Este material, compuesto por una capa unidimensional de átomos de carbono, comenzó a despertar la atención de las grandes industrias desde su auge en 2004, gracias a características tan propicias como la resistencia, la flexibilidad o la alta conductividad técnica y eléctrica. Veinte años después, forma parte de extraordinarios avances tecnológicos.
Aunque su enlace químico y estructura se descubrieron en los años 30, el grafeno fue denostado durante décadas, hasta que en 2004 logró una nueva vida, cuando Andre Geim y Konstantin Novosiólov consiguieron aislarlo a temperatura ambiente, extrayendo una finísima lámina (tiene el espesor mínimo permitido por las leyes de la física) que mantenía propiedades físicas excepcionales. Hablamos con Mar García Hernández, profesora de investigación del Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid del CSIC, de los avances y obstáculos que enfrenta en la actualidad su industria.
Mar, investigadora en el campo de los materiales avanzados, ya nos habló en 2019 de los progresos que se estaban haciendo en producciones tan diversas como la aeronáutica y la construcción. A día de hoy, sin haber alcanzado su máximo potencial, el grafeno también ha dado pasos decisivos en sectores esenciales como la medicina o la generación energética.
Avances en la producción y comercialización
Cuando hablamos de comercialización, es importante tener en cuenta que no todo lo que se lanza al mercado es grafeno puro, y que muchos materiales relacionados –pero no idénticos– están acaparando la atención de numerosas industrias. “El nombre de grafeno alude únicamente a la monocapa de una red hexagonal de átomos de carbono. Sin embargo, se comercializan numerosos productos, como nanoplaquetas u óxido de grafeno, que, aunque pueden tener una funcionalidad valiosa, no coinciden estrictamente con el grafeno”, explica la experta. Estas variables han permitido que existan películas de grafeno cada vez más perfectas, que conducen a una óptima integración en dispositivos electrónicos.
Uno de los principales desafíos históricos del grafeno ha sido el económico. Además de tener que competir con otras tecnologías bien desarrolladas, en las que ha habido décadas de inversión sostenida y, por tanto, una mejor implantación en las cadenas de valor de los sectores demandantes, la industria ha tenido que hallar la manera de producir a gran escala y con un coste asequible: “Ha habido un gran progreso en el desarrollo de la síntesis de los diferentes grafenos, gracias a métodos exitosos como la exfoliación en fase líquida de sus diferentes variantes, junto con la formulación de tintas basadas en grafeno para usarlas en procesos de impresión, así como las técnicas de deposición química en fase de vapor”, expone García. Sin embargo, reconoce que aún hay margen de mejora. “Todavía falta optimizar los procesos que controlan los defectos del material, ya que estos pueden influir en sus propiedades”, señala. La clave del abaratamiento del grafeno reside, en su opinión, en aumentar la demanda para establecer una economía de escala.
Su papel en la transición energética
La sostenibilidad ha pasado de ser parte de la filosofía empresarial a ser el eje central y estratégico de cualquier desarrollo económico. En este compromiso compartido a escala global, el grafeno puede ser solución y palanca para muchos sectores. “Se está estudiando su uso en la fabricación de cementos y asfaltos autorreparables, más duraderos y con más prestaciones, que podrían ayudar a reducir la huella de carbono. En el campo de la energía, además de su uso en baterías y supercondensadores, se está aplicando a la producción y almacenamiento de hidrógeno verde para reducir significativamente el costo de los metales caros”, expone. La ligereza del grafeno contribuye a la producción de muchos elementos estructurales de menor peso, lo que es muy relevante para la industria aeronáutica y de automoción, que también reducirían considerablemente su factura energética.
El grafeno puede mejorar la eficiencia y efectividad de las energías renovables. “En el sector energético, los compuestos con grafeno son más resistentes y menos pesados, lo que alivia el transporte de elementos como las aspas de aerogeneradores”, asegura la experta del CSIC. El mismo material es apto para el “desarrollo de recubrimientos y para estrategias de autodiagnóstico que deriven en potenciales reparaciones”.
Éxitos y perspectivas de futuro
Una de las implantaciones más exitosas del grafeno ha tenido lugar en el sector tecnológico, ya que sus propiedades lo convierten en una base idónea para aplicaciones en electrónica de alta potencia, dispositivos de enfriamiento y fabricación de microchips. El hito más reseñable de los últimos años ha sido el descubrimiento de una familia de materiales bidimensionales y semiconductores que podrían combinarse con el grafeno, mejorando así sus propiedades.
Todos estos avances no son más que el inicio de un amplio futuro para este material, que abarcará todo tipo de industrias. “Hay aplicaciones importantes en la industria aeroespacial, en la electrónica ultraflexible, en textiles inteligentes o avances biomédicos”, relata la experta. De hecho, en este último campo, el grafeno está transformando el diagnóstico y la prevención, gracias a los biosensores basados en transistores con grafeno que permiten el monitoreo continuo de la salud. Además, la espuma de grafeno es capaz de curar de lesiones medulares, ya que son capaces de reconectar el tejido dañado. A pesar de los retos pendientes, García es optimista, y considera que la producción y el uso del grafeno irá en aumento, siempre que se mantenga la innovación y se impulse la escalabilidad de su producción.
Ha colaborado en este artículo…
Mar García Hernández (Madrid, 1959) es profesora de Investigación del CSIC. Realizó su doctorado en el Instituto de Estructura de la Materia del CSIC y ha trabajado en el Instituto J. Heyrovsky (Academia Checa de Ciencias, Praga), la École Polytechnique Fédérale de Lausanne y el Rutherford Appleton Laboratory (Oxfordshire, Reino Unido).
Ha publicado más de 270 artículos científicos en revistas internacionales, dirigido numerosos proyectos de investigación, nacionales y europeos, así como tesis doctorales, y es coautora de varias patentes
