Entre las prohibiciones de los coches con motores térmicos en diversos países, como Japón o el Reino Unido, y las normas anticontaminación europeas que impedirán de facto la venta de todo lo que no sea eléctrico, se perfilan nuevas medidas para mejorar la calidad del aire.
Más allá del efecto invernadero y de las partículas finas (PM) emitidas por los coches diésel y los coches de gasolina de inyección directa sin filtros, las miradas se vuelven hacia las partículas finas resultantes de los frenos. Y s que según un estudio británico el 60% de todas las partículas finas emitidas por el transporte por carretera no provienen de los motores, sino de los neumáticos, de la propia carretera y sobre todo de los frenos.
Solucionar el problema generador por los frenos podría, además, conducir a coches con mejor aspecto y ruedas mucho más limpias.
9.000 toneladas de polvo de partículas finas en suspensión cada año por los frenos
No es un problema nuevo. A mediados de la década pasada ya se puso sobre alerta a la Comisión Europea. Por ejemplo, según el Instituto Nacional de Ciencias Aplicadas de Lyon, la abrasión de las pastillas de freno produce alrededor de 20.000 toneladas de polvo cada año. De la cuales aproximadamente 9.000 toneladas terminarían en suspensión en la atmósfera.
A principios de 2014 se emitió una primera alerta relacionada con este riesgo. El trabajo de un grupo de expertos encargado por la Comisión Europea mostró entonces que los frenos emiten entre “el 16 y el 55%” de las partículas con un diámetro inferior a 10 micrómetros (PM 10) relacionadas con el tráfico.
Se cree que solo la fricción entre las pastillas y los discos de freno ya es responsable de una quinta parte de la contaminación generada por los automóviles. En los próximos años, para limitar estas emisiones de partículas, la Unión Europea debería legislar para la implementación de un sistema de frenos más limpio.
Las pastillas y los discos de freno (o las zapatas y los tambores) funcionan sobre la base de la destrucción mutua, es decir, se desgastan y producen polvo mientras generan suficiente fricción para desacelerar el coche. Ese polvo negro con tonos cobrizos en ocasiones que ensucia las llantas es el resultado de las fricción de las pastillas y los discos de frenos. Y su composición no es precisamente sana.
Destruirse por fricción es un proceso bastante brutal, que se basa en convertir la energía cinética del coche en calor. El calor que se genera en una frenada está directamente relacionado con la velocidad de partida y el peso de un coche.
Una de las consecuencias es la necesidad para los frenos, pastillas y discos, de soportar enormes temperaturas y brutales choques térmicos. Originalmente, los materiales de fricción de los frenos contenían amianto y, sorprendentemente, durante mucho tiempo se permitió en la Unión Europea el uso de pastillas de frenos con amianto, hasta 2003 en Francia y hasta 2009 en el Reino Unido, por ejemplo. Y eso que ningún coche nuevo posterior al 1 de enero de 1997 podía salir de fábrica con pastillas que contenían amianto.
En la actualidad, la mayoría de los materiales de fricción se dividen en dos categorías principales: orgánicos sin amianto y metálicos o semimetálicos. Las pastillas de freno orgánicas son populares como equipamiento original porque son silenciosas, funcionan bien en frío y no desgastan mucho el disco de freno, pero en cambio las pastillas se desgastan más rápido.
Los materiales orgánicos sin amianto suelen estar hechos de resinas, fibra de vidrio, kevlar e incluso caucho, mientras que los materiales semimetálicos y metálicos contienen cobre, acero, hierro y otros metales. Las pastillas metálicas o semimetálicas son más agresivas con los discos, se desgastan menos y son un poco más ruidosas, pero funcionan en amplios rangos de temperatura. Soportan mejor las altas temperaturas y suelen ser las que montan los coches de corte más deportivo o pesados, como los SUV.
Los fabricantes de componentes han tomado nota y han desarrollado pastillas con composiciones menos nocivas, como Federal Mogul -uno de los mayores fabricantes de componentes de automoción del mundo- que ha desarrollado pastillas en cuya composición, el cobre presente se ha reducido hasta aproximadamente el 0,5 % (el objetivo para 2025 es que sea un 0 %), cuando hace 10 años, el cobre podía representar, en algunos casos, hasta el 20 % de la pastilla.
Otros, han pensado en soluciones más originales, como el estudio Tallano Technologies que ideó en su día un aspirador de partículas. Si bien deja las llantas limpias, qué hacemos luego con las partículas. Por no mencionar que supone para el fabricante automóvil integrar un nuevo componente. Al final, no llegó a los coches de serie.
