Hace unos cinco años, el grafeno pasó de ser uno de los muchos materiales desconocidos por el gran público que los científicos estudian en los laboratorios  a convertirse en el material “maravilla” que ha ocupado y ocupa páginas de la prensa más seria, tanto general como económica, e incluso el preciado tiempo de los informativos televisivos y radiofónicos de máxima audiencia. Sirva como ejemplo la noticia difundida por todos los medios hace unas semanas durante la presentación por parte de la empresa Grabat de una batería de altas prestaciones basada en este material. El grafeno, convertido en la nueva piedra filosofal, al modo alquimista, parece ser la base de los futuros avances tecnológicos en campos como las telecomunicaciones o la medicina. El futuro parece estar asociado al grafeno. Pero ¿qué hay de realidad en esta sentencia? ¿Va a protagonizar, como muchos avanzan, la tercera revolución industrial?

Una buena manera de describir el grafeno es acudir al experimento, llevado a cabo para lograr su aislamiento, diseñado por Geim y Novoselov, galardonados con el Premio Nobel de Física en el año 2010. Fijemos nuestra atención en la punta de un lapicero que está hecha de grafito. El grafito a nivel estructural está conformado por láminas de carbono en las que éste se dispone de forma hexagonal. Cada una de estas láminas es lo que conocemos como grafeno. Apliquemos a la punta del lapicero cinta adhesiva y, de forma indefinida, más cinta adhesiva sobre los restos de grafito que quedó adherido a la primera y a las sucesivas cintas adhesivas. En cada paso, las láminas se van desprendiendo una de otra hasta lograr, al final del proceso, separar láminas aisladas de un átomo de carbono de espesor (grafeno) que presentan unas propiedades únicas: prácticamente transparente, más duro que el diamante, más fuerte y flexible que el acero, mejor conductor eléctrico a temperatura ambiente que cualquier otro material conocido, excelente conductor térmico, inerte químicamente, etc. Pero no solo el grafeno como tal es un material destacable; su forma oxidada, el óxido de grafeno y, especialmente, el óxido de grafeno reducido, presentan propiedades que les permiten ser usados en múltiples aplicaciones. 

Consecuentemente, un gran número de laboratorios de todo el mundo se han apoyado en estas propiedades para explorar las posibilidades tecnológicas de las distintas formas que adquiere este material. Algunas menos familiares como las que aporta a la espintrónica o la fotónica; otras más comunes y más reconocibles que están incidiendo en campos como el de la desalinazación de agua; las baterías (mayor capacidad y velocidad de carga); las energías renovables (solar y eólicas) y nuclear (adsorción de residuos radiactivos); los composites para la industria automovilística, aeronáutica, naval y ferroviaria (mejorando en los tres casos la resistencia mecánica del material final, lo que incide en la reducción final del peso de vehículo y el desgaste de elementos externos en ambientes abrasivos como los del desierto); la construcción (composites formulados con yeso, cemento y hormigón y detección de roturas internas de estructuras); la industria textil (tejidos inteligentes y curtido de pieles); los sensores; la medicina (odontología, reparación de huesos, regeneración de nervios y tratamiento de cánceres por liberación inteligente de medicamentos); las pinturas (de base inorgánica y orgánica); la industria militar (blindaje y protección personal); la impresión 3D; la electrónica y las telecomunicaciones; el deporte (ropa y elementos como las raquetas de tenis y pádel), etc. Un aspecto a tener en cuenta y que resulta muy destacable para la discusión posterior es que la mayoría de los estudios realizados con composites han demostrado que es necesaria la presencia de apenas un 0.1% en peso de grafeno en el producto final para que éste adquiera las propiedades deseadas.

