Estos son los materiales con los que se construirá la economía del futuro

Las sinergias entre el ámbito público, académico y privado son esenciales. Un ejemplo es el Clúster de Materiales Avanzados de Cataluña (Clúster MAV) , que abarca universidades, centros tecnológicos y empresas, y cuya hoja de ruta es una estrategia de innovación y de I+D con aplicabilidad industrial para la obtención de materiales de alto valor añadido. Ona Bombí, project manager del clúster, especifica que «el uso de nuevos materiales es clave en múltiples sectores, entre los que se incluyen salud, medioambiente, construcción, o ciudades inteligentes», aunque destaca el impacto en movilidad y energía , y pone en valor el hecho de que el 65% de los miembros del clúster sean pymes. El ecosistema de los materiales avanzados en Cataluña está compuesto por 589 empresas, con una facturación de 2.500 millones de euros y 9.800 trabajadores.

Desde el clúster MAV establecen las cuatro megatendencias que interpelan al sector: el cambio demográfico, las limitaciones de recursos, la descarbonización y la digitalización. Un contexto en el que la introducción de productos industrializados con mayor reciclabilidad, nuevas tecnologías, y procesos de fabricación o la adopción de soluciones energéticamente más eficientes generan la necesidad de búsqueda de nuevos materiales.

En esta línea se desarrollan los trabajos del Instituto Imdea Materiales , un centro de investigación impulsado por la Comunidad de Madrid que también promueve la colaboración público-privada. José Manuel Torralba , su director, aclara que actualmente tienen un gran abanico de proyectos que aborda desde salud, automoción, sector aeroespacial o energía, entre otros. En el transporte están desarrollando nanofibras de silicio para sustituir al carbono en baterías que son más ecológicas y con mayor capacidad de almacenamiento y han creado la spin off Floatech . Y con impresión 3D trabajan en materiales con memoria de forma . En el ámbito de salud fabrican implantes que sean bioabsorbibles . Y matiza que el ámbito de las tecnologías para los nuevos materiales se está desarrollando a pasos agigantados en los últimos años.

Muchas son las iniciativas que buscan respuestas en este ámbito en España. Uno de los nichos más avanzados es el de los metamateriales. Manuel José Freire, catedrático de electromagnetismo de la Universidad de Sevilla , comenta que están construidos con materiales convencionales, como cobre o plata, pero por la forma geométrica de los elementos que lo constituyen y las posiciones relativas entre ellos generan propiedades exóticas que no tienen los materiales al uso.

Las aplicaciones más desarrolladas están relacionadas con los sectores de telecomunicaciones (la mejora de las prestaciones de las antenas de satélites), medicina y óptica , donde se aplica en la fabricación de microscopios de alta resolución o en la resolución de los sistemas ópticos de vigilancia embarcados en plataformas aéreas. El grupo de Freire fabrica lentes que mejoraran la calidad de una imagen médica de resonancia magnética. Una aplicación llamativa tiene que ver con la invisibilidad acústica y electromagnética en el ámbito de la defensa militar, pero está en un estado incipiente.

En el futuro se podría cubrir un carro blindado o una fragata con metamateriales. Además de esta aplicación podría señalarse la protección de las ciudades contra los terremotos, desviando las ondas sísmicas causadas por el movimiento de tierras. « España es un país especialmente relevante en la contribución de investigación de metamateriales. En cuanto a su comerciabilidad hemos colaborado con la empresa Kymeta , creada por George Palikaras, un profesor del Reino Unido, que fabrica antenas de comunicación de microondas basadas en el concepto de metamateriales», apunta Freire.

Un paso futurista más incipiente viene de la mano de la carrera espacial que ha vuelto a recuperar fuerza y con ella proyectos innovadores como Hypate. La idea es crear instrumentos musicales de percusión usando material como los que hay en espacio. Amparo Borrell, investigadora de la Universidad Politécnica de Valencia , comenta: «Un laboratorio de Orlando que trabaja con la NASA nos proporcionó lo que llamamos simulante, porque replica los materiales lunares o marcianos que se mezclan con el polvo de cerámica de toda la vida ».«Generados los instrumentos podríamos encontrarnos con sonidos que no conocíamos. Todas las posibilidades están abiertas en esta fase del proyecto en el que han colaborado músicos e investigadores», indica Borrell.

Con esos elementos también se podrían «fabricar utensilios o herramientas, in situ, en las colonias instaladas en otros planetas. Desde vasos, mesas o una llave inglesa, cuestiones básicas y necesarias para el día a día» , precisa Borrell. Como cada kilo de material que se pone en órbita en las misiones especiales supone un coste de un millón de euros, no se trata de una cuestión baladí. Intentarán hacer materiales cerámicos usando la radiación de microondas para así alcanzar altas temperaturas , lo que es una opción energéticamente más eficiente que usar un horno tradicional. Con poca energía se alcanzarían altas temperaturas, mediante un horno que cocería los materiales alimentado por la energía de un panel solar en el espacio.

