Buckypaper, el supermaterial que da consistencia al futuro
España se ha convertido en referencia europea en el desarrollo de estas láminas de nanotubos de carbono ligeras y de gran resistencia y conductividad
La transformación hacia una economía sostenible precisa de materiales más duraderos, ligeros y que mejoren la conductividad eléctrica. La electrificación de los vehículos térmicos es un proceso en marcha que supone un cambio de paradigma que necesita tanto de coches y aviones adaptados a la nueva economía, como de infraestructuras que den soporte a estos nuevos sistemas de transporte. Con la intención de lograr esos objetivos, España es uno de los países líderes en Europa con respecto al desarrollo del buckypaper, una lámina delgada constituida exclusivamente por nanotubos de carbono (CNT) entrelazados.
Se trata de un material con gran potencial para el desarrollo de vehículos e infraestructuras del sector transporte por tener una serie de propiedades como son alta conductividad eléctrica y térmica, mayor tolerancia al daño y resistencia a la fatiga. «Estas propiedades son intrínsecas de los materiales metálicos, lo que hace de los buckypapers un potencial sustituto de las estructuras metálicas, con la ventaja de reducir drásticamente la relación peso-resistencia», dice Aitor Legorburu, open innovation R&D manager en Sisteplant.
Sisteplant es una empresa que ha participado en el desarrollo de una planta piloto de Tecnalia en San Sebastián que permite fabricar láminas continuas de CNT para su implementación en procesos industriales y puede fabricar buckypapers de hasta 100m y ancho de hasta 300mm. «La planta de buckypapers actualmente está operativa, además de estar siendo actualizada para alcanzar una capacidad máxima de producción de 50 m2 semanales en continuo», dice Legorburu.
La planta piloto se encuentra todavía en un nivel de maduración tecnológica TRL de 6-7. Hay entre 1 y 9 niveles de TRL, en el que estar en niveles
El buckypaper puede ser clave en varios sectores, en especial para el coche eléctrico, ya que ayudará a reducir su peso y la capacidad de las baterías que lo propulsan.
Liderada por Tecnalia, la primera planta piloto con capacidad para fabricar láminas continuas de nanotubos de carbono (CNT) está ubicada en San Sebastián de maduración entre 6 y 7 significa que la tecnología ya ha pasado las fases de laboratorio y está siendo utilizada en entornos industriales. «Los buckypapers se han utilizado en una amplia gama de demostradores industriales que han sido, o aún están siendo, probados en entornos relevantes, lo que significa que para una serie de aplicaciones, el TRL ha aumentado a TRL 7», dice
Sonia Florez, una de las responsables de proyectos buckypaper en Tecnalia.
«Para llegar a TRL 9, el buckypaper debe ser seleccionado para la aceptación industrial por parte de uno de los varios usuarios finales que actualmente están evaluando el material a escala de demostración», dice Florez, de Tecnalia, una empresa que tiene también un acuerdo para la optimización del buckypaper con la Universidad de Castilla-La Mancha y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), una entidad adscrita al Ministerio de Defensa.
Debido a sus capacidades, el buckypaper ayuda a solucionar algunos de los principales retos que afronta el vehículo eléctrico: la reducción del peso del propio vehículo y la capacidad de las baterías que lo propulsan. «Las contribuciones de los buckypapers en el aligeramiento de los vehículos tienen un gran potencial. Además, se están haciendo grandes avances en la investigación de electrodos fabricados mediante buckypapers para superconductores», dice Legorburu, de Sisteplant.
Entre otras aplicaciones que ya se han demostrado que el buckypaper presenta mayor potencial incluyen la protección frente al impacto de un rayo, con un 25% de disminución del área dañada, por ejemplo. Otra de ellas es su aplicación con sensores que monitorizan la salud de las infraestructuras durante su vida útil. «En el caso de los buckypapers, permiten monitorizar zonas amplias por lo que su integración en estructuras de gran tamaño podría tener una importante aplicación», dice Manuel GonzálezGallego, investigador del INTA. González-Gallego cree que el sector aeroespacial será el que opte por usar este sistema de monitorización basado en buckypapers, ya que estos sensores pueden integrarse en el interior de materiales compuestos de altas prestaciones. Precisamente, el sector aeroespacial suele utilizar este tipo de materiales, según explica el investigador.
Desafíos pendientes
Sin embargo, a pesar de sus excelentes propiedades, existen todavía una serie de desafíos que dificultan el desarrollo comercial de este mercado. «Uno de los principales factores limitantes ha sido el costo relativo de este tipo de materiales en comparación con las soluciones tradicionales», dice Florez, de Tecnalia. Con la intención de reducir el costo para el usuario final, Tecnalia ha centrado sus últimos trabajos en ampliar y automatizar sus procesos de fabricación de los CNT.
«España tiene una posición de liderazgo en el desarrollo del buckypaper con respecto a otros países europeos que también participan en su desarrollo, como Reino Unido o Italia», dice GonzálezGallego. «Aunque empresas de EE.UU. y Japón están liderando su fabricación más allá de nivel de laboratorio, la planta piloto de fabricación de Tecnalia en sus instalaciones de San Sebastián es un referente en desarrollo y fabricación de Europa», dice el investigador del INTA, organización que está colaborando con esta empresa para la optimización del buckypaper.