Las singulares propiedades del grafeno asombraron a la comunidad científica e hicieron soñar con una amplia variedad de aplicaciones, pero casi dos décadas después de su descubrimiento, todavía quedan años de espera para que este material explote al máximo su potencial y colonice todos los mercados en los que puede ser útil. Aislado por primera vez en 2004 por dos investigadores de la Universidad de Manchester, desde entonces se han esperado de él grandes cosas. Compuesto por carbono puro, cuyos átomos se encuentran organizados en un patrón hexagonal regular, destaca por ser ligero, flexible, un millón de veces más fino que un cabello humano y 200 veces más resistente que el acero. Es, además, un conductor de la electricidad tan bueno como el cobre y mejor conductor de calor que cualquier otro material.
Con estas características no es de extrañar que la Comisión Europea se haya fijado en él. En 2013 puso en marcha el proyecto ‘Graphene Flagship’ para convertir la innovación del laboratorio en realidades comerciales. Dotado con 1.000 millones de euros para invertir en una década, reúne a más de 170 socios académicos e industriales de 22 países, incluida España, que trabajan en las industrias automotriz y de aviación, electrónica, energía, composites y biomedicina. Un despliegue mastodóntico que, unido a la concesión del Nobel de Física tres años antes a los científicos que descubrieron el grafeno, dio pie a anhelos que muchas veces cayeron en saco roto. «Se crearon expectativas descabelladas y hubo gente que ofrecía milagros sin ninguna base científica ni técnica», lamenta Julio Gómez, presidente de la Alianza Española en Grafeno.
Se habló incluso de que podía desbancar al silicio, aunque hay expertos que lo cuestionan. Tomás Palacios, investigador en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), es tajante: «No creo que el grafeno sustituya nunca al silicio. No hay necesidad. El silicio es extraordinariamente bueno para lo que se utiliza, es decir, transistores (o interruptores) capaces de controlar el flujo de electricidad». Sin embargo, recuerda que los ordenadores del futuro tendrán muchos otros componentes electrónicos como memoria y circuitos para acelerar la inteligencia artificial, o detectores para comunicaciones ópticas. «El grafeno -dice- jugará un papel decisivo en muchos de estos componentes».
Aplicaciones
El tiempo es aquí un factor vital. «El silicio ha requerido 70 años de desarrollo para llegar a las cotas actuales. Con el grafeno estamos intentando hacerlo más rápido, pero no se pueden improvisar aplicaciones de un día para otro, es un proceso consumidor de tiempo», explica Mar García Hernández, profesora de investigación del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Por ahora, ha conseguido hacerse un hueco en ciertos segmentos, en los que su precio de producción ya es competitivo. «El grafeno puede ser más o menos puro y es este último el que ahora tiene más aplicaciones. Es fácil de hacer, barato y puede emplearse en baterías y supercapacitores de energía. También se utiliza para hacer membranas para el tratamiento de aguas residuales, algo importante porque puede resolver problemas de potabilización o desalinización del agua», destaca Eugenio Coronado, director del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universidad de Valencia. Los grafenos de baja pureza sirven asimismo para integrarse en materiales de la construcción... a día de hoy, estas son las aplicaciones en marcha, junto con su empleo en materiales compuestos (composites) para mejorar las propiedades finales.
En un futuro más lejano, la biomedicina es una de las áreas donde puede aportar. «El grafeno es conductor de la electricidad y lo bien o lo mal que la conduce depende enormemente de la funcionalización del material. Si ponemos ciertas moléculas encima del grafeno, sus propiedades intrínsecas varían y eso es una vía de detección. Es un paradigma muy adecuado para implementar biosensores», asegura García Hernández.
Para la detección del Covid-19, por ejemplo, «hay estudios bastante avanzados», aunque habrá que esperar para su uso comercial. Pero de lo que no hay duda es de su enorme potencial. «La verdadera revolución está aún por llegar. Es un material idóneo para el desarrollo de una nueva generación de sensores químicos y biológicos que contribuyan al diagnóstico precoz de enfermedades como el Covid-19. También será un material clave para el futuro de la electrónica», augura el investigador del MIT.
