Tome un trozo de cinta adhesiva y aplíquelo a la “mina” de un lápiz. Retire la cinta y es posible que todavía tenga algunas escamas delgadas de grafito adheridas. Dobla la cinta por la mitad y desdóblala para dividir los copos. Haga esto 10 o 20 veces y, si su técnica es buena, felicitaciones, acaba de hacer el material más delgado conocido y casi el más fuerte.
Por David Meyer para Fortune | Traducción libre del inglés por lapatilla.com
El truco de la cinta es literalmente cómo Andre Geim y Konstantin Novoselov lograron aislar por primera vez el grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor y, por lo tanto, bidimensional, en la Universidad de Manchester del Reino Unido en 2004. Seis años después, los físicos ganaron el Premio Nobel de sus esfuerzos, y por una buena razón.
Las propiedades del grafeno son extraordinarias, como se muestra en productos emergentes que incorporan el material: auriculares con mejor sonido, teléfonos inteligentes más frescos, carreteras o envases de champú más ecológicos.
El grafeno no solo es el segundo material más delgado y más fuerte del mundo, sino que una forma unidimensional de carbono llamada carbino que es increíblemente ligero y transparente. También es muy flexible o muy rígido, dependiendo de cómo se trate . Es uno de los mejores conductores térmicos y los conductores eléctricos más rápidos, y también es excelente para dejar pasar el agua mientras bloquea cualquier otra cosa, lo que lo convierte en un excelente filtro y barrera. Y, como demostraron Geim y Novoselov, el grafeno puede ser bastante fácil de hacer.
Estas propiedades, más la notable historia de los premios Nobel, llevaron a una tonelada de exageraciones sobre el grafeno hace aproximadamente una década. Pero aún quedaba mucho trabajo por hacer, como averiguar cuál era la mejor manera de hacer y luchar contra el grafeno; encontrar aplicaciones donde tenga sentido económico; y construyendo lentamente nuevos mercados. Entonces la bulla se calmó.
Ahora, sin embargo, puede que esté llegando el momento de la sustancia maravillosa.
El sonido
“Puedo escuchar cada detalle musical con un nivel de claridad que solo he experimentado desde el podio frente a una orquesta”, dijo entusiasmado Gustavo Dudamel, director musical de la Filarmónica de Los Ángeles, al respaldar la primera obra basada en grafeno del mundo, unos audífonos llamado GQ, fabricado por una startup canadiense llamada Ora.
Aprovechando las propiedades de rigidez, ligereza y amortiguación del grafeno (su capacidad para dejar de moverse tan pronto como una corriente eléctrica deja de pasar a través de él), Ora está utilizando óxido de grafeno para fabricar membranas para auriculares y altavoces. El propio Novoselov ha elogiado a la empresa por asegurarse de que “el grafeno está oficialmente fuera del laboratorio y entró el mundo del audio”.
“Durante casi dos décadas, las propiedades teóricas del grafeno se han considerado el material “santo grial” del diafragma para los altavoces”, dice el cofundador de Ora, Ari Pinkas, y explica que los diseñadores de altavoces generalmente tienen que comprometer la rigidez, la ligereza o la amortiguación.
Pinkas dice que su compañía está trabajando con las principales marcas de computadoras portátiles y teléfonos inteligentes para hacer parlantes más pequeños y potentes para sus dispositivos, con algunos diseños programados para lanzarse en 2022. Sin embargo, citando acuerdos de no divulgación, no está revelando ningún nombre.
“Cuando el grafeno irrumpió en escena, era un material maravilloso que cambiaría el mundo”, dice Richard Collins, analista principal de la firma de investigación de mercado de tecnología avanzada IDTechEx. “Para ser honesto, si hablas con mucha gente del grafeno, todavía piensan que cambiará todo.
“Lo que sucedió es que, durante ese período de 10 años, muchas empresas lo probaron. Muchos usuarios finales lo han explorado. Siendo realistas, solo ahora y en los próximos años llegaremos a ese punto de inflexión”.
Del audio al asfalto: la fuerza del grafeno despierta interés en la industria de la construcción.
