Grafeno: dentro de 50 años

Aquí podemos ver el futuro dentro de 50 años como mucho, si apostamos por el grafeno.

Logroño fabrica el "plástico del futuro"

Instalaciones de la empresa Avanzare.

Está llamado a ser el plástico del siglo XXI; el material que revolucionará la fabricación industrial a gran escala. Hablamos del grafeno, un nanomaterial similar a una lámina de papel, transparente y con el espesor de una capa atómica. Se comenzó a producir hace apenas un lustro y su futuro no puede ser más prometedor. Cualidades como su fortaleza y ligereza lo convierten en un excelente conductor térmico y eléctrico y su aplicación es ilimitada en sectores como la electrónica o el militar. 

Un nanomaterial se diferencia de un material convencional por su tamaño. Tiene entre 1 y 100 nanómetros, o lo que es lo mismo, mil millones de veces menor que un metro. Esto se traduce en que los nanomateriales tienen mucha más superficie con la misma cantidad de peso que un material mayor. Y, se supone, presentan una serie de propiedades que los hace únicos. 

Por el momento, el grafeno se fabrica en pequeñas cantidades debido a las limitaciones tecnológicas, pero su producción crece exponencialmente cada 12 meses. “Su uso estaba en la prehistoria hace dos años”, asegura Julio Gómez, fundador y presidente del consejo de administración de Avanzare, empresa riojana de producción de nanomateriales especializada en grafeno. “El año pasado aún estábamos en la Atapuerca de la producción de este material. Pero se está avanzando mucho y muy rápido: cada vez se hace de mayor calidad. En tres años nuestros pedidos han pasado de 50 gramos a cinco kilos”. Como promedio, el grafeno se aplica en un 0,004% del producto final, es decir, una parte de grafeno por cada 25.000. 

Además de Avanzare, otras empresas como Grapheano (Alicante), Graphenea Nanomaterials (San Sebastián), Graph Nanotech (Madrid) o Graphendis (Alicante) han convertido a España en uno de los líderes mundiales en la producción mundial de este material, algo que responde a la calidad de nuestros investigadores. Una excelente noticia para un país acostumbrado a copar los últimos lugares en cuestiones relacionadas con la innovación. 

De momento, su precio actual ronda los 2.500 euros por kilogramo, aunque esta cifra varía mucho en función de la calidad del material. Pero Gómez advierte de que con una escala de producción creciente y una disminución de su coste energético, en el último año su precio se ha reducido en un 85% y la perspectiva es que mantenga ese ritmo decreciente. Con un 11% de la producción mundial de grafeno en polvo (también se fabrica en láminas), la firma riojana es líder global de un sector que genera en el mundo unas cifras de negocio estimadas en unos 15 millones de euros anuales. 

Además de grafeno, Avanzare fabrica otros nanomateriales, normalmente productos intermedios que se utilizan en industrias como la alimentaria, aeronaútica, espacial o automoción y se aplican a materiales como plástico, caucho, papel, cartón, madera o envases. La empresa con sede en Logroño también fabrica un producto final: un sensor basado en el grafeno. 

Gómez recuerda que la investigación básica con nanomateriales comenzó en el año 2000. “Entonces no había fabricantes que la aplicaran a la industria. Vimos que en este sector había una clara oportunidad de negocio y nos lanzamos a montar una empresa química para fabricar nanomateriales”. Fundada a final de 2004, Avanzare ha pasado en solo una década de contar con tres químicos que ocupaban un local de 100 metros cuadrados a disponer de una plantilla de 37 personas que desempeñan su trabajo en dos naves de 2.000 y 2.800 metros cuadrados, donde se reparten los espacios dedicados a laboratorios, I+D, producción y administración. 

