Se trata de un proceso que puede convertir una tonelada de carbón, o sobras de alimentos o plásticos, en grafeno, según el análisis de una especialista
El portal noticiasdelaciencia.com recomienda el siguiente artículo de interés de la genetista Josefina Cano donde profundiza sobre una nueva alternativa para emprender un reciclaje inteligente.
¿Se ha puesto a pensar a dónde van a parar todos esos desechos que se producen a diario? El reciclaje, cuando forma parte de las políticas de una sociedad preocupada por la salud del planeta no siempre es lo capaz y efectivo como nos lo imaginamos.
Un proceso novedoso realizado por el químico James Tour en su laboratorio en la Rice University, en Houston, puede transformar cantidades enormes de cualquier producto que contenga una cantidad de carbón así sea mínima, en una fuente valiosa de capas de grafeno. El proceso es rápido y barato, según informa Tour. La técnica que él denomina “grafeno relámpago” puede convertir una tonelada de carbón, o sobras de alimentos o plásticos, en grafeno y por una fracción del costo de otros métodos usados en la actualidad.
“Esto sí que es un gran logro. Hoy en el mundo se desecha entre el 30% y el 40% de toda la comida porque se ha dañado, y de la basura plástica ya todos sabemos lo que significa. Nosotros ya hemos probado que cualquier material con componentes de carbón sólido, incluyendo basura plástica mezclada, o llantas de caucho, puede ser convertido en grafeno”, dice Tour.
La técnica del grafeno relámpago permite obtenerlo en cosa de 10 milisegundos calentando el material que contiene carbón a unos 2800 grados centígrados. El material puede ser cualquiera que tenga carbono, es decir, prácticamente casi todo. Los residuos de la industria del petróleo, del carbón vegetal, maderas astilladas, son candidatos importantes. “Con el precio actual del grafeno en el mercado, oscilando entre 67.000 y 200.000 dólares por tonelada, el panorama es más que atractivo”, afirma Tour.
Él dice que una concentración tan baja como el 0.1% del grafeno relámpago en el cemento usado para obtener concreto podría disminuir el impacto ambiental de este en un tercio. La producción de cemento emite algo más del 8% del dióxido de carbono al año.
“Al robustecer el concreto con grafeno, podremos usar menor cantidad en la construcción de edificios, que costará menos en su fabricación y en el transporte. En esencia estamos atrapando esos gases de invernadero, como el dióxido de carbón y el metano que se emiten a diario. Al hacerlo, incorporándolo al concreto en forma de grafeno, tenemos al final un escenario de ganancia redondo”, dice Tour.
“Convertir la basura en un elemento aprovechable es clave para una economía circular”, dice Rouzbeh Shahsavari, profesor de ingeniería civil y ambiental, y nano ingeniería en la Rice. “El grafeno puede servir como un molde 2D y como un agente que refuerza el control de la hidratación del cemento para conseguir un mejor material”.
En el pasado, dice Tour, “el grafeno se consideraba muy caro para usarlo con ese propósito. El proceso relámpago podrá bajar el precio, eliminando a su paso un montón de basura, aprovechándola. Además, con nuestro método, el carbón se fija, queda atrapado y no volverá a entrar al aire”.
El proceso se ajusta perfecto con la iniciativa de la Rice University de crear un futuro con cero emisiones de carbono, futuro que les cambia el destino a los hidrocarburos para generar en su lugar hidrógeno y carbón sólido. El proceso relámpago ofrecerá materia prima para ser usada en la fabricación de automóviles e incluso ropa, entre los ya mencionados para la construcción.
El método relámpago del laboratorio de Tour tiene muchas ventajas comparados con otros usados hasta el momento pues permite obtener el grafeno en capas de fácil separación para su uso. El equipo incluso ha logrado transformar los desechos del café molido para obtener unas bellas, impolutas hojas sencillas de grafeno.
El proceso relámpago se realiza en un reactor diseñado para ese propósito. Calienta el material muy rápido y emite todos los elementos no carbonados en forma de gas. Elementos como el oxígeno y el nitrógeno que salen del reactor pueden ser atrapados como pequeñas moléculas que tienen gran valor.
El proceso relámpago produce muy poco calor excesivo, pues canaliza casi toda la energía en el objetivo. “Usted puede poner su dedo en el contenedor unos segundos después. Y tenga en cuenta que es casi tres veces más caliente que el vapor químico emitido por los métodos convencionales para obtener grafeno. Lo que ocurre es que en el proceso relámpago el calor está concentrado en el material carbónico y no en los alrededores del reactor”, aclara Tour.
“Todo el exceso de energía sale en forma de luz, en unas llamas pequeñas, y como no existe ningún solvente, es un proceso súper limpio”.
Duy Luong, quien forma parte del equipo, tras varios intentos por lograr capas delgadas de grafeno al final lo logró.
Luong no esperaba encontrar grafeno cuando encendió el primer aparato a escala para estudiar diversas fases de materiales en una muestra de carbón. “Todo comenzó cuando le eché una mirada a un artículo de una revista de ciencia donde se explicaba la aplicación de altas temperaturas para fabricar nano partículas” Repitiendo el proceso encontró que si paraba el calor en un momento adecuado obtenía grafeno.
El uso de los computadores y los simuladores de última generación y otras herramientas del campo fue de muchísima ayuda.
Tour tiene la esperanza de producir un kilogramo al día del grafeno relámpago en los próximos dos años. “Esto será una especie de tienda de ofertas que ofrecerá componentes del carbón a gran escala, que usando materiales descartados y baratos los ha convertido en otros de mejor calidad y de mayor valor para la construcción de edificios”, finaliza Tour.
Y no solo para la construcción, pues los usos del grafeno son innumerables. Desde su valor en la fabricación de componentes esenciales en la tecnología, la informática, la medicina, hasta en ropas y materiales de uso en la vida cotidiana. El que se logre disminuir los costos de su producción de una manera drástica producirá mejoras a todo nivel.
Además, y lo más importante, el lograr utilizar como materia prima la basura que a diario se produce es algo invaluable. Separar en los hogares los residuos, por más que se lo haga a conciencia deja abierta la pregunta de a dónde van y qué destino tienen. Mil veces mejor que lo hagan a un lugar donde, usando la ciencia, se reconviertan en materiales de altísimo valor, limpiando el planeta de residuos tóxicos, a cambio de rellenar huecos, que serán tóxicos a lo largo del tiempo.
JOSEFINA CANO
Bióloga y Genetista
Luong D. X., et al. Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature, 2020