Nuevos materiales para hacer frente a nuevos desaf¨ªos tecnol¨®gicos

E l mundo de los materiales es pr¨¢cticamente ilimitado: hay un n¨²mero tan enorme de combinaciones, de distintas estructuras...", dice Bernd Kieback, del Instituto Fruanhofer de Materiales Avanzados (Alemania); "lo dif¨ªcil es encontrar los materiales que son ¨²tiles". M¨¢s que ¨²tiles, los nuevos materiales son indispensables para superar muchos de los actuales retos tecnol¨®gicos, desde coches de menor consumo hasta chips m¨¢s potentes o motores m¨¢s eficientes. As¨ª lo ven los expertos reunidos la pasada semana en un curso sobre materiales en la Universidad Internacional Men¨¦ndez Pelayo (UIMP), en Santander.

"Cada vez se pide m¨¢s a los materiales, los retos no son nada f¨¢ciles", admiti¨® Kieback. Pero si por un lado aumenta la dificultad de los problemas, por otro mejoran las herramientas con que hacerles frente. Hoy los investigadores tienen cada vez m¨¢s capacidad de controlar la materia a escala nanom¨¦trica, y por tanto de jugar con sus propiedades. Adem¨¢s, la simulaci¨®n por ordenador permite dise?ar materiales a medida antes de tratar de fabricarlos en el laboratorio.

Si se quiere implantar la econom¨ªa basada en el hidr¨®geno antes habr¨¢ que resolver un problema: c¨®mo almacenar en los coches el hidr¨®geno de forma eficiente y segura. La respuesta no est¨¢ a la vuelta de la esquina, como explica Randall German, del Centro de Sistemas Avanzados para Veh¨ªculos de la Universidad de Misisip¨ª, EE UU: "Puedes tener el hidr¨®geno en forma de gas en bombonas, pero es peligroso; lo puedes licuar, pero no es eficiente porque en el proceso de licuado se pierde mucho, y tambi¨¦n por evaporaci¨®n".

"Lo inteligente es disolver el hidr¨®geno en un material s¨®lido muy poroso, de donde se pueda extraer en el momento adecuado. Pero a¨²n no sabemos c¨®mo hacerlo". Para introducir el hidr¨®geno en los materiales porosos investigados hasta ahora hace falta aplicar mucha presi¨®n, y para sacarlo hay que calentar el material a cientos de grados. Tecnol¨®gica y econ¨®micamente, no es la soluci¨®n.

Es s¨®lo uno de los retos expuestos por los participantes en el curso de la UIMP. Otro tiene que ver con el reactor de fusi¨®n nuclear ITER, en construcci¨®n en Cadarache (Francia). Se trata de hallar un material capaz de soportar alt¨ªsimas temperaturas por una cara -la que d¨¦ al plasma donde se produce la fusi¨®n-, y por la otra, de traspasar el calor al resto del reactor. Una posibilidad es una aleaci¨®n de Wolframio, metal que a altas temperaturas alta, y de cobre, muy eficaz disipando el calor. El grupo de Kieback, y muchos otros, trabaja en ello.

Otro reto es aligerar todo lo que corra, vuele u orbite. Los coches m¨¢s ligeros ahorrar¨¢n en combustible; los aviones, sat¨¦lites y cohetes tambi¨¦n, o si la industria lo prefiere podr¨¢n aprovechar el ahorro en peso para introducir m¨¢s carga ¨²til o mejorar el confort de los pasajeros. De hecho algo as¨ª ha pasado con los coches: "Los actuales no son m¨¢s ligeros que los de hace diez a?os, porque el peso ahorrado en fuselaje se ha ido en decenas de motores desde para bajar la ventanilla a bajar el seguro del coche, es decir, en mejorar el confort".

No obstante, lo dif¨ªcil aqu¨ª, auguran tanto German como Kieback, no ser¨¢ tanto hallar un material s¨²perresistente y ligero, sino que el consumidor est¨¦ dispuesto a pagar un valor a?adido por ¨¦l. "A menudo la soluci¨®n tecnol¨®gica existe, y el freno es la econom¨ªa", dice German.

Uno de los grandes esfuerzos del momento se orienta a abaratar el titanio, un material ideal por su ligereza y resistencia, pero car¨ªsimo. No obstante los nuevos m¨¦todos de extracci¨®n de titanio hacen pensar en una nueva era de auge este material de aqu¨ª a unos a?os, augur¨® Kieback.

Bill Clyne, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), investiga c¨®mo mejorar la eficacia de los motores en aviones. "La eficiencia depende de la temperatura a que entra el gas en la turbina. Cuanto m¨¢s caliente entre, mejor", explica. As¨ª, el gas alcanza los 1.400 o 1.500 grados cent¨ªgrados, pero la turbina est¨¢ hecha de una alianza de n¨ªquel, que funde a poco m¨¢s de mil grados. Se puede recubrir el n¨ªquel de un material cer¨¢mico aislante, pero surge otra pega: el calor hace que, con el tiempo, el recubrimiento se endurezca y se caiga. ?Y si se hace m¨¢s fino? Entonces el recubrimiento no a¨ªsla tanto...

"Siempre hay algo que te cierra el paso. Hay que ir sorteando condiciones", dice Clyne, que explic¨® c¨®mo act¨²an las losetas de fibras de carbono que recubren los transbordadores espaciales protegi¨¦ndolos de las altas temperaturas en la reentrada a la atm¨®sfera.

El consuelo, en cierto modo, es pensar que "la variedad de los materiales es tan grande que seguramente existe una soluci¨®n", se?ala Jos¨¦ Manuel Torralba, de la Universidad Carlos III, de Madrid, y director del curso de la UIMP. "Hay que dar con el proceso tecnol¨®gico correcto". Para ello se recurre a investigar los materiales a escala nanom¨¦trica, la escala de los ¨¢tomos. "Pero lo que ocurre a esas escalas es tan distinto que estamos a¨²n en la fase de entenderlo", dice Torralba. Por ejemplo, las nanopart¨ªculas; en un material, la cantidad de superficie expuesta es un par¨¢metro clave, y en un material en nanopart¨ªculas la cantidad de superficie es enorme. As¨ª, si una cer¨¢mica convencional necesita ser cocida para endurecerse, las nanopart¨ªculas pueden fraguar a temperatura ambiente, explica.

Lo cierto es que las propiedades de la materia en el mundo nano a¨²n pillan por sorpresa a los investigadores. Luego entran en juego los ingenieros, que aprenden qu¨¦ hay que hacer al material para lograr que tenga tales o cuales caracter¨ªsticas.

German echa de menos la investigaci¨®n en la Estaci¨®n Espacial Internacional. ?l lleva dos d¨¦cadas investigando en materiales en microgravedad y su grupo ha hallado, dice, "las reglas matem¨¢ticas para hacer s¨ªntesis en Marte, en la Luna... Por supuesto es te¨®rico, pero podremos hacer predicciones cuando se hagan los primeros experimentos".