inmersión en diversos tipos de entorno (agua dulce y agua de mar), buen rendimiento estático durante los periodos de equipamiento. Los astilleros tienden a ser reacios a modificar un proceso de revestimiento para adaptarlo a un nuevo producto o proceso, a menos que beneficie a sus actividades de producción.
Debido a la cantidad de factores que afectan al rendimiento de los revestimientos en términos de control de las incrustaciones, el proceso de selección se vuelve crucial, ya que es necesario comprender el rendimiento y las propiedades de los productos existentes y adaptarlos al patrón de operaciones de cada buque para lograr un rendimiento óptimo en servicio.
Tecnologías libres de biocidas
El control de las incrustaciones se consigue utilizando tanto tecnologías sin biocidas como recubrimientos biocidas. Los tipos de tecnologías sin biocidas disponibles en la actualidad incluyen recubrimientos liberadores de incrustaciones, recubrimientos duros, tecnologías ultrasónicas, etc., y sus características son las siguientes.
Los revestimientos antiincrustantes (FRC) suelen basarse en una matriz de silicona y se caracterizan por su baja energía superficial y su naturaleza elastomérica, que impide la adherencia de las incrustaciones. Sin embargo, los FRCS han sido propensos al ensuciamiento por limo, que aún puede tener un efecto significativo en el rendimiento del buque. Los FRCS son más adecuados para recipientes rápidos y de alta actividad, aunque los productos desarrollados recientemente afirman que mejoran el rendimiento a velocidades más bajas. El proceso de aplicación de los revestimientos a base de silicona también puede ser complicado debido a la necesidad de enmascarar y utilizar equipos de aplicación específicos, lo que añade tiempo y costes a la operación. Por ello, muchos astilleros siguen siendo reacios a aplicar FRCS, sobre todo en las nuevas construcciones.
Recientemente, se ha adoptado un enfoque diferente, incorporando un biocida en la formulación del FRC. Se afirma que este enfoque reduce los problemas asociados a la adherencia del limo y mejora el rendimiento en periodos estáticos prolongados.
Los revestimientos duros suelen basarse en tecnologías epoxi y viniléster, no contienen biocidas y se ensucian con relativa rapidez.
Gracias a sus buenas propiedades mecánicas, pueden someterse a operaciones regulares en el agua (limpieza o aseo) sin dañar la integridad del revestimiento. Estos revestimientos ofrecen una buena resistencia a la abrasión y son adecuados para climas fríos y para la navegación en pasos de agua propensos al hielo. Sin embargo, debido a las restricciones y prohibiciones regionales y locales, la planificación y ejecución de operaciones regulares de limpieza en el agua puede ser un reto para los buques que no operan en una ruta fija.
Otras tecnologías sin biocidas incluyen el uso de tecnologías ultrasónicas, luces UV y aireación del casco. A pesar de los prometedores resultados obtenidos en algunos casos, el nivel de preparación de las tecnologías alternativas varía, con problemas relacionados con la tasa de lixiviación de los biocidas, la ampliación, el mantenimiento y los requisitos energéticos adicionales. Además, algunas de las tecnologías pueden no ser adecuadas para la totalidad del casco submarino.
Dado que superar estos retos requiere tiempo y esfuerzos continuos de I+D, es probable que los revestimientos líquidos, y especialmente los biocidas, sigan dominando este mercado y sean la solución preferida para prevenir las incrustaciones en un futuro próximo.
Biocidas
Los biocidas de los revestimientos antiincrustantes impiden la adhesión de distintos tipos de incrustaciones (animales, algas y limo) al casco submarino. Para que sean eficaces en toda la gama de organismos incrustantes, se suele utilizar una combinación de biocidas.
Un paquete biocida típico comprende una mezcla de un biocida inorgánico (óxido cuproso) y uno o más biocidas de refuerzo (orgánicos y/u organometálicos) para ser eficaz en todo el espectro de organismos objetivo. La salinidad, la temperatura y el pH del agua de mar son algunos de los factores que pueden influir en la eficacia de las combinaciones de biocidas.
A lo largo de los años, la preocupación medioambiental por el uso del óxido cuproso ha llevado a los investigadores a estudiar su reducción o sustitución en los revestimientos antiincrustantes. En algunos lugares, los organismos reguladores han establecido límites a la tasa de liberación de cobre como parte del proceso de registro de los revestimientos. Por ejemplo, en California, la tasa máxima de lixiviación de cobre permitida para los productos de embarcaciones de recreo es de 9,5 ug/cm2 al día. En Washington, se está debatiendo la prohibición del uso de antiincrustantes a base de cobre en embarcaciones de recreo.
