Ni una barra de acero, ni una roca enorme. El más duro de la tierra es el grafeno. Sí. El grafeno. Un material más resistente que el acero, pero ligero y flexible como el plástico. De hecho, el grafeno en un futuro próximo nos ofrecerá aplicaciones sorprendentes. Gracias al grafeno tendremos procesadores que multiplicarán la velocidad de nuestros ordenadores y nuestros móviles. O, paneles solares mucho más eficientes. Hoy, por ejemplo se investiga cómo eliminar células cancerígenas con grafeno o como crear implantes que podrían devolver la vista a algunos invidentes.
El grafeno es un material con innumerables posibilidades. Eso sí. Aunque existen muchos proyectos en torno al grafeno, de momento, han llegado muy pocos al mercado. Y ¿Cuál es el motivo? Muy fácil. El grafeno es un compuesto del carbono, que, por cierto, es un elemento muy abundante en nuestro planeta. Sin embargo, de momento, es caro y muy difícil conseguir en estado puro.
A pesar de lo dicho, todo indica que en los próximos años el mercado del grafeno va a crecer mucho. Y en España nos estamos posicionando bien en esta carrera. De hecho, somos el segundo país europeo con más productores de grafeno, solo por debajo del Reino Unido.
Hoy vamos a hablar de todo esto. Repasaremos algunos de los proyectos que pueden cambiar el mundo en torno al grafeno. Unas investigaciones que hoy son embrionarias, pero que, muy pronto, podrían revolucionar nuestro mundo y cambiar nuestras vidas.
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Víctor, ¿qué es el grafeno?
Es un compuesto del carbono. Tal y como has dicho antes, es un material muy resistente, como el acero, pero muy ligero y flexible. La clave es que, en el grafeno, los átomos de carbono se distribuyen en una sola capa con forma de hexágono, como en un panal de abeja. Por eso se le considera un material de dos dimensiones.
Podríamos decir que el grafito, ese material que se usa en la mina de los lápices que usamos en el cole, es la versión 3D del grafeno con muchas capas superpuestas.
¿Cómo se descubrió el grafeno? Creo que es algo reciente.
En realidad, conocemos su existencia desde el siglo pasado. En los años treinta se estudiaba como un material casi imposible, porque se creía que no era un material estable a temperatura ambiente. Tuvieron que pasar décadas hasta que, a principios de este siglo, en 2004, dos científicos de la Universidad de Manchester llamados Andre Geim y Konstantin Novoselov, consiguieron aislarlo de la forma más curiosa.
Cuéntanos cómo fue.
En aquel momento, un estudiante estaba trabajando en un proyecto sobre las propiedades del grafito. Y, para obtener un grafito más puro, utilizaba tiras de celo para limpiar las capas más externas y dejarlo más limpio. Esas tiras de celo se tiraban sin más.
El caso es que a Geim se le ocurrió estudiar los desechos del grafito que se quedaban pegados en el papel celo. Entre los restos descubrieron una serie de capas cristalinas de un solo átomo de espesor. Y resultó que aquellas capas eran de grafeno.
¿Y qué tiene de especial para que se hable tanto de él?
Ya lo hemos apuntado antes. Lo primero es su dureza. El grafeno es 200 veces más resistente que el acero. Tiene una resistencia parecida al diamante, pero es mucho más ligero. Y esa combinación entre dureza y ligereza puede tener muchas aplicaciones. Además, es flexible y conduce muy bien la electricidad.
Entiendo que por ahí vienen sus ventajas.
Exacto. Una de las aplicaciones más prometedoras es como un componente clave de las baterías. Y me refiero a las baterías, por ejemplo, que usan los móviles o los coches eléctricos. Otro dato curioso sin salir del campo de la tecnología, el grafeno es un superconductor capaz de funcionar 100 veces más rápido que el silicio.
El silicio, que hoy se usa en los procesadores de los móviles y de los ordenadores. De ahí viene el Valle del Silicio. El Silicon Valley. Una zona de California donde se concentran muchas empresas tecnológicas.
