Hace poco, durante una de las entrevistas que estuve dando a la prensa, alguien me preguntó por que estaba tan seguro de que el ser humano llegaría a Marte en breve. Mi respuesta fue fulminante ‘por que ya hemos descubierto el grafeno’. Pero, ¿qué es el grafeno, y por que tiene tanta importancia para llegar hasta el planeta rojo?. En realidad, no es que tenga importancia solo para llegar a Marte, ya que este material puede ser, no ya fundamental en el futuro sino, incluso, la base de una nueva revolución tecnológica. Aquí voy a hablar de algunas de las aplicaciones que ya se están publicando, de otras he oído hablar y son incluso más espectaculares que estas, pero no voy a adelantar a sus descubridores, es su trabajo y merecen el reconocimiento de publicarlo los primeros.

Pero, comencemos por el principio, ¿que es esto del grafeno, de donde viene?. El grafeno es, en pocas palabras, una plancha de átomos de carbono, y únicamente átomos de carbono (como el diamante o el grafito de las minas de los lápices), pero con una estructura muy específica en forma de red hexagonal ininterrumpída, y que tiene el grosor de un átomo, solo uno. ¿Puede darse de forma natural?, si, de hecho, seguro que hay láminas de grafeno en la mina de cualquier lápiz que tenga usted en casa, pero no se equivoque, que esas láminas estén ahí no significa que vaya a poder usted encontrarlas, aislarlas y sacarles provecho, ni usted ni nadie en estos momentos.

Estructura hexagonal del grafeno. (Imagen AlexanderAlUS via Wikipedia)

Este material tiene unas propiedades únicas y realmente fascinantes, en primer lugar, es 200 veces más resistente que el acero, flexible, casi transparente, y conduce muy bien tanto el calor como la electricidad, pero lo más interesante viene cuando hablamos de sus propiedades cuánticas. Por que, si, las propiedades macroscópicas del grafeno son increíbles, y ya por si solas van a permitir un avance espectacular en numerosos campos, pero es en el grafeno, como en ningún otro material hasta ahora, donde vamos a poder empezar a sacar partido del mundo cuántico para nuestro día a día, en formas que, hasta ahora, solo éramos capaces de imaginar, y probablemente saldrán muchas cosas nuevas que aún ni siquiera hemos imaginado.

Voy a exponer algunos de los usos futuros que puede tener este material, ya sea por si solo o en aleación con otros compuestos, incluso sin incluir todo lo que hay, la lista es larga, por lo que, en aras de no alargar excesivamente el post, no podré ser realmente meticuloso en cada apartado.

1) MEDICINA:
Este es un aspecto en el que queda mucho por investigar, especialmente en cuanto a posibles efectos secundarios del grafeno en el cuerpo humano, y más concretamente en su relación con las paredes celulares, aún así, estos son algunos de los avances hasta el momento.

– Ingeniería de tejidos: para regeneración de tejido óseo en fracturas, o incluso para permitir luchar contra enfermedades degenerativas de los huesos.
– Agente de contraste: podría sustituir a los actuales agentes utilizados en radiología, radiocontraste, ulttrasonidos y areas similares. Estas tecnologías son empleadas, por ejemplo, para localizar tumores, pero el uso del grafeno evitaria los efectos negativos que el uso de los actuales marcadores, en general sustancias radioactivas o tóxicas, tiene sobre el cuerpo humano.
– Biosensores: permitiría introducir biosensores en la corriente sanguinea sin que estos fueran destruidos por el sistema inmune del paciente, ya que el grafeno no permite a los anticuerpos rodearlo, pero si permite que el sensor situado en su interior funcione a plena capacidad.
– Transporte de medicamentos exclusivamente a areas afectadas: debido a sus propiedades cuánticas, el grafeno puede cambiar su estructura bajo un campo magnetico adecuado, esto podría permitir encapsular el medicamento, y que este no fuera liberado hasta que no llegue a la zona donde se lo necesita.

2) ELECTRÓNICA:
Este es uno de los aspectos donde más se ha avanzado, y aún así, donde aún queda más por hacer, vamos con algunos de los avances en este campo.

– Circuitos integrados y transistores: se han conseguido ya versiones funcionales tanto de circuitos integrados como de transistores, en ambos casos a escalas atómicas, con unas disipaciones de calor aceptables. Esto abre la puerta a microordenadores, y a nuevos dispositivos de memoria hasta 1000 veces más potentes que los actuales, más baratos y energéticamente más eficientes.
– Electrodos transparentes: ¿cuantas veces hemos visto en las películas esos guantes con los que se tocaban pantallas inexistentes, o las pantallas transparentes de ‘Avatar’?, pues exactamente eso es lo que nos podrían traer los electrodos de grafeno.
– Computación cuantica: si hay algo capaz de permitir un ordenador capaz de saltarse cualquier clave cifrada del mundo, eso son las propiedades cuánticas del grafeno, mediante sus ‘puntos cuanticos’.
– Optoelectrónica: un mero sueño hasta hace apenas unos meses, cuando el grafeno demostro que, con ayuda de sus propiedades cuánticas, se pueden alterar a voluntad varias propiedades de los fotones, sus aplicaciones pueden ser dignas de otra entrada en el blog.

