El grafeno ¿Una solución medioambiental?

Cada vez son más las iniciativas y descubrimientos que se dan en diferentes campos científicos empleando el grafeno como medio, entre otras cosas, para combatir los problemas de degeneración medioambiental y depuración de residuos.

¿Podemos decir entonces que el grafeno será una solución medioambiental en el futuro…?

Concretamente, hace unos meses, se publicaron diversas noticias sobre Baoxia Mi, una investigadora de la Universidad de California Berkeley en Estados Unidos, que anunciaban el diseño de una membrana a base de grafeno, que tenía la capacidad de filtrar el agua mejor que cualquier otra tecnología y con un menor consumo de energía.

El Grafeno ¿Una solución medioambiental?

Esta científica, especializada en la búsqueda de nuevas formas de purificar el agua, ha aprovechado las posibilidades que tiene el grafeno para eliminar los contaminantes con eficacia.

Llegados a este punto, te preguntarás pero ¿que es el grafeno?

El repentino aumento del interés científico por el grafeno puede dar la impresión de que se trata de un material nuevo. En realidad se conoce y se ha descrito desde hace más de medio siglo.

Al grafeno se le prestó poca atención durante décadas al pensarse que era un material inestable termodinámicamente. Bajo este prisma se entiende la revolución que significó que Gueim y Novosiólov consiguiesen aislar el grafeno a temperatura ambiente.

Realmente, el grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en patrón regular hexagonal, similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Se considera 100 veces más fuerte que el acero y su densidad es aproximadamente la misma que la de la fibra de carbono, y es aproximadamente cinco veces más ligero que el aluminio, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan solo 0,77 miligramos.

El Premio Nobel de Física de 2010 se les otorgó a los científicos Andréy Gueim y Konstantín Novosiólov por sus revolucionarios descubrimientos acerca de este material.

El Grafeno ¿Una solución medioambiental?

¿Y cuales son sus propiedades?

El grafeno es de los materiales más duros y fuertes existentes, incluso supera la dureza del diamante y es doscientas veces más resistente que el acero. Es altamente rígido, por lo tanto soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse. Se trata de un material ligero con una densidad de tan solo 0,77 miligramos por metro cuadrado (densidad indicada en unidades de superficie como causa de su estructura laminar). También cabe destacar que soporta grandes fuerzas de flexión, es decir, se puede doblar sin que se rompa. Para hacerse una idea de la capacidad de estas propiedades mecánicas, el premio Nobel hizo una comparación con una hamaca de grafeno de un metro cuadrado de superficie y un solo átomo de espesor. Esta hamaca de grafeno podría soportar hasta 4 kg antes de romperse (equivalente al peso de un gato). En total esta hamaca pesaría lo mismo que uno de los pelos del bigote del gato, menos de un miligramo.

  • Es extremadamente duro: 100 veces más resistente que una hipotética lámina de acero del mismo espesor6
  • Es muy flexible y elástico.
  • Es transparente.
  • Autoenfriamiento (según algunos científicos de la Universidad de Illinois).
  • Conductividad térmica y eléctrica altas.
  • Hace reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.
  • Sirve de soporte de radiación ionizante.
  • Tiene gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.
  • Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
  • Para una misma tarea que el silicio, tiene un menor consumo de electricidad.
  • Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.
  • Razón superficie/volumen muy alta que le otorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores.
  • Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de manera que, por ejemplo, no repela el agua o que incluso cobre mayor conductividad.
  • Se autorrepara; cuando una lámina de grafeno sufre daño y se quiebra su estructura, se genera un ‘agujero’ que ‘atrae’ átomos de carbono vecinos para así tapar los huecos.
  • En su forma óxida absorbe residuos radiactivos.

Como decimos, cada vez son más los usos que se dan a este extraordinario material, sin ir más lejos, a finales del año pasado La empresa española Graphenano, que se encarga de producir grandes cantidades de grafeno y comercializarlo con compañías incluso de ámbito internacional en Alemania, Estados Unidos y China, se planteó utilizar el óxido de grafeno para descontaminar la central de Fukushima (Japón), dañada por el famoso tsunami, y el agua que en ella se empleaba.

El grafeno ¿Una solución medioambiental?

Porque, entre otros de sus variados usos, el grafeno se emplea para eliminar materiales radioactivos de aguas contaminadas. Dicho material no se encarga de eliminar directamente las toxinas radioactivas del agua, sino que ayuda a agruparlas para mayor facilidad de extracción. Una vez separado del agua, los materiales radioactivos en formato sólido (condensados por el óxido de Grafeno) son acumulados y custodiados para la no contaminación de aguas.

Descontaminar el agua a base de nanorobots de grafeno mediante campos magnéticos

Guiados por un campo magnético, minúsculos tubos de grafeno podrían almacenar los metales pesados disueltos en un agua contaminada. Entre las muchas posibilidades de la nanotecnología, algunos permiten producir milagros que en pocos decenios serán totalmente posibles.

Recientemente, y para añadir a la lista de iniciativas en torno al grafeno, un grupo de investigadores internacionales ha afirmado que unos nanorobots recubiertos de grafeno podrían descontaminar las aguas que contienen metales pesados. Estos trabajos de investigación muestran que es posible retirar el 95% del plomo contenido en el agua en una hora.

El rendimiento es interesante puesto que hay que recordar que la contaminación por metales como el mercurio, el cadmio y el cromo, y no únicamente el plomo, es un verdadero problema dentro de la contaminación medioambiental. Esta puede proceder de actividades industriales tan importantes como la explotación minera, la fabricación de baterías o la electrónica.

Para responder a este desafío, los investigadores han fabricado unos microobjetos cilíndricos compuestos de capas con agujeros. La capa más interna está constituida por un tubo hueco de platino que reacciona con el agua que contiene peróxido de hidrógeno. Estas microburbujas de oxigeno se forman en el tubo, y salen por una apertura.

El tubo de platino está recubierto por una capa de níquel ferromagnético, de manera que los tubos se comportan como microimanes en movimiento. De esta forma, es posible dirigir las trayectorias con ayuda de campos magnéticos variables. La capa externa que envuelve el níquel está fabricada de óxido de grafeno y es la que captura eficazmente los átomos de plomo.

El uso de campos magnéticos permite también desplazar estos microobjetos en el agua contaminada y extraerlos una vez terminada la colecta de los metales. Tratados con una solución ácida, desprenden los contaminantes y están de nuevo dispuestos para ser utilizados.

Los resultados obtenidos hacen pensar que el procedimiento puede también servir para extraer otros metales de las aguas contaminadas, y por un coste mucho más bajo que las otras técnicas utilizadas hasta el momento.

 

Fuentes: renovablesverdes.com, es.wikipedia.org, computerhoy.com, blogthinkbig.com