Nuevos materiales para hacer frente a nuevos desafíos tecnológicos

E l mundo de los materiales es prácticamente ilimitado: hay un número tan enorme de combinaciones, de distintas estructuras...", dice Bernd Kieback, del Instituto Fruanhofer de Materiales Avanzados (Alemania); "lo difícil es encontrar los materiales que son útiles". Más que útiles, los nuevos materiales son indispensables para superar muchos de los actuales retos tecnológicos, desde coches de menor consumo hasta chips más potentes o motores más eficientes. Así lo ven los expertos reunidos la pasada semana en un curso sobre materiales en la Universidad Internacional Menéndez Pelayo (UIMP), en Santander.

"Cada vez se pide más a los materiales, los retos no son nada fáciles", admitió 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 más capacidad de controlar la materia a escala nanométrica, y por tanto de jugar con sus propiedades. Además, la simulación por ordenador permite diseñar materiales a medida antes de tratar de fabricarlos en el laboratorio.

Si se quiere implantar la economía basada en el hidrógeno antes habrá que resolver un problema: cómo almacenar en los coches el hidrógeno de forma eficiente y segura. La respuesta no está a la vuelta de la esquina, como explica Randall German, del Centro de Sistemas Avanzados para Vehículos de la Universidad de Misisipí, EE UU: "Puedes tener el hidrógeno 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 también por evaporación".

"Lo inteligente es disolver el hidrógeno en un material sólido muy poroso, de donde se pueda extraer en el momento adecuado. Pero aún no sabemos cómo hacerlo". Para introducir el hidrógeno en los materiales porosos investigados hasta ahora hace falta aplicar mucha presión, y para sacarlo hay que calentar el material a cientos de grados. Tecnológica y económicamente, no es la solución.

Es sólo uno de los retos expuestos por los participantes en el curso de la UIMP. Otro tiene que ver con el reactor de fusión nuclear ITER, en construcción en Cadarache (Francia). Se trata de hallar un material capaz de soportar altísimas temperaturas por una cara -la que dé al plasma donde se produce la fusión-, y por la otra, de traspasar el calor al resto del reactor. Una posibilidad es una aleación 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 más ligeros ahorrarán en combustible; los aviones, satélites y cohetes también, o si la industria lo prefiere podrán aprovechar el ahorro en peso para introducir más carga útil o mejorar el confort de los pasajeros. De hecho algo así ha pasado con los coches: "Los actuales no son más ligeros que los de hace diez años, 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 difícil aquí, auguran tanto German como Kieback, no será tanto hallar un material súperresistente y ligero, sino que el consumidor esté dispuesto a pagar un valor añadido por él. "A menudo la solución tecnológica existe, y el freno es la economía", dice German.

Uno de los grandes esfuerzos del momento se orienta a abaratar el titanio, un material ideal por su ligereza y resistencia, pero carísimo. No obstante los nuevos métodos de extracción de titanio hacen pensar en una nueva era de auge este material de aquí a unos años, auguró Kieback.

Bill Clyne, de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), investiga cómo mejorar la eficacia de los motores en aviones. "La eficiencia depende de la temperatura a que entra el gas en la turbina. Cuanto más caliente entre, mejor", explica. Así, el gas alcanza los 1.400 o 1.500 grados centígrados, pero la turbina está hecha de una alianza de níquel, que funde a poco más de mil grados. Se puede recubrir el níquel de un material cerámico aislante, pero surge otra pega: el calor hace que, con el tiempo, el recubrimiento se endurezca y se caiga. ¿Y si se hace más fino? Entonces el recubrimiento no aísla tanto...

"Siempre hay algo que te cierra el paso. Hay que ir sorteando condiciones", dice Clyne, que explicó cómo actúan las losetas de fibras de carbono que recubren los transbordadores espaciales protegiéndolos de las altas temperaturas en la reentrada a la atmósfera.

El consuelo, en cierto modo, es pensar que "la variedad de los materiales es tan grande que seguramente existe una solución", señala José Manuel Torralba, de la Universidad Carlos III, de Madrid, y director del curso de la UIMP. "Hay que dar con el proceso tecnológico correcto". Para ello se recurre a investigar los materiales a escala nanométrica, la escala de los átomos. "Pero lo que ocurre a esas escalas es tan distinto que estamos aún en la fase de entenderlo", dice Torralba. Por ejemplo, las nanopartículas; en un material, la cantidad de superficie expuesta es un parámetro clave, y en un material en nanopartículas la cantidad de superficie es enorme. Así, si una cerámica convencional necesita ser cocida para endurecerse, las nanopartículas pueden fraguar a temperatura ambiente, explica.

Lo cierto es que las propiedades de la materia en el mundo nano aún pillan por sorpresa a los investigadores. Luego entran en juego los ingenieros, que aprenden qué hay que hacer al material para lograr que tenga tales o cuales características.

German echa de menos la investigación en la Estación Espacial Internacional. Él lleva dos décadas investigando en materiales en microgravedad y su grupo ha hallado, dice, "las reglas matemáticas para hacer síntesis en Marte, en la Luna... Por supuesto es teórico, pero podremos hacer predicciones cuando se hagan los primeros experimentos".