Puede que hayan escuchado hablar o leído sobre las
baterías de grafeno o sobre el grafeno aplicado a la medicina, por ejemplo. Un
material con muchas aplicaciones interesantes, muchos usos y muchas ventajas
que harán que pronto se hable mucho sobre él… Desde 1930 que se conoce el
grafeno y hasta hoy, el abanico de posibilidades es amplio y el grafeno se ha
convertido en un material (o nanomaterial) que promete mejoras en las baterías,
en dispositivos sanitarios, en componentes deportivos, en pantallas…
El grafeno no es el material del futuro porque hace
años que ya se trabaja con él pero su desarrollo es lento y su
principal inconveniente es que supone un coste más elevado que usar otras
alternativas con las que ya trabajamos. Es por ello, entre otros motivos, que las
aplicaciones tardan en convertirse en una realidad al alcance de todos aunque
ya hay muchos usos en el día a día y se espera que se multipliquen en próximos
años.
¿Qué es el grafeno?
Antes de preguntarnos cuáles son sus principales
ventajas o cuáles son las aplicaciones o las aportaciones del grafeno a nuestro
día a día, conviene repasar qué es. Es un nanomaterial (un
material con dimensiones inferiores a una millonésima de milímetro) que está
compuesto por una agrupación de átomos de carbono que están colocados con una
configuración hexagonal. Similar a la que tendría un panal de abejas.
Es una capa de carbono que tiene sólo un
átomo de espesor y se trata de un material con un grosor muy pequeño,
considerado como bidimensional. Es decir, que ocupa sólo dos dimensiones en el
espacio. En cada milímetro de grafito, como el que usas habitualmente en
lápices escolares, hay tres millones de capas de grafeno. Tres millones de
capas de un material con grandes propiedades y características que hacen que
sea muy útil y con muchas aplicaciones en el día a día: es superconductor, es
duro, es ligero, es resistente.
¿Cuándo se descubrió?
Ya en 1930 se habla del grafeno, no es una nueva
moda. Se sabe que existe desde dicha década pero se abandonó como material ya
que se consideraba demasiado inestable para trabajar en determinados campos. En
1986 empezó a considerarse como grafeno a las láminas de carbono del grafito.
Fue muchas décadas después cuando Kostantin Novoselov y Andre Geim consiguieron
aislado a temperatura ambiente, hecho que les valió el Premio Nobel de Física
en 2010 y que a día de hoy nos permite múltiples aplicaciones o empresas
especializadas en grafeno, en sus usos y en su distribución.
¿Cómo se obtiene el grafeno?
El grafeno es un mineral que necesita para
conservar todas sus propiedades, ha de ser de la mayor calidad posible, porque
cuanto peor sea menos aprovechable será.
Con el método tradicional de deshojar el grafito
con cinta adhesiva, se obtiene el grafeno de mejor calidad, pero el proceso es
lento y la productividad mínima, por lo que resulta insuficiente para la
demanda que hay hoy en día. El problema es que, hasta ahora, otro tipo de
métodos para conseguir una mayor cantidad de este mineral no han resultado
efectivos, ya que la calidad del mismo es realmente baja.
En la actualidad tenemos grafeno de dos formas.
- Grafeno en lámina: que es el de alta calidad, muy empleado en
electrónica e informática, puesto que en estos dos sectores se requiere de
un material altamente resistente.
- Grafeno en polvo: es de mucha menos calidad, el proceso de
obtención es mucho más barato y hay mucha más producción.
Actualmente hay proyectos por todo el mundo, con
científicos a la cabeza, tratando de solucionar la ecuación para conseguir
este mineral con todas sus cualidades intactas, pero con un nivel de
extracción que permita abastecer con suficiencia a la industria. Eso provocaría
una bajada de precios que no tardaríamos en notar incluso los usuarios. Pero
desgraciadamente aún no se ha conseguido.
Características y propiedades
Hay muchas características que hacen que este sea
un nanomaterial recomendable para todo tipo de usos y aplicaciones:
- Es duro, con una dureza
superior a la del diamante
- Es resistente, cientos
de veces más que el acero
- Es muy ligero y un metro
cuadrado pesa menos de un gramo. Es decir, el grafeno tiene un peso 200
veces menor que lo que pesa el acero
- Es flexible, puede flexionarse sin sufrir daños
- Es bidimensional. Es
decir, cada capa es de un átomo de espesor. Es un material 100.000 más
delgado que un pelo.