Exacto. Pues imagínate que en lugar de usar silicio en los procesadores, se empieza a usar grafeno. Conseguiríamos móviles y ordenadores mucho más rápidos que los actuales. ¡Ojo! Otra propiedad que parece sacada de un cuento de hadas. El grafeno es capaz de autorepararse.
No me lo creo
Pues sí. Si se rompe la estructura de una pieza de grafeno es capaz de atraer a los átomos de carbono presentes en el entorno para tapar los huecos.
Eso es impresionante
Pero hay más. El grafeno reacciona de forma inesperada al entrar en contacto con otros compuestos. Esto, abre todo un universo de posibilidades. Te pongo un ejemplo. En la Universidad de Sussex, en Gran Bretaña, hay un proyecto en el que han combinado grafeno con un nanocable de plata. La idea han visto que podría servir para crear pantallas de móviles más resistentes. Unas pantallas que, además, consumirían menos energía.
También se habla mucho de usarlo en placas solares.
Así es. El grafeno es capaz de convertir la luz del sol en energía eléctrica de forma muy eficiente. Podríamos imaginar un futuro en el que las casas estén cubiertas de una capa invisible de grafeno para alimentar nuestros enchufes de casa, por ejemplo.
Estamos con Víctor Sánchez de tuexperto.com hablando del grafeno. Un material resistente, ligero, flexible y, además, un buen conductor de la electricidad. Bueno. Todo esto está muy bien pero ¿Dónde está la trampa? ¿Por qué no vemos grafeno por todas partes si es tan bueno?
Ahí está la madre del cordero. El grafito está muy extendido, ya lo hemos comentado antes. El grafito por ejemplo, se usa en la mina de los lápices que llevan los niños al colegio. Sin embargo, conseguir grafeno no es tan fácil. Porque, si el grafeno no es puro, pierde muchas de sus propiedades. Y, el problema es que, hoy, el grafeno puro es muy caro conseguir de forma industrial.
Bueno, y ¿Cómo se produce grafeno de forma industrial?
Aunque parezca mentira, se sigue usando el método de trabajar el grafito con cinta adhesiva para separar las láminas de grafeno. Como decíamos, es un proceso complicado y muy caro. Otro método consiste en aplicar vapor químico para aislar el grafeno, pero el proceso es muy contaminante. Además, se usan sustancias peligrosas para la salud. También se puede conseguir grafeno de baja calidad en polvo, que es más barato pero pierde muchas de sus propiedades.
Parece que lo de producir grafeno, todavía está complicado
Va lento, pero se sigue avanzando y muchos investigadores estudian métodos nuevos. Por ejemplo, el profesor Suresh Bhargava de la Universidad australiana RMIT ha aplicado un nuevo enfoque usando extracto de corteza de eucalipto para fabricar grafeno. Un sistema más barato y sostenible que los métodos de síntesis actuales que, por cierto, son poco respetuosos con el medio ambiente y perjudiciales para la salud.
Este investigador ha dicho que el nuevo método podría reducir el coste de producción desde 100 dólares por gramo a 50 centavos.
Bueno. La cosa parece que avanza.
En esto, tenemos que ser pacientes, pero ya se ven algunos avances. Por otra parte, empezamos a ver investigaciones esperanzadoras con grafeno. Todo indica que, en 2025, podríamos ver las primeras aplicaciones revolucionarias, pero ya sabes que las predicciones del futuro siempre son muy volátiles.
Pues sí, pero cuéntanos algunos proyectos que estén en marcha y que podrían cambiar nuestra vida.
Vamos allá. El primero trata del implante de una retina artificial de grafeno que podría devolver la vista a algunos invidentes. La investigación se inició en la Fundación Barraquer de Barcelona en 2015. En el proyecto, también participa el Instituto de la Visión de París, el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología, el Instituto de Ciencias Fotónicas y el Instituto de Física de Altas Energías.