Otro candidato, esta vez llamado a cambiar la electrónica es el nitruro de galio, en ese sentido Diego Rodríguez, director general de Espacio y Ciencia en Sener Aeroespacial, declara «hemos realizado un importante esfuerzo en el uso del nitruro de galio para el diseño de nuevos amplificadores de radiofrecuencia para satélites de telecomunicaciones. Las características de este semiconductor son esenciales, el objetivo es poder trasmitir un volumen de datos mayor, ante la creciente demanda de servicios de banda ancha derivados del crecimiento de Internet».

La industria de la construcción también busca apuntalar su futuro con la innovación en materiales. Un ejemplo es la unión de fuerzas de las doctoras Idurre Kaltzakorta y Edurne Erkizia, investigadoras de la empresa Tecnalia , para el desarrollo de un cemento autorreparable . Kaltzakorta explica que es posible arreglar las grietas que se van generando en su interior. Para conseguirlo introducen en el cemento un ‘pegamento’ capaz de sellar las fisuras. Está compuesto por un endurecedor y resina, al que se le han introducido cápsulas de sílice. En estas microcápsulas además se pueden introducir otras sustancias para que puedan dotar al material que se elija de la propiedad necesaria, como la capacidad de acumular calor y reducir el consumo de calefacción en las edificaciones. También podría usarse en las paredes de yeso o pladur o en carreteras.

Por su parte, Mercedes Sánchez, investigadora Ramón y Cajal de la Universidad de Córdoba , trabaja con otros cietíficos desde distintas perspectivas con nuevos materiales que pueden prevenir el paso del tiempo en el proyecto europeo Smartincs. Explica que al hormigón se le pueden añadir bacterias para lograr el biohormigón , que da lugar a la formación de productos que rellenan fisuras o grietas. «La autorreparación sería especialmente útil para conservar el patrimonio o en infraestructuras sometidas a condiciones extremas, como una construcción en plataformas ‘offshore’, donde el acceso a una reparación es complicado», señala Sánchez. Y su escalabilidad puede darse en dos años.

En esa línea también se mueve el plástico que los investigadores llaman extraoficialmente ‘Terminator’. La organización Cidetec ha desarrollado este proyecto pionero, con plásticos autorreparables . Aclaran que se recupera en menos de 24 horas y la principal ventaja es que el tiempo de vida útil se puede alargar con esta capacidad.

Igual de interesante son los materiales que sean capaces de descontaminar el agua y el aire . La contaminación causa siete millones de muertes, según la OMS, por ello hoy en día existe un gran interés por estos materiales. Jorge Rodríguez, profesor de química Inorgánica en la Universidad de Granada , dice que están trabajando en materiales que sean capaces de capturar selectivamente óxido de nitrógeno, dióxido de carbono o gases más tóxicos, como agentes de guerra química (un aspecto el que colaboran con el Ministerio de Defensa). Para ello usan redes metalorgánicas porosas que se construyen empleando bloques, como si fueran un Lego, logrando una estructura en andamio que es porosa. Dentro de esas cavidades se pueden colocar moléculas de forma selectiva y hacer diferentes combinaciones, diseñando a la carta. Además, en colaboración con la Universidad de Valencia han fundado recientemente una empresa llamada Porous Materials In Action, destinada a comercializar este nuevo material.

En esta temática contaminante los vertederos de ruedas de coche han supuesto un verdadero dolor de cabeza que se podría solucionar mediante la creación de un nuevo material a partir de neumáticos viejos . Una idea planteada por Lluís Gil, catedrático de la Universidad Politécnica de Cataluña. El nuevo material es un compuesto formado por la mezcla de residuos textiles de neumáticos y residuos de papel. Este entramado de fibras le da rigidez y permite su fabricación y manipulación en forma de placa. Se podría emplear para el mercado de la construcción como elemento aislante acústico, dando valor a un serio problema.

Buscando soluciones fuera de la caja, investigadores españoles han dado con una potente receta de vidrio y una arcilla que contiene nanopartículas de plata o de óxido de cobre con capacidad viricida. Estos dos materiales reducen la infectividad viral más del 99% en 10 minutos de contacto, y han sido probados con los virus de la Covid-19, de la gripe y del herpes simple . También son eficaces contra bacterias y hongos. Estanislao Nistal, virólogo y profesor de microbiología de la Universidad CEU San Pablo , comenta que «es vidrio como el que tenemos en los vasos o en las ventanas, pero en lugar de usar una composición regular, utilizamos una ligeramente alterada que es lo que le da una capacidad antimicrobiana especial.