Diez años recorridos con paso firme y creativo para competir con multinacionales europeas del sector y empresas de Estados Unidos con enormes volúmenes de inversión de capital riesgo. Gómez asegura que “no hemos tenido inversiones externas. Reinvertimos siempre nuestros beneficios –en torno a un millón de euros anual en I+D–. Para competir, nuestros productos tienen que ser por lo menos mejores que los suyos. Y esto se consigue con mucha innovación. A algunas empresas muy grandes las hemos desplazado completamente y hemos copado hasta el 70% del mercado europeo en algunos nichos”. 

Con un volumen de negocio previsto de unos cuatro millones de euros en el presente ejercicio, Avanzare produce actualmente 60.000 kilos de nanomateriales anuales, de los que exportan aproximadamente el 50 %, una cifra que les sitúa entre los dos primeros productores europeos del sector junto a Nanocyl, firma belga especializada en la fabricación de nanotubos. 

Un sector pujante 

El sector de los materiales químicos vive un periodo de crecimiento tanto en España como en Europa. En lo que se refiere a los nanomateriales, su comercialización crece de forma exponencial en todo el mundo, aunque los mercados registran de forma recurrente algunos cuellos de botella. 

El principal es su elevado precio, aunque la creciente producción y la mayor inversión en investigación están contribuyendo a hacer este sector más competitivo. Otro obstáculo lo representa la seguridad, puesto que es habitual que se comercialicen espolvoreados, con el peligro de que vuelen y puedan ser inhalados, con su consiguiente riesgo para la salud. La alternativa para evitarlo es venderlos insertados en una dispersión sólida o líquida, una práctica cada vez más común entre las empresas del sector. 

También supone un problema el transporte, ya que su elevada superficie complica su movilidad. Es habitual que el traslado de entre 100 y 200 kilos requiera de un camión entero. 

Por último, está la cuestión de que los materiales se procesan de manera diferente y a medida en función de los diferentes clientes y sus aplicaciones. Una solución a esto la ofrece Avanzare, que han patentado un nanointermedio estandarizado.

Autor del Artículo: Andrés García de la Riva

Publicado en: El País

El grafeno quiere salir del laboratorio

En 1859, cuando Edwin Drake perforó el primer pozo de petróleo en Pensilvania (EE UU), es probable que no pudiese imaginar el mundo que se construiría sobre aquel líquido viscoso. Hasta 1888 no se comercializaron los primeros automóviles de gasolina y hasta 1909 no se desarrolló la tecnología que dio comienzo a la era del plástico. Aquella materia prima interesó desde el principio, pero la tecnología transformó su significado para el mundo. 

Hace una década, en un laboratorio de la Universidad de Manchester (Reino Unido), dos hombres nacidos en la Unión Soviética realizaron un descubrimiento cuyo alcance también acabaría por sorprender a sus autores. Andréy Geim, director del laboratorio de nanotecnología de la Universidad, le propuso a su pupilo Konstanin Novoselov que investigase los residuos del trabajo de otros investigadores. Estos, para estudiar el grafito, limpiaban sus capas superficiales pegando cinta adhesiva y tiraban como depilándolo de imperfecciones. Novoselov observó que lo que quedaba pegado eran capas de grafeno, un material de un solo átomo de grosor con unas propiedades que desde entonces no han parado de dar sorpresas. Más resistente que el acero, mejor conductor que el cobre y al mismo tiempo flexible, pronto se empezó a considerar como un material milagro. 

La fiebre del grafeno no ha parado de subir en los últimos años y todos quieren participar de esta promesa. Por el momento, Europa lidera la publicación de artículos científicos sobre el material, es la región que más aporta a su conocimiento. Sin embargo, Corea del Sur, China y Japón le sacan mucha ventaja a la hora de asegurar las patentes, la propiedad intelectual para aprovechar el valor de esos conocimientos cuando se empiecen a utilizar para producir teléfonos móviles, baterías o paneles solares. Además, desde el descubrimiento de este derivado del grafito, se han incorporado otros materiales bidimensionales con características excepcionales que multiplican las posibilidades de este campo. Para no perder esa carrera por el control del grafeno y sus primos, la Unión Europea anunció en 2013 el lanzamiento de la iniciativa Graphene Flagship, un proyecto que pretende unificar los esfuerzos de los principales equipos humanos del continente, desde los investigadores más básicos hasta grandes compañías. Con 1.000 millones de euros y 76 centros de investigación académicos y empresariales de 17 países, es el mayor programa de I+D de la historia de la UE. 