- Es buen conductor
térmico
- Es buen conductor
eléctrico
- Es un material
antibacteriano
- Es transparente a
la luz
- Es más resistente al
calor: se calienta menos que otros
- Es repelente al agua y a
la corrosión, es hidrófugo
- Es capaz de
reaccionar químicamente, formando compuestos nuevos
- Es capaz de soportar la
radiación ionizante, ideal para medicina
- Es abundante, como hemos
explicado en párrafos anteriores
Aplicaciones
Todas las características y ventajas anteriores
hacen que el grafeno sea un elemento recomendable para muchos
usos diferentes, desde la medicina hasta usos tecnológicos como mejores
baterías, robótica o chips.
Baterías
Uno de los principales campos donde más vamos a
disfrutar del uso del grafeno es en las baterías ya que nos permitirá tener
hasta diez veces más capacidad, pero también tener la batería lista y
cargada en mucho menos tiempo. Aun así, parece un mito que nunca termina de
llegar aunque llevamos años escuchando hablar de ellas… Ya hay compañías y empresas
que están trabajando en baterías externas e internas de grafeno que se espera
que lleguen aunque por el momento ningún fabricante ha conseguido dar el paso
en el interior de teléfonos móviles aunque sí en alguna powerbank.
¿Por qué no han llegado aún? Por ahora las baterías
de litio cumplen su función y cada vez los teléfonos móviles nos aportan mejor
autonomía y cargas más rápidas… Puede que en unos años esto resulte
insuficiente y haya que recurrir al grafeno pero, por el momento, usar baterías
de grafeno en móviles supondría una inversión en recursos y un
coste más elevado que repercutiría en el precio final aunque sí hay empresas
que ya trabajan en ello.
Aunque sea poco común en fabricantes de móviles, sí
hay algunas baterías que prometen ser el principio. Es el caso de una batería
de la marca Real Graphene que nos permite tener una batería de 3.000 mAh de
móvil cargada en 20 minutos con un cable normal, sin tecnología de carga
rápida. Además, aguantaría unos 1.500 ciclos con la misma
capacidad frente a los 300 o 500 ciclos actuales de la mayoría de baterías. El
problema está, como hemos dicho, en el coste que sería un 30% adicional al
actual. Pese a ello, ya puedes encontrar baterías de grafeno externas con hasta
10.000 mAh. Lo cierto es que, cada vez más, van apareciendo modelos que aportan
distintas opciones que conviene tener en cuenta.
Drones
Algunos drones ya utilizan baterías de grafeno que
permite que sean más ligeras y más duraderas. Reduce el tiempo
de carga y se espera que sea “el futuro” de los drones para que no tengan
tantas limitaciones como actualmente. Los problemas son los mismos que en el
caso de los teléfonos móviles: los precios de las baterías son muy superiores a
las de litio y aún son escasas, así que hace falta aún más desarrollo para que
estén a la misma altura y puedan usarse unas y otras indistintamente.
El mercado de los drones confía en que el
grafeno, también conocido como el “material de Dios”, se convierta en el
componente que haga que esta tecnología dé un salto evolutivo. No obstante, los
inconvenientes de la aplicación de este tipo de material impiden que se pueda
hacer realidad el proyecto. Hasta ahora, se pueden adquirir baterías de grafeno
para drones, pero la manera en la que se fabrican y la tecnología utilizada en
su concepción las aleja de la gran utilidad que, conceptualmente, deberían
tener.
Uno de sus aspectos positivos, no obstante, reside
en la manera en la que el grafeno ayuda a reducir el peso de los drones y
eso facilita que sean más útiles en procesos de vuelo. Los expertos, de todas
maneras, confían en que, en el futuro, sea un tipo de tecnología que pueda dar
mejores resultados en su aportación a los drones.
Pantallas flexibles
Otro de los usos más esperados del grafeno es el de
las pantallas flexibles. El grafeno es totalmente transparente
y también tiene capacidades flexibles por lo que es una excelente opción en
caso de paneles plegables para móviles.