La industria tiene un problema de emisiones desde hace mucho tiempo; hasta el 8% de las emisiones de CO2 del mundo provienen de la producción de hormigón. La adición de grafeno a la mezcla podría ayudar a reducir esas emisiones, porque permitiría un hormigón más fuerte, lo que significa poder utilizar menos hormigón.
Pero la capacidad del grafeno para conducir el calor de manera rápida y eficiente (una propiedad que ha llevado a su uso en algunos teléfonos inteligentes Huawei recientes) también está resultando útil.
“La propiedad más impresionante es que este aditivo puede triplicar la vida útil de la carretera de seis a siete años a 18 a 21 años”, afirma Giulio Cesareo, cofundador y CEO de Directa Plus. Pero eso está lejos de ser el único uso de las nanoplaquetas de grafeno de la empresa.
Cesareo y sus cofundadores estadounidenses, que desde entonces vendieron sus acciones al cirujano multimillonario convertido en inversor Patrick Soon-Shiong, son veteranos de Union Carbide. El italiano se unió al gigante químico estadounidense (ahora propiedad de Dow) justo después del desastre de Bhopal en 1984, en el que una planta de pesticidas de Union Carbide en India filtró gas y envenenó a más de medio millón de personas.
Las secuelas de esa tragedia alimentaron el interés de Cesareo en el medio ambiente y la sostenibilidad, que ahora se está manifestando en el trabajo de Directa Plus.
Por un lado, el método de producción de grafeno de Directa Plus se basa en la física más que en la química: en lugar de utilizar productos químicos para hacer crecer la sustancia en el metal, utiliza calor y presión extremos para exfoliar el grafeno de las partículas de grafito. Esto, dice Cesareo, hace que sea más fácil y económico producir telas a base de grafeno que se puedan usar de manera segura en la piel, en la ropa y en máscaras faciales (las cuales están en el mercado, utilizando el grafeno de Directa Plus).
La compañía también ha estado trabajando con Lukoil de Rusia y OMV de Austria en la descontaminación del suelo y el agua que ha sido contaminada por derrames de petróleo en Rumania. Debido a que el grafeno es capaz de bloquear la mayoría de los fluidos y solo deja pasar el agua, el polvo de Directa Plus se usa en barreras que absorben el crudo derramado, limpiando el entorno. Cuando están saturados, pueden exprimirse y usarse de nuevo.
“Retiramos 400 toneladas de petróleo crudo que se enviaron de regreso a la refinería”, dice Cesareo sobre las primeras implementaciones.
Embalajes más ecológicos
La utilidad del grafeno como barrera flexible es, naturalmente, muy útil en el mundo de los envases, de nuevo, teniendo en cuenta los beneficios medioambientales.
Este mes, una startup con sede en el Reino Unido llamada Toraphene dio a conocer un biopolímero que, según dice, proporciona la primera alternativa totalmente biodegradable, compostable y comercialmente viable a los envases de plástico. El material homónimo, que combina grafeno con polímeros naturales de plantas, se está desplegando primero en bolsas de la compra.
Pero el verdadero avance, el que inició el viaje de Toraphene en 2011, cuando sus fundadores eran investigadores de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, estará en el envasado de líquidos.
El director ejecutivo, Gaute Juliussen, dice que el gigante de bienes de consumo Unilever se acercó a Toraphene hace cuatro años para pedir una mejor bolsita de champú (Unilever confirma que las empresas tuvieron discusiones). Las bolsitas actuales usan algunas capas de plástico para resistencia y una de óxido de aluminio, para proporcionar una barrera. contra el líquido que rezuma. Toraphene dice que su material proporciona la resistencia y la impermeabilidad que se necesitan, pero en una forma que se puede reciclar fácilmente, ya que es solo orgánico y carbono.
En cualquier caso, las discusiones de Unilever fracasaron: después de dos años de negociaciones contractuales, dice Juliussen, el intento de adquisición hostil de Kraft Heinz provocó grandes medidas de reducción de costos para aumentar los dividendos, y la I + D se vio muy afectada. Ahora que los contactos de Toraphene se habían despedido, no hubo acuerdo y la startup recurrió a una ronda de crowdfunding recién completada (y con una gran cantidad de suscripciones) para llevar su paquete de barrera al mercado.
