¿En qué ha quedado el grafeno en 2018? Promesas y avances que nunca llegaron

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El grafeno, ese material milagroso que iba a revolucionar todas las industrias tecnológicas, hoy en día se encuentra casi desaparecido. Casi nada de lo que nos prometieron, se ha hecho realidad. ¿Dónde está el grafeno en 2018?

No es que el grafeno haya sido un fracaso, ni mucho menos. Pero ocurre lo mismo que con otros inventos tecnológicos como las pantallas de los móviles plegables, o las baterías que se cargan en 10 minutos. Una cosa es que sean reales a nivel teórico, o en forma de prototipo, y otra muy distinta convertir eso en un producto comercial, a un coste de fabricación asumible, y con capacidad para fabricar millones de unidades. De la teoría a la práctica pueden pasar años. Incluso décadas.

Quizá el desarrollo del grafeno va más lento de lo esperado, pero eso no significa que no se hayan alcanzado logros. Vamos a intentar descubrir dónde está el grafeno en 2018.

¿Qué es el grafeno?

El grafeno es un material doblemente milagroso. Primero, por sus propiedades, y segundo, porque es muy abundante en la Naturaleza.

La estructura molecular del grafeno se conoce desde hace casi un siglo, pero no existía un método práctico de fabricarlo. Los científicos rusos Andre Geim y Konstantin Novoselov consiguieron hacerlo a temperatura ambiente y con métodos sencillos, y por eso ganaron el Premio Nobel en 2010.

El grafeno es un nuevo material formado por un lámina de carbono puro de un átomo de espesor, en donde los átomos forman paneles de abejas. Es un millón de veces más fina que una hoja de papel.

La primera propiedad del grafeno es que es extremadamente ligero pero al mismo tiempo, extremadamente fuerte: una lámina de un metro cuadrado sólo pesa 0,77 gramos. Es transparente, flexible, impermeable, no contamina, y es más duro que el diamante, 200 veces más fuerte que el acero y más flexible que la fibra de carbono. Además es superconductor: 100 veces más rápido que el silicio usado en los chips.

Conduce el calor, genera electricidad cuando recibe luz, y cambia sus propiedades cuando se combina con otros materiales. Por ejemplo, puede repeler el agua o ser más conductivo.

Aquí podemos ver un material plástico creado con grafeno diez veces más duro que el acero:

Su unión es tan perfecta que ni siquiera los átomos de helio, los más diminutos que existen, pueden atravesarlo. ¿Y hemos mencionado que si la lámina recibe daños, se autorepara?

Y la guinda del pastel: en su forma óxida, absorbe residuos radioactivos, con lo que puede usarse para reducir la radioactividad de una zona contaminada.

No es extraño que los científicos lo llamen “el material milagroso“.

Cómo puede revolucionar el grafeno a los coches eléctricos

Tiene infinidad de aplicaciones: CPUs 500 veces más rápidas, sensores fotográficos mil veces más sensibles a la luz, chips vestibles del grosor de la piel, móviles que se enrollan, pantallas del grosor de una hoja de papel…

Por si fuera poco el grafeno es muy abundante en la Naturaleza, ya que proviene del grafito, presente en infinidad de objetos cotidianos como la mina de un lápiz, o los ladrillos.

Obtener grafeno es tan sencillo como colocar una cinta adhesiva en un poco de grafito y separar las capas repetidas veces, hasta obtener una capa de una molécula de grosor.

¿Dónde está el grafeno que nos prometieron?

Si echas un vistazo a nuestra lista de articulos y noticias sobre el grafeno, verás que llevamos desde 2014 anunciando nuevos productos creados con grafeno: baterías para el móvil, lentes para las cámaras, materiales de construcción, ropa, pantallas, etc., etc. Pasan los años, pero nada de esto se convierte en realidad. ¿Por qué estos productos de grafeno no llegan al consumidor?

Abundante si, barato… no

Hemos visto cómo el grafeno proviene del grafito y el carbono, que es uno de los materiales más abundantes de la Naturaleza. También, que se puede extraer con una simple cinta adhesiva. Entonces… ¿por qué no estamos invadidos por el grafeno en 2018? Pues, sencillamente, porque el grafeno solo demuestra sus cualidades cuando es de la máxima calidad.

Los métodos de creación del grafeno que más calidad ofrecen, lo obtienen en cantidades muy pequeñas. A medida que se crea grafeno a gran escala su calidad cae en picado, y con ello la mayoría de sus ventajas.