El alcance y los objetivos de esta propuesta han quedado detallados en un documento que se publicará en las próximas semanas en la revista Nanoscale. Las posibilidades, aunque de momento son solo eso, podrían colocar el grafeno en casi todos los ámbitos de la vida. “La alta conductividad eléctrica del grafeno y su gran área de superficie por unidad de masa hace de él un material interesante para el almacenamiento de energía”, se apunta en el informe, liderado por el Andrea Ferrari, investigador de la Universidad de Cambridge y presidente del Consejo Ejecutivo de la Graphene Flagship. 

Además de permitir baterías más ligeras y con más capacidad, sería posible cargarlas en minutos en lugar de las horas que se necesitan ahora. Esa cualidad no solo liberaría a los usuarios de los teléfonos inteligentes de la amenaza de la batería baja, también podría tener un gran impacto en el desarrollo de los coches eléctricos y con ellos, de las energías renovables. Estos automóviles podrían incorporar baterías muy finas distribuidas por toda la estructura del automóvil, evitando ocupar la gran cantidad de espacio que requiere las actuales. También se podrían cargar en minutos en lugar de horas, mejoras convertirían este tipo de vehículos en una alternativa más atractiva a los impulsados por combustibles fósiles. Esta es una de las aplicaciones del grafeno menos lejanas porque la versión del material que se necesita, con cavidades y defectos, no necesitaría tanta maestría. 

“Lo interesante de estas grandes iniciativas es que se coordinan esfuerzos, y se evita que en distintas partes de Europa se haga lo mismo y permite una conexión directa con la industria”, explica Frank Koppens, investigador del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona (ICFO) y uno de los autores de la hoja de ruta para el grafeno. Además de acelerar el paso del laboratorio al mercado, la conexión con la industria “ofrece información sobre sus necesidades, algo que también ayuda a mejorar la investigación fundamental”, añade. Koppens descubrió el año pasado una nueva cualidad extraordinaria del grafeno, su gran capacidad para transformar los fotones de la luz en electrones. Si este fenómeno se pudiese mantener a gran escala, este material se convertiría en un gran recurso para construir paneles solares. 

Superordenadores ecológicos 

No muy lejos de Koppens, también en Barcelona, trabaja otro de los cerebros que lideran esta carrera para trasladar a la vida cotidiana los superpoderes que el grafeno muestra en el laboratorio. Stephan Roche, investigador ICREA en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, es colíder del área de espintrónica del Flagship. Esta tecnología emergente pretende utilizar las cualidades del grafeno para explotar el espín (rotación) de los electrones. Hasta ahora, los circuitos que se encuentran en los ordenadores o los móviles se imprimen sobre silicio, el material sobre el que se construyó la revolución informática. Permitiendo el paso o no de electricidad a través de esos circuitos, es posible codificar en sistema binario la información con la que buscamos ofertas en Internet o enviamos mensajes de texto. El sistema permite aplicaciones fantásticas, pero, como hacen patentes los ordenadores cuando se calientan y sus ventiladores silban, requiere un consumo de energía importante. 

En el grafeno, los electrones se mueven con mucha más libertad, 200 veces más rápido que sobre el silicio, consumiendo mucha menos energía y produciendo menos calor. Además de los descubrimientos de investigadores como Roche, en el grafeno es contemplable manipular el espín de los electrones, una característica magnética de las partículas que, como en el caso de la interrupción o no del paso de la energía sobre el silicio, permitiría codificar información. “Nunca se ha podido construir un dispositivo con estas características porque hasta ahora no se ha conseguido actuar en el espín a temperatura ambiente en ausencia de corriente eléctrica”, explica Roche. Hacerlo permitiría introducir mucha más capacidad de cálculo en menos espacio y con una fracción del consumo energético. 

