La fachada de grafeno que genera, almacena y distribuye energía

Un grupo de investigadores logra un prototipo de pared inteligente de metro y medio de alto capaz de encender y apagar objetos con solo tocarla y que cambia de color cuando se tensa

El grafeno tiene poco más de un década de vida y está cambiando el panorama de la investigación en sectores tan diversos como el de la medicina, la electrónica o la construcción. Se estudia sus posibilidades para fabricar biosensores libres de toxicidad que detecten posibles tumores, para aplicaciones ópticas, acústicas, electrónicas, de construcción, de desalinización, etc. Incluso para hacer realidad el tan famoso ascensor que subiría por cable hasta el espacio. Parece ciencia ficción pero tantas son sus propiedades, desde la resistencia a la flexibilidad o a la capacidad de transmisión eléctrica y la porosidad que «se podría definir como el único material totipotente descubierto hasta ahora; es fácil hacer un símil con este tipo de células llamadas así porque son capaces de convertirse en cualquier tejido. El grafeno sirve para cualquier aplicación imaginable», afirma José Ygnacio Pastor, catedrático de Ciencia de los Materiales de la Universidad Politécnica de Madrid.

Son tantas las aplicaciones que, según Pastor, debería empezar a hablarse de varios grafenos y no de uno sólo, puesto que «dependiendo del uso que se le quiera dar, se trabaja de un modo u otro. El grafeno se puede obtener hasta del azúcar que hay en nuestras casas. Puede variar su forma o se pueden añadir efectos en función de la aplicación, aunque la estructura, una sola lámina de un átomo de carbono de grosor, se mantendría en todos los casos». Las investigaciones del grafeno como generador eléctrico y transmisor de datos son múltiples. Por ejemplo, la Universidad de Manchester, la originaria del descubrimiento, tiene varias líneas de investigación sobre pintura a base de grafeno. Una posibilidad para nuevos envases de conservación de comida pero también para tintes que aplicados en edificios o coches puedan generar energía con sólo un manita de brocha. «Quizá para un huerto solar a día de hoy siga siendo más rentable contar con paneles de silicio que tengan buena eficiencia, pero para un edificio que ahora mismo no está generando nada es ya un logro obtener energía aunque sea con un diez por ciento de eficiencia, y encima aplicando simplemente una mano de pintura. Además, la energía generada podría servir para controlar la temperatura interior o cambiar la opacidad de los cristales de vidrio en función de las necesidades de luz exterior. También se podría almacenar en baterías de grafeno, con las que también se está investigando y que prometen más eficiencia y autonomía que las actuales. Y, por qué no, generar energía y utilizarla para que el propio edificio potabilice agua», explica Pastor.

Lo que parece lejano empieza a ser una realidad gracias a investigaciones como la que se acaba de presentar en Barcelona estos días. Se trata de Pro Skin, un trabajo desarrollado por el Instituto de Arquitectura Avanzada de Cataluña en colaboración con el Instituto de Tecnología italiano que demuestra que es físicamente posible desarrollar fachadas inteligentes que envíen datos en tiempo real al usuario y respondan a la interacción de éste y a los estímulos ambientales.

Para ello se han mezclado sustratos de silicona y polipropileno con grafeno para obtener un material inteligente capaz de cambiar en función de estímulos externos, de manera que «se obtiene un diseño que genera electricidad, la distribuye y la almacena en una única capa. Como el grafeno es muy delgado, se puede aplicar a superficies elásticas, de manera que se tense más o menos cuando hay viento. De esta forma se podría conseguir que la misma fachada active las ventanas para que éstas se abran o se cierren. En este caso funcionaría como un sensor, aunque se puede usar para generar energía y programarse para que sepa dónde y cuándo tiene que distribuir dicha energía», explica Areti Markopoulou, responsable del departamento de I+D del IAAC

Durante el estudio se han utilizado partículas de grafeno, grafito puro, de entre cinco y diez nanómetros de espesor y se han probado diferentes sistemas, entre ellos la de pulverizar distintas superficies «con lo que se obtiene un revestimiento uniforme. También se ha testado la abrasión física con un paño. Una vez incrustado, la superficie se ha pulido con una lijadora eléctrica», continúa la investigadora.

Varios tamaños

Lo que se ha obtenido en laboratorio son varios prototipos; uno de 40x40 centímetros y el mayor de un metro por metro y medio. «Se ha probado en superficies elásticas y se han creado los circuitos. Al final hemos obtenido una fachada capaz de encender y apagar dispositivos cuando se toca y otra más pequeño que cambia de color cuando se tensa. Esta investigación abre el camino hacia las fachadas activas, en las que cada edifico comparta sus datos sobre su consumo interno o su capacidad de generación eléctrica con los usuarios de la ciudad y sobre todo con el resto de edificios, de manera que intercambie energía con las pieles de otros edificios, explica Markopoulo.

Han pasado poco más de diez años desde que se aisló el grafeno y en este tiempo, una media hora en términos científicos como dice Pastor, le ha valido el Nóbel a los investigadores que se encontraron por casualidad con este material. Lo extrajeron con un trozo de celo mientras experimentaban con grafito, el mismo material del que están hechas las puntas de los lápices y cuya base es el carbono, uno de los elementos más abundantes del universo. En este cortísimo intervalo se ha pasado de obtener pocos gramos a un coste improponible a la existencia de unas 20 empresas en Estados Unidos y unas diez en Europa a las que ya es posible comprar kilos de grafeno. «No se trata de utilizar láminas con el cien por cien de grafeno porque sería carísimo, sino de mezclarlo con polímeros o cemento y obtener un especie de composite, de manera que el material con el que se junta se convierte en inteligente, se hace más robusto y con capacidad para transmitir electricidad y gestionar la climatización interna. El trabajo junto al IAAC demuestra que es posible hacer prototipos reales y que las aplicaciones con grafeno en polvo ya son posibles», afirma Ilker Bayer, investigador de materiales del IIT.

Prototipado

OBJETIVOS

El experimento tiene por objetivo transmitir electricidad a través de una membrana flexible y que la misma se active por estímulos ambientales o del usuario

PROPIEDADES

La estructura reacciona también al estiramiento o tensión que se le ejerce gracias a la incrustación de nanopartículas de grafeno

PIEL PROGRAMABLE

Al final se obtiene un piel programable que interactúa con el usuario y se puede programar bien para tener información sobre el consumo y otros datos, bien para encender y apagar aparatos electrónicos