Esta es la principal razón de que el grafeno aún no se use a escala industrial. Fabricarlo en grandes cantidades con la calidad necesaria sigue siendo un proceso muy caro. Y aunque se ha demostrado con prototipos que se pueden fabricar baterias de grafreno diez veces más potentes que las actuales, o lentes de las cámaras mil veces más luminosas, fabricar esos productos en millones de unidades sigue siendo extremadamente caro. De momento, no compensa.

Pero esto puede cambiar en el futuro cercano. Constantemente se están descubriendo nuevos métodos de obtención del grafeno, más baratos, a mayor escala y con más calidad. Por ejemplo, la Universidad de Illinois ha descubierto un método para fabricar grafeno a partir de agua carbonatada

Incluso se puede fabricar grafeno con aceite usado

Investigadores de la Universidad de Rice han conseguido obtener grafeno de alta calidad a partir del azúcar común calentado a a 800° C.

Otra nueva técnica desarrollada por el Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias emplea la oxidación del grafito para obtener óxido de grafito. Mediante ultrasonidos se obtienen láminas oxidadas de grafeno y escamas de grafeno.

La fabricación de grafeno mejora día a día, y en poco tiempo se inventará un método para obtener grafeno de alta calidad en cantidades industriales. Entonces llegará el verdadero boom del grafeno. Los expertos vaticinan que será antes de 2025.

Demasiada entusiasmo, poco realismo

En los años posteriores al Premio Nobel de Geim y Novoselov, el entusiasmo por el grafeno se disparó.

Muchas empresas y centros de investigación se lanzaron a experimentar con el material milagroso. Y obtuvieron resultados muy importantes, demostrando la versatilidad y el potencial del grafeno. Pero una cosa es desarrollar una teoría o crear un prototipo, y otra diferente convertir ese proyecto en un producto final, en manos de millones de consumidores.

Ya hemos visto uno de los principales obstáculos: la fabricación a gran escala sigue siendo un proceso lento y muy caro.

Después, en la mayoría de los casos, usar grafeno aporta muchas ventajas, pero también algunas dificultades que hay que pulir, antes de obtener un producto final.

En 2008, IBM desarrolló transistores de grafeno que funcionaban a 26 GHz. En dos años alcanzaban los 300 GHz. No olvidemos que los procesadores actuales de los móviles o el PC apenas llegan a los 5 GHz. La prensa científica se descolgó con grandes titulares del tipo “El grafeno sustituirá al silicio“, o “Los ordenadores serán 100 veces más potentes en dos años“.

Pero nada de esto ha ocurrido. En efecto, IBM tiene prototipos de chips de grafeno funcionando a esas velocidades, pero a día de hoy es muy complicado convertirlos en un producto comercial. El grafeno es más conductor que el silicio, pero no tiene su resistencia a la conductividad. En otras palabras, el grafeno no puede dejar de conducir electricidad. ¿Y quién quiere un ordenador que no se puede apagar? Hay métodos para detener el paso de la corriente, por supuesto, pero no son comercializables… por ahora.

El prestigioso físico Walter de Heer ya lo dejó claro hace años: “El grafeno nunca reemplazará al silicio. Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca han reemplazado a los barcos“.

Productos de grafeno que ya puedes comprar en Amazon

Es cierto que los artículos que utilizan grafeno aún no han llegado a nuestros dispositivos cotidianos, pero quizá te sorprenda saber que ya existen multitud de productos a la venta que usan grafeno para mejorar algunas de sus características. Por ejemplo, todos estos que mostramos aquí los puedes encontrar en Amazon.

Colchones y almohadas de grafreno

Marcas como Living Sofa disponen de colchones y almohadas fabricadas con viscoeléstico de grafeno. Al parecer el grafeno elimina la estática y mejora las propiedades viscoelásticas (se amolda mejor al cuerpo y recupera su forma original cuando no se usa).

Auriculares con grafeno

Los auriculares BlitzWolf, iHaper, e iBasso utilizan un diafragma fabricado con grafeno, mucho más fino y resistente que los convencionales. Ofrece mejores frecuencias, menos consumo de energía, y reduce la distorsión.

Baterías de grafeno

También comienzan a verse las primeras batería de grafeno, destinadas principalmente a drones, pero también hay baterías externas para móvil y portátiles.

FancyWhoop fabrica baterías de grafeno para drones y coches teledirigidos. Asegura que el grafeno mejora la fiabilidad de la batería, y reduce el tiempo de carga a la mitad.