Se trata de materiales inorgánicos de bajo coste que pueden servir para descontaminar superficies, líquidos y aires que contengan partículas virales en cualquier parte del mundo». El caolín es capaz de absorber el virus y las nanopartículas tienen la capacidad de alterar la composición de las proteínas de la membrana y destruir su capacidad infectiva . Su aplicación en filtros de aire podría servir para prevenir infecciones endémicas, tanto en animales de granja como en personas. También se puede usar como antivirales desinfectantes en las grandes amenazas pandémicas actuales o futuras.

Desde materiles de los que ya hay en cantidades abundantes en la naturaleza a los materiales bioinspirados , todos ellos pueden marcar una gran diferencia. Así uno de los vectores del futuro es la nanocelulosa , identificada como supermaterial. Muy accesible y resistente, se plantea su uso como escudo de protección militar, como esponja para limpiar vertidos o para mejorar las prestaciones del papel. La empresa española Ence tiene el proyecto Novacell para el uso de nanocelulosas que puedan sustituir al empleo del plástico y derivados del petróleo, lo que sería todo un hito.

En vanguardia están también las investigaciones de Atria Innovation , una empresa con soluciones para la industria 4.0 que trabaja con materiales inteligentes , como los hidrocrómicos que, al entrar en contacto con agua, cambian de color. Sirven como indicadores de fugas de agua y humedad. También trabajan con materiales termocrómicos que son aquellos materiales que poseen la capacidad de cambiar su color cuando experimentan un cambio de temperatura, pudiendo ser reversible o irreversible. Debido al rápido avance de la tecnología, las futuras aplicaciones podrían estar relacionadas con el control de calidad de los alimentos, asegurando sus correctas condiciones de mantenimiento e incluso con el ámbito de la medicina, marcando las infecciones o la fiebre de las personas. Atria afirma «creemos que los termocrómicos tiene gran potencial en la mejora de la eficiencia energética de los productos y los edificios».

En cuanto a los fotocrómicos que cambian de color ante un estímulo externo se espera que en el futuro se mejore las capacidades de estos materiales para cristales inteligentes que reaccionen ante la exposición solar y controlen la entrada de luz o calor en un edificio . De hecho BMW acaba de presentar el primer coche que cambia de color. Un color exterior variable permitiría controlar la temperatura interior del vehículo.

A los materiales inteligentes se unirían los fotoluminescentes que generan luz ante un estímulo externo tendría un uso interesante en el futuro con sistemas de iluminación embebidos en los productos. Si un producto cuenta con tinta electroluminiscente tendrá la capacidad de iluminar sin necesidad de una bombilla o led. Por otro lado, también resulta interesante pensar en paredes o techos que cuenten con sistemas de iluminación introducidos en la propia construcción.

La telaraña es la fibra natural con más altas prestaciones mecánicas, de ahí que se busque replicar estas capacidades. José Pérez, profesor de la UPM , especifica que para crear telaraña sintética se usa ingeniería genética, pero utilizan los gusanos de seda porque son más económicos y accesibles. La mayoría de las aplicaciones se dan en el sector médico, en mallas quirúrgicas de hernia, suturas, ligamentos artificiales o para reconectar nervios cortados. «La ventaja es que se les puede unir moléculas de interés biológico, es decir añadir a las suturas antibióticos para prevenir desde el principio que la herida se infecte o proteínas que favorezcan la regeneración de tejido», señala Pérez.

Otras alternativas se darían en el mundo textil en el ámbito de defensa, serviría para resistir explosiones. Se habla de usarlo como chaleco antibalas. Y sería útil para detener aviones que tienen problemas en el aterrizaje para acolchar el aterrizaje y detenerlo. Podría ser una alternativa al plástico, mezclada con fibras de madera. Pérez apunta que «es un campo muy atractivo. Las prótesis que se usan en tendones son 60.000 al año en España; siendo de seda de araña, estaríamos hablando de 60 millones de euros, solo en esta aplicación».

Se tienen de igual modo grandes expectativas sobre el borofeno, como alternativa al grafeno, ya que los científicos dicen que es más duro y flexible. Es ligero y muy buen conductor de la electricidad y con alta capacidad de almacenamiento de hidrógeno para el desarrollo de pilas de combustible. En la lista también está el estaneno , cuyo poder para conducir la electricidad eficientemente es del 100 % en los dispositivos electrónicos. Todos estos ejemplos muestran el músculo del sector de los nuevos materiales, convertidos en un gigantesco libro en el que ya se escriben las páginas que cambiarán la historia del futuro de la economía.