Materiales para una revolución verde

Muchas materias primas, sobre todo las ligadas a la economía digital, todavía dependen de la actividad minera o se consideran críticas debido a su escasez. Frente a esto hay una lista enorme de materiales que salen de laboratorio, lejos de las minas, que se inspiran o directamente vuelven los ojos a la naturaleza como el grafeno, la tela de araña o las cáscaras de la fruta

Cuando se habla de la nueva economía, sobre todo de la digital, muchas veces se mencionan nuevos materiales hasta ahora casi desconocidos. Muchos de ellos se consideran críticos (porque son escasos como las tierras raras o su producción es contaminante como el litio) o están sujetos todavía a la actividad minera. Sin embargo, hay muchos otros que están apareciendo en los laboratorios de todo el mundo, muy lejos de las minas. Algunos de ellos son totalmente nuevos como el sileno y otros o bien están inspirados directamente en la naturaleza, como la tela de araña, o suponen una vuelta a ella como la cáscara de piña.

El grafeno lleva siendo una de las grandes promesas de la ciencia desde hace una década, cuando se descubrió de forma accidental. Andre Geim y Konstantin Novoselov consiguieron el Nobel por un experimento un tanto casual con un lápiz y un trozo de cinta adhesiva. Consiguieron aislar una película de un átomo de groso de carbono, tirando con el celo de un trozo de grafito. Crearon el primer material bidimensional del mundo y descubrieron el enorme potencial de sus propiedades: conductividad térmica, eléctrica, elasticidad, flexibilidad... «Ha habido un boom de publicaciones científicas y el grafeno se ha hecho accesible económicamente, pero le sigue faltando la aplicación. Se está experimentado en mil campos, desde pinturas a cemento óseo para prótesis, es decir, en aplicaciones preindustriales, pero no hay ninguna todavía en el mercado», explica Jose Ygnacio Pastor, catedrático de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid. Una de las grandes promesas, continúa el investigador, es acabar con las pérdidas de energía del sistema eléctrico. El grafeno podría evitar esa pérdida que ahora se sitúa entre el 30 y el 40%.

A pesar de todo, el grafeno ha abierto la puerta a la investigación de otros materiales bidimensionales de grosor atómico, como el sileno que viene del silicio, el arseneno del arsenio o el antimoneno del antimonio. El mes de octubre otra investigación sobre estos materiales bidimensionales consiguió la portada de Nature Electronics. La universidad de Suzhou ha conseguido crear un dispositivo de grafeno blanco (es decir, nitruro de boro hexagonal) para albergar Inteligencia Artificial.

Aunque le siga faltando uso comercial, la sostenibilidad de estos materiales es clara. Y es que para cualquier aplicación se necesita usar muy poquita cantidad. Además, en el caso del grafeno hay que recordar que se trata de carbono, uno de los elementos más abundantes de la Tierra.

Uno de los sectores más activos en cuanto a investigación es el de la construcción. El cemento ya supone por sí solo el 5% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) del mundo. Sin embargo, «el cemento y el ladrillo son difíciles de sustituir, porque son baratos y tienen buenas propiedades», dice Pastor. El sector es bastante conservador y, sin embargo, eso no quita para que se esté experimentado con todo tipo de materiales. Los hay inteligentes como, por ejemplo, el hormigón autorreparable creado por el CISC, al que se le han añadido microcápsulas de epoxi que reaccionan ante las fisuras. Cuando eso ocurre, se rompen sellando el hormigón.

La Nasa desarrolló hace unos años una fachada fotocatalítica, a la que añadieron agua y nanopartículas de dióxido de titanio, haciéndola capaz de eliminar los contaminantes del aire. Según sus datos, esta fachada acaba con casi el 80% del óxido de nitrógeno. También hay alternativas a los ladrillos. Una de ellas, la de la Universidad de Melbourne, es utilizar colillas de cigarillos en su fabricación. Consiguen unos ladrillos más ligeros que los convencionales y acaban con un residuo que llena las calles de las ciudades. También es una realidad, desde 2009 el aluminio transparente, el mismo de las series de ciencia ficción. Lo consiguió la Universidad de Oxford gracias a una mezcla de aluminio, nitrógeno y oxígeno. Tiene una dureza similiar a la del zafiro, por lo que es perfecto como protección antibalas.