No es sorprendente que la Unión Europea aprobara y pusiera en marcha en 2013 el programa Graphene Flagship. Dotado con un presupuesto de más de 1.000 millones de euros, su propósito es aunar el conocimiento de los investigadores europeos y allanar el camino para la irrupción del grafeno, en un plazo de diez años, en la industria y sociedad europeas como modo de generar riqueza y empleo y devolver el protagonismo tecnológico a Europa. Aparte de estas iniciativas globales, diversos países europeos están impulsando de forma particular la investigación y aplicación de este material. Una de las consecuencias del programa Graphene Flagship es el establecimiento de la hoja de ruta del grafeno y sus aplicaciones más allá de 2023. Según los datos mostrados en la misma, el grafeno no sólo afectaría a la tecnología futura y a la calidad de vida de la humanidad sino que podría liderar una nueva revolución industrial y ser el material que defina el siglo XXI.

Hasta ahora se han enumerado las expectativas del grafeno. Sin embargo, ¿qué representa el grafeno a día de hoy?, ¿qué se puede esperar del grafeno en el medio plazo? y ¿liderará la industria de los países europeos, y por extensión la española, la producción de este material y sus aplicaciones? 

Vayamos por partes. Los distintos estudios e iniciativas para desarrollar procesos de producción simples y reproducibles y aplicaciones concretas no han pasado prácticamente de la escala de laboratorio. Actualmente, un gramo de grafeno cuesta unos 100 euros. Esta situación junto con la falta de estandarización de los productos que cada compañía fabrica ha impedido que el mercado del grafeno haya despegado. Se espera que para el año 2020 su valor alcance los 110 millones de euros, lo que no parece justificar el esfuerzo económico mundial que se está empleando para desarrollar una economía basada en el uso del grafeno. En este sentido, Andrea Ferrari, uno de los líderes de la iniciativa Graphene Flagship, declaraba en 2014 que harían falta 15 años para ver un desarrollo comercial completo de productos que incorporen este nanomaterial. Hasta la fecha, pocos productos comerciales que incorporen grafeno pueden ser encontrados en el escaparate de una tienda. La marca HEAD lo ha introducido en sus raquetas y la española Graphenstone en sus pinturas. En ambos casos, el material se incorpora a una matriz polimérica o a una pintura en unas cantidades los suficientemente pequeñas como para que, a pesar del coste del material, el aumento del precio del producto final se vea compensado por las excepcionales propiedades que el grafeno le aporta.

En este sentido, existe el temor de que ocurra como con los nanotubos de carbono. Las expectativas fueron tan altas y la demanda tan baja que muchas de las empresas que invirtieron en la producción de este material quebraron. La sociedad europea no puede permitirse una inversión tan elevada  como la efectuada para el Graphene Flagship sin que se llegue a resultados que impacten sobre el tejido productivo continental. En este sentido, la Unión Europea está tratando de corregir estas deficiencias estructurales a través del programa Horizonte2020 mejorando el vínculo entre la investigación básica y el crecimiento económico, lo que debería redundar en una mayor creación de empleo y riqueza. No hay que olvidar tampoco que es necesario que se impulsen también medidas, desde las propias instituciones europeas y nacionales, que provoquen un cambio de actitud de los  investigadores europeos. Muchos de ellos están más interesados en divulgar, con el mayor impacto posible entre sus colegas, el resultado de sus investigaciones que en la transferencia tecnológica de las mismas. Es muy descorazonador oír comentarios de empresarios de otras zonas del mundo como el siguiente: “Europa genera conocimiento; nosotros generamos negocio con ese conocimiento”. Más lo es aún que los propios investigadores europeos se enorgullezcan de que Europa lidere la investigación en temas científicos punteros (como el del grafeno) pero no parezca importarles que otras regiones del mundo lideren la industrialización de las aplicaciones que se generan en los laboratorios, como si esta actividad fuera menor. Sin crecimiento económico resulta difícil financiar una investigación de excelencia.

En cualquier caso, hay que mirar el futuro con una cierta esperanza siempre que se definan políticas claras de actuación (a modo de los planes quinquenales chinos) y se aprovechen las potencialidades que cada país tiene. Así, sin entrar en debates de mayor calado sobre si el grafeno protagonizará o no la siguiente revolución industrial, este material podrá ser una parte importante del desarrollo tecnológico futuro si se dan las siguientes circunstancias que se enumeran a continuación.

