Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) lideran un estudio internacional en el que han logrado optimizar la preparación de sólidos con estructura grafítica a través de sepiolita, una arcilla muy abundante en la cuenca del Tajo. El trabajo, publicado en la revista Carbon, propone el mecanismo de formación de estos materiales, cuya producción es escalable en el campo de la electrónica y sus aplicaciones casi infinitas en el ámbito de la transición energética, como su uso para electrodos de baterías de litio, el almacenamiento de hidrógeno o sensores electroquímicos.
Uno de los miembros del equipo investigador con quien ha hablado Soziable, Eduardo Ruiz, asegura que ha optado por este material (la sepiolita) por su abundancia en la península y su bajo coste.
- ¿Qué implica que se puedan crear materiales similares al grafeno con biomasa y arcilla? ¿De qué manera puede ayudar esto a impulsar la transición energética?
Hace ya tiempo que se han ido desarrollando tecnologías que permiten preparar materiales de carbono, tipo grafeno, partiendo de fuentes naturales como la biomasa, empleando métodos de carbonización controlada con tratamientos térmicos de dichos bioprecursores. Este tema tuvo su origen hace tiempo ya que varios centros de investigación en universidades y en el CSIC, como por ejemplo, en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono (INCAR) en Oviedo, han sido pioneros en estos trabajos.
En nuestro equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) vimos hace varios años que cuando estos procesos se realizan en presencia de arcillas, o sea empleando mezclas de arcillas naturales y componentes de la biomasa, se logran materiales híbridos arcilla-carbono que integra producir grafenos, estos sólidos tan renombrados recientemente por tener propiedades y aplicaciones muy interesantes.
En nuestra reciente publicación en la revista especializada ‘Carbon’, que incluye resultados de la tesis doctoral defendida recientemente por Ana Barra del grupo de investigación de Paula Ferreira de la Universidad de Aveiro, además de investigar y confirmar de qué manera se forman los grafenos en estas condiciones, empleando precursores modélicos como el azúcar de mesa, hemos conseguido optimizar los procesos bajando la temperatura de los tratamientos con el consiguiente ahorro de energía.
La presencia de arcilla y, particularmente, de sepiolita, una arcilla altamente porosa, especialmente abundante en España, aporta ventajas adicionales. El uso de precursores de bajo coste, basados en fuentes naturales y tecnologías renovables, es evidentemente una ventaja en relación con la transición energética de cara a la producción de materiales provistos de buena conductividad eléctrica y que además pueden ser útiles en la generación y almacenamiento de energía.
- ¿Me podrías explicar con algunos ejemplos esas aplicaciones casi infinitas en el ámbito de la transición energética?
Los materiales obtenidos no son grafenos en el sentido purista del término químico, sino sólidos carbonosos con estructuras relacionadas pero que tienen en común que son buenos conductores de la electricidad y que, además, pueden actuar perfectamente como electrodos de baterías de ion-litio y posiblemente de otros generadores de corriente eléctrica. Desde un punto de vista estratégico, no existen obstáculos de aprovisionamiento de los precursores ya que para preparar estos materiales basta con disponer de arcillas que están presentes en todos los suelos de nuestro planeta y biocomponentes de la biomasa, igualmente distribuidos de manera universal.
También se abren caminos para otras aplicaciones muy variadas que van desde el campo de los sensores, como, por ejemplo, para detectar peso en movimiento de interés para detectar el peso de vehículos en circulación hasta la llamada esterilización en frio de alimentos. Sobre estos temas el CSIC ha registrado patentes conjuntas con entidades francesas y portuguesas, interesadas en la creación de empresas de base tecnológica que empleen este tipo de materiales.
- ¿Este proceso de creación es sostenible?
Sí, si lo comparamos con procedimientos convencionales que conllevan un gasto importante de reactivos que incluso puedes ser tóxicos y agresivos con el medioambiente o simplemente por el ahorro de energía que representa. Debemos aclarar que, aunque en estos procesos se crean materiales de carbono, paradójicamente no debe afectar a lo que se conoce como la huella de carbono que se refiere al aumento de gases atmosféricos de efecto invernadero. No debemos confundir la mal llamada “descarbonización”, o sea la eliminación de los excedentes de carbono en la atmósfera, mayormente en forma de CO2, con la producción de materiales sólidos basados en carbono como es el presente caso.
- ¿Puede cambiar este descubrimiento el almacenamiento de hidrógeno tal y como lo conocemos hoy en día?
Ya existen materiales de naturaleza muy diversa con buenas propiedades de almacenamiento de hidrógeno. En trabajos anteriores, llevados a cabo con Diego Cazorla y otros investigadores de la Universidad de Alicante, comprobamos la capacidad de retención reversible de hidrógeno en sistemas compuestos por grafeno y sepiolita, observando que tienen una capacidad más baja de almacenamiento que otros materiales dedicados a estos fines, pero su coste es mucho más reducido y además presentan la indudable ventaja de que son sostenibles.
Se necesita profundizar en el conocimiento de estos materiales para optimizar sus características y disponer de la información necesaria para optar o no por esta alternativa para mejorar el almacenamiento de hidrógeno.