El grafeno ¿arma definitiva contra el calentamiento global?

El grafeno promete revolucionar la lucha contra el cambio climático. Este material, que se considera uno de los más valiosos descubiertos hasta la fecha, podría mejorar las baterías que almacenan la energía verde, optimizar el uso de combustible por parte de los aviones, captar parte del CO2 que la industria está vertiendo a la atmósfera e incluso crear ropa que se adapte al clima más cálido del futuro.

El grafeno fue descubierto por los científicos Andre Geim y Konstantin Novoselov en 2004, lo que les valió el Premio Nobel de Física de 2010. Desde ese momento se lo catalogó como el material del siglo XXI y hoy en día siguen creciendo las aplicaciones que se le puede dar.

Se trata de una sustancia compuesta por carbono puro, con átomos organizados en un patrón regular hexagonal, parecido al grafito. Es un material casi transparente. Una lámina de un átomo de espesor es unas 200 veces más resistente que el acero actual más fuerte, siendo su densidad más o menos la misma que la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligero que el aluminio.

El grafeno es tan valioso porque es un conductor térmico y eléctrico ideal. Es capaz de reaccionar con otras sustancias para producir otros compuestos, se calienta menos que otros materiales al conducir electricidad, gasta menos energía que el silicio en la misma tarea (por ejemplo, a la hora de conferir batería a los móviles actuales), genera electricidad al recibir luz y en su forma óxida absorbe residuos radiactivos.

Gran almacenador de energía

Quizás la aplicación por la que el grafeno es conocido es la de almacenar energía. Este material es el candidato ideal para la fabricación de los electrodos de las baterías de ion-litio y para crear supercondensadores.

Esta aplicación tiene mucho que decir en la lucha contra el cambio climático. De hecho, se cree que el grafeno podría revolucionar el concepto de energía renovable y la elevará a una amplia variedad de aplicaciones para el papel de óxido de grafeno, incluyendo su uso en membranas con permeabilidad controlada y para las baterías o ultracondensadores destinados a usos en el ámbito energético.

Estos dispositivos de almacenamiento de energía podrían ayudar a almacenar picos repentinos de energía, por tanto, ayudarían a aprovechar las energías verdes al máximo, independientemente de su suministro irregular. Este material promete cambiar el concepto de energía renovable y elevar su eficacia a unas cotas impensables hoy en día con las baterías de silicio.

Combustible para la aviación

El grafeno también podría ayudar a hacer que la aviación sea más nociva para la salud del planeta. Tal y como ahora está configurado, el sector de la aviación produce 900 millones de toneladas de CO2 al año, según IATA. Para 2050, si no se hace nada para reducir la huella de carbono de esta industria, la cifra se elevará a 1.800 millones de toneladas.

El sector anunció hace unos meses que está trabajando para lograr emisiones netas de carbono cero para mediados de este siglo y el grafeno podría ser un gran aliado para permitirles alcanzar esta meta.

Actualmente se están desarrollando nuevos aditivos de combustible con diminutas hojas de grafeno, que podrían lograr que los aviones volaran aún más rápido al mismo tiempo que permitirían optimizar el combustible empleado. Este avance, sin duda constituiría un punto de inflexión en el uso de los motores de combustión en la aviación.

Filtrar el CO2 y almacenarlo

El grafeno puede servir incluso para capturar el dióxido de carbono de las centrales eléctricas y de la industria, pues bastaría con hacer un filtro de este material. Las investigaciones realizadas en el Centro Tecnológico de Componentes (CTC), situado en Cantabria, han concluido que el grafeno puede tener esta inusual característica.

El filtro de grafeno que han diseñado no solo es un eficaz aliado contra el cambio climático, sino que también es más eficiente y barato que las alternativas disponibles hasta el momento.

Las propiedades inherentes del grafeno le permiten darle una segunda vida al CO2, puesto que logra reciclarlo. Y es que, en combinación con hidrógeno o metano, el gas recuperado puede convertirse en combustible de alta densidad, compatible con cualquier infraestructura energética actual.

Descontaminación del agua

Este mismo equipo de investigación también ha trabajado en la utilización del óxido de grafeno para incrementar la eficacia del proceso de eliminación de contaminantes emergentes que se encuentran en el agua.

El proceso consiste en la incorporación de un fotocatalizador como el dióxido de titanio sobre el óxido de grafeno. Los fotocatalizadores son los materiales que favorecen la degradación de los contaminantes con la ayuda de la luz. De este modo, el grafeno potencia esta capacidad de degradación de los residuos emergentes y se acelera el proceso de descontaminación del agua.

La incorporación de este nuevo material fotocatalizador mejoraría las prestaciones de estaciones de tratamiento de aguas y depuradoras frente a este tipo de residuos.

Los residuos emergentes son compuestos de distinto origen y naturaleza química, derivados de múltiples productos como pesticidas, productos farmacéuticos o artículos de aseo. Los sistemas actuales de depuración de agua son inadecuados para tratar este tipo de residuos por lo que tecnologías diversas, como la oxidación fotocatalítica presentada por el CTC, están llamadas a resolver ese problema.

El grafeno podrá revolucionar incluso la industria textil, que ya debe empezar a adaptarse al cambio climático. Además de las leyes que obligarán a reutilizar la basura textil, este material podría ayudar a hacer prendas más adecuadas para el clima del futuro. El diseño de ropa inteligente y adaptable podrá funcionar para reducir la temperatura corporal del usuario en climas muy cálidos, como se estima que será en el futuro el de la Tierra.

Algunos problemas del grafeno

Sin embargo, muchos expertos señalan que a este material le está costando despegar en su aplicación práctica, pues hace ya más de una década que se habla insistentemente de él, pero todavía se usa de forma muy minoritaria. Aunque ya se están comercializando baterías hechas con este material, así como otros dispositivos, lo cierto es que los costes de producción del grafeno son todavía muy elevados y ello está ralentizando su implantación generalizada para los usos en que sería más útil.

Por otra parte, tampoco es totalmente inocuo desde el punto de vista medioambiental, pues algunos estudios han llamado la atención sobre la capacidad contaminante que tiene el grafeno en el agua en caso de que se produzcan vertidos.

Artículos de referencia:

https://centrotecnologicoctc.com/2015/12/04/el-ctc-presenta-internacionalmente-sus-avances-con-el-grafeno-para-la-depuracion-de-aguas/

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abf0116