La selección del biocida de refuerzo es fundamental, ya que determinará la eficacia de los revestimientos antiincrustantes frente a las incrustaciones de limo y maleza. También se ha descubierto que algunos biocidas de refuerzo tienen cierto efecto contra los percebes, lo que puede llevar a una posible reducción de la cantidad de óxido cuproso utilizado en la formulación.
Lo ideal sería que el biocida se desarrollara específicamente para el mercado de los antiincrustantes. Sin embargo, muchos de los biocidas que se utilizan actualmente se han desarrollado para otros mercados, como la industria agrícola, y luego han encontrado usos adicionales en los revestimientos antiincrustantes.
Revestimientos biocidas
En términos muy generales, un revestimiento biocida comprende un sistema de resina soluble, o parcialmente soluble, que contiene una mezcla de biocidas eficaces contra una amplia gama de organismos incrustantes. Los revestimientos biocidas se diferencian principalmente por el sistema de resina utilizado, también denominado «mecanismo de suministro», y por el nivel y tipo de biocidas. La solubilidad del sistema de resina y la eficacia de los biocidas utilizados son los parámetros clave que determinan el rendimiento global del revestimiento.
Los revestimientos antiincrustantes biocidas son la tecnología más utilizada para el control de las incrustaciones. Por lo general, son bastante eficaces contra las incrustaciones, pero aún no se ha formulado el revestimiento perfecto. Los productos actuales se beneficiarían de un mejor rendimiento antiincrustante durante periodos estáticos prolongados.
Los dos tipos más antiguos de recubrimientos biocidas son los polímeros de agotamiento controlado (CDC) y los copolímeros autopulimentables (SPC). En la figura 3 se muestra una comparación de sus índices de liberación de biocidas. Más recientemente, se han introducido sistemas híbridos. Se trata de una mezcla de las tecnologías CDP y SPC.
Los CDP utilizan una combinación de resina soluble (normalmente colofonia) y resina insoluble. Variar la proporción de material soluble e insoluble permite ajustar la velocidad de disolución y, por tanto, la velocidad de liberación del biocida. Esto permite que el revestimiento antiincrustante se adapte al patrón de comercio del barco. Una vez en el agua, la resina soluble empieza a disolverse y el biocida se lixivia en el agua de mar circundante, dejando una zona agotada (resina insoluble) en la superficie. Esto se denomina capa de lixiviación. El grosor de la capa de lixiviación aumenta con el tiempo ralentizando la liberación del biocida hasta un punto en el que ya no es tan eficaz para prevenir las incrustaciones. Este punto se alcanza normalmente al cabo de tres años.
Los sistemas aglutinantes de SPC más comunes se basan en acrilato de cobre, acrilato de zinc, acrilato de sililo o metacrilato de sililo. Estos sistemas de resina se disuelven o «pulen» de forma controlada mediante una reacción química con el agua de mar, manteniendo una capa de lixiviación de espesor constante. El resultado es una tasa de liberación de biocidas controlada y un control de las incrustaciones predecible. Al igual que ocurre con los CDP, la cuidadosa selección de la resina SPC y del paquete biocida asociado permite un ajuste preciso del sistema para adaptarlo a los requisitos de control de las incrustaciones de los buques. La selección del producto adecuado permite una prevención de las incrustaciones a largo plazo, de hasta 5 a 7,5 años en algunos casos.
Los antiincrustantes híbridos son mezclas cuidadosamente formuladas de tecnologías CDP y SPC, que equilibran el rendimiento final con los costes. Los nuevos avances en biocidas de refuerzo ampliarán la gama de opciones disponibles para el formulador y ayudarán al desarrollo de revestimientos antiincrustantes con un rendimiento predecible. Sin embargo, recientemente se han comercializado pocos biocidas nuevos debido a los costes generales y al tiempo necesario para el registro y la prueba de rendimiento.
Registro de una Formulación Antiincrustante
Los nuevos biocidas y cualquier pintura antiincrustante que los contenga deben someterse al proceso de registro. Tanto las sustancias activas biocidas nuevas como las ya existentes deben ser registradas, normalmente por el fabricante, en los lugares donde se vayan a utilizar los biocidas (pinturas antiincrustantes). Sin embargo, los amplios requisitos del expediente reglamentario son costosos y no hay uniformidad entre los países.