La culpa sería más de los discos de frenos que de las pastillas
Sin embargo, la solución podría estar en reimaginar la composición del disco de freno y las pastillas. Y es que Porsche en colaboración con Bosch ha desarrollado un nuevo disco de freno.
Como todos, Porsche se centró inicialmente en la composición de las pastillas de frenos, pero se dieron cuenta que al final los discos son responsables de la mayor parte del polvo de los frenos. Las pastillas, que comúnmente se cree que son las que más polvo generan, solo son responsables del 30 %. La razón es que, si bien pastillas y discos pierden espesor durante su ciclo de vida, los discos tienen una superficie mucho mayor que las pastillas.
Para reducir el polvo que generan los frenos, Porsche reduce la cantidad de material que se desprende del disco durante su vida útil. Así, Porsche recubre el disco de carburo de tungsteno (mucho más duro que el acero). Solo se necesita una fracción del material con respecto al hierro para conseguir una mayor dureza, mayor longevidad y reduciendo además el peso. Son los discos de freno Porsche Surface Coated Brake (PSCB) estranados por el Porsche Cayenne e-Hybrid en 2018.
Cada disco PSCB presenta un núcleo de hierro que lleva una capa de carburo de tungsteno de 100 micrones de espesor (0,1 milímetros). Esa capa permite, según Porsche, un aumento de la longevidad del disco de hasta un 30 % con respecto a un clásico disco de freno y una reducción de hasta el 90 % del polvo generado a lo largo de la vida útil del disco.
Ye s que si bien Porsche recomiendo cambiar el disco de freno cuando ha perdido 1 mm de espesor. Con los discos PSCB, se tiene que perder la capa de carburo de tungsteno de 0,1 mm para poder cambiar el disco de freno. De ahí que emita un 90 % menos de polvo nocivo.
Hay que tener en cuenta que estos discos no pueden funcionar con las clásicas pastillas de freno del mercado, necesitan una pastilla propia cuyo compuesto es mantenido en secreto y fabricada por Akebono.
Estos discos PSCB y esas pastillas especiales tienen un coeficiente de fricción más alto que los clásicos discos de freno de hierro estándar de Porsche y cuentan con la misma resistencia al fading durante un uso repetido.
El coche eléctrico no lo solucionará todo
En el alba de coche eléctrico, centrarse en las pastillas y los discos de freno parece un ejercicio un tanto fútil. Al fin y al cabo, los coches eléctricos usan mucho menos los frenos que un coche convencional, pues parte de la frenada la hace el motor eléctrico.
Tanto es así que es posible conducir en ciudad sin prácticamente tocar el pedal de freno, frenando el coche únicamente levantando con anticipación el pie del acelerador. De hecho, los eléctricos usan tan poco los frenos que Volkswagen ha vuelto a los frenos de tambores para el eje trasero en el Volkswagen ID.4.
Sin embargo, las partículas finas que se desprenden de las frenadas generan cierta preocupación por las dimensiones que tienen. Son partículas ultrafinas de hasta 2,5 micrómetros de diámetro, es decir, unas 200 veces más pequeñas que un grano de arena.
Son especialmente perjudiciales para la salud, ya que pueden penetrar más fácilmente en nuestro sistema respiratorio. Y cuando vemos la composición de esas partículas, aunque los coches eléctricos generen pocas, siempre será mejor evitarlas. Por ejemplo, Porsche propone en opción sus frenos PSCB también el Taycan eléctrico, además de los SUV Macan y Cayenne.
Por otra parte, no podemos olvidar que no todo el parque móvil se va a convertir a la electricidad de un día para otro, todavía quedan muchos años en los que los coches de combustión coexistirán con los eléctricos en la carretera, emitiendo partículas nocivas con cada frenada. Claro que en estos casos, conseguir una pastilla de freno más amigable con nuestra salud podría ser más efectivo que cambiar los discos y las pastillas de los frenos, por una simple cuestión de coste.
Una posible solución asequible podría ser la desarrollada por Mann+Hummel, actualmente en fase final. El fabricante alemán se ha propuesto combatir estas emisiones contaminantes con un filtro para los sistemas de freno. Se trata de una suerte de mordaza que se coloca a continuación de la pinza de freno en el sentido de giro de la rueda, y donde deberían depositarse las partículas a medida que se vayan desprendiendo.
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