Estructuras basadas en el carbono: de base de la vida a futuro de los materiales

El carbono es el cuarto elemento en mayor abundancia del universo tras hidrógeno, helio y oxígeno. Está presente en todas las formas conocidas de vida y en el ser humano representa casi un 18.5% de su masa total.

El descubrimiento del carbono se remonta a la prehistoria y la mejora de las técnicas para su aprovechamiento ha contribuído de forma sustancial al desarrollo humano. De la combustión de compuestos orgánicos para la obtención de carbón vegetal, conocida ya desde la antigüedad, se pasó a la utilizacón del carbón mineral en la máquina de vapor, una de las mayores innovaciones de la revolución industrial.

Desde que en el 1200 a.c la industria del hierro se expandiera de forma definitiva desde Armenia, se evidenció que la presencia de carbon mejoraba notablemente las propiedades mecánicas de este metal. En el siglo XVIII, de la mano de Réaumur, Lavoisier, Berthollet y Monge se ahundó de manera determinante en el conocimiento sobre las distintas formas de carbono y en el proceso de templado para la obtención de acero.

Otro paso importante se dio en la década de los setenta del siglo XX en el Reino Unido con el descubrimiento de la fibra de carbono, material que mejoraba de forma evidente las propiedades mecánicas de los materiales sin aumentar su peso. Sin embargo, debido al alto coste de producción, el nuevo material sólo se logró implantar en el sector aereoespacial y en la fabricación de materiales deportivos.

Las formas alotrópicas del carbono que mejor se conocen son el carbono amorfo, el grafito y el diamante. Sin embargo, en las úlimas décadas se han ido descubriendo nuevas formas como los fullerenos (1985) o las nanoespumas (1997).

Precisamente de la familia de los fullerenos proviene otra forma alótropica del carbono bautizada como “Carbon Nanotubes” y cuyo descubrimiento se adjudica comunmente al Japonés S. Iijima en 1991.

Los nanotubos de carbono son estructuras cilíndricas con una relación longitud/radio extremadamente elevada que poseen unas excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas, siendo por ello unos candidatos idóneos para la elaboración de nuevos materiales.

Varias razones parecen impulsar en este momento el auge de los CNTs. Una de las más importantes es la drástica reducción de los costes de producción. En 2007 se estimaba que el coste medio de producción de un gramo de CNTs rondaba los 1000 USD (dólares americanos). En enero de 2009 el precio de venta de un kilogramo de Baytubes (Bayer Material Science) es de poco más de 500 USD.

Precisamente Bayer ejemplifica la apuesta del sector industrial por los CNTs como base de una nueva generación de materiales. La multinacional alemana está ampliando su capacidad de producción de CNTs con la construcción de una nueva planta en Leverkusen, la cual producirá, según las predicciones, unas 200 toneladas de CNTs al año, convirtiéndose en la mayor instalación de este tipo a nivel mundial.

Pero la apuesta por los nuevos materiales basados en CNTs no se limita en Alemania a la multinacional Bayer. En enero de 2009 se presentó en Leverkusen la alianza “InnoCNT-Carbon nanomaterials conquer markets”. Esta iniciativa para la innovación en el campo de los CNTs consta de más de 70 socios entre empresas privadas, universidades y centros de investigación. InnoCNT cuenta con una subvención del Ministerio Alemán de Investigación y Formación (BMBF) de 40 millones de euros y se prevé que la inversión total en los próximos años supere los 200 millones de euros. El objetivo es el desarrollo de nuevos materiales basados en los CNTs para ámbitos tan diversos como el energético, automobilístico, aereoespacial, el de la construcción o la salud.

Es precisamente este útlimo punto, la cuestión de la evaluación de la toxicidad de los CNTs y el riesgo para la salud y el medio ambiente algunos de los temas que aún tiene que resolverse.