Una vez concedido, el registro se revisa periódicamente. En Europa, la revisión/renovación de los biocidas se rige por el Reglamento de Biocidas y varía de 5 a 10 años en función del tipo de aprobación obtenida. Las sustancias activas que no están clasificadas como candidatas a la sustitución se aprueban por un máximo de 10 años, y las sustancias activas clasificadas como candidatas a la sustitución se aprueban por un máximo de 7 años (o 5 años si cumplen uno o más criterios de exclusión).
Las sustancias activas biocidas (óxido de cobre y biocidas de refuerzo) están sometidas a presiones normativas, y es posible que algunas no se renueven en el futuro, se restrinjan o se aprueben en un plazo más breve si cumplen uno de los siguientes criterios de exclusión:
- Sustancias carcinógenas, mutágenas y tóxicas para la reproducción de las categorías 1A o 1B según el Reglamento sobre clasificación, etiquetado y envasado;
- Sustancias persistentes, bioacumulativas y tóxicas;
- Disruptores endocrinos; y
- Sustancias muy persistentes y muy bioacumulativas.
Por tanto, es muy probable que la gama de sustancias activas biocidas a disposición de los formuladores para desarrollar nuevas pinturas antiincrustantes disminuya en el futuro.
Al igual que los biocidas, los recubrimientos antiincrustantes deben registrarse en los lugares en los que vayan a utilizarse. En este caso, el registro suele correr a cargo del fabricante de la pintura. Es poco probable que los fabricantes de pinturas asuman el gasto que supone el registro de una pintura sin un beneficio en términos de rendimiento, medio ambiente o costes, o sin la necesidad de sustituir una sustancia activa biocida que ya no esté aprobada o disponible.
Para demostrar el rendimiento antiincrustante y convencer a los armadores y operadores, la pintura antiincrustante debe ser probada en diferentes condiciones ambientales durante un período significativo (normalmente >3 años) en múltiples parches de prueba y aplicaciones en buques completos. El plazo y el alcance de las pruebas dependerán de si se trata de un nuevo desarrollo o de una modificación de un producto actual. El coste reglamentario para los fabricantes de pinturas puede variar enormemente en función del plazo de aprobación de la sustancia activa obtenido (de 5 a 10 años).
Innovación Prometedora
Tanto la industria de los recubrimientos como la de los biocidas han estado trabajando en enfoques innovadores para optimizar la liberación controlada de sustancias biocidas. Uno de estos enfoques -la tecnología de encapsulación- es una innovación prometedora para la liberación controlada de biocidas, con el fin de maximizar el rendimiento de la pintura al tiempo que se gestiona el riesgo para el hombre y el medio ambiente.
La tecnología de encapsulación puede ofrecer:
Una tasa de liberación de biocidas más lineal y predecible entre intervalos de dique seco;
Tasas de liberación más bajas y controladas que proporcionan pinturas antiincrustantes marinas más sostenibles desde el punto de vista medioambiental, al tiempo que ofrecen un rendimiento completo frente a los organismos objetivo;
Reducción de la biodisponibilidad de sustancias peligrosas en las pinturas antiincrustantes para ofrecer productos más seguros durante el almacenamiento, la manipulación y la aplicación por pulverización.
Mejora de las evaluaciones generales de los riesgos para el medio ambiente y las personas en el nivel de autorización del producto, lo que convierte a la tecnología encapsulada en una solución más sostenible desde el punto de vista normativo para la industria.
Conclusiones
Los armadores y operadores están sometidos a una presión cada vez mayor para controlar los costes y cumplir con las emisiones a la atmósfera y al mar. Como parte de este cumplimiento, deben confiar en el control de las incrustaciones basado en revestimientos biocidas o sin biocidas, que cumplan las normativas nacionales e internacionales.
Aunque los sistemas antiincrustantes siguen siendo eficaces sólo en determinados sectores y conllevan complejos requisitos de aplicación, es probable que las opciones biocidas sigan dominando el mercado a corto y medio plazo.
Dado que la gama disponible de biocidas registrados puede reducirse año tras año, las empresas de pintura necesitan acceder a nuevos biocidas para desarrollar revestimientos de cascos subacuáticos nuevos y más predecibles. Los armadores pueden contribuir a ello colaborando estrechamente con los proveedores de pinturas para ayudar a sacar al mercado soluciones nuevas, innovadoras y más sostenibles para el control de las incrustaciones.
En este contexto, existe una clara necesidad de innovación continua para garantizar la disponibilidad de nuevos materiales respetuosos con el medio ambiente que permitan el desarrollo de nuevos productos para la industria naval.