El proyecto se llama i-VISION (Adaptive Retinal Implant Technology for Vision Restoration) que es algo así como “Tecnología de implantes de retina adaptables para restaurar la visión”. El objetivo es devolver la vista a personas que sufren enfermedades de la capa externa de la retina. Enfermedades como la retinosis pigmentaria o la degeneración macular. Y esto último es más habitual de lo que imaginamos. Lo padecen muchas personas mayores.
Cierto. Mi madre tiene ese problema
Bueno. Pues este implante no servirá para devolver la vista a todos los invidentes, pero parece un gran avance para muchos. Ten en cuenta que, hoy en España, hay más de 15.000 personas con retinosis pigmentaria y otras 700.000 con degeneración macular.
Bueno, pues cuéntanos cómo va la investigación y cómo funcionará el invento.
Para devolverle la vista a estas personas, piensan implantar en la parte interna de la retina una prótesis con miles de electroestimuladores de grafeno. Una prótesis que funcionará como una cámara. De hecho, será capaz de enviar información a las neuronas.
Esto ya lo han intentado con otros materiales. Y lo máximo que han conseguido es que el paciente llegue a ver sombras. Ahora con grafeno todo esto parece que mejorará. Según Jeroni Nadal, subdirector médico de Barraquer, el grafeno estimula mejor la retina y permite al paciente identificar y discriminar mejor las imágenes. Ya han empezado a hacer pruebas con animales. Y, según el responsable, dentro de un par de años las empezarían a implantarlo en personas.
Estamos con Víctor Sánchez de tuexperto.com hablando del grafeno. Un material impresionante que podría mejorar mucho la vida de la gente. Y, Víctor, nos estabas hablando de proyectos como el de la Fundación Barraquer donde diseñan una retina artificial para devolver la vista a la gente. Creo que hay otra investigación que busca potabilizar el agua del mar. ¿Verdad?
Sí. Este también es interesante. Es un proyecto del profesor Rahul Nair de la Universidad de Manchester que ha diseñado un filtro de grafeno capaz de potabilizar el agua del mar. Vamos. Un filtro que convierte el agua del mar en agua dulce.
¿Y qué tiene de distinto este filtro de grafeno?
Verás. A la hora de filtrar el agua salada a través de un tamiz, las membranas se hinchan al entrar en contacto con el agua y las sales más pequeñas no se filtran. Con un filtro de grafeno se puede controlar el tamaño de los poros con un nivel de precisión tan grande que permite que se filtran las sales más pequeñas. Al final, el agua resultante tiene sales minerales y es potable. A largo plazo, si consiguen que el procedimiento de laboratorio se simplifique y se abarate, estaríamos hablando de una tecnología capaz de cambiar la vida de la gente en zonas donde no hay agua potable.
Tiene buena pinta, pero… ¿en qué punto estamos?
Todavía estamos en pañales en este caso. De momento, no se esperan grandes avances para convertirlo en algo práctico en los próximos años. Habrá que esperar.
Es un claro ejemplo de Supermalasuerte. Vamos con el siguiente proyecto. Creo que tiene que ver con los paneles solares
Paneles solares fotovoltáicos. Es decir, paneles solares que generan electricidad. Y esta vez hablamos de una tecnología con grafeno que ya es una realidad. Se trata de paneles solares que son mucho más eficientes que los tradicionales. La clave es que el grafeno se degrada mucho menos con el paso del tiempo o con las inclemencias del tiempo. Además, en el proceso de fabricación de los paneles tradicionales se aplican temperaturas muy altas y este proceso produce microgrietas en el panel que hacen que se pueda estropear más rápido.
Y ¿De dónde salen estos paneles solares de grafeno?
De una empresa europea de energía renovable. Se llama Freevolt y ha estado investigando en este tipo de paneles entre 2014 y 2018. Ellos hablan de su tecnología de matriz de grafeno fotovoltaico “PV Graf”. Los paneles de grafeno usan una tecnología que combina capas de grafeno con capas de silicio cristalino. Ya hemos dicho que el grafeno es capaz de autorepararse. Por eso, estos paneles pueden funcionar sin perder efectividad incluso cuando se producen pequeños daños en su estructura. En cambio, los paneles de silicio, con el tiempo pierden mucho. Por otra parte, los paneles de grafeno son más eficaces. Pueden convertir un 100% de la energía solar que reciben, en energía eléctrica.