“El tipo de grafeno que estamos buscando para los envases costará actualmente a granel alrededor de $ 200 por kilo”, dice Juliussen. Eso es alto: Collins de IDTechEx dice que algunas compañías están vendiendo grafeno por menos de $ 10 el kilogramo en estos días. Pero el grafeno de Toraphene proviene del grafito extraído en lugar de sintetizarse a bajo costo, un enfoque que puede crear un producto inferior.
“Debido a que usamos tan poco [menos del 0,2% del empaque es grafeno] podemos hacer empaques económicos con él”, dice Juliussen. “Agrega quizás un 10% más o menos al costo, pero luego agregamos fuerza al empaque de más del 20%. Net-net, podemos otorgar un beneficio “.
Próxima parada: tazas de café de papel, que actualmente utilizan un revestimiento de plástico para impermeabilizarlas, lo que también las hace difíciles de reciclar. Toraphene ha presentado una patente para el uso de su material como revestimiento y actualmente está trabajando para obtener la aprobación de los reguladores de normas alimentarias de EE. UU. Y Europa.
Según Collins, es este tipo de área donde el grafeno realmente podría tener éxito. (IDTechEx calcula que el mercado de varios tipos de material de grafeno tendrá un valor de $ 700 millones para 2031, frente a menos de $ 100 millones en la actualidad). Sí, hay productos de consumo que se venden más en función del uso de grafeno: auriculares, raquetas de tenis, zapatos. pero “el éxito es vender cientos o miles de toneladas de su material”, dice.
“La realidad es que, si habla con una empresa automotriz, no van a gastar dinero en un revestimiento resistente al desgaste, porque el grafeno agrega marketing”, dice Collins. “Es la economía durante la vida útil del producto, ¿tiene sentido? Ese es el impulso de ese punto de inflexión “.
Cargando hacia adelante
Lo que nos lleva finalmente a una de las empresas de las que más se habla actualmente en el espacio del grafeno: Skeleton Technologies.
La firma estonio-alemana tiene contratos con algunas de las marcas automotrices más importantes de Europa, aunque es reacia a publicitarlos por ahora, y no para material de revestimiento, sino para almacenamiento de energía en baterías de grafeno.
Si apila capas de grafeno normales y planas, se agrupan y terminan con grafito nuevamente. Entonces, Skeleton desarrolló un método patentado para hacer grafeno curvo, que supera este problema. Utiliza este grafeno curvo en ultracondensadores.
Eso significa baterías que se pueden cargar en segundos, un millón de veces, sin necesidad de materiales escasos como el litio y el cobalto. Estos ultracondensadores ya se están utilizando en excavadoras, en equipos médicos y en el transporte: en las ciudades alemanas de Mannheim, Heidelberg y Ludwigshafen, están recuperando la energía de frenado de los tranvías y reutilizándola para acelerar.
“Es más barata y más pequeña que cualquier tipo de solución de batería”, dice Taavi Madiberk, CEO de Skeleton. Sin embargo, debido a que estos ultracondensadores almacenan menos energía que las baterías de iones de litio tradicionales, es probable que los ultracondensadores de grafeno coexistan con otras tecnologías y las complementen.
Según Madiberk, el mayor beneficio del grafeno curvo es el manejo de las cargas máximas que hacen que las baterías estándar de iones de litio se sobrecalienten y se degraden con el tiempo; La combinación de los dos permite obtener paquetes de baterías un 30% más pequeños y el doble de duraderos. También habla del potencial de los ultracondensadores de Skeleton para mantener la estabilidad de la red eléctrica a medida que las energías renovables relativamente impredecibles se vuelven más predominantes.
Skeleton ha estado desarrollando su tecnología desde los primeros días del grafeno, en 2009, pero solo comenzó a comercializar sus ultracondensadores hace un par de años. Con una cartera de contratos que ya supera los 150 millones de euros (182 millones de dólares), recaudó 41 millones de euros en una ronda de inversión en octubre para escalar y prepararse para el lanzamiento de “superbaterías”, para las que Madiberk ve un mercado potencial de 60.000 millones de euros.
“Quizás en 2009, si hubiera sabido cuánto tiempo llevaría, no estoy seguro de que hubiéramos comenzado la empresa”, dice Madiberk, cuya experiencia es el comercio electrónico. “En términos de grafeno y de llegar al mercado, es paciencia, paciencia, paciencia”.