La marca OAS vende una batería externa de grafeno de 6.000 mAh para móviles. Promete que es entre 10 y 30 veces más rápida que una convencional: puede cargar el móvil o el portátil en15 minutos.

Ruedas de grafeno para bicis

La marca Vittoria ya ofrece cubiertas para bicicletas de montaña fortalecidas con grafeno, lo que reduce los pinchazos y aumenta la resistencia.

Bombillas de grafeno

Las bombillas de grafeno de QIRUI tienen un filamento de grafeno que aumenta la conductividad de la electricidad y reduce la temperatura de la bombilla, alargando su vida.

Como vemos, el grafeno ya es una realidad en algunos productos. De momento se usa en pequeñas cantidades, en componentes específicos para funciones muy concretas, y por marcas poco conocidas que experimentan con el grafeno para intentar atraer a nuevos clientes.

Es un inicio de algo mucho más grande que está por llegar.

El grafeno en 2018

Mientras se abaratan los costes de fabricación, empresas y universidades siguen desarrollando nuevos usos del grafeno en 2018. Vamos a echar un vistazo a algunas propuestas interesantes que se han presentado este año.

El avión con piel de grafeno

Ingenieros de la Universidad Central de Lancanshire han desarrollado un avión con piel de grafeno. Además de usar baterías de grafeno cuenta con una cobertura de grafeno en las alas que ayuda a reducir el peso total de la nave.

El grafeno utilizado en el avión es un 17% más ligero que la fibra de carbono normal. Otras propiedades del grafeno también ayudan a contrarrestar los efectos de los rayos peligrosos y a proteger el avión contra la acumulación de hielo durante el vuelo.

¿Alimento para animales?

Dos experimientos diferentes han demostrado que al alimentar a arañas y gusados de seda con grafeno, han producido tela de araña y seda, respectivamente, entre dos y diez veces más fuerte de lo normal. Es un primer paso hacia la fabricación de ropa y materiales flexibles más resistentes a las roturas y el clima.

La batería de grafeno de Samsung

Las grandes compañías también están experimentando con el grafeno. La revista Nature asegura que Samsung ya tiene lista una batería de grafeno con un 45% más de capacidad que las normales, y se recarga en solo 12 minutos.

La batería se compone de una estructura 3D llamada bola de grafeno, formada por una parte de material milagro combinada con otra de óxido de silicio.

Cámaras con filtros de grafeno

El Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona ha desarrollado una cámara de móvil que tiene un filtro adicional de grafeno. Este filtro utiliza fotodetectores de puntos cuánticos para detectar luz ultravioleta e infrarroja, recopilando más información de la que cualquier cámara normal podría captar.

Se usa para detectar fuentes de calor o localizar alimentos en mal estado, como puedes ver en este vídeo:

Espuma de grafeno que soporta 3000 veces su peso

Científicos de la Universidad de Rice han creado una espuma de grafeno mediante nanotubos de carbono, unas estructuras 3D que se obtiene enrollando grafeno. Esta espuma, pese a ser ligera y flexible, soporta hasta 3000 veces su peso sin romperse. 

Chaleco antibalas con dos átomos de espesor

Ya hemos visto que el grafeno es 100 veces más duro que el acero, y al mismo tiempo extremadamente ligero. La universidad de Nueva York ha creado un nuevo material llamado diamene, formado por dos capas de grafeno y un sustrato de silicio. De un grosor similar al papel de aluminio, es tan duro como el diamante, hasta el punto de que lo van a usar para crear chalecos antibalas de grafeno.

¿Es el grafeno una decepción?

Los científicos quizá pecaron de entusiasmo a la hora de prometer usos prácticos del grafeno, pero no mentían cuando se les caía la baba glosando sus propiedades.

El grafeno es un material milagroso y en unos años todo aquello que nos prometieron se hará realidad a escala industrial y comercial. Pero debemos ser pacientes. Como todas las tecnologías revolucionarias su desarrollo exige años de trabajo e investigación, para que llegue a toda la población. Los coches tardaron más de 70 años en convertirse en herramientas de uso cotidiano. Los televisores más de 30 años. Los ordenadores, otro tanto. El plástico, la fibra de carbono, y otros materiales infinitamente menos revolucionarios que el grafeno, igual.

La revolución del grafeno llegará, pero aún necesita unos años más de investigación y desarrollo. De aquí a 2025, si todo va bien.  Así es como funciona la ciencia…