Para que este prometedor horizonte se haga realidad quedan desafíos pendientes. Julio Gómez, que a su vez dirige la empersa Avanzare, pone el foco en el escalado. «Es lo básico, que aumentemos mucho la capacidad de producción para que sea masiva la disponibilidad en el mercado y podamos ir a la gran industria química, lo cual será tractor de más aplicaciones y más puesta en el mercado».
Si el despegue definitivo no ha llegado es también porque compite con unas tecnologías bien implantadas y cuesta vencer la inercia. «Hay que implementar protocolos que permitan integrar el grafeno aprovechando las instalaciones de las fábricas actuales de dispositivos de optoelectrónica, biosensores y polímeros», defiende García Hernández.
Y también son necesarias dosis de paciencia. «Muchas de las aplicaciones de grafeno exigen cambios en procesos productivos, no es tan sencillo como reemplazar un material por otro. Los clientes tienen que hacer grandes inversiones para aprovechar las propiedades del grafeno y eso hace que la ventana de oportunidad para introducirlo sea la siguiente generación de producto», cuenta Jesús de la Fuente, presidente de la compañía vasca Graphenea.
De momento, son pequeñas empresas como la suya las que empujan en España este mercado incipiente. Inició su andadura en 2010 con actividades puras de I+D, un año después logró su primer cliente, Nokia, y en 2015 abrió una filial en Boston (Estados Unidos). «Tenemos dos líneas de negocio: fabricación de materiales de grafeno por tecnología de exfoliación química, es decir, líquidos con partículas de grafeno que nuestros clientes incorporan a otros materiales, como polímeros o fibras; y fabricación de materiales destinados a electrónica, que es donde entran los chips de biosensores y de fotónic», detalla. Cuentan con unos 800 clientes, sobre todo empresas químicas de materiales avanzados, de diagnóstico médico, de electrónica y fabricantes de baterías.
Otro ejemplo de éxito nacional es la riojana Avanzare, fundada en 2004 y dedicada a la fabricación de grafeno en polvo, que fue pionera en este campo al presentar en la feria Nanotech 2009 de Tokio un nuevo método que permitió la producción industrial de este material, que hasta ese momento solo se producía a escala de laboratorio. En la actualidad, suma alrededor de 500 clientes, con Asia y Europa como destino del 90% de sus ventas. «El grafeno ya es una realidad, es competitivo en precio en aplicaciones masivas, pero tiene muchísimo recorrido por delante», afirma Gómez, director de la firma.
Negocio de futuro
En esa carrera, subraya Gonzalo Abellán, investigador del ICMol, nuestro país está bien posicionado porque «desde un primer momento ha habido empresas relacionadas con el grafeno». Los expertos dibujan un futuro prometedor. «Compañías muy potentes, como las de la automoción o aeronaútica, tienen un gran potencial para mejorar sus productos con el grafeno. Hay un empuje que hace prever que en el futuro próximo empiece a ser una realidad masiva», sostiene García Hernández (CSIC). «Cuando aparezcan a buen precio tres o cuatro aplicaciones de alta tecnología electrónica, la población se dará cuenta de que ha llegado, y se prevé que antes de 2029 ya haya en el mercado dispositivos flexibles electrónicos, por ejemplo», añade Abellán. Es cuestión de tiempo que el grafeno esté presente en nuestro día a día.
El punto de partida para el hallazgo de nuevos materiales
Aunque es conocido por sus características únicas y los múltiples campos en los puede aportar valor, «una de las mayores aportaciones que el grafeno ha hecho a la ciencia y, por extensión, a la sociedad, es que gracias a él se ha descubierto un nuevo mundo, el de los materiales bidimensionales», sostiene Gonzalo Abellán (ICMol). Entre ellos, el nitruro de boro, «un aislante muy bueno», el disulfuro de molibdeno, «que conduce muy bien la electricidad» o el fósforo negro que, al ser un semiconductor intrínseco, «es muy útil para la electrónica».