Los nuevos materiales también se están colando en la rehabilitación energética, una de las grandes apuestas verdes para la recuperación económica en Europa. No hay que olvidar que los edificios suponen el 40% del consumo de energía y el 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero. La empresa valenciana Hyperin utiliza paja de arroz (un residuo) para crear nuevo material para el aislamiento térmico y acústico. «También en España se está trabajando con corcho reciclado como material aislante», añade Pastor. Incluso, se ha probado con células extraídas de las raíces de los hongos, los micelios, como material aislante.

Si hay un material estrella que lleva tiempo pisando fuerte en el sector, es sin duda, la madera. Si los bosques se gestionan correctamente, la madera es una alternativa que sirve para fijar CO2, además de ser un buen material aislante y de que la energía que se usa en su producción es menor que la de otros materiales como el hormigón. Si además se trata de madera laminada cruzada mejor. Se trata de pequeñas piezas de madera blanda laminadas que se juntan para convertirse en una estructura más grande y se pegan usando alta presión para darle resistencia. Los resultados permiten construcción a mucha altura, hay proyectos de más de 250 metros. De hecho de unos años a esta parte se vive todo un boom en construcción de rascacielos de madera.

MATERIALES INTELIGENTES

Otra gama de materiales con los que se está probando en varios sectores son los llamados inteligentes. Por ejemplo en construcción, el llamado acero con memoria, un material que cambia de forma sometido al calor. «Permite construcciones altamente curvas. Cuando se calienta, el perfil se contrae uniformemente en toda su longitud sin pérdidas por fricción y transfiere la tensión al hormigón», dice Europa Press en un artículo sobre el tema. También el sector de la moda tiene en su catálogo estos nuevos tejidos inteligentes. Los hay con cualidades hidrofóbicas, que protegen contra los rayos del sol, otros autolimpiables o que ayudan a cargar el móvil. Aunque para luchar contra contra el poliéster, un derivado del petróleo estrella de la fast fashion, se está probando con tejidos elaborados con restos de comida o creados directamente y desde cero por bacterias.

RESIDUOS

La Economía Circular está convirtiendo los residuos en una fuente inagotable de posibilidades para fabricar o construir evitando la extracción de nueva materia prima. No hay que olvidar que hasta 7,7 millones de toneladas de alimentos se tiran cada año a la basura solo en España. Con la cáscara de la piña, Piñatex ha creado el primer cuero vegano; Salvatore Ferragamo ha usado cáscara de naranja para producir sus colecciones, y con restos de patata de restaurantes la empresa inglesa Chips Broad fabrica sus complementos de moda. Estos por poner algunos ejemplos.

ALTERNATIVAS AL PLÁSTICO

Sin duda, uno de los mayores esfuerzos de investigación se centra en sustituir el plástico. En 2018 se producían unos 380 millones de toneladas anuales, parte de las cuales termina en el entorno. De hecho un reciente informe de UICN afirma que cada año acaban en el Mediterráneo unas 229.000 toneladas de plástico.

Hay experimentos que van desde encimas que devoran el plástico una vez concluida su vida útil a experimentos con todo tipo de materiales. «En general la búsqueda de alternativas todavía está en un estado incipiente, aunque está creciendo la motivación del sector. Se está probando tanto con materiales de origen renovable como el almidón de patata, el maíz o la caña de azúcar, a otros de origen fósil, pero biodegradables y compostables. No tiene sentido fabricar, como ahora, un material que tarda en desaparecer del ambiente 500 años para un uso final de media hora», matiza Elena Moreno, directora de la empresa española Green Cycles. La firma ha desarrollado una bolsa de lavandería de material compostable, biodegradable e hidrosoluble. De hecho, cuenta con certificado de solubilidad en agua marina. Hacen sus bolsas a partir de un polímero al que añaden aditivos y plastificantes de origen vegetal, que se descompone en agua a más de 50 grados. «Se biodegrada en el agua y acaba descomponiéndose totalmente, de manera que al final los únicos residuos que quedan son agua, CO2, sales minerales y abonos», explica.