En primer lugar, hay que lograr la simplificación de los procesos de producción de grafeno y sus derivados, de manera controlada y reproducible, con costes, en algunos casos, cien veces inferiores a los actuales.

En segundo lugar, cualquier desarrollo que parta del laboratorio se ha de hacer con productos (grafeno) comerciales. Esta es la única garantía de que la aplicación que se plantee comercializar tenga visos de ser trasladada a escala industrial. 

En tercer lugar, hay que superar el escepticismo de las potenciales compañías que podrían introducir estos nanomateriales en sus productos y procesos. Este escepticismo viene generado en muchos casos por el desconocimiento, por parte de las compañías, de las propiedades reales de estos nanomateriales y las mejoras que los mismos podrían introducir en sus líneas de productos. Esta situación mejoraría si existiera una mejor interacción entre, por una parte, las compañías interesadas, y, por la otra, las empresas que los producen y los investigadores que los manipulan a escala de laboratorio. Esta sencilla interacción podría dar lugar, con el pertinente apoyo institucional, a transferencias tecnológicas desde el sector académico al privado mejorando la tasa de retorno de la inversión dedicada a la I+D. 

En cuarto lugar, tras conseguir superar la reticencia inicial de las compañías a introducir estos nanomateriales en sus productos, queda otra dificultad, que a veces lastra de forma definitiva la introducción de estos materiales, y es el rechazo de éstas a modificar procesos que llevan años funcionando sin problemas técnicos. La experiencia del autor de este artículo es que ha de establecerse la confianza suficiente entre la empresa y el experto que la asesora como para que éste pueda conocer con un cierto detalle el proceso de fabricación. Más de un fabricante se ha sorprendido cuando las sugerencias propuestas para la incorporación de estos nanomateriales en su proceso no solo no aconsejaban modificar su procesos sino que requerían de aparatos existentes en el proceso que se usaban de forma colateral y que, con la incorporación del grafeno o sus derivados, adquirían una nueva importancia.

Me gustaría finalizar mi artículo hablando del potencial del grafeno para la industria española. En España existe un gran número de empresas, esencialmente pequeñas y medianas, con una gran capacidad de innovación pero con una falta importante de especialistas de I+D en sus plantillas. Tras la crisis, muchas de ellas se han convencido de que el único camino para sobrevivir y crecer es mejorar sus productos y procesos aunque carezcan de recursos para realizar grandes inversiones. Entre ellas, sin embargo, hay una gran confusión respecto al grafeno, ya que la mayoría de las noticias relativas a sus potenciales usos se centran en aplicaciones de carácter electrónico cuya industria no es actualmente la más importante en nuestro país.

Aunque en un futuro no se descarta el que haya empresas nacionales que impulsen desarrollos en este campo, el tejido productivo español que está más preparado o debería estar más receptivo a la introducción de estos nanomateriales en sus productos debería ser el de los materiales y composites (plásticos, resinas, adhesivos, cerámicos, metálicos, etc.). Piénsese que la incorporación de estos nanomateriales puede ser muy sencilla e inmediata; no requiere en la mayoría de los casos cambios del proceso que cada empresa opera sino de pequeñas modificaciones de sus parámetros; que la cantidad de grafeno o sus derivados que se incorpora no suele exceder el 0.25% en peso, lo que no lastrará excesivamente el precio del producto final dada la bajada del precio del grafeno que se espera en un futuro inmediato y las claras mejoras que su introducción pueden introducir (reducciones significativas del peso de estructuras constructivas y de automóviles, aviones o barcos, por poner un ejemplo); y que la ventaja competitiva de las empresas españolas en estos campos con respecto a otras foráneas supondría un espaldarazo definitivo para mantener su existencia y ganar mercados fuera de nuestro país.

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Jose Luis Valverde Palomino

Catedrático de la Universidad de Castilla-La Mancha. Coordinador del proyecto europeo NANOLEAP.