Como sucedió en el caso del petróleo y con otros avances científicos, es posible que la tecnología realmente transformadora llegue cuando el grafeno se encuentre con un saber que aún no se ha alcanzado. Los participantes en el Graphene Flagship están convencidos de que en cualquier caso este impulso económico —importante para la ciencia, pero muy pequeño si se compara con casi cualquier gran inversión de la UE— servirá para abonar ese tipo de encuentros entre el grafeno, sus primos y las tecnologías sobre las que se construirá el siglo que viene.

Autor del artículo: Daniel Mediavilla

Publicado en: El País Ciencia

Estructura y aplicaciones del grafeno

Fuente: Infografías El País

AIMPLAS inaugura un centro para nuevos materiales y nanocomposites

El Instituto Tecnológico del Plástico (AIMPLAS) ha inaugurado sus nuevas instalaciones en el Parque Tecnológico de Paterna (Valencia).

Se trata de un centro para la investigación de nanomateriales, materiales procedentes de fuentes renovables, composites y materiales inteligentes con el que se amplían y completan las capacidades del centro tecnológico en I+D+i.

El nuevo edificio, que cuenta con una superficie total de 4.500 metros cuadrados distribuidos en tres plantas, va a permitir a AIMPLAS aumentar el número de proyectos de investigación realizados anualmente gracias al nuevo equipamiento con el que ha sido dotado. Por lo tanto, también se elevará la capacidad de transferencia de los conocimientos obtenidos hacia las empresas del sector del plástico, tanto valencianas como nacionales. AIMPLAS inaugura nuevas instalaciones.

El president de la Generalitat, Alberto Fabra, en la visita a las nuevas instalaciones acompañado por el presidente de AIMPLAS, Jaime Pujol, y por el director gerente del Instituto, José Antonio Costa.

Actualmente, AIMPLAS dirige sus actividades de I+D+i exclusivamente a los materiales plásticos y sus procesos de transformación. 

Gracias a la puesta en marcha de estas nuevas instalaciones, los investigadores de AIMPLAS podrán mejorar su capacidad para abordar proyectos relacionados con materiales plásticos de mayor valor añadido y procesos de transformación innovadores, así como su utilización en nuevas aplicaciones en sectores de elevadas exigencias como el del envase, el aeronáutico, la automoción, la construcción y el médico. 

Concretamente, se llevarán a cabo proyectos de desarrollo y mejora de materiales poliméricos renovables, nanocomposites, ignífugos, así como de mejora de sus propiedades y de su procesado. También se prevé desarrollar nuevos productos como envases activos e inteligentes y aquellos basados en materiales reciclados. 

Un edificio sostenible con piel de plástico 

El diseño del nuevo edificio sigue los mismos criterios de sostenibilidad que marcan las líneas de trabajo de AIMPLAS. Por eso se ha tenido especial consideración en reducir al mínimo su consumo energético hasta lograr una calificación energética B con un consumo anual de 49.000 kWh y unas emisiones de CO2 anuales de 32.000 kg. 

Además, en su construcción se ha tratado de utilizar el mayor porcentaje de materiales plásticos posible. Desde el caucho de etileno propileno dieno (EPDM) con el que se han impermeabilizado las cubiertas, que es un material sostenible por el hecho de ser fácilmente reciclable y que ayuda a reducir el consumo energético, hasta los lucernarios y falsos techos acrílicos de PVC, los aislamientos de poliestireno expandido y extruido o las moquetas de nylon y las carpinterías de PVC. 

Pero sin duda, uno de los elementos más singulares del edificio son las fachadas, diseñadas con una serie de revestimientos exteriores plásticos que no solo le confieren un aspecto estético muy interesante y moderno, sino que también poseen una función de control solar del edificio que contribuye a su eficiencia energética.


Fuente: Mundo Aimplast