Auriculares y audífonos
Más allá de en los discos duros, también lo vemos
en auriculares de calidad que han lanzado algunas marcas (como Xiaomi, por
ejemplo) que incluyen pequeños componentes de este material en
su interior: desde la Universidad de Exeter ya se tratan con grafeno para
limitar la vibración y conseguir un sonido más nítido y un dispositivo más
resistente en auriculares. Esta aplicación sería también ideal para el campo de
los audífonos de grafeno con mejor calidad y con un tamaño y peso que puede ser
mucho más reducido que los normales.
Medicina y equipos sanitarios
Uno de los ámbitos en los que el grafeno tiene
mayor futuro es en el sanitario donde se puede crear todo tipo de sensores.
Además, ya son algunas empresas y compañías que trabajan con sensores de
grafeno. Otro de los puntos fuertes en este ámbito es que se
trata de un material capaz de soportar la radioactividad por lo que es adecuado
para medicina de diagnóstico o tratamiento de enfermedades.
Por ejemplo, podría usarse para mejorar las
resonancias, pero también puede ser útil para aplicaciones ortopédicas o
incluso en prótesis dentales gracias a que tienen mejor durabilidad y reducen
la proliferación de bacterias, por ejemplo. Aun así, como en el resto de
campos, el coste del material sigue siendo un obstáculo, aunque en este
apartado el inconveniente es menor gracias a la poca cantidad de grafeno que se
emplearía.
Iluminación
La óptima conducción eléctrica que proporciona el
grafeno, hace que este material también tenga su aplicación en el mundo de
la iluminación. También destaca aquí su capacidad para aguantar el
calor, lo que le convierte en un elemento más resistente a las altas
temperaturas que requieren muchos dispositivos de luz. Estos dos
aspectos, conductividad y resistencia al calor, se aglutinan en las bombillas
de grafeno, lo que amplía aún más su vida útil. Además, pueden llegar a
consumir incluso menos energía que las luces LED.
Desventajas del grafeno
Pero a pesar de los múltiples usos a los que ya se
está aplicando, el grafeno también ofrece algunas desventajas. Eso
implica que, hoy en día, no esté quizás tan extendido como se pensaba algunos
años.
Uno de los principales hándicaps que presenta es
el alto coste de su fabricación y manipulación. Además, las
tendencias económicas dicen que a corto plazo será complicado que su uso se
popularice. Hay estudios que afirman que, en el año 2025, el mercado del
grafeno moverá en torno a 350 millones de dólares. Se trata de
una cantidad muy pequeño con respecto a las altas inversiones que se están
haciendo (se superan ampliamente los 2.400 millones).
Aunque las previsiones han mejorado estos últimos
años y seguirán mejorando en los venideros, aún queda trabajo por hacer. Es
complicado que el grafeno en una alternativa competitiva y rentable en el mundo
tecnológico y electrónico. Antes de que esto pase, deberán desarrollarse formas
mucho más eficientes de producir grafeno en masa. Es un material
con unas propiedades excelentes pero su precio, dependiendo de su grado, es por
el momento alto. Otra desventaja del grafeno es que no hay banda prohibida, lo
que significa que un cable semiconductor no se puede apagar. Los bordes
posiblemente dentados del material también podrían perforar las membranas
celulares, lo que puede alterar las funciones.
Haciendo una revisión por la red, seguro que a
todos nos cuesta hallar información negativa acerca del grafeno, pero es
evidente que existe. Por ejemplo, algunos científicos también lograron probar
hace algunos años que este material era nocivo para la salud si
no se trata como con acierto. Al parecer, los bordes dentados del material
pueden perforar las membranas celulares y la piel de personas. Por el momento
las autoridades de seguridad en manejo de materiales alertan de
la precaución en el manejo del grafeno por su potencial riesgo de
irritación en piel, ojos y mucosas, así como del peligro de su inhalación e
ingesta.
Asimismo, el grafeno tiene efectos
secundarios sobre el medio ambiente. Por ejemplo, además de causar en los
animales un daño similar al de las células humanas, puede moverse sin problemas
a través del agua y contaminarla.
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