3) ILUMINACIÓN:
Este es uno de los campos menos conocidos por el gran publico, aunque puede tener algunas aplicaciones interesantes.

– Bombillas: las primeras bombillas de grafeno están a punto de salir al mercado, un 10% más eficientes que los LED, más longevas y más ecológicas de producir, ¿quien da más?, pues aún se puede, por que una vez se empiece a crear grafeno en mayores cantidades y de forma más barata (algo en lo que se mejora cada día) que en la actualidad, también serán más baratas.
– Modulador óptico: bajo las condiciones adecuadas, se puede programar el grafeno para que absorba luz, permitiendo fácilmente el control de la iluminación de una habitación, o la cantidad de luz que atraviesa una superficie de grafeno.
– Sensores lumínicos: especialmente indicado como sensor de luz infrarroja (lo que nosotros llamaríamos calor).

4) ENERGÍA:
Hasta ahora, el campo con mayores innovaciones ya funcionando, aquí solo voy a hablar del transporte y generación de energía, dejando para el siguiente apartado sus funciones para almacenar energía.

– Biocombustibles y bebidas alcohólicas: si, queda un poco raro, lo se, pero gracias a las propiedades cuánticas de las membranas de óxido de grafeno, el proceso de destilación tanto del etanol, un biocombustible, como de numerosas bebidas alcohólicas, es mucho más eficiente y, sobre todo, más barato.
– Placas solares flexibles: debido a sus propiedades de absorción de luz, semiconductoras y de transporte de electrones, las aleaciones de grafeno se postulan como el futuro de la energía fotovoltaica. Aunque ya existen placas solares ‘imprimibles’ en láminas, el grafeno permitirá abaratar el proceso y eliminar los actuales problemas medioambientales que la producción y degradación de las actuales placas flexibles genera.
– Celulas de combustible: las nuevas membranas de grafeno están consiguiendo lo que empezaba a parecer imposible, crear células de combustible de hidrogeno eficientes y que duren lo suficiente como para merecer la pena el fabricarlas en serie.

5) ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA:
Otro de los pilares en la tecnología del grafeno hasta la fecha.

– Supercapacitores: o más bien, superbaterías. Muchos estamos acostumbrados a las baterías de coches, esos pesados armatostes imprescindibles para el buen funcionamiento de nuestros coches, y ya no quiero decir si el coche es eléctrico. Bueno, pues ahora imaginaos esas baterías, pero con un cuarto de su peso y volumen, pues por ahí van los tiros.
– Recarga de baterías: este es uno de los campos más avanzados actualmente, y el que va a permitir que la industria del automóvil eléctrico salga del barro y empiece a ser competitiva. Por que, vamos a ser sinceros, la gente no compra coches eléctricos no por que sean más caros, o más feos, no, no los compra por que para recargarles las baterías necesitan estar 8 horas sin poder usarlo mientras lo tienen enchufado a una red. Bueno, pues eso se acabo con el grafeno, cada día se avanza más en este aspecto, pero los últimos datos que tengo dicen que ya se ha conseguido recargar las baterías de un coche eléctrico en ¡¡menos de 4 minutos!!, actualmente ya casi se tarda más en llenar el deposito de gasolina.
– Almacenamiento de hidrogeno: antes he hablado de las células de combustible de hidrógeno, ese hidrógeno debe ser almacenado, y eso no era nada facil hasta que, exacto, llegó el grafeno. Esta tecnología está en pleno desarrollo actualmente, pero los primeros resultados ya han permitido la creación de un deposito de hidrogeno casi sin perdidas y con poca corrosión interna.

6) MEDIO AMBIENTE:
Otro apartado donde se avanza a grandes pasos, de momento solo se han lanzado dos aplicaciones, pero os aseguro que hay más en estudio.

– Purificación de agua: antes comentaba sobre la destilación de Etano y otros alcoholes, bueno, pues el mismo proceso que permite esa destilación, también permite el filtrado, desalación y purificación de todo tipo de aguas mediante membranas de grafeno, no solo eso sino que, especialmente hablando de desalinización de agua, mejora los actuales procesos por un amplio margen.
– Descontaminación: aún no se ha probado con vertidos de petróleo, pero ciertos óxidos de grafeno ya han demostrado ser hasta 60 veces más efectivos a la hora de limpiar aguas radioactivas que otros compuestos. Compuestos que, además, son más contaminantes tanto en su fabricación como en su posterior almacenamiento, de hecho, hace poco se comenzaron a tratar las aguas de la central japonesa de Fukushima con oxidos de Grafeno fabricados en España, con buenos resultados.

7) INDUSTRIA ESPACIAL:
Este es un apartado en el que, de momento, solo puedo dar una mejora que se haya publicado pero, al igual que para el medio ambiente, hay mucho, mucho más en espera, y es parte de lo que ayudará a que el ser humano llegue a Marte.

