Un laboratorio de Rice convierte la basura en valioso grafeno en un segundo

El grafeno suele costar 200.000 dólares por tonelada. Ahora, los científicos pueden fabricarlo a partir de la basura.

El grafeno es increíblemente útil, pero muy difícil de producir, hasta ahora.

Una nueva tecnología desarrollada en la Universidad de Rice convertirá la basura en uno de los materiales más valiosos que existen: el grafeno. El químico James Tour y su equipo han desarrollado un proceso rápido que puede transformar grandes cantidades de basura en copos de grafeno.

Se trata de algo muy importante. El mundo tira entre el 30 – 40 % de todos los alimentos, porque se estropean, y los residuos de plástico son una preocupación mundial. Ya hemos demostrado que cualquier materia sólida basada en el carbono, incluidos los residuos plásticos mezclados y los neumáticos de caucho, puede convertirse en grafeno.

James Tour

El valor del grafeno se debe principalmente a su increíble resistencia y a la gran variedad de aplicaciones industriales que tiene. Este material está formado por una sola capa de átomos de carbono conectados entre sí por seis enlaces químicos, creando un entramado que se asemeja a una malla de gallinero.

El grafeno puede añadirse a todo tipo de materiales para mejorar su resistencia o hacerlos más ligeros, como el hormigón o los metales. Es el material más conductor, por lo que resulta muy valioso para su uso como disipador de calor en, por ejemplo, los LED o los teléfonos inteligentes. También podría usarse en la tecnología de las baterías, en las pinturas, en los sensores y en muchas otras cosas: las aplicaciones de este material son casi infinitas.

A pesar de su gran utilidad, el grafeno aún no forma parte de nuestra vida cotidiana en gran parte a su coste prohibitivo. El grafeno es difícil de producir a gran escala, y «el precio comercial actual del grafeno oscila entre los 67.000 a 200.000 dólares por tonelada«, explica Tour.

La nueva técnica, denominada calentamiento Joule instantáneo, es mucho más sencilla, más barata y no depende de ningún disolvente peligroso ni de aditivos químicos. En pocas palabras, se expone un material basado en el carbono a un calor de 2.760°C durante sólo 10 milisegundos. Esto rompe todos los enlaces químicos del material de entrada. Todos los átomos, aparte del carbono, se convierten en gas, que se escapa en este dispositivo de prueba de concepto pero que podría capturarse en aplicaciones industriales. El carbono, sin embargo, se vuelve a ensamblar en forma de copos de grafeno.

Además, esta técnica produce el llamado grafeno turboestático. Otros procesos producen lo que se conoce como grafeno apilado A-B, en el que la mitad de los átomos de una hoja de grafeno se encuentran sobre los átomos de otra hoja de grafeno. Esto da lugar a una unión más estrecha entre las dos hojas, lo que dificulta su separación. El grafeno turboestático no tiene ese orden entre las hojas, por lo que es más fácil separarlas.

El caso de uso más obvio de lo que los investigadores han denominado «grafeno flash» es utilizar estos copos de grafeno como componente del hormigón. «Reforzando el hormigón con grafeno«, explica Tour, «podríamos utilizar menos hormigón para la construcción, y costaría menos fabricarlo y transportarlo. Básicamente, estamos atrapando los gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano, que los residuos de alimentos habrían emitido en los vertederos. Estamos convirtiendo esos carbones en grafeno y añadiendo ese grafeno al hormigón, reduciendo así la cantidad de dióxido de carbono que se genera en la fabricación del hormigón. Es un escenario medioambiental en el que todos ganan con el grafeno«.

El hormigón es una de las principales aplicaciones de este material, pero también existen muchas otras. A medida que este método y otros para producir grafeno a granel vayan madurando, podemos esperar ver un futuro con materiales y tecnologías cada vez más fuertes, más ligeros, más avanzados y menos destructivos para el medio ambiente.

Vía rice.edu