Tengo la impresión de que a las empresas eléctricas de nuestro país no les gusta mucho este tipo de inventos.
De momento, los paneles Freevolt los ha comprado una empresa norteamericana que hace casas ecológicas de lujo. En concreto, la empresa S2A. La idea de esta firma es empezar a incluirlo ya en sus casas de alto standing.
En cuanto baje el precio de estos paneles. De momento, no parece que vaya a pasar. Ya hemos hablado antes de los problemas que hay para producir grafeno en grandes cantidades y a un precio ajustado.
Pues pasemos a otro proyecto en marcha basado en las propiedades del grafeno.
El siguiente proyecto tiene que ver con la salud. Se trata de un avance en la lucha contra el cáncer. Esto lo empezaron a investigar en 2015 desde la Universidad de Manchester los doctores Michael Lisanti y Aravind Vijayaraghavan.
Estos científicos vieron que el óxido de grafeno es capaz de dirigirse específicamente a las células cancerígenas para neutralizarlas. El óxido de grafeno es un compuesto oxigenado con la misma estructura del grafeno.
¿Y qué pasa con las células sanas? Hay que recordar que los tratamientos actuales contra el cáncer atacan tanto a las células cancerígenas como a las sanas.
Eso es lo bueno de este proyecto. El óxido de grafeno no afecta a las células sanas y no es tóxico para el cuerpo, por lo que podría ser una buena herramienta para luchar contra la enfermedad. De hecho, tiene menos efectos secundarios que otros tratamientos. Los investigadores lo probaron con éxito en cáncer de mama, de páncreas, de pulmón, cáncer cerebral, de ovarios y de próstata.
Parece interesante. ¿Hay más avances en esta investigación?
De momento, no. Desde la publicación de este estudio no se ha avanzado más y, como he dicho, se publicó en 2015. Pero esto no significa que se haya abandonado la investigación.
De hecho ha aparecido otra con óxido de grafeno. Esta es más reciente y más cercana. La Universidad de Málaga ha publicado recientemente los resultados de una investigación dirigida por la doctora Noela Rodríguez Losada. En ella se indica que este óxido de grafeno podría ser un material clave para regenerar las células y combatir así la enfermedad del Parkinson.
Bueeeno. Cerramos el tema de la salud para hablar de investigaciones con grafeno en el mundo de la tecnología.
Así es. En este caso, la firma norteamericana IBM ha conseguido desarrollar un transistor con grafeno. Un transistor que es capaz de funcionar a una frecuencia de 100 GHz. El transistor es un elemento clave dentro de los procesadores. Y, el procesador es el corazón que hace palpitar a nuestros equipos electrónicos. Ya sabes, los ordenadores, los móviles o los televisores…
Hasta ahora los transistores usaban silicio, de ahí viene lo de Silicon Valley, ¿verdad?
Exacto. Pero desde hace unos años hemos llegado prácticamente a los límites del silicio en el tema de la velocidad de proceso. Este transistor de grafeno que comentaba, permitiría hacer procesadores hasta 50 veces más rápidos que los que estamos usando ahora. La clave para conseguirlo está en fijar una capa de grafeno a la parte superior de una estructura de silicio. Un dato. La investigación la ha llevado a cabo el físico Phaedon Avouris, director de ciencia a escala nanométrica de IBM en Nueva York
Me imagino que todavía tendremos que esperar un poco para ver estos procesadores de grafeno en el mercado.
Pues sí. Este sólo ha sido un primer paso. Pero está claro que no van a parar. Porque el silicio ha tocado techo en cuanto a velocidad de proceso y el grafeno, en cambio, no ha hecho más que empezar. Estoy seguro de que muy pronto empezaremos a ver como el grafeno también entrará en los procesadores.