– Escudos térmicos: muchos recordamos el accidente del Columbia, y como esas placas de cerámica que se desprendieron fueron las causantes de uno de los peores accidentes de la exploración espacial. Bueno, con un compuesto de grafeno, este accidente nunca hubiera podido ocurrir, ya que toda la panza del transbordador hubiera sido fabricada en una sola pieza, 50 veces más resistente que las placas de cerámica y con un 10% del peso de todo el escudo hecho de cerámica.
– Escudos contra la radiación: esta investigación apenas acaba de comenzar, pero la propia US Navy ha entrado de lleno en busca de escudos electromagnéticos que permitan proteger sus satélites de las tormentas solares, nuevos escudos antirradiación para sus buques y plantas nucleares y nuevas estructuras de protección mucho más duras y, aunque de momento la mayor parte de estas aplicaciones se buscan con fines militares, será la industría aeroespacial la que realmente será capoaz de utilizarlos de una forma mucho más productiva para toda la humanidad.
– Al igual que con los escudos térmicos, numerosas piezas aeroespaciales que actualmente se fabrican en acero, pesado y caro, podrán ser fabricadas con grafeno, ligero y más barato. En una industria donde los costes son absolutamente demenciales, y cada kilo de peso a elevar (o a bajar sobre una superficie) cuenta, el grafeno puede permitir reducir costes y mejorar tanto la seguridad como la carga útil de cualquier tipo de artefacto espacial.

8) OTRAS APLICACIONES:
Pues no, aún no hemos terminado, pero no os preocupeis, ya queda poco, ahora voy a señalar otras aplicaciones del grafeno que pueden considerarse un poco más ‘exóticas’, por decirlo de algún modo.

– Plasmónica: ¿no sabeis que es la plasmónica?, bueno, explicar eso necesitaría de una entrada de blog por si misma, así que permitidme resumirlo en que, como aplicaciónes, serviría para hacer sensores para diversas longitudes de ondas fuera del infrarrojo, y para crear antenas de tamaño nanoscópico (apenas unos pocos átomos de longitud.) con mejor recepción de Wifi que cualquier antena normal de hoy día, y muchas cosas más.
– Lubricante: este seguro que no os lo esperabais, pues si, al igual que el grafito, el grafeno puede servir como lubricante, siendo capaz de durar hasta 6 veces más tiempo que un lubricante de grafito convencional.
– Absorción de ondas de radio: una mezcla entre grafeno y cuarzo permite pasar las ondas de luz, pero no las de radio, ideal para laboratorios, ciertos aparatos experimentales y edificios que requieran de altas dosis de seguridad (o de tranquilidad) radioeléctrica.
– Aparatos de sonido: se cree que los altavoces y micrófonos hechos con grafeno, serán capaces de superar cualquier cosa fabricada hasta la fecha.
– Refrigerante: no por si solo, pero si se ha demostrado que puede mejorar la eficacia de diversos compuestos refrigerantes hasta en un 80%. ¿os imagináis ‘Alien’ si en lugar de dos docenas de botellas de refrigerante, les hubiera bastado con coger solo un par de ellas?.
– Catalizador: este es un aspecto que aún está bastante en pañales, pero los primeros estudios demuestran que incluir pequeños fragmentos de grafeno parecen acelerar numerosas reacciones químicas.
– Chalecos antibalas: aún no hay ninguno en el mercado, pero ya se están emepezando a diseñar prototipos hechos de este material, mucho más ligeros y, de nuevo, con mejores prestaciones de protección que el kevlar.

Para terminar, os voy a comentar algunas curiosidades y a desmentir una noticia que se dió hace algún tiempo sobre el grafeno:

La primera curiosidad es que el grafeno es capaz de autorrepararse en pequeña escala, esto es, si, por cualquier accidente, la red cristalina se rompiera, el remanente es capaz de utilizar cualquier fuente que contenga átomos de carbono (grafito, dioxido o monóxido de carbono, hidrocarburos…) que se le ponga cerca, capturar esos átomos de carbono y añadirlos a la red, colocándolos exactamente en la geometría correcta.

La segunda curiosidad es que, por una vez, España está a la cabeza de algo, ya que la fabrica de grafeno con mayor producción industrial del mundo está aquí, en España, en la comunidad de Murcia, para ser más exactos.

Por último, quizá recordareis haber leido hace unas semanas sobre la posibilidad de usar el grafeno para crear ‘velas solares’ que impulsen naves espaciales. Lamentablemente, debo desmentir tal noticia. Básicamente, lo que produce el movimiento no es el choque de los fotones contra la superficie del grafeno como en una vela solar, sino la expulsión de los electrones del grafeno, a modo de combustible, por tanto el grafeno solo sería útil para impulsar una nave durante un breve periodo de tiempo, antes de que sus electrones se agoten y se le ‘acabe’ el combustible.

Y hasta aquí con el grafeno, otro día más con otro tema.

Un saludo