El carbono y la nanotecnología del siglo XXI

Quizás ningún otro elemento químico esté tan próximo al ser humano como el carbono, el cual es la base sobre la que se asienta la vida. Y, curiosamente, es muy posible que tras los recientes descubrimientos de la tercera forma alotrópica del elemento carbono (además de las ya conocidas diamante y grafito) constituida por los denominados fulerenos (estructuras de carbono en forma de jaulas cerradas) y nanotubos (estructuras de carbono en forma tubular, a veces con multicapas concéntricas), a lo largo de los próximos años veamos aplicaciones sorprendentes de estos nuevos compuestos de carbono.

Desde su descubrimiento en 1985 por Harold Kroto, Richard E. Smalley y Robert F. Curl, y la posterior concesión del Premio Nobel de Química en 1996, se han buscado aplicaciones útiles de estos compuestos que mejoren las condiciones de vida de nuestra sociedad. Ahora puede asegurarse que esta nueva era de nanoestructuras de carbono de dimensiones nanométricas (mil millonésima de metro) ha comenzado. La compañía japonesa Mitsubishi Chemical Corporation ha lanzado una producción de fulerenos que pasará de 400 kilogramos producidos durante su primer año 2002, a una capacidad de producción de 1.500 toneladas previstas para el año 2007. Este hecho supone rebajar el coste de fulerenos de 10 a 100 veces su precio actual y, por tanto, abre las puertas a su uso en la nanotecnología futura.

Pero, ¿qué tienen los fulerenos y nanotubos de especial? Su forma singular (esférica o cilíndrica, respectivamente) les confiere unas propiedades mecánicas, electrónicas y fotofísicas excepcionales. Además de la ya conocida resistencia a la tensión de los nanotubos, cien veces superior al acero, estos pueden presentar propiedades eléctricas metálicas, o bien comportarse como semiconductores. Por otra parte, los nanotubos ya se han logrado disolver en disolventes orgánicos, abriendo así el camino a su manipulación química y, por tanto, a sus aplicaciones.

Por poner un ejemplo reciente, científicos de IBM han publicado hace tan solo un par de meses la generación de corriente eléctrica en un nanotubo de carbono mediante irradiación con luz. Dado que la intensidad de corriente puede medirse, se ha preparado un dispositivo que actúa como un fotodetector ¡de tamaño molecular!

El fulereno C60, una molécula constituida por 60 átomos de carbono con la geometría idéntica a la de un balón de fútbol (pocos aficionados a este deporte conocen en detalle los pentágonos y hexágonos que contiene el balón que levanta tantas pasiones), es la más estudiada, abundante y barata de los fulerenos. Su uso en la preparación de células solares de plástico representa una de las aplicaciones más realistas. El consorcio europeo en el que participamos preparó recientemente células solares de plástico con las eficiencias de conversión de luz solar en energía eléctrica más altas (3 %) conocidas para células de naturaleza orgánica.

El desarrollo sostenible de nuestro planeta precisa de energía abundante, barata y limpia. Esta energía la recibimos a diario del Sol. Sin embargo, ésta se pierde en gran parte, si exceptuamos, naturalmente, el proceso de la fotosíntesis que realizan plantas y bacterias y que generan la biomasa y los combustibles fósiles, los cuales pueden considerarse energía solar almacenada en el interior de nuestro planeta.

Estas células solares son ligeras, flexibles y manejables como plásticos. Sin embargo, su vida media antes de su deterioro y su baja eficiencia hacen que aún estén lejos de su comercialización.

El reto de los nuevos compuestos derivados de carbono para el desarrollo de la nanotecnología de este nuevo siglo está frente a nosotros. La apuesta de Mitsubishi es un paso fundamental y ya no da opción a rechazar dicho reto.

El premio Nobel Richard Feynman en su famosa disertación a la Sociedad Física Americana en 1959 titulada There is plenty of room at the bottom (Hay mucho espacio al fondo) fue el creador de la nanociencia y la nanotecnología. En el futuro ya inmediato serán ciertas moléculas inteligentes las que actuarán como máquinas de tamaño de la mil millonésima de metro. No es difícil prever un futuro con ordenadores, teléfonos móviles y, en general, dispositivos electrónicos de tamaño extraordinariamente inferior al actual. Sin duda que el carbono a través de fulerenos y nanotubos seguirá estando próximo al ser humano y será actor excepcional de tan apasionante futuro.

Nazario Martín León es catedrático de Química Orgánica de la Universidad Complutense de Madrid.